Рената Малинова - Прыжок в прожлое. Эксперимент раскрывает тайны древних эпох
Завалка образовывала плавящийся конус в поду печи, и засыпавшийся следом материал потом автоматически транспортировался к полости за фурмой, где образовывался эпицентр жала в котором продукт предохранялся от реоксидирования нагнетаемым воздухом.
Важным параметром является объем нагнетаемого в печь воздуха. Если дутье недостаточно, температура слишком низкая. Больший объем воздуха ведет к значительной потере железа, переходящего в шлак. Оптимальный объем вдуваемого воздуха, составлял для желеховицкой печи 250–280 л в минуту.
Далее экспериментаторы обнаружили, что при определенных условиях можно даже в примитивных отдельных печах получить высокоуглеродистую сталь и, следовательно, нет нужды в последующем науглероживании. Во время опытов на желеховицком комплексе археологи отметили тот факт, что все печи снабжены за фурмой раковиной. Это пространство они гипотетически приняли за камеру для нагревания и науглероживания крицы, которая там накапливалась сразу после плавки. Высказанную гипотезу они проверили в реплике желеховицкой печи. После шестичасовой плавки гематитовой руды с угля крицу нагрели в восстановительной среде в задней полости печи. Температура в камере составила 1300 °C. Продукт извлекли из печи при красно-белом калении. Шлак протекал через поры губчатой железной массы. Продукт содержал наряду с чистым железом железо науглероженное.
Во время новгородской археологической экспедиции в 1961 и 1962 годах были проведены экспериментальные плавки железа в реплике древнерусской надземной шахтовой печи X–XIII веков, хорошо известной как по археологическим, так и по этнографическим источникам. Учитывая то обстоятельство, что просушка печи из глины — а именно из нее были сделаны оригиналы — затянулась бы на несколько недель, экспериментаторы использовали при ее изготовлении сырье глиняные блоки. Зазоры между ними заполнили смазкой из глины и песка. Внутренность печей обмазали приблизительно сантиметровым слоем глины с песком. Печь имела цилиндрическую форму диаметром 105 см и высотой 80 см. Шестидесятисантиметровая домница была размещена в центре, цилиндра. Диаметр верхнего отверстия составлял 20 см, пода — 30 см. В нижней части печи экспериментаторы сделали отверстие размером 25х20 см, которое служило для нагнетания воздуха и выпуска шлака. Контроль за режимом внутри печи проводился через два диоптера в стенке, через которые были введены части измерительной аппаратуры. Дутье проводили новейшим способом — электромотором, мощность которого привели в соответствие с параметрами, достигавшимися кузнечными мехами. Двадцатисантиметровая фурма была опять репликой старого типа, изготовленной из смеси глины и песка. Пе6чь сохла три дня при нормальных погодных условиях.
Для плавок использовали по большей части болотную руду с весьма высоким содержанием железа (около 77 процентов), а в двух случаях и гипергенную руду, которую дробили до величины грецкого ореха. Перед завалкой руду высушили, а часть даже около получаса обжигали на огне. Плавка началась с разогрева печи сухими сосновыми поленьями с естественной тягой в течение двух часов. Потом домницу вычистили и под покрыли тонким слоем угольной пыли и колотого угля. Затем последовала установка фурмы и обмазка всех щелей глиной. Дутье начали, когда шахта была полностью заполнена через дымовое отверстие древесным углем. Спустя пять — десять минут сосновый уголь разгорелся, и через полчаса треть его сгорела. Пустое пространство, образовавшееся в верхней части шахты, было заполнено шихтой, состоявшей из угля и руды. Когда шихта осела, в образовавшуюся пустоту добавили еще порцию. Всего было проведено семнадцать опытных плавок.
Из завалки, состоявшей из 7 кг руды и 6 кг древесного угля, получили 1,4 кг губчатого железа (20 процентов) и 2,55 кг шлака (36,5 процентов). Масса древесного угля ни в одной из плавок не превышала массы руды. Плавки, проведенные при повышенных температурах, давали меньший объем железа. Дело в том, что при более высоких температурах в шлак переходило большее количество железа. Серьезное влияние на качество и эффективность плавки оказывала помимо температурного режима точность выбора оптимального момента для выпуска шлака. При слишком раннем либо, наоборот, слишком позднем выпуске шлак поглощал окислы железа, и это вело к меньшему объему выхода продукции. При высоком содержании окислов железа шлак становился вязким и поэтому хуже вытекал и отделался от губчатого железа.
Значение новгородских экспериментов особенно велико потому, что во время некоторых из них удалось выпустить шлак. Плавка длилась от 90 до 120 минут. В этом типе печи можно было за один цикл обработать до 25 кг руды и получить более 5 кг железа. Восстановленное губчатое железо осаждалось не непосредственно на дне печи, а несколько выше. Получение металлического чугуна из этого продукта представляло собой дальнейшую самостоятельную и сложную операцию, связанную с новым нагревом. И эти эксперименты подтвердили гипотезу о том, что и в обычных восстановительных печах при определенных условиях происходит науглероживание железа, то есть получается сырьевая сталь. В восстановительных печах, где процесс протекал без выпуска шлака, был получен конгломерат, которые состоял из губчатого железа (верхней части), шлака (в нижней части) и остатков угля. Отделение губчатого железа от шлака обыкновенно проводилось механическим способом.
В последнее время археологи обнаружили в Моравском Красе, в районе города Бланско, множество следов древней металлургической деятельности — поды печей, обломки, стен, фурм, кусковую породу, — датируемых X столетием. В модели одной из печей с карманообразным подом был проведен эксперимент, который показал, что в таком устройстве также могла производиться науглероженная стал и что губчатое железо спекается на уровне фурмы, и потому его невозможно обнаружить под шлаковыми слитками.
17. Производство стекла. Что самое хрупкое?
Значение стекла в жизни человека гораздо серьезнее, чем других материалов, даже самых дорогостоящих. Любить стекло — значит забыть о мраке и тенях, устремиться к вершинам света и сияния. Смотреть на возвышенную игру всех цветов радуги, стать более благородным и более светлым человеческим существом! Любить стекло — это значит восторгаться и дорожить теми его качествами, которые составляют его непреходящую ценность — благородство материала и благородство труда, в него вложенного.
Йозеф Драгонёвский
Археологам удалось доказать, что за много тысячелетий до того, как люди собственными руками сделали первое стекло, они пользовались естественными вулканическими стеклами. Не правда ли, это напоминает историю с металлами? Естественные стекла были результатом быстрого охлаждения лавы. Особенно полюбился людям обсидиан, своими названием он обязан римскому гражданину Обсидию, который привез его в Древний Рим из Эфиопии. Темный цвет, стеклянный блеск и острый излом обсидиана прельщали уже охотников древнего каменного века, выделывавших из него инструменты и оружие. Мелкие обсидиановый пластинки, одна за другой вставленные в рукоятку, служили земледельцам в качестве серпов при жатве зерновых. В Моравии обсидиан особенно высоко ценили производители прекрасной расписной неолитической керамики. Причем, чтобы заполучить его, им приходилось прилагать немалые усилия, поскольку ближайшие источники обсидиана находятся в Восточной Словакии и в массиве Токай в Венгрии. Оттуда обсидиан попадал не только в Моравию, но и в Чехию и Польшу. Известен нам и тот факт, что другое естественное стекло — влтавины, которые ныне являются ценным трофеем минералогических коллекций и любимым материалом ювелиров, использовали уже люди палеолита.
Изобретение искусственного стекла явилось новым Великим открытием человечества. Произошло это в пятом тысячелетии до н. э. в Шумере (следовательно, отсюда ведет свое начало не только история письменности и пива). Самые древние образцы искусственного стекла предстают перед нами в виде алкалиновой глазури (муравы), которая образовывала стеклянное покрытие на глиняных бусах и других предметах. Алкалиновая глазурь стала известной, правда, под неточным названием «египесткий фаянс» после зарождения ее производства в Бадаржане и особенно в Древнем Египте. Дальнейшее совершенствование технологических процессов привело к изготовлению цельностекольных украшений и сосудов.
По химическому составу древние искусственные стекла можно разделить на натриево-кальциевые и калиево-кальциевые. Первые получаются в процессе плавления окиси кремния — SiO2 (кварц, кремень) с углекислым кальцием (известняк, мрамор) и с жженой содой либо с сернокислым натрием и углем. Для калиевого стекла вместо соды использовался поташ. У так называемого «нормального стекла» состав следующий — Na2 O.6SiO2. Температура плавления и прочность повышаются, если натрий заменить калием. В древние времена, вплоть до средневековья, стекольщики производили стекломассу в два этапа. Сначала они получали при низких температурах из кварцевого песка, соды и других присадок так называемую фритту (нечистый полусплав), которую затем плавили при температуре около 1100 °C на плоских керамических сковородах. Стеклоплавильные печи появились лишь в Древнем Риме. Стекло подкашивали металлическими окислами. Бусы и другие украшения изготовляли навиванием стекольного волокна на штабик, нарезанием трубочки-заготовки либо литьем в формы. Выдувное стекло, использовавшееся главным образом в производстве сосудов, появилось лишь незадолго перед новым летосчислением, когда была изобретена стеклодувная трубка.
