История возникновения сыродутного процесса

СЫРОДУТНЫЙ ПРОЦЕСС ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЖЕЛЕЗА

Способы производства железа из руд в тиглях, помещенных в специальные горны (подобно древнейшим горнам, применявшимся для изготовления керамических изделий), и в ямах, получивших в Западной Европе название «волчьих», стали первыми в истории человеческой цивилизации.

Древняя технология выплавки железа принципиально отличается от процессов получения других известных металлов. Все металлы выплавлялись из руды в виде расплава, а железо выделялось в виде крицы – твердого пористого конгломерата, сильно загрязненного включениями шлака и несгоревшего древесного угля. Проведение плавки железной руды требовало применения новых навыков и технологических приемов, а главное – надежного агрегата особой конструкции. Таким агрегатом стал сыродутный горн (рис. 1.1). Это название вошло в обиход в конце XIX века, когда основным способом переработки железных руд стала доменная плавка. Успехи индустриализации позволяли снисходительно относиться к возможностям металлургического старожила. Однако исследования последних лет указывают на огромные профессиональные возможности сыродутного горна. Спектр продуктов сыродутного процесса неожиданно оказался очень широким.

На территории Евразии и Северной Африки железо было известно на протяжении всего бронзового века и даже ранее, но применялось оно в то время ограниченно. Известно не менее 500 железных предметов, относящихся к 3-му и 2-му тысячелетиям до н. э., в то время как бронзовые археологические находки насчитываются десятками тысяч. Чаще всего железо, метеоритное и металлургическое (в том числе полученное как побочный продукт производства меди и бронзы), использовалось в качестве украшений. Чтобы определить границу между эпохой бронзы и железным веком английский археолог-металловед Энтони Снодграсс предложил понятие рабочего железа (workingiron), выполняющего основные технологические (инструментальные) функции. Эпоху, когда железо становится наиболее распространенным режущим металлом цивилизации, принято считать железным веком. Этот период оказался протяженным во времени практически для всех регионов мира, где металлургия железа получила первоначальное развитие. Переход от бронзовых к железным орудиям труда, инструментам и вооружению происходил постепенно, по мере освоения и распространения технологий производства и термомеханической обработки железной крицы. В связи с этим в хронологии цивилизации принято особо выделять ранний железный век, который представляет собой переходную эпоху от бронзы к новому основному металлу цивилизации и, как правило, датируется X–V вв. до н.э. В Европе раннему железному веку соответствует Гальштатская археологическая культура, названная по могильнику вблизи города Гальштат (Hallstatt, Австрия). Он был обнаружен и подробно изучен в середине XIX в. Были исследованы соляные копи, рудники, кузницы. Характерными металлическими изделиями являются: бронзовые и железные мечи, кинжалы, топорики, ножи, железные и медные наконечники копий, бронзовые конические шлемы, панцири из отдельных бронзовых пластин, нашитых на кожу, бронзовые сосуды разнообразной формы, фибулы (заколки), бронзовые поясные бляхи.

Для раннего железного века характерно повсеместное распространение в Евразии и Северной Африке сыродутного процесса обработки железных руд и технологий цементации и закалки кричного железа. Первым сыродутным агрегатом для извлечения железа из руды стала волчья яма, которую иногда применяли еще в начале новой эры. Например, в ямах диаметром до 1,5 м и глубиной до 0,6 м обрабатывали железную руду германские племена. Ямы обязательно устраивали в местах интенсивного естественного движения воздуха: на холмах, в предгорьях, лесных просеках, долинах рек. В таких печах можно было получать железо, используя и принудительное дутье (с помощью мехов). Основным недостатком волчьей ямы являлось небольшое рабочее пространство, в котором создавались условия, необходимые для восстановления железа. Это, в свою очередь, ограничивало массу крицы, которую можно было получить за одну плавку. Кроме того, восстановленное железо распределялось по всему объему образующегося шлака, особенно в зонах, расположенных на противоположной стороне от фурмы. Отделение металла от шлака механическим путем неизбежно приводило к его значительным потерям. Распознавание волчьих ям на месте проведения археологических раскопок связано с определенными трудностями и, в частности, с тем, что их часто путают с основаниями других печей, верхние конструкции которых были разрушены. Большая часть обнаруженных печей практически не различалась по конструкции. Они представляли собой яму глубиной примерно 1 м в виде перевернутого конуса, окруженную камнями. Рабочее пространство, выложенное глиной, располагалось в нижней части ямы и имело глубину и диаметр менее 0,5 м. Шлак скапливался в нижней части и удалялся после окончания выплавки. Археологи предполагают, что дутье осуществлялось через ряд сопел непосредственно в рабочее пространство. Круглая насыпь или стена, построенная на краю ямы, позволяла использовать большее количество руды и топлива. Впоследствии для усиления дутья стали использовать надстройку – своеобразную аэродинамическую трубу. Такая возводимая над ямой конструкция гипотетически могла стать родоначальницей агрегата, позднее известного как низкий сыродутный горн, не превышающего в высоту 1,5 м. Печи этого типа обнаруживаются повсеместно на территории Европы, Азии и Африки. Помимо самого горна в технологическое оборудование для производства железа входили хранилища для сырья (железной руды, угля, глины для строительства и ремонта печей) и установки для подготовки материалов к плавке. Остатки тысяч таких комплексов были обнаружены при археологических раскопках. Некоторые сохранились практически полностью, что позволяет достаточно точно восстановить это фундаментальное устройство, которое служило металлургам более 3 тыс. лет.

Дата добавления: 2017-02-01