Прыжок в прожлое. Эксперимент раскрывает тайны древних эпох
Шрифт:
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,
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
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.
В Чехословакии мы встречаемся с первыми стеклянными изделиями на склоне позднего каменного века. Высокого мастерства впоследствии достигли главным образом кельты.
Благодаря экспериментам, число которых, правда, пока весьма скромно, у нас сейчас есть более полное представление о технологии изготовления стеклянного покрытия (глазури) и его использовании на глиняных предметах. Уже А. Лукас, лучший знаток древних ремесел, высказал на основе опытов гипотезу, как произошло открытие бирюзовой глазури: по чистой случайности в присутствии углекислого натрия (Na2 CO3) были обожжены силикатные горные породы, например, кварциты, которые в этот момент использовались, скажем, для измельчения малахитовой руды, идущей на изготовление красителей в косметике. Известно, что углекислый натрий (сода) встречается в египетских пустынях в естественном состоянии. Так на кремнистом камне появилась глазурь. Куда сложнее было объяснить, каким образом она переносилась на глиняные предметы.