История современного города Афины.
Древние Афины
История современных Афин

Древняя металлургия. История. Металлургия в древнем мире


Металлургия древних | Древний мир

Журнал: Тайны 20-го века №16, апрель 2017 годаРубрика: Исчезнувшие цивилизацииАвтор: Андрей Чинаев

Чатал-Гуюк: медь из неолита

Фото: древняя металлургия неолитаВ 60-х годах прошлого века главной сенсацией в мире археологии стали раскопки холма Чатал-Гуюк в Южной Анатолии, примерно в 40 километрах от современного турецкого города Конья. Раскопки вели сотрудники школы Британского института археологии в Анкаре во главе с доктором Джеймсом Меллаартом. Длились они с 1961 по 1965 год и дали очень богатую коллекцию находок. В 1993 году после перерыва раскопки возобновились и длятся по сей день.Занимая площадь в 12-13 гектаров, из которых к настоящему времени раскопано едва 0,5 гектара, Чатал-Гуюк является самым большим неолитическим поселением Ближнего Востока из известных. Не случайно на страницах научных журналов развернулась оживлённая дискуссия, можно ли считать его неолитическим городом, ведь до обнаружения этого памятника древности считалось, что города — как места компактного проживания большого количества людей — появились на тысячелетия позже. Даже самые «современные» находки, сделанные в толщах этого холма, датируются 5700-5400 годами до нашей эры. Другие на тысячу и более лет древнее.Жители Чатал-Гуюка занимались не только охотой и собирательством. Они уже знали 14 видов культурных растений. Среди них три вида пшеницы, несколько видов ячменя, горох и виноград. Здесь также найдены семена декоративных комнатных растений, украшавших древние жилища. Жители поселения занимались скотоводством. По найденным в ходе раскопок останкам учёные установили, что в составе стада был и крупный, и мелкий рогатый скот: коровы, козы, овцы. Орудия труда и оружие жители Чатал-Гуюка делали преимущественно из обсидиана, и не только использовали их сами, но и обменивали у соседних племён на морепродукты, раковины моллюсков и кремень. Но больше всего археологов удивило то, что в культурном слое Чатал-Гуюка был найден целый набор изделий из меди.Сенсационным стало открытие изделий из меди в погребениях 9-го горизонта памятника, датируемых рубежом VII и VI тысячелетий до нашей эры. Это были украшения — бусы и трубчатые прониз-ки, прикреплённые к краю женской одежды. В более поздних напластованиях, связанных с VI тысячелетием до нашей эры, появились мелкие шильца, проколки, кусочки медной руды. Они дошли до археологов в сильно поврежденном от окисления виде и поначалу не привлекли к себе большого внимания. Меллаарт полагал, что все предметы были изготовлены ковкой из самородной меди, но это всего лишь гипотеза, не проверенная с помощью специальных химико-технологических исследований, пусть и весьма вероятная. Тем не менее, швейцарский археолог Питтиони исследовал микроскопические кусочки медной руды, извлечённой из домов Чатал-Гуюка, и обнаружил в одном из них спёкшиеся шлаковые скопления. По его заключению, такого рода шлак мог быть получен только при преднамеренной плавке меди из окисленных рудных минералов.В древнем поселении также были обнаружены бусины и привески из свинца. Самородки свинца в природе крайне редки и притом очень малы. Поэтому и в древности металлический свинец мог получаться лишь восстановительной плавкой галенита.

Знаете ли вы что…

Римский консул Луций Опимий назначил за голову трибуна Гая Гракха награду золотом, по весу равным весу головы Гая. Голову принесли, но из неё был удалён мозг, а вместо него залит свинец. Консул выдал награду.

Чайеню-Тепези: ещё древнее

Чатал-Гуюку не суждено было долго оставаться уникальным местом, связанным с древнейшими находками изделий из металла. Уже в 1964 году американский археолог Р. Брейвуд и турецкая исследовательница Г. Кемпбелл обнаружили ещё одно древнее поселение — Чайеню-Тепези в 40 километрах к северо-западу от турецкого города Диярбакыр у подножия гор Тавр. «Всеобщая история химии» под редакцией Юрия Соловьёва сообщает об этом следующее: «Самым древним свидетельством использования человеком металла служат находки в докерамическом неолитическом поселении на холме Чайеню-Тепези в Юго-Восточной Анатолии (в верховьях реки Тигр). Металлические изделия были найдены в напластованиях холма, возраст которых по радиоуглероду составляет 9200+200 и 8750+250 лет до нашей эры. Это были проволочные булавки, четырёхгранное шило, сверла, бусы и их «полуфабрикаты» из меди, а также не просверленные, но хорошо обработанные бусы. Кроме металлических бус там же были найдены и малахитовые бусы. Было высказано предположение, что все металлические предметы были изготовлены из самородной меди. Однако спектральный анализ шила показал содержание около 0,8% мышьяка, что вносит определённые сомнения о самородном происхождении меди. Остальные же предметы анализированы не были».Холм Чайеню-Тепези находится всего в 20 километрах от Эргани-Маден — широко известного в древности месторождения самородной меди и малахита, не утратившего своего значения и в наши дни. Вероятно, именно оттуда жители поселения черпали сырьё для своих медных изделий. Отечественный исследователь Андрей Скляров обращает внимание на то, что территория месторождения Эргани-Маден изобилует скоплениями медных шлаков, но определить, к какому периоду они относятся, невозможно, так как месторождение эксплуатировалось вплоть до раннеассирийского периода. Специалистам также известно, что в окрестностях Эргани-Маден есть ещё и ряд малых месторождений медных минералов, жилы которых содержат борнит, малахит, азурит и халькопирит.Содержание мышьяка в количестве всего 0,5% считается у металлургов границей между бронзой, полученной плавкой руды, содержащей естественные примеси мышьяка, и искусственно легированной бронзой — то есть бронзой, полученной путём плавки смеси медной и мышьяковистой руд. Так что, помимо наличия поблизости подходящего месторождения медных минералов, ещё и результат анализа упомянутого шила свидетельствует в пользу того, что жители Чайеню-Тепези не только умели выплавлять медь как таковую, а делали самую настоящую мышьяковистую бронзу, существенно более прочную, чем простая медь.

Свидетельства прямые и косвенные

Развитую практику легирования меди мышьяком демонстрируют и находки в Арслантепе — ещё одном древнем поселении на территории Турции в районе Среднего Евфрата. Хотя они официально датируются несколько более поздним временем — начиная с конца IV тысячелетия до нашей эры. Здесь в слоях позднего неолита и раннего бронзового века были найдены сотни металлических находок, скопления руды, металлургических шлаков, каменных кувалд для дробления руды, фрагментов тиглей и литейных форм. Находки сконцентрированы на обширном производственном участке. Анализ руды и металла из Арслантепе указывает, что использовались разные рудные источники, причём некоторые из них находились отнюдь не близко.Найденные там наконечники копий содержали 2,5-3% мышьяка, а мечи — 4,5-5%. Мышьяк фиксировался и в найденных там рудах. Встречены были минералы с повышенным содержанием сурьмы и никеля. Содержание мышьяка в ряде бронзовых изделий достигало 3-10%, чего явно невозможно добиться без искусственных добавок минералов с мышьяком. Все это указывает на плавку медно-мышьяковых минералов и легирование подобными минералами плавок иных руд.В пользу знакомства жителей Анатолийского полуострова с металлами в глубокой древности Андрей Скляров приводит ещё один любопытный аргумент. В 1994 году начались раскопки находящегося в 15 километрах от турецкого города Урфа холма Гёбекли-Тепе. Находки дали сенсационные результаты: ещё в XI-X тысячелетиях до нашей эры жители находящегося здесь древнего поселения знали земледелие и занимались мегалитическим каменным строительством. Для строительства этого они использовали большие каменные блоки. Вес некоторых из них достигал 50 тонн. При этом на столбах-мегалитах найдены выпуклые барельефы. Для того чтобы их сделать, нужно было снять на соответствующую глубину материал по всей остальной площади поверхности столба. Эта непростая даже для наших дней работа явно требовала металлических инструментов. И вряд ли для этого, опять же, могла сгодиться чистая медь. Речь вновь должна идти, скорее всего, о бронзе.

bagira.guru

Металлургия железа в истории цивилизации (Черноусов и др.) 2005

 

3

 Аннотация

 

В

 

книге

 

приведены

 

сведения

 

о

 

 развитии

 

техники

 

и

 

технологии

 

металлургии

 

железа

 

во

 

взаимосвязи

 

с

 

историей

 

цивилизации

,

начиная

 

с

 

древнейших

 

времён

 

до

 

окончания

 

эпо

-

хи

 

Средневековья

.

Изложены

 

современные

 

представления

 

о

 

закономерностях

 

возникно

-

вения

 

и

 

 развития

 

металлургического

 

производства

.

Сформулирована

 

гипотеза

 

о

 

 роли

 

 ре

-

сурсов

 

металлов

 

в

 

формировании

 

государственной

 

и

 

общественной

 

структуры

 

стран

 

и

 

на

-

 родов

 

Древнего

 

Мира

.

Рассмотрено

 

становление

 

основ

 

научной

 

металлургии

.

Описана

 

этимология

 

некоторых

 

металлургических

 

терминов

.

Учебник

 

содержит

 

приложения

,

в

 

которых

 

представлены

 

материалы

 

для

 

проведения

 

практических

 

занятий

 

по

 

определению

 

технологических

 

параметров

 

металлургических

 

производств

 

Древнего

 

Мира

 

и

 

Средневековья

,

а

 

также

 

варианты

 

домашних

,

контрольных

 

и

 

тестовых

 

заданий

.

Они

 

прошли

 

более

 

чем

 

десятилетнюю

 

апробацию

 

в

 

 рамках

 

препода

-

вания

 

курса

«

История

 

металлургии

 

железа

»

в

 

МИСиС

.

Книга

 

предназначена

 

для

 

студентов

 

технических

 

вузов

,

обучающихся

 

по

 

направле

-

ниям

«

Металлургия

»

и

«

Металловедение

»,

но

 

может

 

быть

 

полезна

 

и

 

для

 

широкого

 

круга

 

специалистов

 

металлургического

 

профиля

,

студентов

 

исторических

 

вузов

,

специализиро

-

ванных

 

техникумов

,

школ

 

и

 

других

 

средних

 

учебных

 

заведений

.

www.scribd.com

История металлургии средневековой Европы

img1.gif

 В то время как на Востоке успешно развивали технологию тигельной плавки высококачественной стали из природно - легированных руд, на Западе происходило постепенное освоение других металлургических технологий.

 Как известно, во 2-й половине 1-го тысячелетия лидерство в политической жизни Европы принадлежало викингам, франкам и государствам, располагавшимся в Альпийском регионе. Рассмотрев историю Древнего мира, мы уже знаем, что политическая гегемония с древнейших времен базировалась на металлургическом фундаменте.

Ландшафт как важнейший металлургический ресурс

 В раннем Средневековье сама природа способствовала развитию технологий металлургии железа в Скандинавии и Альпийском регионе. В этих регионах были в достатке легкодоступные богатые железные руды. Сначала их извлекали непосредственно на поверх-ности земли, а по мере истощения открытых месторождений железную руду стали добывать из штолен — горизонтальных или наклонных горных выработок.  Такое ведение горной добычи особенно широко практикова-лось именно в Альпах, где распространенным видом геологической структуры являются «горсты», т.е. поднятые по разломам участки земной коры, богатые рудами металлов. В Европе горсты образуют вершины с крутым обрывистым южным склоном и пологим северным с максимальной высотой 1000—1300 метров над уровнем моря. Классическими примерами горстов являются горы Гарц, что на территории современных Германии, Австрии и Италии, Вогезы на северо-востоке Франции, Рудные в Чехии и Германии. Помимо залежей руд цветных и черных металлов, горсты располагают лесистыми ущельями и быстрыми горными потоками. Таким образом, в распоряжении средневековых металлургов находились богатые ресурсы качественной древесины для выжига угля и мощные потоки воды для приведения в действие водоналивных колес. Однако широкое использование дутьевых средств началось в конце тысячелетия, а до этого металлурги использовали, главным образом, естественное движение воздуха. И в этом виде ресурсов Скандинавия и Альпы предоставляли металлургам необходимые возможности. Север Европы часто называют страной ветров, возможно, наи-более образно это отношение к природе Скандинавии и арктичес-ких архипелагов выразил великий французский романист Виктор Гюго, который писал: «...Северные фьорды и архипелаги - это царство ветров. Каждый глубоко врезающийся в побережье залив, каждый пролив между многочисленными островами превращается в поддувальный мех...  Постоянным движением воздуха отличается и Альпийский реги-он, особенно его древнейшая металлургическая провинция - Штирия. Таким образом, средневековый металлург, работавший с крупнейшими  агрегатами своего времени, должен был быть специалистом-«ландшафтоведом», т.е. должен был уметь подобно мореплавателю, управ-ляющему кораблем, «поймать ветер», чтобы извлечь железо из руды.

Сыродутные и «каталонские» горны

И в Скандинавии, и в Альпах в VII-VIII вв. стали строить сыродутные горны высотой больше человеческого роста, причем увеличение высоты агрегата происходило очень интенсивно и к концу тысячелетия печи строились высотой до 5 метров. Какова же причина такого изменения конструкции агрегата? Из-начальное стремление к повышению производительности печи дало «побочный» эффект, который неожиданно превзошел первоначальные ожидания средневековых мастеров. Дело в том, что с увеличением высоты горнов в них стали существенно улучшаться условия теплооб-мена между опускающимися сверху железорудными материалами и поднимающимся снизу, от фурм, восстановительным газом (окси-дом углерода). Можно сказать, что в печи появилось «дополнительное» тепло. В результате стали более полно проходить как реакции восстановления железа из оксидов, так и науглероживания свежевосстановленного железа. Таким образом, получаемая крица стала более равномерной по химическому составу, в ней повысилось содержание железа, а само железо стало более насыщеным углеродом.

 В вышеупомянутых печах так же, как и в сыродутных горнах, производимым продуктом оставалась твердая крица, но в связи с развитием в агрегате процессов теплообмена их можно отнести и к категории шахтных печей, которыми считаются появившиеся позднее домницы, доменные и ваграночные печи. «Двойственная» природа обсуждаемых скандинавских и альпийских средневековых печей нашла отражение в их названиях. В Скандинавии такие печи назывались «осмундскими» (от «осмунд» - крица), в Альпийском регионе высокие сыродутные горны получили название «штюкофены» (от немецких слов «штюк» — крица и «офен» - печь) в отличие от обычных сыродутных горнов, за которыми закрепилось название «реннофен» - печь с «бегущим» шлаком. Но о штюкофенах и осмундских печах речь пойдет чуть позже. Итак, увеличение высоты металлургического агрегата, приме-нявшееся в конструкции штюкофенов и осмундских печей, было лишь одним из направлений увеличения интенсивности его работы. Собственно производительность процесса экстракции железа из руды во все времена определялась интенсивностью подачи в печь дутья. В раннем Средневековье был разработан еще один способ по-вышения производительности сыродутного горна, который заклю-чался в разработке конструкции низкой, но интенсивно работаю-щей печи, постоянно подгружаемой шихтой. По пути создания такого горна пошли металлурги Юго-Западной Европы: в X—XI вв.: здесь была разработана технология плавки железа в горнах, получивших название «каталонских».  Каталонские горны появились сначала в испанских, а затем и во французских Пиренеях. Современники выделяли три модифи-кации этих агрегатов: собственно каталонский горн — самый круп-ный по размерам и производительности, а также наваррский и бискайский горны несколько меньших размеров. Длина горнов составляла от 0,6 до 1,2 м, ширина — от 0,6 до 1,0 м и глубина -0,5-0,8 м.

 Рис. 1. Каталонский горн,

снабженный водотрубной возду-ходувкой (тромпой).

 1 - пробка, расположенная в верхнем водном резервуаре и предназначенная для регулирования потока воды в нижний резервуар;

2 - отверстия для всасывания воздуха, выполненные в трубе под углом 40-45" к горизонту;

3 - труба, служащая для создания пото-ка воды между верхним и нижним резер-вуарами;

4 - слив воды из нижнего резервуара;

5 — патрубок для отвода воздушного ду-тья к фурменному устройству;

6 - коническая фурма, изготовлявшаяся, как правило, из красной меди;

7 — железная руда;

8 — формирующаяся железная крица;

9 — железистый шлак;

10- канал для выпуска шлака из горна

 Таким образом, объем рабочего пространства пиренейских горнов составлял всего лишь 0,3—0,9 м3, что в 5-10 раз меньше объема штюкофенов. И, тем не менее, они практически не уступали своим высоким «собратьям» в производительности. (Необходимо отметить, что каталонский горн применялся только для заводского производства металла в средневековых Испании и Франции.)*  На каждом железоделательном заводе устраивалось не менее 10 каталонских горнов. Они располагались вдоль одной общей стены, которая строилась со стороны реки, где устраивались водоналивные колеса, приводящие в действие дутьевые мехи. Эта стена называлась «заводской». К ней примыкали «фурменная» и «противофурменная» стены. В фурменной стене под углом около 40° к уровню земли устанавливалась коническая, слегка сплюснутая фурма из красной меди длиной около 20 и диаметром 2—3 дюйма. Противофурменная стена устанавливалась со значительным наклоном наружу и выполнялась с изогнутым сводом. В лицевой стене предусматривались два отверстия для ломов и выпуска шлака, а также специальное устройство для установки «шесточной» железной доски, которая меняла угол наклона для регулирования загрузки в горн шихтовых материалов.  С особой ответственностью строили дно горна. Его выполняли из цельного огнеупорного камня (гранита, песчаника или слю-дяного сланца). Верхнюю сторону камня тщательно обрабатывали, добиваясь, чтобы она была гладкой и немного вогнутой. Камни служили от 3 месяцев до полугода. Под камнем на старом мель-ничном жернове устраивалась «постель» из дробленого шлака и глины. Трубы над горном не было: выходом для образующихся газов служило отверстие в крыше заводского помещения.  Перед началом процесса горн тщательно чистили от остатков предыдущей плавки, затем засыпали древесный уголь до уровня фурмы и уплотняли его. На плотную «постель» древесного угля насыпали кусковую руду (как правило, это был бурый железняк), располагая ее по противофурменной стене. Дополнительные порции древесного угля размещали около фурменной стены. В ходе плавки, по мере выгорания угля и плавления руды, в горн вводили их новые порции, причем отсутствие жестких требований к газодинамическим параметрам шихтовых материалов позволяло использовать руду мелких фракций. Из рудной пыли делали смоченные водой комки, которые и загружали в горн. Периодически из горна выпускали шлак, пробивая специально предусмотренные для этого отверстия. Вообще же контакт крицы с железистым шлаком приносил существенную пользу, поскольку позволял перевести в шлак большую часть фосфора, присутствие которого в готовом металле существенно снижало его качественные характеристики.Наиболее сложной являлась операция «опускания руды в горн», для выполнения которой между противофурменной стеной и рудой вставляли лом и, действуя им как рычагом, подвигали нижние слои руды к фурме. Сигналом к окончанию процесса служил белый цвет пламени, который указывал на начало окисления железа крицы. Обыч-ная длительность плавки достигала 5—6 часов. Таким образом, за сутки успевали произвести 3—4 крицы массой 100—150 кг. После прекращения подачи дутья с крицы сгребали покрывающие ее шихтовые материалы и в отверстие в лицевой стене вставляли лом, а второй лом опускали в горн сверху. Действуя ломами как рычагами, крицу вынимали из горна по пологой выгнутой противофурменной стене. В эпоху позднего Средневековья при нормальном ходе процесса извлечение железа из руды в крицу достигало 60-70% при расходе древесного угля 3-3,5 кг на 1 кг крицы. Получался низкоуглеродистый металл (менее 0,5% углерода). Содержание оксида железа в шлаке было существенно ниже, чем при применении обычных сыродутных горнов: оно составляло 35—40%.Каждый каталонский горн обслуживался бригадой из 8 человек. В состав бригады входили мастер, его помощник, следивший за работой воздуходувной техники, два плавильщика, обеспечивавшие процесс производства крицы, молотовой мастер с помощником, рабочий, готовивший шихтовые материалы к плавке, и весовщик, осуществлявший контроль за хранением, расходованием материалов и ведавший учетом готовой продукции.  Несмотря на кажущуюся простоту конструкции, каталонские горны находились в эксплуатации и после появления доменных печей, с которыми они конкурировали в Испании вплоть до середины XIX в. Секрет «долгожительства» каталонских горнов объясня-ется применением для их обслуживания начиная с XVII в. мощных водотрубных воздуходувок, или так называемых «тромп». Тромпа была изобретена итальянским инженером Джанбатиста делла Портой, и обеспечивала не только интенсивную, но и равномерную подачу дутья в металлургический агрегат.

Штюкофены и осмундские печи

 Теперь более подробно рассмотрим работу штюкофенов и осмун-дских печей. Отметим, что конструкция агрегатов была очень похожей, а основные различия заключались во внешнем «оформлении»: осмундские печи, как правило, заключались в деревянные срубы, а конструкция штюкофенов усиливалась снаружи каменной кладкой. Печи строили многогранного сечения, чаще всего в виде двух четырехгранных призм с общим большим основанием. Использова-лась одна фурма, которая устанавливалась горизонтально в нижней части печи таким образом, что ниже нее располагались лишь отверстия для выпуска из печи шлака.  Перед началом плавки внутреннее пространство печи обмазывали огнеупорной глиной и набивали угольным порошком. Затем производили «обжигание горна», которое заключалось в прогреве кладки путем сжигания дров и некоторого количества древесного угля. После этого печь наполовину загружали порцией древесного угля, перемешанного с небольшим количеством легкоплавкой железной руды. В результате плавления этой первой, или «задувочной», шихты стенки нижней части печи покрывались своеобразным защитным слоем — «гарнисажем». Только после такой длительной подготовки агрегата переходили собственно к процессу плавки. Шихту готовили тщательно: куски руды, представлявшей собой красный или бурый железняк с содержанием железа около 50%, дробили до крупности гороха или лесного ореха; древесный уголь, требования к качеству которого непрерывно возрастали, измельчали до размера грецкого ореха. Оба компонента шихты отделяли от мелких частиц и пыли вручную. Печь наполовину заполняли древесным углем, а затем загрузку руды и угля производили последовательно горизонтальными слоями толщииой не более 10—12 см.  После воспламенения древесного угля в нижней части печи, где проходила реакция неполного горения углерода угля до монооксида углерода (СО), достигалась температура 1400—1450°С. На верху печи, на колошнике (название его происходит от слова «колоша», т. е. мера твердого сыпучего материала) температура отходящих газов, состоящих, в основном, из СО и азота, составляла 700-900°С. Вот почему отходящий газ при взаимодействии с кислородом воздуха воспламенялся и непрерывно горел в течение всей плавки. Основным механизмом восстановления железа из оксидов была их реакция с твердым углеро-дом, поэтому содержание СО2, образующегося при восстановлении железа монооксидом углерода, в отходящих газах было ничтожным. Главной составляющей шлака, как и в обычных сыродутных горнах, был фаялит. Шлак содержал 45—50% монооксида железа, 25—35% кремнезема, 4-6% глинозема, до 5% извести и магнезии и до 15% монооксида марганца. Кроме того, в шлаке в значительных количествах присутствовали щелочи, фосфор (иногда более 1%) и сера. Железистые шлаки отличаются высокой жидкоподвижностью, поэтому они легко вытекали из печи через отверстия в стенках, расположенных несколько ниже уровня фурмы. Присутствие в рудах монооксида марганца, взаимодействовавшего с кремнеземом, облегчало восстановление железа и уменьшало его потери в ходе плавки. В результате плавки получался металл с низким содержани-ем кремния (менее 0,05%), марганца (менее 0,5%) и фосфора (менее 0,01%). Содержание углерода в различных участках крицы колебалось в широких пределах от 0,05 до 1,5%. Как известно, температура плавления низкоуглеродистого железа, составлявшего основную массу крицы, достигает 1480—1520°С, поэтому крица получалась твердой. Однако с повышением высоты печей и улучшением условий теплообмена содержание углерода в крице увеличивалось, и с начала 2-го тысячелетия ее часто извлекали из  штюкофенов оплавленной. Плавка продолжалась 4—6 часов, после чего раскаленную добела крицу клещами извлекали через пролом в передней стенке горна. Пролом делался в месте установки фурмы, что позволяло одновременно производить контроль состояния и при необходимости замену сопла дутьевого устройства. В крице оставались включения угля и шлака, составлявшие до 10% ее массы, поэтому ее уплотняли деревянными молотами, а затем тщательно проковывали кузнечным молотом для удаления шлака из мелких пор. Потери железа со шлаком и в результате отбраковки попрежнему оставались высокими и могли достигать половины от количества железа, попавшего в печь с рудой. Всего за сутки с учетом постоянного ремонта печи успевали произвести 2—4 крицы. Высоким был и расход древесного угля: непосредственно на про-цесс экстракции железа из руды он составлял 3-4 кг на 1 кг «сырого» железа, еще столько же топлива требовалось сжечь при переработке сырца в товарный продукт. С учетом того, что при производстве древесного угля масса продукта составляла не более 15% от массы дров, общий расход высококачественной древесины на производство 1 кг железа достигал почти 50 кг. Потребность в древесном угле была столь высока, что к концу тысячелетия пришлось существенно усовершенствовать технологию его производства: от архаичного способа выжига в ямах перешли к более производительной и экономичной технологии получения продукта в кучах диаметром свыше 3 метров. Штюкофены и осмундские печи обеспечивали самый высокий температурный уровень термических процессов раннего Средневеко-вья. Температура продуктов плавки (крицы и шлака) в них гарантированно достигала 1400°С, но условия науглероживания металла в печах все же еще не позволяли получать в них чугун. Нужен был еще один шаг, еще некоторое увеличение высоты агрегата, чтобы получить новое качество и новый продукт процесса, а именно высокоуглеродистый сплав — чугун. Этот шаг был сделан после появления печей шахтного типа - «домниц» (русское название) или «блауофенов» (немецкий термин) в начале XIV в. То обстоятельство, что именно металлургическая индустрия обеспечивала наивысшие температуры в Средневековой промышленности, было хорошо известно современникам. У многих народов в это время появляются легенды о металлургах — пове-лителях огня (пламени). Возможно, один из наиболее поэтических образов средневеко-вой металлургии железа создан великим Гете в поэме «Фауст», где главный герой обращается к верным слугам темных сил — воронам — со следующим напутствием:  «...Летите к кузнице подгорной, /Где гномы день и ночь, упорно, /Железо на огне куют. /Трудолюбивый этот люд /Уговорите дать нам пламя, /Невыразимое словами, /Каленья белого предел...»  При некоторой условности поэтических форм необходимо отметить, что автор точно указывает, что кузница (в данном случае - штюкофен) располагается именно в горной местности, именно в такой кузнице производится раскаленная крица - материал с самой высокой в то время температурой.

Рис. 2. Характерная конструкция штюкофена или «высокого» горна.

* Монополия на производство железа высокого качества была необходима эти странам, в то время активно осуществлявшим создание единых государств из многочисленных феодальных княжеств. Испания и Франция имели мощных внешних врагов, препятствовавших объединению государств: Испания осуществляла реконкисту (освобождение из-под многовекового арабского влияния), а Франция боролась за лидерство в регионе с Бургундским герцогством, на территории которого располагались Вогезы - важнейшая металлургическая провинция средневековой Европы.

 

П. И. Черноусов

кандидат технических наук доцент Московского государственного института стали и сплавов.

 

dhblacksmith.narod.ru

Зарождение Металлургии

Еще в глубокой древности для создания изделий труда и оружия человек стал обрабатывать первые металлы: самородные золото, серебро, медь и метеоритное железо. Но немногочисленные находки не могли удовлетворить потребностей постоянно развивающегося человеческого общества. Так совершенствование способов обработки металлов стало важнейшим в истории цивилизации.

Медный век (энеолит) начался с освоения людьми техники горячей ковки и литья. Во многом этому способствовало развитие гончарного производства. Человек научился создавать печи и керамические формы для отливки меди, что и легло в основу зарождения металлургии. Многие археологические находки свидетельствуют о том, что металлургия и производство оружия из металла на территории Европы берут свое начало в VI-V тыс. до н. э. Так, на территории Балканского полуострова найден медный топор, относящийся к культуре Винча, датированный 5500 г. до н. э.

Однако распространению технологии литья, а потому и самого медного оружия, препятствовала сложность в поиске самородков, которых становилось все меньше и меньше. Потому следующим важным этапом в истории металлургии стала добыча меди и других металлов из горной породы. Имеются убедительные доказательства того, что уже в V тыс. до н. э. залежи меди разрабатывались в Центральной Югославии (рудник «Рудна Глава») и Центральной Болгарии (рудник «Айбунар» и др.).

Медь устойчива к коррозии, температура ее плавления относительно невысока (1080 °С), что значительно упрощало обработку. Но медные изделия были достаточно мягкими и легко гнулись.

Бронза - сплав меди, в основном с оловом (олово - пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого цвета). Вероятно, бронза была открыта случайно, когда в тигель, в котором плавилась самородная медь, попало немного олова. Новый материал по своим свойствам существенно превосходил медь.

 

 

 

 

Первыми, еще в IV тыс. до н. э., постигли секреты обработки бронзы жители Ближнего Востока. На территории Европы и Китая этим искусством овладели лишь на тысячелетие позже, а в Южной Америке и вовсе только в I тыс. до н. э.

В истории войн бронза занимает особое место. Из нее изготавливали большинство видов холодного оружия бронзового века, в том числе длинные мечи. Изделия сложной формы проще было отлить из бронзы, нежели выковать из железа (чистое железо плавится при 1535 °С, а бронза - при 930-1140 °С, соответственно, бронзовые изделия мастер мог просто отлить, в то время как железные приходилось выковывать). К тому же бронза была тверже, чем железо, и не такая хрупкая, как сталь. На протяжении веков, вплоть до XIX в., шлемы и доспехи именно из бронзы ценились превыше всего. Но из-за высокой стоимости металла позволить себе такую роскошь могли лишь очень состоятельные люди.

С появлением порохового оружия уменьшилась необходимость производства оружия из бронзы, но она не утратила своей популярности, так как из ее сплавов производили самые качественные пушки.

Во все века единственным недостатком бронзы, как мы уже говорили, была ее высокая стоимость. Ведь медь, из сплава которой с оловом создавалась бронза, встречается в природе значительно реже железа. Но даже тогда, когда медь удавалось найти, выходы рудных пластов на поверхность быстро израсходовались, а поднять руду на поверхность из уходящей все глубже и глубже жилы могли только технологически высокоразвитые народы.

В поисках олова многим народам и вовсе приходилось преодолевать огромные расстояния, покорять горные хребты и моря. Например, финикийцы плавали за ним в Англию. Более 2000 лет олово входило в число наиболее важных стратегических ресурсов.

Эти факторы вынудили человечество активно осваивать обработку другого, более доступного металла - железа. Железо - ковкий металл с высокой химической реакционной способностью. Температура плавления - 1539 °С. В природе редко встречается в чистом виде.

Железо известно человеку еще с незапамятных времен. Метеоритное железо было одним из первых металлов для производства оружия. Например, высоко ценились египетские «небесные кинжалы», созданные, как говорили египтяне, из «рожденного на небе» железа примерно в III тыс. до н. э. В это время метеоритное железо ценилось значительно выше мягкого золота. По описанию греческого историка и географа Страбона, у африканских племен за один фунт железа давали десять фунтов золота. Но до освоения новых технологий обработки металлов (науглероживание, закалка, сварка) качество изделий из него было значительно хуже по сравнению с бронзовыми. Тем не менее, по описаниям легендарного древнегреческого поэта Гомера, уже во время Троянской войны(примерно 1250 г. до н. э.) железо было хорошо известно и высоко ценилось, хотя основная масса оружия была из меди и бронзы.

 

 

 

Коринфский шлем. Бронза. Британский музей, Лондон

 

 «Железная революция» началась на рубеже I тыс. до н. э. После падения государства хеттов, больших мастеров в обработке железа, греческие торговцы распространили их секреты. С этого момента железные изделия стали вытеснять медные и бронзовые. Археологические раскопки показали, что у самих греков к 1100 г. до н. э. появилось достаточное количество мечей, копий и топоров из этого металла.

Прародителями металлургии древние греки считали загадочный народ халибов, который Геродот упоминает в числе эллинских племен Малой Азии. Халибы занимались рыбной ловлей и горным промыслом, жили в восточном Понте от гор до моря (а также у границ Армении и Месопотамии). Именно от названия этого народа (греч. ХоЛирас;) происходит слово «сталь» (греч.

В одной из своих работ древнегреческий философ Аристотель описывает технологический процесс получения металла халибами. Они несколько раз промывали речной песок, видимо, таким способом отделяя тяжелую железосодержащую фракцию породы. Затем добавляли какое-то огнеупорное вещество и плавили все это в печах особой конструкции. Полученный таким образом металл имел серебристый цвет и был нержавеющим.

Секрет нержавеющей стали халибов, обладающей высокими качествами, крылся вовсе не в каком-либо особом процессе производства, а в сырье, которое они использовали. Так, на выплавку стали шли магнетитовые пески, которые часто встречаются по всему побережью Черного моря. Эти пески состоят из смеси мелких зерен магнетита, ильменита или титаномагнетита и обломков других пород, так что выплавляемая халибами сталь была легированной (помимо обычных примесей содержит элементы, добавляемые в определенных количествах для обеспечения необходимых физических или механических свойств) и именно поэтому обладала столь высокими свойствами.

Гомер в своих поэмах «Илиада» и «Одиссея» называет железо «многотрудным металлом», потому что в древности основным методом его получения был сыродутный процесс. Именно в сыродутных печах проходили первые в истории человечества процессы получения железа из руды. Первоначально эта печь представляла собой простую трубу, вырытую обычно горизонтально в склоне оврага. Здесь руда перемешивалась с древесным углем. После выгорания угля в печи оставалась крица - комок вещества с примесью восстановленного железа. Такой комок снова нагревали и подвергали обработке ковкой, выколачивая железо из шлака.

Первые сыродутные печи-горны имели сравнительно низкую температуру, поэтому железо получалось малоуглеродистым. Но порой на дне печей, там, где металл наиболее сильно соприкасался с углем, попадались куски железа превосходного качества. Человек интуитивно стал увеличивать площадь соприкосновения с углем, поскольку пока не осознавал до конца причины этого явления. Так люди получили сталь.

Сталь представляет собой железо, которое содержит углерод: чем выше содержание углерода, тем тверже сталь. Технология получения стали была известна еще хеттам. В частности, царь хеттов Мурсилис II в своих письмах отмечал «хорошее железо» среди прочего. Но чтобы получить «хорошее железо», приходилось много раз прокаливать и проковывать крицу с углем, чтобы она достаточно насытилась углеродом. Процесс этот был долгим и утомительным и далеко не всегда гарантировал хороший результат. Это привело к поиску новых, более эффективных конструкций печей.

 

 

 

Сыродутная печь представляла собой полое сооружение из камней, обмазанных глиной, или целиком из глины.

В стенах были предусмотрены отверстия для раздувания мехами

 

Следующим шагом после открытия сыродутной печи стало изобретение штуко-фена - печи с высокой (как правило, около 4 м) трубой для усиления тяги. Мехи штуко-фена были значительно больше, а отверстия для подачи воздуха точно подогнаны под них. Температура плавления в штуко-фене была намного выше, чем в сыродутной печи, что и позволяло получить больше высокоуглеродистой стали и даже чугуна (сплав железа с содержанием углерода более 2,14 %). Последний, правда, застывал на дне печи, смешиваясь со шлаками, а единственным способом очистки в то время была ковка, которой чугун не поддавался. Потому на данном этапе развития металлургии чугун считался непригодным к использованию металлом, отходом производства. Иногда все же чугуну, сильно загрязненному шлаками, удавалось найти хоть какое-то применение. Так, в Индии из него отливали неплохие гробы, а в Турции - неважные пушечные ядра.

Первые штукофены появились в Индии еще в I тыс. до н. э., оттуда они в начале нашей эры попали в Китай, а в VII в. - в арабский мир. В XIII в. штукофены стали появляться в Испании, Германии и Чехии. Благодаря им можно было получить до 250 кг железа в день.

Нетрудно было понять, что чем выше температура в печи, тем больше железа удается получить из руды. Так, вслед за штукофенами в XV в. в Европе появились печи нового типа - блауофены. Новые печи были больше и выше, выше стала и труба. Но главное, чем отличался блауофен от штукофена, - то, что воздух в него подавался уже подогретым, что позволило увеличить температуру плавления.

Действительно, блауофены значительно повысили выход железа из руды, но данные печи несколько опередили свое время. Дело в том, что вместе с повышением температуры большее количество железа науглероживалось до состояния чугуна, который по-прежнему смешивался со шлаками и не поддавался очистке. В те времена чугун считался не чем иным, как проклятием, а повышение его количества - не меньше чем происками дьявола. Если в штукофенах количество получаемого чугуна не превышало 10 %, то в блауофенах оно доходило до 30 %. Во всем мире чугун получил далеко не лестные названия. В Англии его прозвали «свиным», ни на что не годным железом. Данное название сохранилось до наших дней. В Центральной Европе чугун именовали «диким камнем» из-за отсутствия в получаемом материале каких-либо благородных, полезных качеств. Да и русское название чугуна «чушка» характеризует не лучшее к нему отношение: в этих землях так называли поросят.

 

 

 

Закрытая шахта штукофена хорошо концентрировала тепло

 

Настоящего прорыва в металлургии пришлось ждать вплоть до начала XVI в., когда в Европе получил распространение так называемый передельный процесс, или процесс получения стали из руды в два этапа. К сожалению, история не сохранила имя мастера, который первым догадался превращать чугун, полученный из руды, путем повторного отжига в горнах в высококачественную сталь. Передельный процесс позволил совершить качественно новый шаг в развитии металлургии и производства холодного оружия. Так, из передельной стали уже можно было изготавливать кривые мечи и другое сложное холодное оружие.

Помимо возможности получения качественной стали, данное открытие привело и ко многим другим существенным изменениям. Так как спрос на чугун резко возрос, стремительно развивались и осваивались печи нового типа - доменные.

Доменная печь - это большая металлургическая, вертикально расположенная плавильная печь шахтного типа, с предварительным подогревом воздуха и механическим дутьем. Она позволяла все железо из руды превратить в чугун, который расплавлялся и периодически выпускался наружу. Постоянный приток воздуха в печах обеспечивался мехами, которые приводились в движение водяными колесами. Таким образом, производство чугуна стало непрерывным. Доменная печь никогда не остывала, в результате одна домна могла производить до трех тонн железа в сутки.

Перегнать полученный в доменных печах чугун в железо было значительно проще в горнах. В связи с этим появилось первое в металлургии разделение труда, положительно сказавшееся на качестве получаемой стали. Так возник двухстадийный способ получения стали из железной руды: одни специалисты теперь получали из руды чугун, а другие - из чугуна сталь.

Но, как правило, у технологического прогресса есть и другая, негативная сторона. Не прекращающие свою работу английские доменные печи требовали огромного количества древесного угля. Результатом этого стало уничтожение большей части британских лесов. Выход из столь тяжелой ситуации был найден только в начале XVIII в., когда в 1735 г. английский промышленник-металлург Абрахам Дерби I начал использовать вместо древесного угля кокс, полученный из каменного угля. До этого каменный уголь в металлургии не использовался из-за относительно высокого содержания вредных для металла примесей, прежде всего серы. К тому же уголь в процессе нагрева измельчался, что затрудняло подачу воздуха. Но нагретый до высоких температур (950-1050 °С), без доступа воздуха, древесный уголь лишался многих вредных примесей и коксовался, приобретал более плотную структуру. Помимо этого, Абрахам Дерби I запатентовал способ отливки чугуна в песочные формы, что значительно удешевило производство.

Несмотря на столь внушительное развитие, жители Индии и Ближнего Востока не спешили перенимать у европейцев технологию производства чугуна в доменной печи. И связано это вовсе не с технологической отсталостью этих регионов, а с отсутствием воды для приведения в движение мехов. Лишенные возможности гнаться за количеством, представители восточных стран предприняли попытку максимально заменить его качеством.

01.08.2018

altpp.ru

Древняя металлургия. История — реферат

 

•          Древняя металлургия. История.

 

Еще за несколько  тысячелетий до новой эры на обширных пространствах Северной Африки и  Средней Азии, а также на Индостанском субконтиненте, в Междуречье и т. д. возникли рабовладельческие государства, постепенно подчинившие многочисленные и разрозненные племена и народы. Крупнейшим среди таких государств в Северной Африке был Египет, додинастическая  государственность которого фиксируется  с V тысячелетия до н. э., а первая династия - с 3400 г. до н. э. В III тысячелетии  до н. э. в Междуречье (Месопотамия) возникли крупные рабовладельческие государства - Ур, преемником которого стало Вавилонское государство, и Ассирия. Рабовладельческий уклад жизни в этих государствах способствовал образованию на их территории крупных городов, явившихся средоточием ремесел и культурной жизни. Росту благосостояния городов способствовали плодородие почвы, обеспеченность дешевыми сельскохозяйственными продуктами, особенно продуктами скотоводства. Города древних государств обслуживались большим количеством рабов, число которых росло за счет покоренных племен и народов. Рабы выполняли тяжелые работы на рудниках, на постройках, предпринимавшихся деспотами, в сельском хозяйстве и т. д. Использование совершенно дарового труда рабов позволяло властителям государств предпринимать грандиозные постройки пирамид, дворцов, ''висячих садов'' и др.

 

В условиях рабовладельческого общества и возникли ремесленные  производства. В отличие от первобытного общества, в котором отсутствовала  какая-либо специализация производства и все операции производственного цикла выполнялись одним человеком, в рабовладельческом обществе можно уже констатировать появление специалистов-ремесленников, в совершенстве овладевших техникой изготовления определенных изделий или даже определенной производственной операцией. Такая специализация, связанная с разделением труда, придававшим производству коллективный характер, чрезвычайно способствовала как быстрому усовершенствованию производственных приемов, так и возникновению новых производств.

Металлургия. В рабовладельческом обществе происходило довольно быстрое расширение сведений о металлах, их свойствах и способах их выплавки из руд и, наконец, об изготовлении различных сплавов, получивших большое техническое значение *).

 

Достижения  ремесленных металлургов древности  стали, в общем, основой металлургической техники всего средневековья 

 

Несколько слов скажем о средствах для письма, применявшихся в Древнем мире. Древнеегипетская бумага - ''папирус'' - широко применялась уже в Среднем  царстве. Ее изготовляли из стеблей  растения - нильской лилии. Стебли разрезали  на узкие полоски, которые складывали друг около друга в два слоя крест-накрест на плоской каменной плите, затем покрывали куском ткани  и выколачивали плоским камнем, без  применения клея. Получалась цельная  пленка, которую сушили, разглаживали и, наконец, лощили. С помощью такой  простой техники изготовляли  полосы папируса шириной 30-40 см и длиной иногда до 40 м. На папирусе писали тушью  с помощью заостренной палочки.

 

Помимо папируса иногда применялся и пергамент - специально выделанные телячьи кожи. По пергаменту, кроме туши, писали золотом, серебром и золотоподобными составами.

 

Нам остается сказать несколько слов о развитии ремесленной химии в других регионах. Государства Индии, Тибета и Китая, существовавшие в древности до III в. н. э., почти не участвовали в  политических событиях, происходивших  в странах Средиземноморского бассейна. Развитие культуры и ремесленной  техники происходило в этих странах, если и не полностью изолированно, по, в общем, вполне независимо, несмотря на то что торговые связи между Индией, Египтом и Грецией, а также и Римом, несомненно, существовали. Северо-западная Индия со времени походов Александра Македонского (IV в. до н. э.) познакомилась с эллинистической культурой и отчасти с ремесленной техникой Древней Греции. Однако установившиеся связи были кратковременными и не оказали серьезного влияния на развитие науки и ремесел в Индии.

 

 Культура  и ремесленная техника в Индии  возникли в очень давние времена,  за несколько тысячелетий до  новой эры. Однако судить о  достижениях древнеиндийского ремесла  в достаточно отдаленные времена  мы можем лишь на основании  изучения археологических памятников (культура Хараппи). Приблизительно во втором тысячелетии до н. э. в Индии возникли религиознопоэтические гимны, пополнявшиеся в последующие эпохи и получившие название ''Веды''. В истории культуры Индии ''ведический период'' относится к эпохе 1500-800 гг. до н. э. В этот период обособились четыре группы ''Вед'' (Ригведа, Самаведа, Яджурведа, Ахтарваведа). Несмотря на специфическое содержание, веды дают некоторые сведения о состоянии и химической ремесленной техники, а также и о натурфилософских представлениях, зародившихся и получивших своеобразное развитие в Индии [8].

 

Натурфилософские  учения вошли также в состав канонов  буддизма (Будда жил около VII в. до н. э.) и возникли, по-видимому, независимо от античных и греческих натурфилософских систем. В IV в. до н. э. в Индии была написана книга ''Артхашастра'', автор которой Каутилья был главным министром у одного из императоров династии Маурьев (321-296 гг. до н. э  В книге даются общие сведения о металлах: золоте, серебре, меди, железе, олове и свинце, о получении этих металлов из руд. Далее, имеются упоминания о существовании некоторых ремесленно-химических производств, в частности о приготовлении алкогольных напитков.

 

О высоком  уровне металлургической техники и  техники обработки металлов свидетельствуют  сохранившиеся памятники индийской  материальной культуры. Например, в  Дели сохранилась большая железная колонна из сплошного куска железа, весом 6,5 т. Колонна имеет высоту 7,3 м, диаметр у основания 41,6 см, у  вершины - 29,5 см. Колонна была изготовлена, по-видимому, путем сварки множества  криц и последующей ковки (около IV в. н. э.). В Дели она была перенесена в 1050 г. Как показали специальные  анализы, колонна состоит из почти  чистого железа (99,7 % Fe) с незначительными примесями углерода, серы и фосфора. 

 

 Остановимся  теперь на состоянии ремесленной  химической техники в Древнем  Китае. Китайские металлурги достигли  больших успехов и в обработке  металлов. Так же как и в  других странах Древнего мира, в Китае получило развитие  крашение тканей, были созданы  различные краски для этой  цели, а также и для целей  письма (китайская тушь).

 

Крупными  достижениями китайской ремесленной  техники древности являются изобретение  бумаги, пороха и фарфора. В 12 г. до н. э. в китайских летописях уже  упоминается о бумаге, получавшейся в виде листов из шелковой ваты - отходов  шелкового производства. В 105 г. чиновник Цай Лунь, ведавший снабжением императорского двора промышленными изделиями, изобрел способ изготовления бумаги из различных бросовых материалов: древесной коры, тряпок, старых рыболовных сетей и т. д. Этот способ был далее усовершенствован и получил распространение в других странах. В 751 г. китайский способ производства бумаги был осуществлен в промышленном масштабе в Самарканде. В Китае же, по-видимому, за много столетий до Гутенберга. был изобретен и способ книгопечатания.

 

Еще в глубокой древности в Китае были известны ''огненные составы'' для фейерверков, применявшихся для увеселительных целей. В связи с этим китайским  пиротехникам были хорошо известны составные  части пороха - селитра, сера и уголь, применявшиеся также и в медицинской  практике.

 

Химико-практические знания и некоторые приемы ремесленно-химической техники рано проникли и в страны Европы, лежащие за пределами Средиземноморского бассейна, правда, не получив здесь  такого высокого развития, как в  Египте, Месопотамии, Армении, Греции и  Риме. В эпоху Римской империи, когда Рим овладел обширными  территориями в Галлии, Испании и  на юге Англии, в этих странах  возникли разнообразные ремесленные, в том число и химико-ремесленные  и металлургические, производства.

 

Еще ранее  греческие и римские колонии  на северных берегах Черного моря и в Крыму (Ольвия, Пантикапея, Херсонес Таврический и др.) не только сами по себе стали крупными центрами ремесленной техники, но и оказались передатчиками химикопрактических знаний народам Причерноморья. Опять-таки у кочевников причерноморских степей получили прежде всего развитие металлургия и обработка металлов. Другим путем передачи химико-практических знаний и ремесленных производств в древности был Кавказ, ставший своего рода ''воротами'', через которые приемы металлургической техники древней Армении и способы обра- ботки металлов и сплавов проникли на Северный Кавказ, в степные районы Причерноморья и Прикаспия и на Нижнюю Волгу.

•        МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ ДРЕВНОСТИ

 

Открытие  металла относится ко времени  нового каменного века (неолита) и  совершалось в процессе поиска подходящих пород камней, когда для изготовления каменных орудий натолкнулись на самородки  металла, и в первую очередь на медные, которые имеют гораздо  большее распространение в природе  по сравнению с золотыми и самородками  других металлов . Позднее человек начал производить ковку самородков меди с предварительным отжигом. Какой же из металлов был первым, познанным и использованным человеком? Не исключено, что, наряду с медными самородками, внимание человека в новом каменном веке привлекли также и золотые самородки [4, с. 20]. Однако золотые изделия в древних погребениях, датированных временем до конца V тысячелетия до н. э., до сих пор не обнаружены. Можно лишь предположить, что люди каменного или новокаменного века ввиду большой ценности золота не клали его в погребения вместе с другими предметами, а продолжали его использовать в быту [5, с. 2]. Поэтому в настоящее время общепринято, что в древности до начала широкого использования железа наибольшее значение в материальной культуре человечества играли медь и ее сплавы с другими цветными металлами.

•         Медь и её сплавы

 

В районе Верхнего озера в США из самородной меди изготовлялись различные предметы (3000 лет до н. э.-1400 лет н. э.). Изучение микроструктуры показало, что их изготовляли  путем ковки самородков с предварительным отжигом. Плавка же самородной меди, для чего требовалась температура не ниже 1084o С, не производилась [5, с. 2; 47, с. 13-16].

 

Во второй фазе человек начал использовать медь, получаемую восстановительной  плавкой ее руд - минералов, первоначально  из окисленных, например малахита СuСОз.Сu(ОН)2. Окисленные руды не требовали предварительного обжига по сравнению с сульфидными рудами, обжиг которых был необходим для удаления химически связанной серы.

 

Выдвигалось немало гипотез [6, с. 2] относительно открытия возможности получения меди путем  восстановительной плавки ее руд. Но, по-видимому, оказалось невозможным  выяснить, как же это открытие было сделано. Иногда отмечалось, что первым металлургическим горном явился лагерный костер. 

 

Древние печи для обжига керамики, в которых  температура нагрева достигала 1100o С, были обнаружены в Тепе-Гавра (Северная Месопотамия). Там же, равно как и в Сузах (Иран), были найдены керамические сосуды, обжиг которых был проведен при температурах в пределах 1000- 1200oС. То же самое показали найденные в Египте сосуды, датированные додинастическим периодом (5000-3400 гг. до н. э.). Обжиг их был проведен при температуре 1100-1200oС. Древние мастера поэтому могли получать медь восстановительной плавкой малахитовых руд

 

По-видимому, в разных районах мира исторически  имели место оба пути освоения металла: в одних случаях человек  впервые знакомился с самородной медью, в других же получал металл плавкой окисленных руд. Древнейшие металлические изделия были обнаружены на территории Анатолии и Ирана [9] (см. ниже

 

Самым древним  свидетельством использования человеком  металла служат находки в докерамическом неолитическом поселении на холме Чайоню-Тепези в Юго-Восточной Анатолии (в верховьях р. Тигр) [21]. Металлические изделия были найдены в напластованиях холма, возраст которых по радиоуглероду составляет 9200+200 и 8750+250 лет до н. э. Это были проволочные булавки, четырехгранное шило, сверла, бусы и их ''полуфабрикаты'' из меди, а также непросверленные, но хорошо обработанные бусы. 

 

 Речь идет, в частности, об обнаружении  металлических изделий в неолитическом  поселении Чатал-Гуюк на плоскогорье Конья в Анатолии. В горизонтах этого многослойного поселения, датированных 6400-5700 гг. до н. э., были найдены различные мелкие металлические украшения: медные .бусины, трубочки, колечки, а также бусины и привески из свинца. В развалинах же одного жилища, в горизонте, датированном 5900-5800 гг. до н. э., обнаружен шлак от плавки медной руды [9].

 

В связи с  вопросами производства меди в конце V тысячелетия до н. э. значительный интерес представляет памятник Тали-Иблис на территории. Ирана, расположенный вблизи Машиза в центральной части Керманской горной цепи.   Судя по большому количеству фрагментов тиглей, предполагается, что в конце V тысячелетия до н.э. в Тали-Иблисе выплавляли медь в количестве, превышающем местное потребление; излишек ее переправляли в Южную Месопотамию.

 

В Египте первые предметы из меди относятся ко времени  Бадарийского периода, т. е. к IV тысячелетию до н. э., хотя вблизи Каира был найден кусок медной руды, который, по всем данным, был обработан даже в V тысячелетни до н. э. и относится к меднорудному месторождению на Синайском полуострове

 

Очевидно, химико-практические и металлургические знания были переданы в Египет бадарианцами - народами, мигрировавшими из Азии.

 

Изучение  древних металлических предметов, найденных в других местах Древнего мира, показало, что они вообще по возрасту ''моложе'' памятники, в которых  они обнаружены, не старше 6000 лет  до н. э. В них также найдены  изделия из меди. Например, в Телль Эс-Саван, в Северном Ираке (вблизи Багдада), в горизонтах, датированных 5600-5400 гг. до п. э., обнаружены бусы и небольшой нож из меди. А в Саммара, возраст которого 5000 лет до н. э., кроме медных бус, обнаружено также железное долото [13, с. 878].

 

В Южной Месопотамии  древнейшим металлическим предметом  явился наконечник копья, найденный  в Уре, в слоях, относящихся к IV тысячелетию до н. э. Химический анализ установил, что в нем содержится 99,69% Сu, 0,16% As, 0,12% Zn и 0,01% Fe [14]. На Кавказе и в Закавказье металл начали использовать с первой половины IV тысячелетия до н. э. Это была медь, которую получали металлургической плавкой окисленных медных руд, порой совместно с мышьяковыми минералами [15].

yaneuch.ru

Древний мир бронзового литья: starcheolog

Сенсационные знания древних, которые утаивают от простых людей: Вторцветмет в древнем мире, Причины хромоты Гефеста, Преимущества олова, Кипение холодной воды и иные секреты древнего бронзового литья.

Для тех, кто только присоединился - данный цикл показывает поступательное развитие металлургии от неолита до ...

Древний мир бронзового литья

До тех пор пока люди не научились использовать железо, цветные металлы и их сплавы были основным материалом для изготовления вооружения, орудий труда, инструментов, предметов домашнего обихода и, естественно, украшений.

Главными металлургическими технологиями были литейные: искусство обработки жидкого металла позволяло получать уникальные бронзовые изделия и бытовые предметы. Именно в эту эпоху появились вещи, сопровождающие человека в его повседневном существовании, и инструменты, являющиеся символами основных технических профессий. Это время получило название бронзового века.

В 2000 г. Япония первой в мире провозгласила себя страной с «рециркуляционной» экономикой. Был принят ряд законов, направленных на максимальное использование вторичных ресурсов, в том числе металлического лома. Принцип «3R» сегодня знает каждый японский первоклассник: это «Recycling» (использование в качестве вторичных ресурсов), «Reuse» (повторное использование) и «Recovery» (восстановление вторичных материалов). Впервые официальное определение приведенных понятий было дано в Постановлении о переработке использованных автомобилей, принятом Евросоюзом в 1997 г. Однако подобные, причем очень строгие, законы о порядке переработки металлического лома существовали во всех великих империях Древнего мира: в Ассирии, Китае, Египте, Риме. Использование технологий бронзового литья и ковки позволяло с успехом воплощать принцип «3R» в древней цветной металлургии.

Древняя цветная металлургия

Ключевыми техническими преобразованиями бронзового века, продолжавшегося в течение двух тысячелетий, принято считать освоение ирригационного земледелия и полного металлургического цикла производства металлов, включавшего добычу руды, выжиг древесного угля, подготовку материалов, выплавку и рафинирование чернового металла, литье, ковку, волочение проволоки, другие виды металлообработки и рециклинг металлолома.

В этот период были освоены технологии выплавки и обработки металлов, получивших название «семь металлов древности»: меди, золота, свинца, серебра, железа, ртути и олова. Общепризнано, что определяющую роль в техническом прогрессе в бронзовую эпоху сыграло появление литых топоров, мечей и мотыг – основных видов орудий труда и оружия. Основой цивилизации стала металлургия меди и бронзы.

Топор. Село Кобан, Северная Осетия. Конец 2-го – начало 1-го тысячелетия до н.э.

Для производства меди повсеместно использовались как окисленные, так и сернистые руды. Месторождения меди обычно делятся на две зоны. Верхняя часть, находящаяся над уровнем грунтовых вод, представляет собой зону окисления. В ней располагаются минералы, основу которых составляют легковосстановимые оксиды меди – малахит, азурит. Нижняя, основная часть месторождения формируется сульфидными рудами – халькопиритом (CuFeS2) и халькозином (Сu2S). Содержание меди в сульфидных рудах намного ниже, чем в окисленных. После истощения верхних слоев человеку пришлось использовать более бедные сульфиды, а это потребовало разработки принципиально новых (инновационных) металлургических технологий.

Древние металлурги нашли решение проблемы. Было обнаружено, что добавление в шихту в достаточном количестве (около 30 %) красноватого или коричневого материала приводит к увеличению объема выплавки и повышению качества меди. Этим материалом была железная руда в виде гематита или лимонита, часто присутствующая на открытых частях месторождений халькопирита. Добавление железной руды принципиально изменяло процесс выплавки меди. Одним из продуктов реакций восстановления становился монооксид железа. При температуре около 1200 °С он реагировал с SiO2 пустой породы с образованием фаялита (Fe2SiO4), который превращался в основную составляющую жидкого шлака. Таким образом, железная руда играла роль флюса. Такая технология имела определяющее влияние на дальнейшее развитие металлургии. Шлак, образующийся при выплавке меди, практически идентичен шлаку, который позднее получался при выплавке железа в сыродутных горнах.

При использовании сернистых руд требовалось проведение ряда подготовительных операций. Широко практиковалось окисление раздробленной руды на воздухе в течение длительного времени. Благодаря воздействию влажного воздуха и атмосферных осадков руда обогащалась кислородом и теряла часть серы. Важную роль играл предварительный обжиг сернистой руды, при котором происходили выгорание серы и разрыхление руды. Его проводили в кучах, в специально устраиваемых ямах, а также в особых сооружениях – стойлах. Размеры стойл были значительны: их каменные стены достигали 12,5 м в длину и 1,5 м в ширину.

Повышение температурного уровня плавки зависело, прежде всего, от совершенствования техники и технологии дутья. Определяющую роль играло использование естественного дутья – силы ветра. Эффективными были печи, встраиваемые в естественный ландшафт. Они часто строились с подветренной стороны холма, имели соединяющиеся горизонтальный и вертикальный каналы, были обложены камнями и обмазаны глиной. В этом случае достигался «эффект трубы», усиливавший приток воздуха в агрегат. В поду некоторых печей были металлоприемники – углубления для установки горшков, в которые через специальные отверстия стекал металл.

Значительный прогресс последовал вслед за изобретением простейших ручных, а затем и ножных мехов. Они изготовлялись из шкур животных и представляли собой примитивный тип насоса с резервуарами, приспособленными для наполнения их воздухом. Ручные и ножные мехи широко использовались уже в 3-м тысячелетии до н. э. Металлургические печи с искусственным дутьем были, как правило, прямоугольными или цилиндрическими, с толстыми стенками высотой до 1 м, сложенными из камня и изнутри обмазанными глиной, целиком глинобитными или выложенными из кирпича.

Выплавленные из руды слитки меди содержали значительное количество шлаковых включений. Их отделяли ударами молотов. Рафинирование черновой меди осуществляли в тиглях и небольших горнах. При этом на расплавленную черновую медь дутьевыми трубками подавали воздух, основная масса оставшихся в ней примесей, кроме благородных металлов (золота и серебра), окислялась и формировала шлак.

Бронзолитейное искусство

Бронзовый век представляет собой эпоху бурного развития металлообработки. Технология изготовления металлических изделий в это время, как правило, включала совместное применение приемов, как литейной, так и кузнечной технологии, последующие полирование и гравирование изделий.

Сначала применяли литье в открытые глиняные или песчаные формы. Их сменили открытые формы, вырезанные из камня, и формы, у которых углубление для отливаемого предмета находилось в одной створке, а другая, плоская, играла роль крышки. Следующим шагом стало изобретение разъемных форм и закрытых форм для фигурного литья. В последнем случае сначала из воска лепили точную модель будущего изделия, затем ее обмазывали глиной и обжигали в печи. Воск плавился, а глина принимала точный слепок модели и использовалась в качестве литейной формы. Этот способ получил название литья по восковой модели. Мастера получили возможность отливать пустотелые предметы очень сложной формы. Для образования полости практиковалась вставка в формы особых глиняных сердечников – литейных стержней. Несколько позднее были изобретены технологии литья в стопочные формы, в кокиль, в различные формы с креплением литейного стержня на каркасе, литье по выплавляемым моделям и армированное литье.

Древние литейные формы изготовляли из камня, металла и глины. Глиняные литейные формы, как правило, получали путем оттиска в глине специально сделанных моделей из дерева и других материалов. В качестве моделей могли применяться и сами отлитые металлические изделия. Следует отметить, что формы, вырезанные из камня или литые металлические, вследствие их большей ценности не всегда служили для литья изделий, а могли использоваться для изготовления в них легкоплавких моделей. Например, в некоторых районах Англии была отмечена отливка в бронзовых литейных формах свинцовых моделей.

Развитие литейных технологий

Металлические формы в основном изготовляли из меди, так как она имеет значительно более высокую температуру плавления, чем бронза, для отливки которой они и предназначались. Применение кокилей позволяло получать отливки сложного профиля, с мелкими деталями, точный негатив которых было трудно вырезать в каменной форме. Переход на металлическую форму, более прочную, чем глиняная, и более простую в изготовлении, чем каменная, позволил соединить преимущества двустворчатых форм, приспособленных к многократному использованию, и отливок по восковой модели. Например, в рассматриваемое время повсеместно применялось литье удил из двух или четырех свободно соединенных звеньев, для получения которых на каждое звено требовались отдельный литник (канал для подвода металла) и складная форма, по крайней мере, из четырех частей.

Постоянной практикой стала дополнительная проковка отлитых изделий без изменения формы в целях повышения твердости, плотности и эластичности (пластичности) материала. Основным видом изделий, подвергавшихся подобной обработке, являлись орудия труда и некоторые виды оружия – мечи и кинжалы. Ковку использовали в процессе изготовления булавок, которые подвергались также гравированию или чеканке. Такие же приемы обработки применяли и к украшениям.

а. Литье в открытую формуб. Литье в разъемную форму с литейным стержнем

Эпоха металлов наступила тогда, когда повсеместно была освоена технология изготовления литых топоров и мечей. Необходимость объединить в одном орудии труда каменное рубило и деревянную палицу возникла у человека уже в каменном веке. Первые бронзовые топоры, изготовленные методом литья, повторяли форму каменных, однако новые требования к орудиям труда и необычные в сравнении с камнем свойства бронзы способствовали быстрому совершенствованию литых изделий. Появились топоры сложных форм, с закраинами, вислообушные, кельты. Их изготовление требовало высокого развития литейного ремесла: сложная конфигурация отливки и наличие отверстия значительно усложняли устройство разъемных каменных форм. Появление усовершенствованных литых бронзовых топоров сыграло исключительную роль в развитии многих народов: облегчило строительство жилищ и изготовление других орудий труда и предметов быта, упростило освоение лесистых местностей земледельцами и т. п. Литые мечи и кинжалы раньше других бронзовых изделий стали произведениями искусства. Древние мечи, найденные при археологических раскопках, часто снабжены не только замысловатыми рукоятями с литыми узорами, но и богатой инкрустацией из серебра, золота и драгоценных камней.

Как отмечалось выше, ранний бронзовый век представлял собой эпоху безраздельного господства мышьяковой бронзы. Олово пришло на смену мышьяку только во 2-м тысячелетии до н. э. Отметим, что технология обработки оловянной бронзы заметно сложнее, так как зачастую требует горячей ковки (хотя и при низких температурах). На поверхности земли минералы олова встречаются достаточно редко. Почему же в позднем бронзовом веке оловянная бронза практически повсеместно вытеснила мышьяковую? Главная причина заключалась в следующем. В древности люди относились к металлическим предметам чрезвычайно бережно ввиду их высокой стоимости. Поврежденные предметы отправлялись в ремонт или на переплавку. Отличительной особенностью мышьяка является возгонка при температуре около 600 °С. Именно при такой температуре проводился отжиг ремонтируемых бронзовых изделий. С потерей мышьяка механические свойства металла ухудшались и изделия, изготовленные из бронзового лома, получались низкого качества. Объяснить это явление древние металлурги не могли. Однако достоверно известно, что вплоть до 1-го тысячелетия до н. э. изделия из медного и бронзового лома стоили дешевле, чем изделия из рудного металла.

Было и еще одно обстоятельство, способствовавшее вытеснению мышьяка из металлургического производства. Пары мышьяка ядовиты: их постоянное воздействие на организм приводит к ломкости костей, заболеваниям суставов и дыхательных путей. Хромота, сутулость, деформация суставов были профессиональными заболеваниями мастеров, работавших с мышьяковой бронзой. Данное обстоятельство находит отражение в мифах и преданиях многих народов: в древнейших эпосах металлурги часто изображаются хромыми, горбатыми, иногда – карликами, со скверным характером, с косматыми волосами и отталкивающей внешностью. Даже у древних греков бог металлург Гефест был хромым.

Оловянная бронза

Олово, необходимое для производства оловянной бронзы, стало последним из семи великих металлов древности, ставшим известным человеку. Оно не присутствует в природе в самородном виде, а касситерит – его единственный минерал, имеющий практическое значение, является трудновосстановимым и малораспространенным.

Тем не менее, этот минерал был известен человеку уже в глубокой древности, поскольку касситерит является спутником (хотя и редким) золота в его россыпных месторождениях. Благодаря высокой удельной массе золото и касситерит в результате промывки золотоносной породы оставались на промывочных лотках древних старателей. И хотя факты использования касситерита древними ремесленниками не известны, сам минерал был знаком человеку уже во времена неолита.

По-видимому, впервые оловянная бронза была произведена из полиметаллической руды, добытой из глубинных участков медных месторождений, в состав которой наряду с сульфидами меди входил и касситерит. Древние металлурги, уже располагавшие знаниями о положительном влиянии на свойства металла реальгара и аурипигмента, достаточно быстро обратили внимание на новый компонент шихты – «оловянный камень». Поэтому появление оловянной бронзы произошло, скорее всего, сразу в нескольких промышленных регионах Древнего мира.

Производство и рециклинг изделий из оловянной бронзы во 2-м тысячелетии до н. э.

В гробнице высокопоставленного египетского чиновника XVIII династии (около 1450 г. до н. э.) найдено изображение технологического процесса получения бронзовых отливок. Трое рабочих под наблюдением надсмотрщика подносят металл. Двое рабочих с мехами раздувают огонь в горне. Рядом изображены плавильные тигли и куча древесного угля. В центре показана операция разливки. Иероглифический текст поясняет, что эти картины иллюстрируют отливку больших бронзовых дверей для храма, и что металл по приказу фараона доставлен из Сирии.

Литье бронзы в Древнем Египте около 1450 г. до н. э.

Древнейшими предметами из олова считаются браслеты, найденные на острове Лесбос. Они датируются 3-м тысячелетием до н. э. Олово было одним из наиболее дефицитных и дорогих металлов Древнего мира. Даже в 1-м тысячелетии до н. э. металлическое олово имело крайне ограниченное распространение. Оно применялась, главным образом, для изготовления мелкой косметической посуды и некоторых деталей защитного вооружения, требовавших высокой пластичности (например, из олова делали книмиды – доспехи, защищавшие голени ног, которые держались на них без шнуров и застежек, а лишь благодаря упругости и эластичности). Практически все добываемое в то время олово расходовалось на производство бронзы.

Основные месторождения олова в эпоху Древнего мира были в Испании, Индокитае, Британских островах, которые греки называли «оловянными» – касситеридами. Кроме того, оловянная руда добывалась на Апеннинском полуострове (этрусками), в Греции (в Хризейской долине около города Дельфы), в Сирии. По мнению большинства историков, своим названием бронза обязана крупному римскому порту Брундизию, через который осуществлялась торговля империи с восточными странами. Однако существует и другая версия, упоминаемая римским историком Плинием, который считал, что название сплава произошло от персидского слова, обозначавшего «блеск меча».

Преимущества оловянной бронзы перед медью, мышьяковой бронзой и латунью заключались в высоких твердости, коррозионной стойкости и прекрасной полируемости. От способности олова повышать твердость бронзы и происходит его современное международное название – «станнум». Отметим, что корень «ст», звучащий в слове «стан» и во многих производных от него словах современных языков, является одним из древнейших общеиндоевропейских корней и обозначает признак прочности или устойчивости.

Зеркало, бритва и маникюрные ножницы

Многие предметы быта и вооружения стало возможно производить только после освоения технологии производства и обработки оловянной бронзы. Это относится, например, к изготовлению длинных мечей, бритвенных ножей и особенно к полированным зеркалам. Можно сказать, что появление оловянной бронзы ознаменовало переворот в древней магии.Особое отношение к зеркалу характерно для всей территории древней Евразии. С помощью зеркала древний человек мог вступать в магические отношения с потусторонним миром: у многих народов существовало представление об отражении лица в зеркале как о выражении духовной сущности человека. В связи с этим нельзя не вспомнить сохранившееся до наших дней поверье, согласно которому разбитое зеркало означает несчастье.

Наибольшее распространение зеркало получило в качестве главного ритуального предмета культа женского солнечного божества. В эпоху античности ручки зеркал обычно выполнялись в виде женской фигуры, держащей над собой зеркало. Зеркало было главным атрибутом богинь Солнца в Иране, Египте, Индии, Китае и Японии. Особое отношение к зеркалу отразилось на выборе металла для его изготовления. Перечень требований, предъявляемых в древности к зеркальному сплаву, включал цвет и блеск, имитирующие солнечный, высокую отражательную способность и нетускнеющую поверхность.

На зеркалах, как ни на одном другом виде бронзовых изделий, можно проследить этапы освоения древними мастерами технологии термической и механической обработки медно-оловянных сплавов. Например, древние греческие, египетские и скифские зеркала, содержащие до 12 % масс. олова, подвергались только холодной ковке. Это не давало возможности достигать высоких параметров твердости и полируемости. Этруски делали зеркала из сплава с 14–15 % масс. олова. Перед холодной ковкой такой сплав необходимо было подвергнуть «гомогенизации». Этрусские металлурги проводили гомогенизацию сплава в течение 4–5 ч при температуре около 650 °С. Поэтому этрусские зеркала обладали прекрасной полируемостью и высокой коррозионной стойкостью. Еще больше олова (до 23 %), содержат золотисто-желтые зеркала сарматов, изготовленные в V–III вв. до н. э. Изделия из такого сплава можно было получить только путем горячей ковки бронзы при температуре «красного каления» (600–700 °С) и последующей закалки в воде. Подобную технологию использовали также в Индии, Китае и Таиланде.

На пороге новой эры практически повсеместное распространение получил тройной сплав меди, олова и свинца. Такие бронзы, содержащие до 30 % олова и до 7 % свинца, являются самыми твердыми и сложными для обработки. Однако они позволяют производить металл с высокой отражательной способностью, а также с прекрасными литейными свойствами и полируемостью. Изделия из такого сплава получили распространение в Китае, Средней Азии и Римской империи, хотя Плиний отмечает, что они имели чрезмерно высокую стоимость и были доступны только очень состоятельным людям.

Кусковая формовка

Уникальные технологии бронзового литья были созданы металлургами Древнего Китая. Известно, что уже во 2-м тысячелетии до н. э. в Китае существовала оригинальная технология литейного производства. В то время, когда металлурги Запада и Ближнего Востока получали сосуды ковкой, литьем в песчаные формы или по выплавляемым моделям, китайцы освоили гораздо более трудоемкий, но и существенно более прогрессивный метод «кусковой формовки».

Технология заключалась в следующем. Сначала из глины изготовляли модель, на которой вырезали требуемый рельеф. Затем получали обратное изображение, напрессовывая пластины глины, кусок за куском, на ранее изготовленную модель. На каждом куске формы выполняли тонкую доводку рельефа. После этого куски глины обжигали, что само по себе требовало виртуозного мастерства, так как не должен был нарушаться рисунок.

Первоначальную глиняную модель зачищали на толщину стенок будущей отливки, получая стержень для формирования ее внутренней полости. Куски формы собирали вокруг стержня, создавая таким образом цельную форму. При этом швы и стыки между кусками формы специально не заделывались наглухо, чтобы в них мог затекать металл. Это делалось для того, чтобы застывший в швах металл приобретал вид изящной кромки, придававшей изделию особый декоративный оттенок. Традиция использования вертикальных литейных швов для украшения изделий стала отличительной чертой китайского металлургического искусства.

Китайские бронзовые вазы

Еще одним примером оригинальных китайских литейных технологий является изготовление бронзовых тазиков с «кипящей» водой. На днище таких тазиков мастерами размещались литые рисунки определенного вида и направления. Они изменяли акустические свойства предмета, наполненного водой, таким образом, что стоило потереть его ручки, как с поверхности воды начинали подниматься фонтанчики, как будто вода, оставаясь холодной, действительно закипела. Современные исследования позволили установить причину такого необыкновенного эффекта: от трения возникают звуковые волны, которые резонируют и вызывают быстрые колебания в литых выступах в днище тазика, в результате чего вверх выталкиваются струйки воды.

Возможно, ни одна культура бронзового века не соответствует своему названию лучше, чем культура Древнего Китая в период династии Шан Инь (конец 2-го тысячелетия до н. э.). В то время в городах были целые кварталы ремесленников, занятых обработкой металлов, изготовлением оружия и специальных ритуальных изделий из бронзы. Кроме нескольких мраморных скульптур этой эпохи, все сохранившиеся произведения искусства сделаны именно из бронзы.

Античное статуарное литьё

В античном мире и Римской империи большое распространение получила мода на бронзовые статуи, которые посвящались богам, царям, выдающимся деятелям, победителям игр. Статуи часто переплавлялись, особенно по политическим мотивам.

На керамической чаше, относящейсяк V в. до н. э., греческий художник изобразил различные этапы изготовления бронзовых статуй человека в натуральную величину. Специальная печь позволяет получать бронзу и поддерживать ее в жидком состоянии. Стоящий за печью юноша раздувает мехи, чтобы увеличить температуру в печи. На рогах висят раскрашенные пластины и маски – это благодарственные приношения, обеспечивающие защиту от неудач в работе, или демонстрация типов изделий, изготовляемых в мастерской. В следующей сцене мастер прилаживает правую руку к бронзовой статуе, располагающейся на глиняном ложе. Отдельно отлитая голова еще лежит на полу. На стене висят модели кисти руки и ступни. Чуть дальше двое рабочих полируют большую статую воина в шлеме, стоящую на помосте. За работой наблюдают два человека. Предполагают, что один из них скульптор – автор статуи, а другой – бронзолитейщик, воплотивший замысел скульптора в металле.

Изготовление бронзовой статуи (рисунок на керамической вазе)

Обычно после отливки частей и сборки статуи устраняли неровности верхнего слоя, полировали поверхность, резцом и зубилом отделывали детали: бороду, волосы, складки одежды. Губы делали из красной меди, зубы – из серебра, глаза инкрустировали стеклянной массой или камнем, наносили цветные штрихи.

Изготовление бронзовой статуи

Древние не любили патину, покрывающую сегодня старинные изделия из бронзы. В момент создания скульптуры имели не нынешние (зеленые, коричневые или черные) оттенки: тон фигур был теплым и золотистым, как бронзовый загар. На фоне обилия разнообразных статуй, посвященных пусть великим, но смертным людям, скульптуры могущественных богов выделялись размерами и убранством. Самая крупная из известных в древности металлических статуй – «Колосс Родосский» – входила в число семи чудес света.

Источник: Энциклопедия «Металлургия и время», Голубев О.В., Карабасов Ю.С., Коротченко Н.А., Черноусов П.И.

Бонус:

starcheolog.livejournal.com

Древняя металлургическая терминология

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Привычная для нас металлургическая терминология в основном сложилась в эпоху Древнего мира и раннего средневековья. Иногда эти термины хорошо известны нам со школьной скамьи и поэтому привычны в употреблении. А какова морфология (происхождение) металлургических понятий? Является ли профессиональный язык металлургов обособленным от повседневной жизни или, наоборот, представляет собой порождение бытового «просторечного» языка?

Согласно последним исследованиям древнейшие названия большинства металлов восходят к их характерному цвету или блеску. Ярким примером являются названия драгоценных металлов – золота и серебра. Славянское «золото», английское и немецкое «gold» происходят от санскритского корня «гол» («зол» или «жал»). Этот корень составляет основу слов «яркий, блестящий, пылающий». К этому же корню восходят корни «жел» и «зел» в словах «желтый» и «зеленый», а также древнегерманское «геолу» и современное английское «yellow» (желтый). Блестящий цвет серебра издавна связывали с Луной, что отразилось в названии металла. В Древнем Египте серебро обозначалось словом «хат» – белый. Современное латинское название «argentum» происходит от греческого слова «аргос» – белый, блестящий. В странах Древнего мира широко применялись изделия из природного сплава золота с серебром, который греки называли «электрон», а римляне – «электрум». Полагают, что греческое название происходит от янтарного цвета металла. Сам камень – янтарь, очень высоко ценившийся в Древней Греции, Гомер и Гесиод также называли электроном.

«Цветовая идентификация» древних металлов приводила к интересным родственным связям их названий, недоразумениям и «наследственным» взаимоотношениям. Например, распространена точка зрения, согласно которой русское слово «железо» происходит от упоминавшегося выше санскритского корня «жел» («жал»). Оно могло характеризовать поверхность отполированного блестящего на солнце стального изделия или происходить от желтого цвета болотной руды, наиболее часто применявшейся для производства металла.

Другим примером могут служить свинец и олово. Большинство древних народов считало свинец, олово и сурьму одним и тем же металлом разной степени чистоты. Римляне называли свинец «плюмбум нигрум», а олово – «плюмбум альбум», т.е. это один и тот же металл, только черного или белого цвета. На Руси свинец долгое время называли оловом. Это нашло отражение в поговорке «Слово – олово, молчание – золото», впоследствии видоизмененной. Позднее за свинцом закрепилось название, произошедшее от технологии его разливки: «свинкой» называли товарные слитки металла.

Сложности, связанные с толкованием древних металлургических терминов, часто возникают по «философским» и «мировоззренческим» причинам. В древних языках длительное время не было термина «металл» в его современном понимании. Слова, которые теперь переводятся из древних текстов как «железо» или «медь», в те времена означали «камень» («руда») или «продукт плавки». Осознание металла как вещественной формы, которой присущи определенные металлические свойства, произошло лишь в середине 1-го тысячелетия до н. э. Этому достижению научной мысли человечество обязано греческой философии, благодаря которой в современные языки вошли термины «металл», «металлургия» и их производные.

В настоящее время наиболее распространена версия, согласно которой древнейшим языком, из которого началось «движение» термина, обозначавшего железо, в другие языки, был язык хатти – народа, относящегося к древним индоевропейцам и населявшего Анатолийский полуостров во 2-м тысячелетии до н. э. Хатти, а следом за ними и хетты называли железо «хапалки» (или более поздние формы – «hawalki» и «habalkinnu»). По современным представлениям это слово, трансформируясь и видоизменяясь, проникло затем в большинство языков Азии и Европы. Например, в древнегреческий язык оно попало в двух формах. Более ранняя из них «халькос», означавшая первоначально собственно металл (и железо, и медь), стала затем использоваться для обозначения меди и ее минералов, а также послужила основой для слова «кузнец» – «халкеус». Древние греки, относившиеся к металлургам с большим уважением, ежегодно устраивали специальный праздник в честь бога-кузнеца Гефеста. Этот праздник

получил название «халкин».

В древнегреческом языке существовал еще один термин,

непосредственно связанный с металлургическим производством. Древние греки обозначали искусство работы с расплавленным металлом словом «хима» («хюма») – литье, поток. Возможно, именно это слово, распространенное в эпоху эллинизма на всем Ближнем Востоке, послужило прообразом термина «химия» («алхимия» у арабов в эпоху раннего средневековья), который стал использоваться для обозначения всей

совокупности естественнонаучных знаний в начале новой эры.

В слове «хапалки» корнем является «пал», а перед ним располагается характерная для хаттского языка приставка. Ассирийцы, захватившие после распада хеттского государства не только значительную часть его территории, но и технологию производства железа и стали, перенесли в свой язык

и металлургический термин. По-ассирийски железо стало звучать как «парциллу». Практически в такой же форме это слово перешло в семитский («parzillu») и финикийский («парциллум») языки.

Финикийцы были прекрасными мореплавателями, вели обширную торговлю по всему Средиземноморью, они основали множество колоний, в которых, в частности, развивалось и металлургическое производство. По существующей в настоящее время теории, от финикийцев термин «парциллум» перешел к этрускам в форме «ферсом», а затем вошел и в латинский язык в виде «феррум». Именно так теперь и называют железо,

когда о нем говорят как о химическом элементе. Ставшее международным латинское название «ferrum» принято сегодня у всех романских народов. О происхождении славянских слов, обозначающих железо, существует несколько версий. Согласно другой теории слова, обозначающие железо во всех языках славяно-балтийской группы, происходят от корня «лез» (или «рез») и связаны с функциональным назначением металла, употреблявшегося для изготовления лезвий и режущих предметов. Таковы, например, польское «zelazo», чешское «zelezo», литовское «gelesis», южнославянское «зализо».

Сторонники функционального признака в образовании славянских и балтийских терминов указывают на то, что подобная практика обозначения металла была и в древнейшей истории. Например, в латинском языке наряду с вышеупомянутым названием железа «феррум» использовался термин «acies», буквально обозначавший лезвие или острие, но применявшийся и как название стали.

Интересно происхождение других славянских металлургических терминов. Славянский термин «кузнец» в древности не имел отношения к процессу ковки металла. Он происходит от слова «кузнь», которым обозначалось металлическое изделие вообще и, прежде всего, ювелирное, драгоценное изделие. В средневековых русских летописях слово «кузнь» всегда употребляется с эпитетами «драгоценная», «многоценная». Однокоренным со словом «кузнь» является слово «козни»; «строить козни» означало изготовлять из металла сложные замысловатые изделия. По-видимому, в современном понимании слова «кузнец» и «кузница» стали использоваться в русском языке не ранее XV в.

В основе слов «ковка», «ковать», «коваль», характеризующих процесс термомеханической обработки металла, лежит корень «ков», происходящий от позднего хеттского названия меди «кувана» («кована»). От него же происходит слово «коварство», ранее означавшее «мудрость, умение, замысловатость» и не имевшее негативных оттенков. Поэтому встречающееся в летописях словосочетание «коварные златокузнецы» следует понимать как «умелые ювелиры». Глагол «ковать» ранее имел широкий смысл: «изготовлять что-либо из металла с помощью умения, навыков». Именно от него произошло множество слов, обозначавших и мастера, и его инструменты, и продукцию, например: ковач, наковальня, ковадло (кувалда, молот), подкова, ковчег (металлический ящик).

Как же называли мастера-металлурга, работавшего с железом, древние славяне? По наиболее распространенной в настоящее время версии, это слово звучало как «крыч» или «хрыч». Однокоренными являются слова «крица» – кусок восстановленного железа, требующий термомеханической обработки, «корчиница» – кузница, «мех корчин» – кузнечный мех, «корчиться» – работать с мехами. От старославянского «крыч» происходит название нескольких русских городов: Корчев («город металлургов») – так назывались древние города на Днепре, Оке, Волге. В настоящее время наиболее известным является город Керчь (также бывший Корчев), который расположен рядом с крупным месторождением железной руды. Таким образом, для древнего русского металлурга в выражении «старый хрыч» («стрый крыч») не было ничего обидного, он понял бы его как «мудрый (опытный) кузнец».

Исходный материал для металлургического производства в древности назывался, так же как и в настоящее время, рудой. В древнерусском языке это слово обозначало одновременно кровь и рудные минералы, т.е. «кровь

Земли». Прилагательное «рудый» было синонимом красного или рыжего цветов, из чего можно сделать вывод о том, что под «кровью земли» подразумевались прежде всего минералы железа. Именно они – болотные железные руды красно-коричневых оттенков – были наиболее распространены в лесной полосе среднерусской равнины, где обитали наши предки. Божеством, покровительствовавшим рудам и помогавшим древним рудознатцам, был Семаргл, представлявший собой крылатого пса. Кстати, славянское слово «руда» имеет прямые родственные связи со скандинавским (варяжским) «raudi». От этого термина, обозначавшего болотную или гематитовую руду, происходят финское слово «rauta», исландское «rauda» и даже современное английское «red» – красный, заимствованное у викингов.

Продуктами плавки железной руды в древних славянских сыродутных горнах были сплавы железа разного качества. В летописях чаще всего упоминаются оцел и харалуг. Под оцелом понималась сталь высокого качества, прошедшая длительную термическую обработку. Это слово обычно употребляется с прилагательными «трьпенный» (стойкий, терпеливый) и «каленый»; известна старорусская поговорка: «Пещь искушает оцел во каление» (печь испытывает сталь огнем). Харалуг был сталью самого высокого качества. Из него изготовлялись прежде всего предметы наступательного вооружения: мечи, наконечники копий и стрел. Некоторые специалисты считают термин «харалуг» заимствованным из тюркского языка, в котором существует выражение «кара-лыг», что означает «черный цветок». Прилагательное «харалужный» пять раз используется в поэме «Слово о полку Игореве» для характеристики качества русских мечей и копий.

Ветер, воздух и его движение играли ключевую роль в технологии металлургического производства древних народов, и наши предки, конечно, не были исключением. Именно подача в горн дутья была наиболее трудоемкой операцией при выплавке железа из руды. «Дутье» по древнерусски произносилось как «дмение», отсюда происходит прилагательное «надменный», т.е. «надутый». Этот же корень имеют глагол «дмать» (дуть) и название металлургического агрегата «домна» или «домница» (дутьевая печь). Даниил Заточник, автор самого старого из известных русских описаний технологии производства железа, так оценивал роль воздушного дутья: «Не огнь творит разжение железу, но надмение мешное». Он же, характеризуя трудоемкость процесса плавки, писал: «Лучше

бы ми железо варити, ни (нежели) со злою женою бытии».

Неудивительно, что главным покровителем русских кузнецов считался бог Сварог, один из пяти верховных божеств Киевской Руси. Сварог (его помощником и подчиненным являлся Семаргл) был богом неба, огня и воздушной стихии, от него зависело движение «соков» и «крови» в земле, т.е. появление побегов растений и проявление жил и руд металлов. Поэтому считалось, что металлург-кузнец мог не только выковать меч или плуг, но и врачевать болезни, отгонять нечистую силу, ворожить и даже устраивать свадьбы. У многих славянских племен существовала легенда о том, что бог Сварог послал людям на землю кузнечные клещи «и нача ковати оружие, преже бо того палицами и камением бивахуся» (А.А. Шахматов «Повесть временных лет»). Именно с помощью кузнечных клещей в известном эпическом произведении легендарный кузнец Михайло Поток (по другой версии – Козьмодемьян) побеждает Змея Горыныча.

Таким образом, у древних славян было много причин, чтобы металлургов уважительно называть «сварожичами», т.е. верными помощниками небесного божества. Имя Сварг часто присваивалось наиболее умелым и талантливым кузнецам. Отсюда берет свое происхождение глагол «сварганить» – мастерски изготовить металлическое изделие или хорошо сделать какое-либо сложное дело. Интересно отметить, что венгры, заняв в начале средневековья славянскую Паннунию, среди многих славянских слов усвоили и два металлургических термина: «варга» – обычный кузнец (от вышеупомянутого «варганить») и «ковач» – кузнец, подковывавший лошадей.

Необходимо отметить, что славянская средневековая традиция отношения к металлургам существенно отличается от западноевропейской, для которой характерно отождествление металлургических знаний с темными силами природы. В средневековой Европе крицу называли «волчья голова» (лат. Lupus, итал. Lupo, нем. Luppe, франц. loup). Считалось,

что кузнецы умеют превращаться в волков, поэтому при приеме молодых подмастерьев в металлургические цеха с них брали клятву о том, что они не будут становиться оборотнями.

mykonspekts.ru