Глава 244. Чугун, железо и сталь •
Завершив проектирование звездообразной доменной печи, Ло Чун выделил группу людей и приступил к строительству. Огромное сооружение возводили в металлургическом районе города. Одна только площадь, занимаемая печью, составляла почти тридцать квадратных метров, а высота главной печи была внушительной.
Главная печь имела форму конуса, расширяющегося книзу. Её установили на платформе из серого кирпича высотой метр двадцать. Диаметр основания составлял полтора метра, и чем выше, тем уже становилась конструкция. Без учёта платформы-основания высота самой печи достигала пяти метров. Сверху вниз она разделялась на несколько функциональных зон: колошник, шахту, распар, заплечики и горн.
Колошник представлял собой загрузочное отверстие. Сырьё подавалось через верхнюю часть печи, где температура была сравнительно низкой — около двухсот градусов. Шахта занимала примерно половину всей высоты печи — около двух с половиной метров. Здесь температура постепенно росла с четырёхсот до восьмисот градусов, увеличиваясь по мере продвижения вниз.
Ниже располагался распар — короткий участок длиной чуть более полуметра. Это был важный узел конструкции, так как именно от распара ширина печи начинала увеличиваться. Температура здесь достигала девятисот — тысячи трёхсот градусов.
Под ним находилась основная часть — заплечики. Объём этой зоны был самым большим, ширина достигала примерно метра шестидесяти, что было даже чуть шире фундамента. Высота этого участка составляла около метра двадцати. Именно здесь была самая высокая температура, которая, по расчётам, должна была достигать тысячи семисот градусов. К заплечикам подводились сопла от камер подогрева воздуха.
Соединительные каналы были выложены из огнеупорного кирпича. Хотя они располагались довольно низко относительно общей высоты печи, можно было не опасаться, что расплавленное железо вытечет через воздуходувы. Основная реакция восстановления железной руды происходила именно в зоне заплечиков, и до этого момента материалы оставались в твёрдом состоянии.
Когда реакция завершалась и железная руда плавилась, превращаясь в металл, тяжёлый расплав под собственным весом опускался в нижнюю часть — горн, предназначенный для сбора жидкого железа. Шлак и остатки древесного угля превращались в жидкую массу, которая всплывала на поверхность металла и вместе с ним стекала в горн.
В завершение процесса готовый продукт выпускался через два отверстия по бокам печи. Из нижнего, расположенного у самого дна, вытекал расплавленный металл, а из того, что находилось чуть выше, сливался жидкий шлак. Таким образом на выходе получался жидкий чугун.
По прочности чугун не идёт ни в какое сравнение со сталью, но у него есть свои особенности. Чугун очень хрупкий, как и бронза с высоким содержанием олова — он легко ломается. Однако он идеально подходит для литья посуды: котлов, тазов и прочей утвари.
Изготовленные таким способом железные котлы, хоть и не отличались исключительным качеством и могли разбиться при сильном ударе, подходили для массового производства. Если бы кто-то попытался сделать котел из мягкого ковкого железа, его пришлось бы выковывать вручную. Сложность и время изготовления в этом случае были бы совершенно иного порядка.
Получение ковкого железа — задача не самая сложная. Самый древний способ — многократная проковка кричного чугуна. Однако с изобретением метода пудлингования в эпоху династии Западная Хань производство железа перешло в стадию промышленных масштабов.
Метод пудлингования, если разобраться, был довольно коварным. Процесс заключался в добавлении порошка высококачественной железной руды в расплавленный чугун при непрерывном перемешивании. Это делалось для того, чтобы снизить содержание углерода в чугуне и получить сталь или железо.
Во времена Западной Хань при использовании пудлингования за процессом обычно следил опытный мастер. Он определял на глаз по цвету пламени и металла, превратился ли расплав в сталь. Всё держалось исключительно на личном опыте, без каких-либо точных измерений.
Хотя такой способ существовал, процент брака оставался очень высоким. Но даже этот "брак" был лучше чугуна — это было ковкое железо, на которое всегда находился спрос. В целом пудлингование было похоже на лотерею: полагаться на него для производства качественной стали было нельзя, но для получения ковкого железа оно подходило идеально.
Преимущество ковкого железа перед чугуном заключалось в его пластичности. Иными словами, оно было достаточно мягким. Чтобы это было проще понять, можно привести пример.
Представьте два котла: один из чугуна, другой из ковкого железа. Если ударить молотком по дну чугунного котла, в нём просто проломится дыра. Но котел из железа вы лишь деформируете, сомнёте в лепёшку, но он не лопнет. Это и есть высокая вязкость и прочность на разрыв.
Если изготовить мечи из этих двух материалов, то чугунный клинок с большой вероятностью переломится при первом же столкновении с вражеским оружием. Железный же меч может согнуться, но не сломается. Его можно будет кое-как использовать дальше, и это, по крайней мере, сохранит жизнь бойцу. Потерять оружие на поле боя — верная смерть.
Позже, когда люди научились получать сталь, оружейники начали делать из ковкого железа основу меча, а на лезвие наваривали сталь. После ковки и закалки такое оружие сочетало в себе вязкость и остроту, оставаясь при этом прочным. Известная поговорка "хорошую сталь нужно использовать на лезвии" пошла именно отсюда.
В истории эволюции чёрной металлургии стабильность в производстве наступила лишь в начале эпох Суй и Тан с появлением метода совместной плавки. Только тогда люди получили надёжный способ добычи стали, и в этом методе как раз требовалось огромное количество ковкого железа.
Суть производства стали сводится к тому, чтобы довести содержание углерода в железе до нужной нормы. Поскольку пудлингование было крайне нестабильным, кто-то догадался заменить рудный порошок другим компонентом — ковким железом.
Как уже говорилось, ковкое железо — это, по сути, "передержанная" сталь с очень низким содержанием углерода. Если добавить его в расплавленный чугун, чугун отдаст часть своего лишнего углерода железу. В процессе их слияния среднее содержание углерода в массе выравнивалось.
В итоге чугун, теряя углерод, становился сталью, а железо, поглощая его, тоже превращалось в сталь. После их полного слияния весь объём металла становился сталью. Нужно признать, что человек, придумавший это, был гением.
Метод совместной плавки хоть и не давал точных пропорций, но их было гораздо проще рассчитать. Даже при использовании пропорции один к одному сталь обязательно получалась, вопрос был лишь в её сорте. Но это в любом случае была сталь.
Стоит отметить ещё один важный момент: при использовании этого метода твёрдое ковкое железо нужно было растворить в расплавленном чугуне. Поэтому нельзя было просто бросать в печь огромные чушки. Лучше всего было предварительно расплющить железо в тонкие листы или полосы и равномерно подавать их в расплав, чтобы они быстро плавились и однородно смешивались с чугуном.
В этом особенно преуспели мастера эпохи Мин. Ремесленники того времени часто перерабатывали ковкое железо в проволоку и использовали её в качестве сырья для совместной плавки. Так железо плавилось быстрее и равномернее. Благодаря высокому качеству стали в эпоху Мин изобретали превосходное огнестрельное оружие, что было напрямую связано с освоением качественных материалов.