Технология выплавки и литья чугуна в древнем Китае

Железо. Медь. Бронза. Технологии получения металлических изделий в древнем мире

В 3 тыс. до н.э. люди начали широко применять в своей хозяйственной деятельности металлы. Кусок самородной меди или поверхностной породы, содержавшей металл, попадая в огонь костра, обнаруживал новые, не свойственные камню особенности: от сильного нагрева металл расплавлялся и, остывая, приобретал новую форму. Если форму делали ис­кусственно, то получалось необходимое человеку изделие. Это свойство меди древние мастера использовали сначала для отливки украшений, а потом и для производства медных орудий труда. Так зародилась металлургия.

В конце 3 тыс. до н.э. древние мастера начали использовать свойства сплавов, первым из которых стала бронза. При нагревании с оловом медь плавилась лучше и легче подвергалась отливке, так как становилась более текучей. Бронзовые инструменты были тверже медных, хорошо и легко затачивались. Металлургия бронзы позволила в несколько раз повысить производительность труда во всех отраслях человеческой деятельности. Само производство инструментов на­много упростилось: вместо того, чтобы долгим и упорным трудом оббивать и шлифовать камень, люди наполняли гото­вые формы жидким металлом и получали результаты, которые и во сне не снились их предшественникам. Техника литья постепенно совершенствовалась. Сначала отливку производили в открытых глиняных или песчаных формах, представлявших собой просто углубление. Их сменили открытые формы, вырезанные из камня, которые можно было использовать многократно. Однако большим недостатком открытых форм было то, что в них получались только плоские изделия. Для отливки изделий сложной формы они не годились. Выход был найден, когда изобрели закрытые разъемные формы. Перед литьем две половинки формы крепко соединялись между собой. Затем через отверстие заливалась расплавленная бронза. Бронза не могла до конца заменить каменные инструменты, это оказалось под силу только железу.

Свободное самородное железо в земной коре, в отличие от меди, почти не встречается. Но оно входит в состав многих минералов и распространено гораздо шире цветных металлов. В древности его можно было добывать буквально повсюду — из озерных, болотистых, луговых и других руд. Однако, по сравнению с металлургией меди, металлургия железа является достаточно сложным процессом. Железо плавится при температуре 1539 градусов. Такая высокая температура совершенно недоступна древним мастерам. Поэтому железо вошло в обиход человека значительно позже меди. Его широкое применение в качестве материала для изготовления оружия и инструментов началось только в 1 тыс. до н.э. Впрочем, некоторые народы научились металлургии железа значительно раньше; например, племена, населявшие территорию современной Армении, умели получать железо из руд уже в начале 3 тыс. до н.э.

Металлическое железо можно получать и при гораздо меньших температурах, но при этом должно быть больше топлива, чем при выплавке меди, и это топливо должно быть лучшего качества. Необходимо также, чтобы огонь был как можно более «горячим». Все это требовало особого устройства печи и условий плавки. Как правило, приступая к «плавке» железа, мастера сначала выкапывали круглую яму, стенки которой изнутри обмазывались толстым слоем глины. С наружной стороны к этой яме подводилось отверстие для нагнетания воздуха. Затем над округлой нижней частью сооружали верхнюю в виде конуса. В качестве топлива использовался древесный уголь. Его засыпали в самый низ печи — в яму. Сверху на него укладывали слоями шихту — измельченную руду и уголь. На самый верх засыпали толстый слой угля. После того как топливо внизу поджигалось, начинался сильный разогрев руды. При этом шла химическая реакция окисления углерода (угля) и восстановления железа. В виде мельчайших лепестков тестообразное железо, которое было в три раза тяжелее шлака, опускалось вниз и оседало в нижней части печи. В результате на дне ямы собирался ком мягкого сварного железа — крица, весом от 1 до 8 кг. Она состояла из мягкого металла с пустотами, заполненными твердыми шлаками. Когда «плавка» заканчивалась, печь разламывали и извлекали из нее крицу. Дальнейшая обработка происходила в кузнице, где крицу снова разогревали в горне и обрабатывали ударами молота, чтобы удалить шлак. В металлургии железа ковка на многие века сделалась основным видом обработки металла, а кузнечное дело стало важнейшей отраслью производства.

Являясь общедоступным и дешевым материалом, железо очень скоро стало применяться во всех отраслях производства, быта и военного дела, производя тем самым переворот во всех сферах жизни. Железный топор и соха с железным лемехом позволили осуществлять земледельческие работы тем народам, которым до этого они было совершенно недоступно. Только после распространения железа земледелие у большинства народов превратилось в важнейшую отрасль производства. Железо дало ремесленнику инструменты такой твердости и остроты, которым не могли противостоять ни камень, ни бронза. Оно явилось той основой, на которой стали бурно развиваться другие ремесла. Эти крупные сдвиги положили конец первобытному обществу. На смену ему пришло более развитое — классовое общество.

Технология выплавки и литья чугуна в древнем Китае

В Китае эпоха железа начинается не ранее середины I тыс. до н.э. (из-за высочайшего уровня бронзолитейного производства, которое не требовало замены). Но письменные источники («Шицзин» VIII в. до н.э., комментарии к Конфуцию VI в. до н.э.) фиксируют гораздо более раннее знакомство китайцев с железом. И все же раскопки в Китае выявили, что к VI-V вв. до н.э. относятся лишь немногие сравнительно простые железные предметы, тогда как в IV-III вв. до н.э. резко возросли количество, ассортимент и ареал железных изделий. Основным способом выработки предметов из железа была, очевидно, отливка, т.е. в Китае быстро достигают высоких технологий и начинают вырабатывать чугун и лить чугунные вещи. Предание гласит, что в VII в. н.э. некий монах Чен Гун должен был отлить гигантскую фигуру Будды высотой около 20 м.

 Он приступил к работе двадцатилетним юношей и двадцать лет подготавливал первую отливку, но она не удалась. Сорокалетний мастер опять принялся за работу, а достигнув шестидесяти лет, предпринял вторую попытку отлить статую. Но счастье снова ему изменило. Когда же в третий раз подготовка подошла к концу, и оставалось только залить форму, восьмидесятилетний старец бросился в расплавленный металл, чтобы умилостивить небеса. Боги благосклонно приняли такую жертву, и статуя получилась безупречной. К сожалению, до нас не дошло ни одной фигуры Будды подобных размеров. Но если судить по другим крупным отливкам древних китайских мастеров, то нужно признать, что легенда несколько преувеличивает труды монаха Чен Гуна (как, впрочем, и положено легенде). Несомненно, фигуру таких размеров нельзя было отлить целиком, а только по частям. Однако это ни в коей мере не умаляет заслуг древних литейщиков, а скорее, наоборот, свидетельствует о высоком уровне литейной технологии в те далекие времена.

Китаю был свойственен более технологичный путь получения упругой стали, при котором не требовались ни особо чистая руда, ни графит, ни специальные печи, был найден в Китае во II веке нашей эры. Сталь перековывали очень много раз, при каждой ковке складывая заготовку вдвое, в результате чего получался отличный оружейный материал, называемый дамаском, из которого, в частности, делались знаменитые японские катаны.

Открытие и развитие новых методов и средств производства чугуна в древнем Китае значительно опережало развитие Европейского металлоделательного ремесла. Так, например, штукофены и доменные печи впервые были применены в Китае еще в VII веке. Китайцы экспериментируя с чугуном, скоро открыли передельный процесс, поднимающий металлургию железа на качественно новый уровень.