Железоплавильные эксперименты и эксперименты с очисткой губчатого железа от шлака

(Forsøg med udvinding og rensning af jern)

Железоплавильные эксперименты. В Дании проводилось несколько экспериментов по извлечению железа из болотной руды. Плавки выполнялись в копиях печей типов Эспевай, Дренгстед, печей с выпуском шлака и земляных (ямных) печах. Многие эксперименты проводились любителями-неспециалистами: бойскаутами, учениками вечерних школ или сотрудниками многочисленных «экспериментальных центров», где обычно такие эксперименты привлекают большое количество посетителей. Обычно эксперименты в Дании проходит следующим образом: строится печь из глины с примесью соломы, песка или гравия. Твердая болотная руда доставляется из западной Ютландии. Она содержит от 60 до 75% окиси железа и, как большинство датских болотных руд, значительное количество окиси фосфора. Сначала руда обжигается на открытом огне так, чтобы она подверглась ряду физических и химических изменений, которые облегчают последующий процесс восстановления. Вода испаряется, органические компоненты выгорают, что увеличивает пористость руды. Обожженная болотная руда приобретает темный красновато-коричневый оттенок, она пористая, легкая и сильномагнитная. В это же самое время печь предварительно разогревается. Затем она заполняется древесным углем и болотной рудой, и температура внутри горна увеличивается с помощью искусственного или естественного поддува воздуха. Как только температура достигает 1200ºС, начинает течь шлак. Печь многократно заполняется древесным углем и обожженной болотной рудой – обычно в весовом соотношении 2:1 или 1:1. Процесс длится от 10 до 30 часов в зависимости от типа печи и ее устройства. 

Эксперименты с очисткой губчатого железа от шлака. Эксперименты по моделированию древнего процесса обработки железа весьма немногочисленны. Причина этого кроется в нескольких факторах. С одной стороны, для Дании, так же, как для Европы более характерны были хронологические, типологические и, особенно, технологические исследования, чем исследования относительно экономической и социальной роли железа. Другая причина состоит в том, что только в последние годы удалось получить достаточное количество губчатого железа из болотной руды при экспериментально-археологических плавках. Это означает, что только теперь стал доступен количественно необходимый материал для экспериментов с очисткой и обработкой железа. В настоящее время проведено несколько серий экспериментов в историко-археологическом экспериментальном центре в Лайре, где исследовались основные кузнечные процессы: расплющивание, обрезка, сворачивание и сварка. Кроме того изучался процесс очистки и обработки железной крицы, полученной при восстановлении железа из руды. Перед каждым новым экспериментом очаг, наковальня и пол тщательно очищались для того, чтобы избежать попадания частиц, оставшихся от более ранних опытов. Цементный пол был разделен на шесть зон с наковальней в центре. Регистрировались потребление железа, древесного угля, а также время эксперимента и число ударов молота. Для всех экспериментов использовался молот весом 2 кг. После окончания процесса очистки шлак из каждой зоны был аккуратно собран и детально описан. Был идентифицирован кузнечный шлак, и образцы были отобраны для последующего металлургического анализа. Таким образом были обработаны пять железных криц.

Очистка железной крицы молотом на наковальне. При первом нагревании кузнец держал железную крицу клещами в очаге до тех пор, пока не была достигнута точка плавления шлака. Шлак начинал капать в очаг, кузнец постепенно поворачивал крицу, постоянно за ней наблюдая. Когда, по его оценке, из крицы вытекало достаточное количество шлака, он вынимал крицу, клал ее на наковальню и начинал отжимать ее, но не стучать по ней. Экспериментами доказана большая важность первого нагревания крицы для всего процесса очистки. Именно в ходе первого нагрева кузнец оценивал свойства железной крицы: количество и качество железа и его распределения в губчатом куске. В течение процесса очистки расплавленный шлак стекал в основание очага и застывал там в виде толстого, выпукло-вогнутого кузнечного шлака, в то время как другой тип шлака в виде больших, иррегулярных хлопьев получался путем проковывания крицы на наковальне. Маленькие частички железной крицы откалывались и падали поблизости от рабочего места, в то время как частично магнитные шарики шлака с неровной поверхностью отлетали от наковальни на более далекое расстояние. 

Очистка железной губки в земляной яме с глиняной обмазкой. Другой способ очистки железной крицы состоял в ее нагревании в глубокой яме с боковым поддувом. Стены ямы облицованы сплошным слоем глины, служившим кожухом или экраном. В процессе очистки использовался искусственный воздушный поддув. Эксперимент проводился с использованием крицы весом 1,4 кг и небольших кусочков древесного (букового) угля размером до 5 см, общим весом 2,5 кг. Эксперимент, однако, не увенчался успехом.

Эксперименты с обработкой железных брусков.  Изготовление ножей из железных брусков, получающихся после очищения крицы - процесс относительно несложный. Он протекает достаточно быстро, не требует много древесного угля и не оставляет большого количества шлаков в очаге и вокруг наковальни. Систематические и хорошо документированные эксперименты по обработке железных брусков проводились в историко-археологическом исследовательском центре в Лайре, в 1993-1998 гг. Они проводились при участии археологов, кузнецов и металлургов, и каждый отдельный нож изготавливался по той же самой технологии, что и настоящие древние ножи. Все используемые части железа были металлургически проанализированы перед началом экспериментов, железный брусок и законченный нож взвешивались, шлаки вокруг наковальни и горна собрались и анализировались, кроме этого подсчитывались удары молота, и измерялось время эксперимента.

Эксперименты по изготовлению ножей раннего железного века. В качестве эксперимента были изготовлены точные копии 12 ножей раннего железного века: восемь ножей типа I: 1994/5-8, 1998/1-4, и четыре ножа типа II: 1994/1-4.

Эксперименты по изготовлению ножей позднего железного века. Были изготовлены точные копии шести ножей позднего железного века: четыре ножа типа I: 1993/1, 1993/5-7, и два ножа типа III: 1993/2-3.

Эксперименты по изготовлению ножей эпохи викингов. Точные копии пяти ножей эпохи викингов были изготовлены в 1993-94 гг.: два ножа типа I: 1993/10, 1994/9; один - типа II:1994/10; и два - типа IV: 1993/8-9. 

Эксперименты по изготовлению стремен. Были изготовлены точные копии двух стремен эпохи викингов: 1994/11-12.