Будуємо сиродутну піч і виплавляємо залізо — залізна доба

Конструкція: шахтна піч

Сиродутна піч — це висока шахта, що створює відновний стовп: руду й вугілля завантажують згори, повітря вдувають знизу, а на дні збирається залізна криця.

Параметри

• Висота: 80-120 см, звичайний розмір невеликих дослідних печей (вища шахта дає газу більше часу на відновлення руди)
• Внутрішній діаметр: 25-35 см
• Товщина стінок: 10-15 см (суміш глини з піском, як для випалювальної печі)
• Фурма: глиняна трубка з каналом у кілька сантиметрів, що входить крізь стінку біля низу, над горном, і нахилена вниз до центру. Висота й кут відрізняються в перевірених конструкціях печей, тож беріть їх з однієї задокументованої конструкції, а не змішуйте цифри
• Арка для виймання (необов'язково): отвір в основі для виймання криці, на час плавки замазаний глиною

Будівництво

1. Зробіть кругле глиняне підґрунтя з неглибоким чашоподібним заглибленням (горном). Тут утворюється криця.
2. Використайте джгутову техніку з блупринта 02, тільки вище.
3. Вставте фурму (глиняну трубку) крізь стінку на висоті, яку задає обрана конструкція, над горном.
4. Сушіть від кількох днів до тижня й довше, залежно від погоди. Сиродутна піч товща за випалювальну й сохне довше.
5. Прожарте її дедалі жаркішими вогнями (та сама процедура, що в блупринті 02).

Підготовка руди

1. Випаліть руду на відкритому вогні кілька годин. Це видаляє вологу й частину домішок, перетворює гідратовані оксиди й полегшує дроблення кам'янистих руд.
2. Роздробіть випалену руду до розміру лісового горіха (1-2 см). Не надто дрібно — повітря має проходити.
3. Промийте роздроблену руду, щоб видалити глину й легкі домішки.

Плавка (6-10 годин)

1. Розігрів: заповніть піч деревним вугіллям і розпаліть. Дайте їй горіти з міхами близько години, підсипаючи вугілля, доки вся шахта не прогріється.
2. Перша колоша: завантажте зважену порцію вугілля, а на неї — зважену порцію руди. Зважуйте колоші, а не судіть за товщиною шарів: за всю плавку вугілля й руда витрачаються приблизно в рівних вагових кількостях, і вугілля підтримує відновну атмосферу.
3. Подальше завантаження: щоразу, коли стовп опуститься на одну колошу, досипайте згори нову порцію вугілля, а потім руди.
4. Міхи — БЕЗПЕРЕРВНО: двоє, змінюючи одне одного, або міх подвійної дії. Дуття не повинно припинятися: без примусового повітря піч швидко холоне.
5. Випуск шлаку: розплавлений шлак (рідке скло за ~1200 °C) збирається над крицею. Якщо в печі є льотка, періодично відкривайте її, щоб злити шлак. Якщо немає, шлак лишається в горні, тож горн має бути достатньо глибоким, щоб шлак не піднявся до фурми й не перекрив повітря.
6. Тривалість: 6-10 годин безперервної роботи. Плавку закінчено, коли всю руду перероблено.

Що відбувається всередині

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂    (за ~800-1200 °C)

Чадний газ (з вугілля) відновлює оксид заліза до металевого заліза. Але, на відміну від міді, залізо ніколи не плавиться — воно утворюється у вигляді твердих частинок, які зварюються в губчасту масу (крицю), що лежить у ванні рідкого шлаку.

Виймання криці

1. Вийміть крицю наприкінці плавки, поки вона ще у зварювальному жарі; ущільнювати її найлегше одразу, а пізніше її можна знову нагріти.
2. Якщо є арка: розбийте глиняне закладення й витягніть крицю кліщами.
3. Якщо арки немає: розбийте нижню частину печі, щоб вийняти крицю. (Піч витратна — багато історичних сиродутних печей були одноразовими.)

Що ви маєте побачити

Грубу пористу масу — з невеликої плавки часто розміром приблизно з великий грейпфрут — від червоно-бурої до темно-сірої, губчасту, із застряглим усюди склоподібним шлаком. Це ваша криця.

Ущільнення (ключовий етап)

Сира криця повна шлаку, шматочків вугілля й порожнин. Її треба проковувати гарячою, щоб вичавити домішки й зварити частинки заліза між собою:

1. Працюйте з крицею у зварювальному жарі — від яскраво-жовтого до жовто-білого, — знову нагріваючи її в горні щоразу, як вона холоне.
2. Покладіть її на ковадло й почніть із легких ударів: свіжа криця пухка й може розвалитися. Бийте сильніше, коли вона тримається купи, — шлак розлітається іскрами й краплями. Це видовищно й небезпечно; надягайте захисні окуляри й тримайте глядачів подалі.
3. Коли криця ущільниться, надрубайте її, складіть і зваріть знову, щоб очистити далі. Розраховуйте на багато нагрівів.
4. Кожне зварювання закриває нові порожнини й виганяє новий шлак.
5. Після ущільнення у вас грубий пруток кричного (зварювального) заліза.

Ланцюжок інновацій замкнувся

Ви пройшли шлях дерево → деревне вугілля → випалювальна піч → мідь → бронза → залізо. Кожен крок спирався на попередній. Кожен потребував накопичених знань. Так працює інновація — не як окремі винаходи, а як пов'язаний ланцюжок, де кожна здатність відкриває наступну.

Що далі

Ваше кричне залізо придатне, але м'яке. Наступні інновації в ланцюжку:

• Цементація (науглецювання): запакуйте залізо в деревне вугілля й грійте годинами → вуглець дифундує всередину → сталь (твердіша)
• Гартування: нагрійте сталь до червоного й занурте у воду → утворюється мартенсит → дуже тверда, але крихка
• Відпуск: нагрійте загартовану сталь до заданої температури (синій колір мужності — близько 300 °C) → вона віддає трохи твердості за значно більшу в'язкість
• Пакетне зварювання візерунком: складайте й зварюйте сталі з різним вмістом вуглецю → зварювальний візерунковий «дамаск» (часто неточно звана дамаською сталлю)

Кожна з них стане майбутнім блупринтом на Стежці інновацій.