Древняя Русь. Город, замок, село

Круглая или немного овальная в плане печь имела наружный диаметр 85-110 см и внутренний диаметр 50–80 см. Печь ставили на основание, чаще всего сложенное из булыжных камней и обмазанное сверху глиной (табл. 91, 2, 3). Иногда основание делали просто в виде толстого слоя глины или каменной плиты. Стенки печи складывались из камня или сбивались из глины. Толщина стенок колебалась от 15 до 30 см. Глинобитные стенки возводились на деревянном каркасе. Внутренняя и наружная стороны у выложенных из камня печей обмазывались толстым слоем глины. В передней стенке печи на уровне лещади делалось отверстие, через которое вынимали готовую крицу. В это же отверстие вставляли сопла. Во время процесса отверстие заделывали землей, камнями и глиной. Отверстие по ширине колебалось от 25 до 50 см. По совокупности археологических материалов и привлеченных этнографических сравнений можно с достаточной степенью вероятности установить высоту печи и форму колошниковой части. Высота шахты древнерусской печи колебалась от 0,8 до 1,0 м. Шахта имела цилиндрическую форму, немного сходящуюся кверху. Колошник мог быть широким, открытым или частично перекрывающимся куполообразным сводом. Исходя из этих размеров можно узнать, каков был объем древнерусской печи: он колебался от 0,3 до 0,45 куб. м.

Важнейшим агрегатом в домнице, кроме печи, было воздуходувное устройство. При производстве железа в печи домницы необходимо поддерживать довольно высокую температуру и интенсивную тягу газов, способную пробить столб руды и угля высотой около 1 м. Сам процесс восстановления окиси железа в металлическое железо протекает при довольно низкой температуре: от 400 до 900°. Кроме восстановительного процесса, нужно в печи отделить металл от породы руды, т. е. превратить ее в шлак; для этого необходима более высокая температура. Ошлакование породы руды закисью железа начинается при температуре около 1200°. А так как ошлакование породы или ее расплавление производится только закисью железа, необходимо, чтобы столь высокая температура была во всем объеме шахты печи. Если же в печи температура будет ниже, то закись железа, образовавшаяся из окиси железа, перейдет в металлическое железо, зерна которого останутся внутри нерасплавленной твердой породы руды. В нижней части печи, где скапливаются отдельные зерна железа, чтобы довести их до сварочного состояния, температура должна быть еще выше (около 1300–1400°).

Чтобы получить такую высокую температуру, древнерусские металлурги применяли мощное искусственное дутье. Это была наиболее трудоемкая работа при варке железа. Тот же Даниил Заточник писал: «Не огнь творит ражежение железу, но надымание мешное» (Зарубин Н.Н., 1932, с. 19).

Дутьевое устройство состояло из воздуходувных мехов и огнеупорных сопел, которые подводили воздушную струю в печь. Сопла являются частой находкой на металлургических комплексах.

Сопла встречены только в обломках и представлены тремя видами: цилиндрическими, призматическими и конусообразными (табл. 91, 4–7). Диаметр дутьевого канала у всех сопел был один и тот же: он колебался от 2,2 до 2,5 см. Наружный диаметр цилиндрических сопел равен 5,5–6,0 см. У призматических сопел наружный размер тот же. Судя по этнографическим материалам XVIII–XIX вв. сопла достигали длины 40–60 см. Делались они из глины со значительной примесью песка, шамота и очень мелкой гальки. Интересно отметить однообразие размеров дутьевого канала у всех древнерусских сопел. Сопло служило лишь одну-две плавки. При разборке отверстия в груди печи оно часто разбивалось.

Железные руды, пригодные для производства железа в домницах, на территории Руси были распространены почти повсюду (Рыбаков Б.А., 1948, с. 124). По химическому составу в подавляющей массе это были бурые железняки. В зависимости от происхождения руда встречается в трех основных видах: собственно бурый железняк, болотная или луговая руда и озерная руда. Наиболее широко металлурги применяли болотную (луговую) руду.

Для сыродутного процесса, дающего высокожелезистый шлак, нужна очень богатая железом руда, так как большой переход железа в шлак обуславливается самим процессом производства железа, при котором ошлакование породы руды производилось закисью железа. Для получения высокого концентрата железные руды, идущие в «варку», древнерусские металлурги обогащали, т. е. удаляли из них пустую породу.

Эта операция — очень важное техническое условие производства железа в сыродутных печах. Для обогащения руды применялись следующие приемы: просушка (выветривание), обжиг, размельчение и проветривание.

Высокую температуру и обилие окиси углерода при горении в сыродутной печи может давать только высококалорийное топливо. При этом топливо должно быть и легко добываемым. Таким топливом в Древней Руси был древесный уголь. Обилие лесов и простота углежжения обеспечивали русскую металлургию дешевым и качественным топливом. Пережог дров на уголь совершался в лесах в угольных ямах.