Величайшая трудность древних металлургов (исключая, конечно, их научноеневежество) была связана с получением достаточно высокой температуры впечи. Современное металлургическое оборудование дает в руки металлургавысокую и регулируемую температуру. Это сокращает время получения металлови сплавов, так как позволяет объединять в один процесс несколько операций.Естественно, сейчас и масштабы другие. Современная печь может дать тысячутонн стали в день, тогда как средневековый мастер был бы доволен, получивкилограммов пятьдесят металла.
Не в пример бронзе, которая может плавиться при 900-1000° C, что как разобеспечивают обыкновенные дрова, чистое железо плавится при 1535° C, а этатемпература веками лежала за пределами технических возможностей. Однако ужедовольно малые добавки углерода значительно понижают температуру плавленияжелеза, а углерод всегда под рукой – ведь для нагрева руды использовали вкачестве топлива древесный уголь. Самая низкая температура плавления,достижимая на этом пути, – около 1150° C, она получается, когда 4-4,5% углеродапродиффундировало (то есть просочилось) в металл. Достижение такойтемпературы представляло определенные трудности для древних, но все же ее можнобыло получить на древесном угле, поддувая в него воздух мехами.
Железные руды состоят в основном из окислов железа; чаще всего встречаетсякрасный железняк FeO. Между прочим, окислы железа используются в красках(охра, железный сурик, мумия).
Первое, что необходимо сделать с рудой, – удалить кислород. Если нагреватьруду с помощью древесного угля или кокса, это получается почти автоматически:3FeO + 11С → 2FeC + 9CO.
Кислород вместе с частью углерода уходит прочь в виде окиси углерода(угарного газа), оставляя карбид железа, называемый обычно цементитом (внем содержится 6,7% углерода). На практике вместе с первой идет и другаяреакция:FeO + ЗС → 2Fe + 3CO.
Таким образом получается также и некоторое количество чистого железа,в конце процесса мы имеем смесь железа и карбида железа, содержащую в целомоколо 4% углерода. Железо и карбид могут взаимно растворяться, и именноэтот раствор, имеющий низкую температуру плавления, был ключом того процесса,который использовали древние для получения железа. Он же идет и в современнойдомне.
Железные руды содержат не только окислы железа, но и различные минеральныепримеси – главным образом, окислы других металлов. Сами по себе они имеютвысокие температуры плавления, и если бы руда нагревалась в контакте тольколишь с углеродным топливом, то вряд ли удалось расплавить ее полностью.Здесь на помощь приходит флюс, который добавляют обычно в виде извести(СаО) или известняка (СаСО). В данномслучае известь выполняет те же функции, что и в стекловарении, то есть
