Металла звон Первые пушечные ядра могли быть, как и в

Металла звон
Первые пушечные ядра могли быть, как и в древних стенобитных орудиях,
каменными. Но ствол, направляющий ядро в цель, каменным не сделать. Здесь оказался
пригоден только металл – удивительный материал, который практически не встречается в
природе в готовом виде.
Куски металла – самородки золота, серебра, меди и даже иногда
железа находили с незапамятных времен. Эти находки, безусловно,
обращали на себя внимание – при попытках их обработать они не
раскалывались на куски, как камни, а сминались или сплющивались,
подчиняясь удару. При сильном нагревании кусок металла мог
растекаться, а потом застывать, совершенно изменяя первоначальный вид.
Рисунок 6-9. Так получались наконечники копья
Способность металла принимать форму нужной вещи при
застывании или под ударом оказалась исключительно ценной для человека
– чтобы изготовить эту вещь, нужно было лишь «отпечатать» эту форму в
песке или глине, выбить в камне.
Металлы довольно быстро стали совершенно необходимы – в первую очередь для
изготовления оружия и инструментов. Вместе с тем эпоха «самородных» металлов должна
была рано или поздно подойти к концу. Слитки металлов приобретали для людей
чрезвычайную ценность, но еще более ценным оказалось умение добывать сами металлы.
Источником металлов были руды, многие из которых выглядели на первый взгляд как
ничем не примечательные камни.
Они «открывались» только тем, кто умел превращать их в
металл. Для несведущих между металлом и рудой не было ничего
общего.
Рисунок 6-10. Малахит – медная руда
Красная медь получалась из ярко-зеленого камня с прожилками, а
серое железо получалось из минерала, оставлявшего
на камнях красный след.
Рисунок 6-11. Этот камень мог быть источником железа
Получение металлов породило горное дело: распознавание руд и других
минералов, и их добычу из-под земли.
Вот что пишет о горном деле автор известнейшего трактата XVI века Георг
Агрикола:
Горное дело является весьма древним и необычайно
полезным для человеческого рода. И действительно, хотя
сельское хозяйство является из наук, без сомнения, наиболее
древним, все же горное дело – еще древнее, или, по крайней
мере, одного с ним возраста. Ибо никто из смертных
никогда не возделывал поля без инструментов. А эти
инструменты, как и орудия всех прочих производств, либо
сделаны из металлов, либо не смогли бы быть изготовлены
без них, вследствие чего горное дело также чрезвычайно
необходимо людям...
Рисунок 6-12. Одно из древнейших изображений рудника
Говорят еще, что опасно предаваться занятию горным делом, так как рудокопы
то гибнут от пагубного воздуха, который они вдыхают, и чахнут от пыли, изъязвляющей
легкие, то погибают, задавленные горными обвалами, то, срываясь со спусков в копи,
ломают себе руки, ноги и шеи....
1. Чем плох камень для изготовления орудийного ствола?
2. Зачем самородки металлов обрабатывали каменными орудиями?
3. Первые металлические орудия человек сделал из меди, позже появились бронзовые
вещи, и только потом – железные. Как это можно объяснить?
4. Золото не добывают из руды – оно встречается в природе в самородном виде.
Почему золото не заменило собой все другие материалы для изготовления орудий?
Руда,
в отличие от металла, нужную форму от удара не
принимает, и даже при сильном нагревании не плавится. Для
получения меди из руды раздробленные куски подходящей руды
накаливали в земляных печах вперемешку с большим количеством
угля.
Рисунок 6-13. Печь древнейших металлургов
Часть этого угля должна сгореть, чтобы обеспечить нужное превращение – для этого в
печь должен поступать воздух. Полученный металл вытекает снизу по канавкам и
застывает в земляных формах. Так получали из руд медь, олово, цинк, свинец и некоторые
легкоплавкие металлы.
Но железо из железной руды таким образом не выплавится. В
земляных печах – домницах – его и получалитвердым, в виде
спекшихся ноздреватых кусков, с вкраплениями угля и камней –
криц.
Рисунок 6-14. Кричное железо
Чтобы
получить
железное
изделие,
крицу
перековывали – раскаленный кусок отбивали молотом.
Рисунок 6-15. Изображение кузницы на античной
вазе
Лишний уголь при этом выгорал, а из размягченного
железа выбивались застрявшие при выплавке кусочки
камней. Из очищенного перековкой железа можно уже
было выковать нужное изделие. Горячие поковки
закаливали. Вот как это делали во времена Гомера:
Расторопный ковач, изготовив топор иль секиру,
В воду металл (на огне раскаливши его, чтоб двойную
Крепость имел) погружает…
В старину переделка железа, полученного из руды, включала много ступеней
обработки. Это было зарывание кусков железа в болотистую землю, вымачивание в
различных составах, многократная перековка с добавлением порошков различных
минералов, и многое другое. Секреты выделки прочного железа держались в глубокой
тайне, их редко записывали. Передачу их обставляли
тайными ритуалами, сопровождали обетами и
заклинаниями.
Один из этих секретов – применение дутья,
известное
с
доисторических
времен.
Железоделательные печи обязательно должны были
снабжаться мехами для поддува воздуха.
Рисунок 6-16. Древний перс раздувает мехи для
получения железа в печи
Кричная, или сыродутная, технология получения железа
продержалась несколько тысячелетий – вплоть до недавних
времен.
Но иногда в большой сильно разогретой печи из
железной руды получалось не ковкое железо, а чугун. Чугун
получается в виде «чушек» – слитков, и при попытке его перековать не размягчается, а
растекается. Застывший чугун хрупок, и изделие из него раскалывается от сильного удара.
Его вначале считали бракованным железом и выбрасывали.
Рисунок 6-17. Для выплавки чугуна из руды сооружалась доменная печь.
Возможность переделывать чугун в гораздо более прочную, гибкую и
упругую сталь была великим открытием. По большей части такая переделка
состоит в удалении из расплавленного чугуна большей части растворенного
в нем угля.
Современным способом переработки железной руды поэтому стало
получение чугуна в специальных печах – домнах. Этот процесс происходит
непрерывно – в печи постоянно загружается новая порция руды и угля, а
выплавленный чугун сливается в подготовленные формы.
Литой чугун нашел себе применение – из него отливали пушечные
ядра и лафеты пушек, позже колонны и рельсы, ограды и лестницы,горшки и
сковородки.
Рисунок 6-18. Каслинское литье. XX век
Из чугуна делают опоры тяжелых станков и механизмов (станины), памятники и статуи.
Железо, совсем не содержащее примеси угля, получить очень сложно, и
применяется оно редко. Это довольно мягкий металл, немного похожий на потемневшее
серебро.
Большая часть чугунных слитков идет на переделку в сталь.
Стальные балки и колонны, арматура железобетона – основа современных
построек. Стальными делают современные оружейные стволы, корпуса кораблей и рельсы
железных дорог. Стальные пружины позволяют работать механическим часам. Иголки,
лезвия, ножи и ножницы, пилы и топоры – это все изделия из стали. «Мягкое», не
закаленное, железо с различными покрытиями можно встретить у себя дома в виде
канцелярской скрепки или консервной банки.
У современных сталеваров, как и у древних железных дел мастеров, множество
секретов. Выжигание угля из расплавленного чугуна происходит без участия рук
человека, и результат в основном зависит от знаний и мастерства того, кто управляет
работой сталеплавильной печи. Ни один металл не позволяет с такой точностью управлять
своими свойствами за счет изменения условий приготовления и состава добавок, как
железо. Одни только справочники, описывающие сорта стали, состоят из нескольких
томов!
Что означает слово «рудник»?
Какие опасности подстерегали горняков, добывающих руды?
Как получают железо из руды?
Какие вещи делают из чугуна, а какие – из стали? Каково их назначение и как оно
связано со свойствами чугуна и стали?
5. В «Естественной истории» Плиния говорится о том, что «железо при плавке
делается жидким, как вода, и после этого ломается». Какой процесс описывает
Плиний?
1.
2.
3.
4.
 «От домницы до домны, от крицы до булата».
Домницы,
одни
из
древнейших
железоделательных печей, были устроены очень
просто. Эти печи представляли собой высокие
каменные или земляные сооружения, внутреннее
пространство которых сужалось книзу. Сверху в
печь загружались вперемежку железная руда и
древесный уголь: слой угля − слой руды. Снизу сквозь небольшое отверстие сам собой,
как в жаровую трубу самовара, в печь поступал воздух.
Угли при такой продувке воздуха жар давали небольшой. Даже нагнетание воздуха
специальными мехами (воздуходувными мешками) не очень помогало делу. Полученное
при этом железо не плавилось, а извлекалось мягким, тестообразным куском.
Оплавленные землистые примеси руды − камешки, песок, – так называемые «шлаки»,
оказывались «запеченными» внутри кома железа.
Такой губчатый кусок железа называли крицей − возможно, за сходство с куском
ноздреватого снега – «кригой» (глыбой, комом, сугробом). Чтобы освободить железо от
шлаков, древние металлурги били раскаленную крицу ручными молотами, пытаясь
«выжать» из мягкого металла эту железную «губку». После многократно проковки
получался ком чистого мягкого железа. Его рубили на куски и отправляли в кузницы.
При «бедности» руды, не «потреблявшей» тем самым всего загружаемого в печь
угля вместо мягкого ковкого железа мог получиться темный хрупкий чугун. Жидкий
чугун вытекал из печи – он плавится при меньшей температуре, чем железо. Вначале, пока
не научились «лить» чугун, его принимали за шлак и выбрасывали: ковать чугун было
нельзя. Позже «негодный» чугун стали плавить в специальных горнах при усиленном
дутье, выжигая вплавленный в железо «лишний» уголь – так его «переделывали» в сталь.
В отличие от крицы, которую можно было достать, только остудив или разобрав
печь, чугун мог «вылиться» сам в жидком виде. «Выпустив» чугун, можно было
продолжить плавку, снова добавив руду и топливо. Особая конструкция доменной печи (с
XVI века) позволяла сделать выплавку чугуна непрерывной.
С XIV века чугун стал широко использоваться: расширялось «литейное дело», и
изготавливались такие предметы, которые нельзя было получить ковкой: пушечные ядра и
позднее части пушек, котлы, молоты и др. Каменные ядра в это время уже перестали
изготавливать; бронзовые и свинцовые употреблялись редко из-за их высокой стоимости.
(По В. Болховитинову)
1. Составьте схему процесса, происходящего в железоделательной печи. Какие
вещества участвуют в этом превращении?
2. Чем «топят» доменную печь?
3. Какой из материалов содержит больше угля – сталь или чугун?
4. Поясните высказывание: «сталь легкая и прочная, а чугун тяжелый», с учетом
того, что кусок стали весит больше, чем кусок чугуна тех же размеров.
 Рассказ о перочинном ноже
Много приходится работать ножу на службе у человека. Но для того, чтобы нож
появился на свет, человеку тоже надо было немало поработать.
Есть на Урале гора Магнитная. Там день и ночь грохочут взрывы, словно пушки
палят. Это рудокопы взрывают блестящий камень – руду. На склонах горы
словно ступени вырублены. По ступеням ходят, ворочая гусеницами, огромные
машины. Повернется машина в одну сторону, загребет ковшом руду и несет ее к
вагону, который стоит рядом. Машинист переводит рукоятку – и сразу у ковша
откидывается днище, словно пасть открывается. Вываливается руда в вагон, и
снова машина поворачивается, чтобы взять руду.
Вот и полон вагон доверху кусками
руды. Электровоз трогается и быстро мчит
вагоны с рудой на завод. А на заводе стоят в ряд
высокие, словно башни, доменные печи. Каждая башня
высотой с десятиэтажный дом. Тележка быстро взбегает
по наклонному мосту на самую верхушку домны. Одна
за другой бегут тележки наверх и вываливают в домну
всё, что ей требуется: куски рыжей руды, белый камень-известняк, куски черного кокса.
Кокс делают из каменного угля. Кокс нужен для того, чтобы домна могла выплавить из
руды чугун. Известь требуется для «переплавки» пустой породы, чтобы ее осколки не
попали в выплавленное железо.
В домне такой жар, что даже камень в ней делается жидким. Если заглянуть,
внутрь сквозь маленькое, закрытое слюдой окошко, то можно увидеть раскалённые добела
куски кокса и стекающие по ним огненные струйки металла.
Каждые четыре часа рабочий нажимает кнопку. Могучий молоток-самобой
пробивает глину, которой заделана дыра около дна домны. И сейчас же ослепительный,
брызжущий огненными искрами ручеёк устремляется в приготовленное для него русло.
Кажется, что это течёт жидкий огонь. Но это не огонь, а расплавленный металл − чугун.
Огненный ручеёк льётся из домны в огромный ковш на колёсах.
Подходит паровоз и везёт этот ковш-вагон в тот цех, где варят сталь. А дыру в
домне опять заделывают. Рабочий нажимает другую кнопку, и из электрической пушки
вылетает большой ком глины, который наглухо затыкает дыру.
И вот чугун доставили к мартеновской печи, где варится сталь. Там − в печи −
огненное озеро. По озеру огненные волны ходят. И вся печь озарена ярким пламенем.
В огненное озеро бросают всякий железный лом: обломки машин, ржавые колёса,
рельсы, балки. Какое-нибудь старое колесо лежало на свалке. И казалось, что больше оно
ни на что не годится. Но вот оно попало на завод; его бросили в печь. Вместе со всяким
другим железным хламом оно растворилось в расплавленном чугуне, словно кусок сахара
в чашке чая. И то, что стало концом для одних вещей, будет началом для других. Из
чугуна, руды и железного лома сварят в печи новую, блестящую, упругую сталь. А из
стали сделают и нож и ещё много других вещей: топоры и пилы, рельсы и балки, станки и
машины.
(По М.Ильину, Е.Сегал)
1. Важнейшим условием получения чугуна в доменных печах является непрерывный
подвоз угля. К чему, по-вашему, могут привести перебои в его поставках?
2. Сравните значения слов плавка металла и выплавка металла из руды.
3. Что должно произойти с чугуном в мартеновской печи, чтобы получилась сталь?
4. В какую печь следует загружать металлолом, привезенный на металлургический
завод, – в доменную или в мартеновскую?
5. Путешествуя по Уралу, лишь с большим трудом можно найти то, что раньше
было горой Магнитной. Куда она девалась?
Задание 32. Стальной нож красивый, блестящий и острый. Если он и согнется, то
сам и выпрямится: он упругий. Чугунный котелок или сковорода хрупки: их можно
разбить, если сильно ударить. Их не выковали, а отлили: вылили расплавленный чугун в
форму, сделанную из сухой земли и дали ему застыть. Чистое железо и сталь ведут себя
иначе, чем чугун: прежде чем расплавиться, они размягчаются. Вот в этом размягченном
состоянии они и дают с собой делать все, что угодно: ковать, штамповать, раскатывать в
полосы.
Все свойства железа зависят от того, сколько в нем примеси угля. Интересно
понаблюдать за заточкой железного инструмента, например, на уроке труда. Проследите
за тем, какие искры будут вылетать из-под острия, когда на точильном круге точат нож.
Если искры ветвятся, как дерево – угля в стали много. Чем больше ветвятся искры, тем
больше угля. Если искры будут вылетать в виде огненных стрел без всяких разветвлений –
нож сделан не из стали, а из железа.
1. Опишите свойства материалов – упругость и хрупкость. Какое из этих свойств
может являться помехой в их использовании?
2. К точильному кругу поднесли обломок чугуна. Какие искры будут видны?
Задание 33.На набережной Волги в городе
Кинешме можно увидеть две решетки,
сделанные из железа.
Какое «железо» позволилоизготовить
кованую
решетку,
а
какое
–
литую?Назовите эти материалы.
Которая из решеток литая?
Задание 34. Горнило, или горн – название широкогорлой печи, используемой для
выплавки металла из руды, плавки или разогрева металла перед ковкой.
Процесс добычи железа и создания из него изделий овеян легендами, вошел в
сказания и поэмы.
Вот герои средневекового финского эпоса «Калевала»
«…Из болот железо взяли,
Там на дне его отрыли.
Принесли его к горнилу...».
В поэме,написанной И. В. Гете по мотивам средневековых сказаний, Фауст
напутствует воронов:
«...Летите к кузнице подгорной,
Где гномы день и ночь упорно
Железо на огне куют.
Трудолюбивый этот люд
Уговорите дать нам пламя,
Невыразимое словами,
Каленья белого предел...».
К какому из «горнил»,
изображенных на рисунках, отправляются герои приведенных здесь отрывков? Что там
делают с железом?
Задание
35.
Сооружение
металлургической печи в земле требовало
специального устройства, без работы
которого металл не получается. На
рисунке справа показано приспособление,
которое
«заменяло»
человека,
выполнявшего эту работу, действием
потока воды, заливавшегося в бак по
трубе сверху.
1. Какую работу должен был выполнять человек, которого заменяла такая машина?
2. Древнейшая металлургическая печь (на рисунке слева), тем не менее, могла
работать и без таких устройств. За счет чего это нужное условие выплавки
обеспечивалось сами собой?