10.4.2. Печи для обжига, плавильни и горны

Первобытные списки, вероятно, высекались в камне и сохранялись длительные периоды времени. В них были пункты вроде «Добыть больше глины. Сделать печь получше».

Вы (также Дэвид Вискотт)

Что это

Способ получать больше тепла от вашего огня, что позволит вам использовать материалы новыми методами, и в том числе создавать глиняную посуду, керамику и стекло и даже плавить металлы. Более вкусные новости касаются того, что с помощью печей вы сможете делать настоящую пиццу.

До того как были изобретены

Никакой плавки металла, никакого искусственного стекла, никаких горшков из керамики, обливной посуды или фарфора.

И что хуже всего – пиццу сделать очень-очень трудно!

Изобретены

30 тыс. до н. э. (обжиг на кострах);

6500 до н. э. (плавка свинца на кострах);

6000 до н. э. (печи для обжига);

5500 до н. э. (плавка меди в печах);

5000 до н. э. (глазирование);

4200 до н. э. (производство бронзы);

500 до н. э. (доменная печь);

997 н. э. (вкусная пицца).

Предпосылки

Глина, дерево, уголь для топок, известняк для плавки железа, строительный раствор (для лучших печей), горное дело (для добычи руды).

Как изобрести

Все, что вы изобретете в пределах этого раздела, начинается с обычной глины. Глиной именуют мелкозернистую почву, которая содержит силикаты алюминия, связанные с кислородом, и, к счастью для вас, ее полно вокруг практически в любой период времени.

Глину сложно найти только на раннем этапе истории Земли, после того как сформировались камни, но еще не возникли почвы[85]. Глины обычно прячутся под верхним слоем почвы (так что вам придется копать), а на поверхность выходят у берега реки или моря, где эрозия обнажает глинистые слои.

Глину легко опознать, когда она сырая: это вязкая, тяжелая, мелкозернистая и легко меняющая форму субстанция. Но в сухом виде она может просто напоминать камни. Сухую глину от скалы можно отличить, поскребя ее ногтем – если легко получить немного порошка, то это сухая глина, и немного воды позволит вам проверить догадку.

Вы можете найти глину, загрязненную разными примесями или даже галькой, и существуют два способа ее очищения.

Один состоит в том, чтобы глину высушить, разбить на куски, а потом размолоть в порошок: частички глины окажутся мельчайшими, так что можно будет отсеять их, пропустив материал через решето, но это требует много энергии.

Более легкое решение сводится к тому, чтобы взять «грязную» глину, поместить в контейнер и добавить в два раза больший объем воды. Раздавите собственными руками большие комья, оставьте «раствор» на несколько часов, а потом как следует его перемешайте. Несколько минут, и смесь разделится на слои: осадок на дне и более легкая смесь воды и глины сверху. Вылейте эту глиняную воду в другой контейнер и позвольте ей постоять еще какое-то время – день или около того.

Теперь глина соберется на дне, и вы можете просто слить воду.

Если какие-то загрязнения еще остались, то нужно несколько раз повторить процесс. Когда вы закончите, вы получите сырую глину, которой нужно посохнуть на солнце несколько дней, после чего она годится в дело. Простейший способ протестировать, насколько хорош ваш материал, – сделать из него колбаску (спорно… но это простейшая фигура, которую можно изготовить из глины) и обернуть вокруг пальца.

Если она изогнется без трещин, то вы добыли реально хорошую глину.

Проблема в том, что вы не можете просто сделать сосуд[86] из глины и ждать, пока он высохнет, поскольку изготовленная таким образом посуда хрупка и непрочна и, как вы только что видели, при намачивании она опять становится мягкой. Волшебство случается, только когда глиняная заготовка нагрета правильным образом[87]. При температуре примерно от 600 до 1000 °C (в зависимости от глины) она превращается в терракоту: обладающий более высокой прочностью материал, не становящийся глиной, сколько его ни замачивай в воде.

И хотя терракота лучше сухой глины для того, чтобы делать кирпичи или статуэтки, она все же не так хороша для сосудов: этот материал не размокает, но он пористый и охотно поглощает воду. Чтобы избавиться от этого, вам нужно обжечь терракоту второй раз, уже при температуре 950 °C.

В этой точке происходит другая трансформация: глина начинает сплавляться, так же как и загрязнения в ней, и все это позволяет заполнить малейшие поры и трещины. В результате получается еще более прочный, плотный, водонепроницаемый материал: другими словами, вы, мой друг, только что изобрели керамику.

Нагрейте терракоту еще сильнее (до 1200 °C), и вы изготовите обливную керамику, более стойкую к ударам, чем обычная. Бросьте некоторое количество соли во время обжига, и получите глазурь на боках сосуда, иначе говоря – тонкий слой стекла: при такой температуре соль испускает газообразный натрий, который вступает в реакцию с терракотой, результатом которой и становится стекло на поверхности терракоты.

Добавление минералов позволяет придавать этому стеклу разный цвет: костяная зола обеспечивает красный и оранжевый, медь – зеленый оттенок.

Обычного пламени достаточно, чтобы изготовить терракоту – максимальная температура открытого пламени около 850 °C, – но для керамики его уже не хватает. Поэтому вам необходима печь, в которой вы запрете огонь, чтобы сохранить и преумножить выделяемое тепло.

Печи для обжига отличаются от обычных, но не сильно, и с их помощью вы откроете не только лучшую глиняную посуду, но и стеклянную, металлические изделия и еще много чего. Целый мир различных, более полезных материалов распахнется перед вами в тот момент, когда вы научитесь пользоваться огнем более осмысленно, чем просто сваливая дрова в кучу и радостно поджигая их.

Чтобы сложить печь, вам придется использовать костер для изготовления терракотовых кирпичей из глины. Кирпичи хорошо держат тепло, не горят, у них чрезвычайно высокая точка плавления, и это делает их идеальным материалом для решения вышеобозначенной задачи.

Как только печь готова, вы сможете уже с ее помощью изготовлять кирпичи более высокого качества, а их, в свою очередь, использовать для складывания печей более высокого качества.

Простейшая печь не более чем прямоугольный ящик, с одной стороны внутри которого горит огонь, а с другой торчит труба, и выглядит все это примерно следующим образом (рис. 18).

Рис. 18. Ваша новая печь

Труба на дальней части сооружения вытягивает горячий воздух от огня, позволяя этому воздуху проходить мимо того, что вы поместите внутрь. Используйте раствор, чтобы замазать щели между кирпичами и сделать сооружение воздухонепроницаемым, оставив несколько кирпичей свободно лежащими, чтобы вы могли контролировать поток воздуха и подкидывать дрова.

Все, вы только что сделали свою первую печь.

Помимо обжига разных гончарных изделий ее можно также использовать для быстрого (за пару минут) выпекания тонких раскатанных штуковин из теста, на которые сверху накидана всякая съедобная всячина, и называется эта штука, если вы не догадались, изумительно вкусной пиццей на дровах.

Печь подобного типа может давать температуру около 1200 °C, и этого достаточно, чтобы плавить медь. Люди открыли этот факт, обнаружив, что некоторые камни буквально тают, если сунуть их в печь. Слегка измените дизайн, чтобы собирать жидкий металл и выводить его за пределы печи, и вы получите первый материал для металлургии.

Такая слегка измененная печь именуется плавильней, это устройство по извлечению металла из руды, и вы только что его придумали. Понятно, что технически плавильни были изобретены в тот день, когда некто бросил кусок породы, содержащей свинец или олово, в костер, а на следующий день обнаружил в кострище лужицу расплавленного металла в смеси с пеплом (олово плавится при 231,9 °C, свинец – при 327,5 °C, и эту температуру обеспечивает обычное пламя), но ваша плавильня дает возможность собирать металл осознанно.

Плавильни можно использовать даже для получения металла, который они не в силах расплавить. Железо плавится при нежных 1538 °C, далеко за пределами обычной печи, но если добавить известняк в железную руду[88] – раздробив то и другое и хорошенько перемешав, – известняк вступает в реакцию, снижая температуру плавления нежелезистых фракций породы. В этом случае плавильня работает наоборот, она выплавляет то, что вам не нужно, и оставляет позади чистое железо, которое затем можно спокойно вынуть и обработать в горне.

Чтобы построить специализированную плавильню для железа, возведите печь в форме широкой печной трубы, оставьте дыру сверху и натыкайте по сторонам множество трубок (сначала из глины, а потом из металла, как только он у вас появится), чтобы вытягивать воздух с боков. Начните процесс получения древесного угля в яме (см. раздел 10.1.1), разбейте свою руду на маленькие кусочки и, едва огонь разгорится, добавьте чередующиеся слои руды и древесного угля одинаковой толщины до самой верхушки.

Не расплавившееся железо падает на дно, образуя комья, покрытые рыхлой окалиной (это те самые загрязнения, которые вам не нужны). Все, что вам требуется, – ликвидировать окалину, собрать железо и очистить его, последнюю операцию проделывают, расплющивая молотом металл, пока он еще горячий, затем сгибая лист и повторяя процесс.

Такая процедура позволяет выдавить остатки окалины и уплотнить железо, но она требует того, чтобы железо оставалось горячим все время, пока вы с ним работаете. Именно для этого требуется горн.

Горны являются близкими родственниками печей, и вам понадобятся те же самые кирпичи для их создания, но они более открытые и, подобно плавильням, работают на древесном угле. Под тем местом, где горит огонь, находится выходное отверстие трубы, направляющей воздух прямиком в пламя с помощью мехов, присоединенных к противоположному концу трубы: чем больше воздуха получает уголь, тем бо?льшую температуру он дает[89].

Металлы, помещенные в горн, могут быть нагреты в достаточной степени, чтобы стать гибкими, и это позволяет вам придавать слиткам более полезную форму с помощью молота, а затем охладить то, что получилось, в воде. Только поглядите на это: глина, которую вы поначалу обжигали на костре, не только открыла вам доступ к лучшим печам, но позволила плавить металл и наделила способностью делать из него различные штуки! Подобное же умение переносит вас прямиком из каменного века через бронзовый в железный век, а это чертовски хороший результат для грязи, которую можно найти на берегу реки.

Печи для обжига появились около 6000 до н. э., но ничто не мешает вам придумать их в любой момент истории, если у вас есть нужные знания. А знания у вас теперь есть, и поэтому ничто не может послужить оправданием вашему бездействию… вы еще здесь? Немедленно за дело[90]!