Производство железа в средневековой Европе

Производство железа в средневековой Европе было достаточно развито, ведь между одиннадцатым и шестнадцатым веками произошел беспрецедентный всплеск в освоении технологии производства железа.

Средневековое железо

Производство железа в Средние века состояло в основном из трех практик: горнодобывающей, плавильной и кузнечной. 

По сути, добыча полезных ископаемых – это добыча руды, как правило, посредством строительства подземных туннелей. Хотя большая часть самой ранней железной руды, использовавшейся в Европе, была обнаружена на открытых участках земли, которые не требовали проведения раскопок, эти поверхностные месторождения были исчерпаны к двенадцатому веку, и необходимо было найти способы приобретения все более популярной железной руды, которая была зарыта более глубоко.

Большая часть того, что мы знаем сегодня о средневековых методах добычи полезных ископаемых, взята из великого учебника по горному делу De re Metallica (О металлических веществах) , написанного в 1556 году Георгиусом Агриколой, также известным как Георг Бауэр. Из этого текста мы знаем, что технология горного дела, разработанная в Средние века, включала инструменты для рытья и раскалывания горных пород, транспортировочные орудия, дренажные насосы и вентиляционные машины. 

Добыча железной руды

Инструменты горняков, необходимые на начальных этапах процесса добычи полезных ископаемых, обычно изготавливались из железа с деревянными ручками и включали лопату, пику, мотыгу, кирку, молоток и клин. Руду, добытую этими инструментами, затем нужно было вытаскивать на поверхность различными способами. Ведра, деревянные и бычьи, окованные железом, были основными приспособлениями для перемещения руды. В других буксирных орудиях, таких как лебедки, использовались рукоятки, приводимые в движение как человеком, так и животными. Трудозатратным нововведением, характерным для Средневековья, была тачка, которая давала одному человеку возможность перевозить двоих. Этот поиск устройств, экономящих труд, был характерен для средневекового человека. Другим примером такого образа мышления было изобретение повозки, установленной на деревянных рельсах и влекущей за собой силу животных, — раннего предшественника локомотива. Осложнения на шахтах, такие как наводнения и проблемы с вентиляцией, вдохновили средневековых горняков на создание часто изобретательных способов их преодоления. 

В ответ на наводнение были разработаны дренажные насосы для отвода воды из шахты. Самый простой тип насоса представлял собой серию ковшов, прикрепленных к цепи. Они приводились в движение животными на беговой дорожке, вручную и даже с помощью водяного колеса. Водяные колеса также приводили в действие более сложные всасывающие насосы, которые работали с помощью поршней. Насосы третьего типа, тряпичные и цепные, приводились в действие вручную и использовали шарики, набитые конским волосом, расположенные вдоль цепи и действовавшие как поршни одностороннего действия. 

Проникновение вглубь под поверхностью земли привело к второй проблеме для шахтеров: наблюдался недостаток кислорода у тех, кто работает в удлиненных туннелях. Вместо того, чтобы ограничивать глубину шахт, в качестве решения были разработаны вентиляционные машины. Простейшей формой вентиляции, подходящей только для более мелких шахт, было просто хлопанье тканью для циркуляции воздуха. Позже вращающиеся вентиляторы и сильфоны одно- или двустороннего действия поддерживали поток воздуха, позволяя горнякам копать на новые глубины.

Рабочие шахт также придерживались особенно средневековой формы организации труда. Первые «обычаи горняков» были зафиксированы в Тренто в 1185 году и очень напоминали средневековую поместную модель земледелия. Каждой семье горняков, которые следовали указаниям своего господина-землевладельца, выделялся пласт руды. Лорд определял методы работы, часы и распределение прибыли. 

Плавка железа

Плавка была вторым из трех основных этапов производства железа. По сути, плавка — это процесс плавления руды с целью отделения ее металлических компонентов от примесей. Древесный уголь, технически обугленная древесина, был преобладающим источником тепла в Средние века, а обилие лесных площадей по всей Европе делало его самым простым и транспортабельным, если не самым эффективным, ресурсом для плавки и кузнечного дела. Известковый флюс, обычно известняк или раковины устриц, часто добавляли для того, чтобы он соединился с примесями и образовал хрупкий шлак — остаток, образующийся в результате окисления железа в результате плавки. 

Плавка происходила в печах различных типов. В средние века появилось несколько стилей печей. Самым примитивным из них был цветущий очаг. Здесь руда была покрыта углем и скреплена кругом из камней. Мехи, изобретенные в Раннем Средневековье, обеспечивали подачу воздуха в середину очага. Корсиканские и каталонские кузницы усовершенствовали конструкцию цветущего очага, используя более прочные каменные стены с двух или более сторон. Последующая печь Stückoven, оставалась самой совершенной печью до четырнадцатого века, а во многих областях и до шестнадцатого, увеличивая производительность почти в три раза по сравнению с более ранними печами. Ее каменная конструкция достигала высоты от десяти до четырнадцати футов и часто использовала сильфоны с водяным приводом. Однако использование энергии воды достигло своего апогея в доменной печи, которую некоторые называют «величайшим техническим достижением того периода». 

Хотя китайцы разработали доменную печь с водяным приводом, технология которой распространилась на запад до Персии, считается, что эта технология, вероятно, была разработана независимо в Европе, самый ранний известный пример был создан в Лапфиттене, Швеция, в 1350 году. 

Технология печи с водяным приводом увеличила горение и позволила удерживать железо в контакте с древесным углем, производя более высокое содержание углерода с низкой температурой плавления. Эффект этой усиленной зависимости от гидроэнергии, особенно в производстве железа, можно увидеть в значительном увеличении количества законов и судебных исков после 1300 года в отношении прав судоходства по сравнению с правами на власть. 

Плотины и мельницы строились на все более крупных реках, вместо того, чтобы ограничивать потребление энергии только притоками и малыми реками. Наибольшее преимущество доменной печи заключалось в том, что из железа можно было легко и по желанию производить чушки или кованое железо. 

Качество доменного железа значительно превосходило все, что было раньше, с гораздо большей эффективностью и более высоким процентом железа в руде. Водяное колесо приводило в движение огромные пары мехов, которые поочередно продували через отверстие в печи, называемое «фурмой». Это значительно увеличило тягу в печи и, следовательно, температуру. Более высокие температуры означали, что руда нагревалась до такой степени, что поглощение углерода усиливалось, в результате чего получался сплав, состоящий примерно из 4% углерода и 96% железа. Не только более высокая эффективность доменной печи, но и ее способность работать непрерывно позволили заметно увеличить производительность.

Доменная печь с водяным приводом могла работать неделями или даже месяцами. Кузнечное дело в Средние века переживало не только рост спроса, но и рост технологических инноваций. К шестнадцатому веку кузнецы работали не только в арсенале замка, но также переезжали в города и деревни, поставляя все более популярную железную посуду и сельскохозяйственный инвентарь. Одним из результатов этого было то, что крестьянин Позднего средневековья теперь имел гораздо больше шансов иметь полный набор сельскохозяйственных инструментов, чем его предки век или два назад. 

Некоторые из наиболее распространенных железных изделий, заказанных кузнецу, включали кухонную утварь, плотничьи гвозди, шпоры, щипцы для огня, петли, наконечники лопат, детали для осей, многофункциональный котел, а также лезвия для серпов, кос, топоров, тесла и мотыги. Разного рода ремонт и заточка инструментов также составляли огромную часть кузнечного дела.

Кузнечное дело в Средние века

Знания о средневековых методах кузнечного дела во многом основаны на работах бенедиктинского монаха Теофила Пресвитера, который, как полагают, был Роджером Хельмарсхаузеном. Его трехчастный текст «De diversis artibus» («О разнообразных искусствах») , написанный около 1122 года, дает подробное описание «Искусства художника», «Искусства рабочего по стеклу» и, очевидно, его личный фаворит, утверждая, что две трети всей книги «Искусство слесаря». Он описывает внешний вид мастерской, как работать в кузнице и как изготовить набор металлообрабатывающих инструментов, в том числе сильфоны, наковальню, молоток, щипцы, волочильную пластину, пробойник, долото и плоскогубцы. 

Изделие сначала нагревали в кузнице, работающей на древесном угле, нагревали тягой мехов, а затем выковывали на железной наковальне, обычно установленной на невысоком пне. Помощник, часто ученик, регулярно помогал на первых этапах ковки, размахивая кувалдой, пока кузнец устанавливал горячую железную деталь. Позже его усовершенствовали с помощью молотков меньшего размера, пробойника, токарного станка, точильного камня, напильников и долот. Долота различались в зависимости от того, будут ли они использоваться для обработки горячего или холодного металла; «холодные» долота должны были иметь гораздо более твердую кромку. 

Изготовление инструментов, которые позже будут использоваться для резки твердых материалов, таких как камень или металл, также требовало закалки — процесса многократного нагрева и закалки — для обеспечения твердости и пластичности. Из-за затрат времени закалка применялась только для тех инструментов, которые в этом абсолютно нуждались, например, для оружия. Чугун, поставляемый новыми доменными печами, также можно было перерабатывать в кованое железо путем повторного нагрева и ковки в кузнице. Эта практика приобрела популярность на протяжении пятнадцатого и шестнадцатого веков.

Однако наиболее значительные технологические инновации в кузнечном деле в Средние века произошли в результате применения сил природы к металлообрабатывающим машинам. Водяное колесо обеспечивало энергию для множества новых устройств, в том числе для наклонного или распорного молота, который забивал железную головку, прикрепленную к деревянному валу, на подрессоренную балку, отдача которой увеличивала силу удара. Вода также стала решением проблемы растущего спроса на гвозди. Появился продольно-резательный стан, предок прокатного стана. Его два вращающихся диска разрезали железо на тонкие стержни, которые кузнец мог быстро превратить в гвозди. Волочение проволоки также стало значительно проще благодаря ряду изобретений, связанных с волочильным механизмом. 

В Раннем средневековье проволоку для кольчуг и других изделий тщательно выковывали вручную. Начиная с десятого века, кузнецы начали использовать волочильную пластину, в которой прорезался ряд ступенчатых конических отверстий, позволяющих легко натягивать проволоку, придавая ей форму. Появление гидроэнергетики в четырнадцатом веке привело к значительному росту эффективности этой технологии.

Теперь вы знаете, как было устроено производство железа в средневековой Европе.

Кроме того, по этой ссылке вы можете найти еще множество интересной информации по Cредневековью и средневековым замкам.