Криця

Невеличка криця (лупа), щойно витягнута з сиродутного горна — розпечена й просякана рідким шлаком. Обробкою молотом з криці (лупи) видаляють шлак і перетворюють її на шматок суцільного металу — заготовку, з якої можна буде виготовити необхідний залізний виріб.

Криця,[1][2][3][4][5] також лупа,[2][4][5][6] губчасте залізо — шматок неочищеного від різних домішок заліза пористої будови, пори й пустоти якого заповнені шлаком. Є продуктом виплавки заліза безпосередньо з руди при сиродутному та кричнорудному процесах або з чавуну при кричній переробці або пудлінгуванні. Криця (лупа) є лише напівпродуктом. За допомогою проковування молотами з криці видаляли шлаки й одночасно ліквідували пористість криці, одержуючи з неї щільну суцільну болванку так званого зварного ковкого заліза, придатного для виготовлення різноманітних виробів. У літературі слово «криця» вживано також на позначення вже очищеного від шлаку шматка готового для використання заліза (заготовки), одержаного з губчастого заліза після обробки.

Назва

Слово «криця» походить, ймовірно, з німецької мови, від слова «Kritzeisen» — «залізо, вкрите шлаком», яке є словом нез'ясованого походження[7][8]. Висловлювалася думка, що слова «криця», «кричний» походять від давнього слова «кръч» (за І. Срезневським), «кърг.»^[уточнити] — коваль.[2] Варто зазначити, що в українській мові, принаймні в 2-й половині 19 століття й на початку 20 століття (до радянського часу), слово «криця» було широковживан переважно у значенні «сталь».[9][10] Лексема «криця» присутня в багатьох слов'янських мовах[8] і може мати в них різні значення.[7] У польській мові «криця» означає «куте залізо», в російській — «брила заліза, вкрита шлаком»[7].

Щодо слова «лупа», то окремі джерела вказують на те, що вживалося тільки на Волині,[4][5] хоча за іншими джерелами воно вживалось по всьому Поліссю,[2] крім того, словом «лупа» на Правобережжі позначався не тільки наслідок виплавки заліза, але й сиродутне горно, в якому виплавляли залізо.[2] Слово, можливо, походить від німецького слова luppe[6].

Уживана в літературі назва «губчасте залізо» має описовий характер і пов'язана з пористою будовою продукту.

Залізо, одержане з криці (лупи) після її обробки, тобто після видалення з неї шлаку, і придатне до виготовлення виробів, називається ковким залізом, бо піддається обробці куванням (на відміну від чавуну). Воно також називається «зварним» бо одержане злипанням пустот і шпарин, зварюванням їх поміж собою. Зазвичай, якщо залізо було одержано з криці, одержаної при сиродутному процесі, його називають «сиродутним», якщо при кричній переробці, то «кричним залізом», а коли при пудлінгуванні, то його називають «пудлінговим залізом» або «зварним».

Історія

Сиродутний процес, продуктом якого була криця (лупа), виник в Малій Азії приблизно в середині 2 тисячоліття до н. е.[11] У Європі навчились одержувати залізо в такий спосіб за 1000 років до н. е.[12] Хоча в працях античних авторів (Аристотель, Теофраст, Пліній Старший, Павсаній) є згадки про те, що залізо можна розплавити (можливо, мова йде про чавун),[13] протягом багатьох століть європейські металурги одержували залізо лише у вигляді лупи — тістоподібного губчастого заліза, тобто зовсім не були знайомі з залізом у рідкому стані. З плином часу сиродутні горна, в яких виплавляли крицю, збільшилися у розмірах — від 1 м до 3-5 м заввишки. Відповідно збільшилася й їхня продуктивність. У 14 столітті європейські металурги почали виплавляти (як вважається, неочікувано для себе — при відхиленнях від сиродутного процесу) рідкий чавун, який будучи непридатним для обробки куванням (при ударах молотом розколювався) спочатку вважався браком. Пізніше чавун навчилися переплавляти у так званих кричних горнах, продуктом яких, як і при сиродутному процесі, було так само напіврозплавлене тістоподібне залізо, просякане шлаком — криця, яке так само обробляли молотами й одержували заготовку зі зварного ковкого заліза. Винайдення тигельного способу виплавки ливарної сталі (Б. Гунтсман, 1740) через його малу продуктивність не змогло витіснити виробництво кричного заліза. У 1786 році Г. Корт запатентував пудлінгування, продуктом якого була так само криця, що мала великий розмір й через свою форму називалася «кулею». За певних умов при пудлінгуванні можна було отримати сталь.^[джерело?] Лише з середини 19 століття, з винаходженням бесемерівського способу виробництва ливарної сталі (Г. Бессемер та інші, 1856), способи виплавлення заліза, продуктом яких була криця (лупа), були поступово витіснені з металургії. В деяких країнах, зокрема в царській Росії (Україна (Полісся), Фінляндія), США та інших, на окремих підприємствах такі способи виробництва зберігалися до кінця 19 — початку 20 століття.

У 1930-х роках було винайдено кричнорудний процес, що є різновидом сиродутного процесу і продуктом якого є так само криця.

Властивості

Осмунд — криця, виплавлена у шведській осмундській печі.

Розріз невеличкого шматка охололої, необробленої молотом, криці (зі збереженою губчастою структурою).

З хімічної точки зору є низьковуглецевим залізом з незначною кількістю сірки, фосфору і кремнію.[1] Вміст вуглецю становив близько 0,1 %,[12] тобто менше, ніж у сталі. З шлаковими включеннями в порах і пустотах. За допомогою проковування з криць видаляли шлаки й одночасно ліквідували пористість криць. Куванням її перетворювали на зварювальне залізо, якому властиві висока пластичність, зварюваність, опір іржавінню.[1] Внаслідок того, що губчасте залізо утворювалося без рідкої фази, не було вирівнювання хімічного складу і шматок такого заліза у різних кінцях міг мати різний хімічний склад. При обробці криці молотами готовий метал ставав більш однорідним.

Маса криці, залежно від розміру горну, в якому її було виплавлено, становила від 8 до 80 кг.[12] Знайдені у Вишгороді і райковецькому городищі криці важать 5,6 — 5,9 кг.[14] На українських руднях, що масово діяли у Поліссі, виплавляли криці масою 5-6 пудів (80 — 96 кг), з яких після обтискання під водяним молотом одержували близько 4 пудів (64 кг) придатного для виробництва заліза.[15]

Крицю потім проковували під молотами (при цьому з неї видалявся шлак), після чого вона ставала придатною для виготовлення різноманітних виробів.

Сиродутне залізо було дуже м'яким металом, практично мало придатним для використання,[16] тому з часом для його зміцнення почали застосовувати цементацію.

Одержання

Виплавка заліза при сиродутному процесі провадилась таким чином. У сиродутне горно завантажували руду разом з деревним вугіллям, яке підпалювали. Горіння вугілля підтримувалося або природною тягою в горну або вдуванням у горно повітря за допомоги міхів. Внаслідок горіння утворювався монооксид вуглецю CO, що, проходячи через стовп матеріалів всередині горна, відновлював залізо. Нагрів горну до 1000—1150 °C був достатнім для відновлення заліза, але недостатнім для його розплавлення. Відновленні зерна напіврозплавленого (розм'яклого) заліза в міру вигоряння вугілля, спускалися донизу печі, часто злипалися (зварювалися) поміж собою і утворювали рихлу губчасту масу, у шпаринах якої залишалася пуста порода. У нижній частині горна пуста порода, реагуючи з закисом заліза FeO, що не встиг відновитися, утворювала шлак, що плавився при температурі близько 1130 °C в нижній частині горна. Плавка тривала доки не було витрачено певну кількість руди, після чого припиняли подачу повітря. З нижньої частини виймали розжарений шматок губчастого заліза (крицю), просяканий рідким шлаком.[12]

У кричній переробці, на відміну від сиродутного процесу, сировиною є не залізна руда, а чавун, і полягає вона, відповідно, не у відновленні заліза, а у окисленні домішок, що містяться у чавуні, й перетворенні його внаслідок цього на ковке залізо. Процес провадився у спеціальних кричних горнах. У горно, наповнене розжареним деревним вугіллям, клали чавунні зливки (свинки). Від великої температури вони поступово розплавлялися і краплями стікали у нижню частину горна. Чавунні краплі на своєму шляху зустрічалися з струменем вдуваємого у горно повітря, кисень якого окислював вуглець і інші домішки чавуну, внаслідок чого краплі металу густішали, зваривалися поміж собою і утворювали залізні згустки, перемішані зі шлаком, що утворювався від окислення різних домішок чавуну. Залізні шматки, що утворювалися на дні горну збирали (накочували) ломами у тістоподібний ком, що називався «напівкрицею». Цей ком вивертали на верхню частину горна і виварювали цю масу для подальшого очищення матеріалу. При потребі цю операцію повторювали кілька разів. Потім готову крицю виймали з горна кліщами й піддавали механічній обробці — обтисканню під кричним молотом для видалення з неї шлаку й зварювання поміж собою окремих частинок заліза. Маса криці залежала від розмірів кричного горна, вона могла сягати 4—8 пудів, а інколи й більше.

Винайдений у 1930-х роках кричнорудний процес, що використовувався у окремих країнах до 1970-х років, провадився у спеціальних обертових печах. Він полягав у відновленні нагрітої залізної руди у струмені відновлюючого газу. Продукт процесу являв собою губчасте залізо, змішане зі шлаком. Одержану при кричнорудному процесі крицю очищали від шлаку й переплавляли.

• Деякі сиродутні печі, в яких виплавляли крицю.
• 
  Сиродутне горно вікінгів. Реконструкція. Данія.
• 
  Сиродутне горно Середньовіччя. "De Re Metallica", 1556.
• 
  Каталонське горно в перетині. Малюнок з видання 1906 року.
• 
  Осмундська піч (Швеція). Малюнок з видання 1890 року.

• Окремі етапи обробки криці.
• 
  Виймання криці з каталонського горна. Малюнок з видання 1891 року.
• 
  Витягання криці з невеличкого сиродутного горна.
• 
  Обробка криці дерев'яними молотками (центральна частина малюнку). "De Re Metallica", 1556.
• 
  Обробка молотом невеличкої криці.

Виноски

1. Криця. // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1980. — Т. 5 : Кантата — Кулики. — 566, [2] с., [24] арк. іл. : іл., портр., карти + 1 арк с.
2. Федоренко П. К. Рудни левобережной Украины в XVII—XVIII вв. — М.: Издательство Академии наук СССР, 1960. — 264 с. — С. 36, 259, 260. (рос.)
3. Криця // Словник української мови : в 11 т. — Київ : Наукова думка, 1970—1980.
4. Нариси з історії техніки. — К.:Вид-во Академії наук УРСР, 1954. — С. 92.
5. Вісник Академії наук Української Радянської Соціалістичної Республіки. № 1. — К.: Вид-во Академії, 1955. — С. 57.
6. Исторические записки. 1956. — С. 217. (рос.)
7. Криця. // Етимологічний словник української мови : в 7 т. / редкол.: О. С. Мельничук (гол. ред.) та ін. — К. : Наукова думка, 1989. — Т. 3 : Кора — М / Ін-т мовознавства ім. О. О. Потебні АН УРСР ; укл.: Р. В. Болдирєв та ін. — 552 с. — ISBN 5-12-001263-9. — С. 96.
8. Kryca [Архівовано 2 лютого 2017 у Wayback Machine.]. // Slavistische Veröffentlichungen. — O. Harrassowitz, 1956. — S. 64. (нім.)
9. Криця. // Б. Грінченко. Словарь української мови. — К., 1907. — Т. 1.
10. Г. П. Іжакевич. Українсько-російські мовні зв'язки радянського часу. — К.: Наук. думка, 1969. — 304 стор. — С. 192, 297.
11. Сиродутний процес. // Українська радянська енциклопедія : у 12 т. / гол. ред. М. П. Бажан ; редкол.: О. К. Антонов та ін. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974–1985.
12. Металлургия чугуна. Ефименко Г. Г., Гиммельфарб А. А., Левченко В. Е. Изд. 2 — К.: «Вища школа», 1974 — С. 276. — с. 10-11.
13. Вопросы истории естествознания и техники. Выпуск 46. — М.: Наука, 1974. С. 51. (рос.)
14. Б. А. Колчин. Чёрная металлургия и металлообработка в Древней Руси. — М., 1953. С. 42. (рос.)
15. Развитие металлургии в Украинской ССР / Ю. А. Анисимов, Н. А. Терещенко, В. Г. Тищенко, др., З. И. Некрасов . — Киев: Наук. думка, 1980 . — 959 с. — С.36. (рос.)
16. Зюзин В. И. Механическое и подъёмно-транспортное оборудование доменных цехов. Учебник для металлургических техникумов. — М.: ГНТИ литературы по черной и цветной металлургии, 1962. — 419 с. — С. 8. (рос.)