Крица

Крица — это рыхлая, губчатая масса железа, получаемая в результате прямого восстановления железной руды в сыродутном процессе или в кричном горне. Представляет собой промежуточный продукт металлургического производства, из которого в дальнейшем путём проковки и переплавки получают кованое железо или сталь. Крица характеризуется высоким содержанием шлаковых включений (до 10–15 %), пористой структурой и неравномерным распределением углерода.

История

Происхождение и древние технологии

Получение крицы является древнейшим способом производства железа, известным человечеству с конца бронзового века (около 1200 года до н. э.). Первые крицы выплавлялись в сыродутных печах — примитивных шахтных горнах, где руда восстанавливалась древесным углём при температуре 1100–1300 °C. В отличие от современной доменной плавки, в сыродутном процессе не достигалась температура плавления чистого железа (1538 °C), поэтому металл не переходил в жидкое состояние, а образовывал вязкую тестообразную массу.

На территории Древней Руси кричное производство получило распространение в IX–X веках. Археологические находки в Новгороде, Киеве и других городах свидетельствуют о массовом изготовлении криц для последующей проковки в оружие и орудия труда. Крицы того времени имели массу от 1 до 5 кг и содержали значительное количество шлака.

Средневековье и кричное производство

В средневековой Европе и на Руси основным способом получения железа оставался кричный передел. Крицы выплавляли в кричных горнах — усовершенствованных сыродутных печах с принудительной подачей воздуха (мехами). Процесс занимал от 4 до 8 часов и требовал высокой квалификации мастера-кричника. После получения крицы её проковывали для удаления шлака и уплотнения металла.

В России кричное производство было широко распространено вплоть до XVIII века, когда началось строительство доменных печей. Однако даже после внедрения доменной плавки крицы продолжали использовать для получения высококачественного железа (например, уральского железа, известного своей прочностью).

Промышленная революция и упадок

С развитием пудлингового процесса (конец XVIII века) и бессемеровского способа (середина XIX века) кричное производство постепенно утратило своё значение. Пудлингование позволяло получать железо в жидком виде, что было более эффективно. К концу XIX века крицы использовались лишь в кустарных мастерских и для изготовления художественных изделий.

В XX веке технология прямого восстановления железа (DRI) возродила интерес к крицеподобным продуктам, но в современной металлургии термин «крица» применяется преимущественно в историческом контексте.

Классификация криц

Крицы классифицируются по нескольким признакам:

По способу получения

• Сыродутная крица — полученная в сыродутной печи без принудительного дутья или с естественной тягой. Характеризуется высокой пористостью и низким содержанием углерода (менее 0,1 %).
• Кричная крица — полученная в кричном горне с принудительным дутьём. Имеет более плотную структуру и может содержать до 0,5 % углерода.
• Пудлинговая крица — получаемая в пудлинговой печи при переделе чугуна. Отличается более однородным составом и меньшим количеством шлака.

По составу

• Мягкая крица — практически чистое железо с содержанием углерода менее 0,05 %. Используется для ковки мягких изделий.
• Углеродистая крица — содержит 0,05–0,5 % углерода. После проковки даёт сталь, пригодную для изготовления инструментов.
• Шлаковая крица — с высоким содержанием шлаковых включений (более 15 %). Требует многократной проковки для очистки.

По массе

• Малые крицы — до 2 кг.
• Средние крицы — 2–10 кг.
• Крупные крицы — более 10 кг (встречались редко, обычно в промышленных масштабах).

Устройство и технология получения

Сыродутная печь

Сыродутная печь представляла собой шахту из глины или камня высотой 1–2 метра. В нижней части располагалось отверстие для подачи воздуха (сопло) и выпуска шлака. В печь загружали слоями древесный уголь и железную руду. При горении угля выделялся угарный газ (CO), который восстанавливал оксиды железа до металлического железа.

Процесс восстановления: Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂

Образовавшееся железо в виде мелких зёрен спекалось в губчатую массу, пропитанную жидким шлаком. После завершения плавки печь разбирали или извлекали крицу через боковое отверстие.

Кричный горн

Кричный горн был более совершенным устройством. Он имел кирпичную или каменную кладку, фурму для подачи воздуха и тигель для сбора жидкого шлака. В горне можно было регулировать подачу дутья, что позволяло получать крицы с заданным содержанием углерода.

Технология включала несколько этапов:

1. Нагрев шихты (руда + уголь) до 1200–1300 °C.
2. Образование крицы в течение 4–6 часов.
3. Извлечение крицы клещами и первичная проковка для удаления шлака.

Проковка крицы

После извлечения крицу немедленно проковывали молотом. Это позволяло:

• Выдавить жидкий шлак из пор.
• Уплотнить металл.
• Сварить отдельные зёрна в монолитную заготовку.

Проковку проводили многократно, с промежуточными нагревами. В результате получали кричное железо — материал с волокнистой структурой, обладающий высокой прочностью и вязкостью.

Применение

Историческое применение

Крицы служили исходным материалом для изготовления:

• Оружия (мечи, сабли, наконечники стрел).
• Орудий труда (топоры, ножи, серпы, сошники).
• Деталей конструкций (гвозди, скобы, цепи).
• Художественных изделий (кованые решётки, подсвечники).

На Руси кричное железо высоко ценилось за его способность к сварке и ковке. Уральские мастера XVIII века получали крицы, из которых изготавливали знаменитые «уральские замки» и оружие.

Современное применение

В современной металлургии термин «крица» используется редко, однако технология прямого восстановления железа (DRI) даёт продукт, напоминающий крицу по структуре. Такие материалы применяются:

• В электросталеплавильном производстве как заменитель лома.
• В порошковой металлургии для получения высококачественных сталей.
• В реставрационных работах для воссоздания исторических технологий.

Крицы также используются в кузнечном деле для демонстрации традиционных методов ковки и в исторических реконструкциях.

Интересные факты

• В средневековой Европе крицы часто называли «блумами» (от англ. bloom — цветок, распускание), что отражало их губчатую структуру.
• На Руси существовала профессия «кричник» — мастер, специализирующийся на выплавке криц. Кричники пользовались большим уважением и часто объединялись в артели.
• Крицы, полученные из болотной руды, содержали примеси фосфора, что делало железо хрупким. Такие изделия были менее качественными, чем из руды с низким содержанием фосфора.
• В XIX веке в России кричное производство сохранялось на Урале и в Сибири вплоть до 1880-х годов, пока не было вытеснено мартеновским способом.
• В 2020-х годах интерес к крицам возродился в рамках экспериментальной археологии: учёные воссоздают сыродутные печи для изучения древних технологий.

Источники

• Колчин Б. А. «Чёрная металлургия и металлообработка в Древней Руси» — М.: Издательство АН СССР, 1953.
• Тыщенко В. А. «История металлургии железа» — СПб.: Политехника, 2005.
• Беккерт М. «Железо: факты и легенды» — М.: Металлургия, 1984.
• Археологические исследования Новгородской экспедиции (материалы раскопок 1950–1980-х годов).
• ГОСТ 19200-80 «Крица. Технические условия» (утратил силу, но используется в исторических справочниках).