В южных районах Восточной Европы, на территории Украины в первой половине I тысячелетия уже существуют два типа сыродутных горнов, отличающиеся своими конструктивными особенностями и технологическими схемами получения железа.
Первый тип представлял собой стационарные наземные шахтные печи с системой шлаковыпуска на дневную поверхность или небольшое предгорновое углубление. К этому же типу относились и горны, сделанные на склонах, шахта горна вырывалась в земле и в лицевой части печи делались шлаковыпускные устройства.
Второй тип печей составляли горны одноразового использования с котлованом-шлакосборником и небольшой наземной шахтой. Такие печи всегда сосредоточивались группами на металлургических площадках (типа Свентокшиских). Оба типа печей делались небольших размеров, их рабочие объемы не превышали 0,15-0,20 куб. м.
Археологических материалов по металлургии железа для центральной и северной полосы Восточной Европы значительно меньше, чем для юга. Во всяком случае, в середине I тысячелетия здесь уже можно отметить существование стационарных наземных шахтных печей с системой шлаковыпуска (Колчин Б.А., 1953).
Ко времени создания древнерусского государства на территории Восточной Европы основным типом железоделательных горнов становится стационарная наземная шахтная печь с шлакоотводным устройством.
Единственным источником для изучения техники и технологии древнерусской металлургии железа и стали продолжает оставаться, как и для более древних периодов, археологический материал.
Но этот источник для эпохи Древней Руси становится значительно беднее. Дело в том, что в Древней Руси металлургия довольно рано отделяется от металлообработки, т. е. кузнечного дела. Производством железа на Руси всегда занимались металлурги, жившие в деревне. Наиболее благоприятные условия для металлургического производства были там, где имелись богатые и легко доступные залежи болотных или луговых руд, леса, пригодные для пережога на уголь и, наконец, сами производственные комплексы должны были располагаться вне жилой застройки. Поэтому при раскопках древнерусских городов, городищ и селищ металлургические комплексы встречаются очень редко.
Металлургические объекты Древней Руси, раскопанные археологами, представлены в виде развалов глинобитных и каменных горнов в сопровождении скоплений сырья — руды и угля, готовой продукции и отходов производства и, наконец, разным оборудованием. К настоящему времени таких комплексов с разной степенью сохранности известно более 80.
Техника металлургического производства Древней Руси состояла в прямом восстановлении железной руды в металлическое железо и в дальнейшем, при производстве стали, в насыщении железа углеродом. Этот способ производства железа и стали, носящий в технике название сыродутный, был крупнейшим изобретением в истории человечества и на протяжении почти двух с половиной тысяч лет, до появления чугунолитейной техники, был единственным способом получения черного металла.
В сыродутном горне при производстве железа происходят два одновременно протекающих процесса. Это восстановление окиси железа (напомним, что бурый железняк — лимонит и его вторичные образования, болотные, или луговые руды, являются водной окисью железа) до металлургического железа и ошлакования пустой породы руды, в основном кремнезема и глинозема, с отделением жидкого шлака от металлического железа.
При сыродутном процессе мелко раздробленную железную руду загружали в горн вперемешку с большим количеством древесного угля. В результате интенсивного горения угля в нижней части печи образующаяся и нагретая до высокой температуры окись углерода поднимается вверх, нагревает руду и уголь и вступает с ними в химическую реакцию. Вначале этой реакции окись железа руды восстанавливается до закиси железа. Часть закиси железа продолжает восстанавливаться, переходит в металлическое железо, а другая часть вступает в реакцию с породой руды, шлакирует ее и отделяет от металла. Образующийся жидкий шлак стекает на дно печи, оттуда его периодически выпускают наружу, а восстановленные мелкие зерна металла в твердом состоянии опускаются по мере выгорания угля в низ печи, свариваются и образуют ком железа — крицу (табл. 91, 1). Губчатая масса крицы железа, вынутая из печи, остается еще пропитанной некоторым количеством расплавленного шлака (Колчин Б.А., 1953).
Интересно отметить, что в Древней Руси процесс восстановления железа назывался «варкой железа». Даниил Заточник, автор «Слова к князю Ярославу Владимировичу» восклицает: «Лучше бы ми железо варити, нежели со злою женою быти» (Зарубин Н.Н., 1932).
Среди археологических памятников X–XIV вв., на которых сохранились те или иные остатки металлургического производства, можно выделить около 30 объектов, на которых развалы сыродутных горнов дошли до нас в таком состоянии, что позволяют не только утверждать факт самого производства, но и наметить общие черты конструкции сыродутного горна и его оборудования.
Такие комплексы раскопаны на селище Казинка (раскопки 1972 г.) — вскрыт развал горна, сопла, шлаки, уголь; на селище Золоторучье (раскопки 1955–1957 гг.) вскрыт развал горна, шлаки, уголь; на селище Прогонное поле (1948) — развал горна, сопла, шлаки, уголь; на городище Осовик (1973) — развал горна, сопла, шлаки; на городищах Василев (1978), Спас-Городок (1978), Серенск (1966), Белгород-Киевский (1969 и 1974), Стерженское (1938 и 1940) раскопаны развалы печей, шлаки, уголь; на городищах Григорьевское (1952–1953) и Червонная Гора (1939 и 1947) раскопаны хорошо сохранившиеся нижние части горнов, остатки развалов шахты, сопла, шлаки. Раскопаны сыродутные горны и на территории некоторых городов — в Старой Рязани, Друцке, Дорогобуже и др.
Домница, в которой «варили» железо, была стационарным сооружением, воздвигавшимся на довольно продолжительное время. Термин «домница» впервые упоминается в писцовых книгах только в конце XV в., но так назывались, вероятно, подобные сооружения и в более раннее время.
Развалы металлургических комплексов сохранили достаточный ряд конструктивных элементов, которые позволяют нам восстановить характерные признаки конструкции сыродутных горнов и домниц в целом.
1. Древнерусские домницы как металлургическое сооружение были двух типов: а) сооружения наземные, т. е. такие, в которых печи стояли на уровне земли; б) сооружения земляночного типа, в которых печи стояли на полу землянок того или иного размера и определенного заглубления.
2. Сыродутные горны были свободностоящими сооружениями шахтного типа.
3. Печи работали на искусственном дутье.
4. Печи были стационарны, для вынимании готовой крицы они имели в передней стенке специальное отверстие.
5. Печь имела в плане круглую или немного овальную форму.
6. Стенки шахтной печи делались из камня и глины.
На основании этих данных фактических археологических источников и русских этнографических материалов древнерусский горн вырисовывается в следующем виде.
Круглая или немного овальная в плане печь имела наружный диаметр 85-110 см и внутренний диаметр 50–80 см. Печь ставили на основание, чаще всего сложенное из булыжных камней и обмазанное сверху глиной (табл. 91, 2, 3). Иногда основание делали просто в виде толстого слоя глины или каменной плиты. Стенки печи складывались из камня или сбивались из глины. Толщина стенок колебалась от 15 до 30 см. Глинобитные стенки возводились на деревянном каркасе. Внутренняя и наружная стороны у выложенных из камня печей обмазывались толстым слоем глины. В передней стенке печи на уровне лещади делалось отверстие, через которое вынимали готовую крицу. В это же отверстие вставляли сопла. Во время процесса отверстие заделывали землей, камнями и глиной. Отверстие по ширине колебалось от 25 до 50 см. По совокупности археологических материалов и привлеченных этнографических сравнений можно с достаточной степенью вероятности установить высоту печи и форму колошниковой части. Высота шахты древнерусской печи колебалась от 0,8 до 1,0 м. Шахта имела цилиндрическую форму, немного сходящуюся кверху. Колошник мог быть широким, открытым или частично перекрывающимся куполообразным сводом. Исходя из этих размеров можно узнать, каков был объем древнерусской печи: он колебался от 0,3 до 0,45 куб. м.
