Синтез металла и дерева
Обновлено: 18.05.2024
Прошлый век можно назвать эпохой интегрирования, а начало XXI постпандемийного века веком трансформации. Мышление людей становится другим. Личность теперь активно влияет на масштабные процессы и каждого волнуют не только явления жизни, но и коммуникации, межличностные отношения в обществе, их истоки и связи с вселенной. Эти эволюционные процессы повлияли и на искусство.
Интегрирование отдельных видов искусства тяготеет к синтезу искусств, которое питается научными достижениями, отражает события социума, а также иллюстрирует внутренние, эстетические потребности человека.
Синтез это соединение несоединимого, сотворение принципиально новейшего продукта, который не сводится к прямому использованию свойств и качественных его составных частей. Смысл современного искусства — активировать и разбудить чувственные эмоции, оказать на них всестороннее тактильное, визуальное, акустическое, обонятельное воздействие. Все это воплощается в синтезе искусств, композиционном и образном единстве факторов, в организации плоскости, объединении времени и пространства, масштабности пропорций, композиционном ритме.
Использование синтеза как художественного приема делает произведение искусства многоплановым и многогранным. Достигается синергетический эффект усиливающий эффект взаимодействия, характеризующийся тем, что сила совместного воздействия компонентов существенно выше, чем сила воздействия каждого по отдельности.
Существует множество искусствоведческих трудов о синтезе искусств. Анализируя их, можно предложить следующую систематизацию:
2. Синтез искусств также рассматриваться как отдельная группа видов художественного творчества, объединенная единой целью:
• Театральный синтез искусств. Театр, кино, искусство мультимедиа и анимации, родственные им временные и пространственные виды искусств синтетичны по своей природе. Они создаются творческой группой, где искусство режиссера, творческого организатора, эстетически объединяет авторов и компоненты произведения в новое целое. Это разные виды действия, которые могут включать все виды исполнительского искусства: актерского, сценографического, музыкального, хореографического и художественного. Всеобъемлющей формой синтеза искусств в разных культурах является религиозный ритуал. В XX-XXI вв. театральный синтез искусств расширился за счет экранных видов искусств, прежде всего кино и мультимедиа арт. [Герасимов, С. А. Кинематограф и искусство слова: бесспорное и спорное в синтезе. С. А. Герасимов. Взаимодействие и синтез искусств. Л., Наука, 1978.144-155с.]
3. Синтез является инструментом перехода произведения из одного художественного ряда в другой и связанного с этим взаимообогащением образной структуры, темы произведения. Каждый вид искусств раскрывает ее с одной точки зрения, с позиции времени, пространства, социума, а вместе эффект эмерджентности, синергии делает произведение уникальным, а проект по его реализации - эффективным.
Синтез может осуществляться на разных уровнях:
- Внутри каждого по отдельности из видов искусства.
- Между различными видами искусства.
- За границами одного искусств.
Современное развитие синтеза искусств можно охарактеризовать двумя противоположными тенденциями, имеющими право на существование стремлением к синтезу или сохранением самостоятельности. Эта двойственная взаимосвязь ведет не к поглощению одних искусств другими, а к их взаимообогащению и к утверждению правомерности и необходимости существования различных видов искусств, полностью сохраняющих свою самостоятельность.
Что такое синтез искусств в современной художественной практике, в частности в художественном металле?
А. Родченко, идеолог российской школы дизайна, свою инновационную концепцию формообразования, основанную на минимальных средствах выразительности, сформулировал в программе образовательного процесса МЕТФАКа ВХУТЕМАСа еще в 1920-х. Ее творческой основой стало выявление первичных элементов художественного языка, таких как линия, геометрическая форма, цвет, фактура, движение и другие формы и жанры. В провозглашённом методе преподавания геометризация, модульность и структурность построения преобладали над другими композиционными принципами. Эти идеи актуальны до сих пор.
А.М. Родченко в прозодежде, сшитой В.Ф. Степановой.
Основа синтеза в современном художественном металле — это соединение архитектурно художественного и пространственно пластического синтеза в малых архитектурных формах, пространственно пластический синтез в ювелирном искусстве и комплексные синтетические решения, включающие и синтез временных искусств в кинетическом искусстве и science art.
Многими художниками и ремесленниками понятие синтеза понимается не совсем верно. Использование разных материалов в одном изделии, не приводящее к созданию нового структурно художественного качества синтезом искусств не является. Об этом читайте во второй части Синтез искусств.
В работе использован не ограненный наноситал молочного цвета в качестве формообразующего, скульптурного материала.
В качестве примера синтетической работы по архитектурному металлу, можно привести произведения Н. Табачкова, руководителя @artmetalllab, выпускника Строгановской академии, партнера Союза Кузнецов России. Н. Табачков использует в дополнение к традиционной ковке другие материалы и технологические инновации – стекло, специальные покрытия, тем самым придавая современное звучание древнему ремеслу кузнеца. В 2019 г. на Beijing Design Week в Пекине на всемирной неделе дизайна, работа «Кузнечный цвет» Н. Табачкова была выставлена в Moscow Design Pavilion. С 28 января 2021 это произведение можно увидеть на выставке «Уникальная Россия» в московском Гостином дворе.
Н. Табачков. Композиция «Кузнечный цвет» (сталь, ковка, авторские покрытия).
Выпускница магистратуры кафедры «Художественный металл» Строгановской академии-2019, педагог кафедры В. Курьянова сначала разработала технологические режимы сцепления традиционной эмалевой стекловидной массы с наноситалом кристаллическим стеклом, а затем использовала свои исследования в создании и реализации серия ювелирных объектов на тему «Континенты», которая включает в себя кольца: «Евразия», «Северная Америка», «Южная Америка», «Африка», «Австралия», «Антарктида». Особенность данной серии работ в том, что она содержит в себе украшения, которые являются не только предметом эстетики, но и предметом символики, они отражают историю и колорит каждого континента. В 2019 г. с серией ювелирных объектов «Континенты» В. Курьянова стала победителем международного ювелирного конкурса ARTISTAR в Милане (Италия).
Проектный лист магистерской диссертации В. Курьяновой «Серия ювелирных объектов «Континенты». Руководители В. Глынин, А. Тихонов, М. Круглова. (фото из архива кафедры «Художественный металл»).
Использование театрализации, принципов драматургии, на основе которых построен событийный сценарий арт инсталляций характерен для работ Н. Ворохиной и И. Фадина, выпускников 2020 года магистратуры кафедры. Их произведения — это не только визуальное наслаждение, но эксцентрика и ирония, так свойственная современности, катализатор активной жизненной позиции, где отражается великая многогранность и непредсказуемость по-прежнему пассионарной, российской творческой души.
В дипломной работе «Игровой набор «Алхимия», выполненный в ювелирной технике» Н. Ворохиной, с одной стороны визуализированные образы, символы и понятия, связанные с алхимией и средневековой наукой, а с другой, использованые, как традиционные ювелирные, современные искусственные материалы – ситаллы, пластики, стекло, ткань. Набор состоит из 49 элементов. Это уникальный ювелирный пазл.
Кинетический арт-объект «Полураспад» И. Фадина это пример соединения традиционных технологий металлообработки: сварки, ковки, слесарного искусства, механики и мультимедиа, science art. И. Фадин глубоко изучает тему ядерной угрозы и ее последствий для человечества, использует принцип «Окна Овертона» для утверждения своей однозначно гуманистической позиции и напоминании о рисках ядерной катастрофы – ядерной зиме. Для визуализации своего авторского видения образа используется проекционный мульти медиа контент. В настоящее время работа И.Фадина находится в коллекции Государственного федерального музейно-выставочного комплекса «Музей Норильска» (г. Норильск, Красноярский край).
Н. Ворохина. ВКР на тему «Игровой набор «Алхимия», выполненный в ювелирной технике», проектный лист, фрагмент и эскиз одного из изделий. Руководитель ВКР В. Глынин (Фото из архива кафедры «Художественный металл»).
Н. Ворохина. Фрагмент ВКР на тему «Игровой набор «Алхимия».(Фото из архива кафедры «Художественный металл»)
В заключении можно констатировать, что использование возможностей синтеза актуально в современном искусстве и прикладном дизайне, в художественном проектировании произведений художественного металла, в частности. Главное это чувство гармонии и пропорций, эмоционального сопереживания и активного действия на зрителя.
Н. Ворохина. Эскиз одного из изделий для ВКР.
Грамотное применение приемов синтеза свидетельствует о широком кругозоре и хорошем вкусе автора, его развитом эстетическом мировоззрении, а также формирует творческий подход к проектным задачам, актуализирует использование знаний смежных и сопутствующих дисциплин, в том числе инновационных материалов и технологий.
В актуальной практике, на фоне приоритета креативной экономики, как двигатель роста экономики в целом, использование синтеза в разных его формах позволит создать не только новые продукты, но и новые направления развития креативных индустрий в целом. Он имеет потенциал создания добавленной стоимости и новых профессий и рабочих мест. Креативные индустрии становятся составной частью культурной мировой политики и формируют новые культурные технологии.
Международный онлайн – конкурс кузнечного и оружейного искусства «METALL.ART.WORK» — 2021 «МЕТАЛЛ. ИСКУССТВО. ТВОРЧЕСТВО» на своем уровне поддерживает развитие креативных индустрий в современной России, и, по замыслу организаторов, представит объективный срез художественного мира страны.
Разработан способ сделать древесину такой же прочной, как сталь
Американские исследователи разработали технологию производства сверхпрочной древесины - прочного, но легкого материала, который можно было бы использовать для строительства всего - от мостов до автомобилей.
Американские исследователи разработали технологию изготовления сверхпрочной древесины, которую теперь можно будет использовать в тех местах, где традиционно использовались и используется сейчас более тяжелые металлы и сплавы.
Более того, процесс создания такой сверхпрочной древесины достаточно прост, он заключается в предварительной обработке деревянной заготовки в растворе гидроокиси и сульфата натрия при температуре кипения воды.
Эти химикаты удаляют из дерева лигнин и гемицеллюлозу, вещества, которые являются основой его структуры и придают дереву его прочность. После такой химической обработки деревянный блок сжимается меж двумя пластинами, нагретыми до 100 градусов Цельсия при давлении в 5 мегапаскалей, что в 50 раз превышает нормальное атмосферное давление.
В результате последовательности такой обработки объем дерева сокращается на 20 процентов относительно его исходного объема, а плотность получившегося материала в три раза превышает изначальную плотность. И, благодаря этому, обработанное плотное дерево обретает абсолютно новые физические свойства.
Оно выдерживает в 11.5 раз большие механические нагрузки, что ставит его на один уровень со сталью по прочности, но обработанное дерево, при этом, существенно легче стали.
Для примера свойств, обретенных уплотненным деревом, исследователи стреляли по нему стальными шариками, выпущенными из пневматического оружия. И если эти шарики проходили насквозь через необработанное дерево, то от доски уплотненного дерева они или отскакивали, или застревали в этой доске.
Химикаты, используемые для получения уплотненного дерева, не являются существенной проблемой для окружающей среды. При этом, процессу уплотнения подвергается практически любой вид древесины, начиная от самых плотных и тяжелых сортов и заканчивая легковесными и менее плотными сортами.
Исследователи считают, что новый материал может стать альтернативной использованию стали там, где требуется соблюдение экологической чистоты возводимых зданий и сооружений, к примеру. Помимо этого, из нового деревянного материала могут быть изготовлены некоторые узлы транспортных средств, которые за счет этого станут несколько легче и будут расходовать меньшее количество топлива или энергии.
Обычную древесину сделали более прочной, чем сталь или титан
Дерево — отличный материал для… всего. Из него делают все, что только можно себе представить. Единственное, чего не хватает — прочности. Многие сорта дерева — очень прочные, но, к сожалению, недостаточно прочные, чтобы их можно было применять более широко. Специалисты из США добились увеличения прочностных характеристик древесины путем специальной ее обработки.
После того, как дерево подвергается обработке по новому методу, его прочность возрастает в десятки раз, оно становится более прочным, чем сталь или титан. При этом древесина по-прежнему остаются дружественным окружающей среде материалом, альтернативой пластикам или металлам.
«Фактически, это новый класс материалов с великолепным потенциалом», — заявил Ли Тенг, специалист из Мэрилендского университета. Работа Тенга и его коллег опубликована 7 февраля в авторитетном научном издании Nature.
Попытки укрепить дерево, изменить тем либо иным образом его характеристики не прекращаются десятилетиями. Некоторые методы удачные, другие — не очень. К числу удачных можно отнести выделение микроволокон целлюлозы, что позволяет создавать достаточно устойчивые к внешним воздействиям материалы.
Но Тенг с коллегами решили подойти к проблеме с другой стороны. Исследователи сфокусировались на модифицировании пористой структуры натуральной древесины. Изначально они стали пробовать кипятить различные сорта древесины, включая дуб, в растворе гидроксида натрия и сульфита натрия в течение семи часов. Этот процесс оставил целлюлозную структуру практически нетронутой, но окружающие целлюлозу компоненты частично ушли. Один из таких компонентов — лигнин, полимер, связывающий целлюллозу.
Затем команда поместила на сутки деревянный блок под пресс, одновременно нагрев его до 100 градусов Цельсия. В результате образовались деревянные планки толщиной в пятую часть от прежних параметров. Кроме того, этот материал оказался в три раза плотнее натуральной древесины и в 11,5 раз прочнее. Предыдущие попытки усилить прочностные характеристики приводили к повышению этого параметра максимум в 3-4 раза.
Сканирование волокон нового материала при помощи электронного микроскопа показало, что сдавливание уничтожает целлюлозные трубочки, которые сжимаются и переплетаются вместе. «Вы получаете нановолокна, размещенные вдоль оси роста дерева, сцепленные между собой», — заявил один из участников исследования.
Для того, чтобы проверить, насколько устойчива «древесина нового типа» к внешним факторам, команда стала выстреливать по паллетам из баллистической пушки, которая обычно используется для проверки прочности военных транспортных средств. Как оказалось, модифицированная древесина выдерживает удар 46-граммового стального снаряда, летящего со скоростью примерно 30 метров в секунду.
Это, конечно, гораздо медленнее, чем скорость пули, вылетевшей из ствола огнестрельного оружия, но все же и это солидное достижение. Такая скорость примерно соответствует скорости автомобиля, движущегося перед столкновением с препятствием. Да, американцы считают, что их метод позволяет создавать материал, пригодный для автомобилестроения.
Эксперты считают, что команда «улучшателей дерева» чрезмерно усложняет процесс, который может быть гораздо более простым. Например, просто воздействие высокой температуры, пара и давления способно значительно улучшить прочностные характеристики материала. А можно просто прокипятить дерево в течение 7 часов в растворе каустической соды. В результате получается достаточно прочный материал. 24-х слойная защита из такого дерева задерживает 9-мм пулю, которой стреляют из пистолета.
Микаэела Идер, исследователь из Института Макса Планка считает, что воздействие давления также упрочняет дерево — хотя в этом случае неясно, насколько сильно имеет место сплетение нановолокон. Тем не менее, авторы оригинальной работы уверены, что только их методика позволяет многократно улучшить прочность дерева. Коллеги согласны с ними, говоря, что у работы большой потенциал, и в будущем можно было бы создать коммерческую технологию для производства прочных строительных материалов из дерева.
Синтез металла и дерева
Является ли синтез материалов и микширование технологий синтезом искусств?
Однозначно не является таковым.
В предыдущей статье «Синтез искусств» автор Мария Круглова, не претендуя на истину в последней инстанции, обозначила основные закономерности, зримые черты, законы синтеза искусств.
Посмотрите на эти столы. Добротно, качественно, профессионально. Больше нечего добавить.
Часто свое мастерство и высокий профессионализм мастер прикладник возводит в ранг искусства. Но чтобы стать искусством, этот прием, стиль, ноу-хау должно стать явлением, событием в истории искусств. Как это было со столом рекой из эпоксидной смолы, как это было с маркетри, изобретенным великим мастером Андре-Шарль Булем. Количественные и качественные накопления мастера, запечатленные в его добротных произведениях из дерева, металла, кости, стекла, редко становятся искусством "на века". Но наша задача - стимулировать мастеров прикладников совершать прорывные открытия, так как только на стыке технологий и достижений техники рождаются новые стили.
Модифицированная реальность отраженная многократно Tom Dixon.
Глоссарий и определения.
Си́нтез иску́сств — создание качественно нового художественного продукта, при создании цельного произведения (или ансамбля) посредством органичного соединения искусства или видов искусства в единое целое с единой системой художественной образности, замысла, стиля исполнения.
Псевдо синтез искусств – свойства продукта (изделия), которые сводятся к простой сумме исходных компонентов, выполняемые из разнообразных материалов и с помощью различных технологий, и чаще всего это только эксперимент «новодела», не претендующий на новое явление в синтезе искусств.
Декоративно-прикладное искусство ДПИ (deco - украшать) - художественное профессиональное творчество для удовлетворения утилитарных, художественных и эстетических потребностей человека.
Синкретизм современного искусства – соединение несоединяемого, стирание границ между высоким искусством и повседневной жизнью, художником и потребителем, автором и зрителем. Искусство ради искусства - l'art pour l'art.
Синкретизм ДПИ – это микширование материалов, технологий, стилей в одном ансамбле, серии, изделии для достижения одной поставленной цели или нескольких целей художника.
Зеленцов Вадим. Зайкова Мария. Нова идея. Сталь. Натуральные цветы листья травы. Вадим Зеленцов. Зеркало с подсветкой.
Микширование материалов использовали в прикладном искусстве всегда, сколько существует история искусств. Дерево и камень, дерево и металл, металл и стекло, камень и металл. Если в древности это чаще были орудия труда, то в средние века, в эпоху Возрождения и в век модерна синтез материалов свидетельствует о научно-техническом прогрессе и о новых возможностях технологий. Витражное искусство никак не может обойтись без кованого металла, особенно учитывая размеры стекла. Так же как ювелирное искусство невозможно представить без связки металл - камень.
Александр Нарушев. Ковка. Стекло. Рак отшельник. Сталь. Кожа.
Все чаще в современном искусстве мастера используют различные материалы и технологии для достижения высокохудожественных задач используя приемы гибридного искусства. Конвергенция материалов в древние времена и сейчас в 21 веке сильно отличается.
Петр Борцов Светильник загородной беседки. Владимир Тюрягин Зеркало.
Сейчас художник современного искусства уходит от золотого сечения и мыслит абстрактными категориями, используя BioArt, Art&Science, Арт хорор. Всегда оказывается прогрессивным и популярным тот художник и тот мастер, который синтезирует приемы, технологи и микширует материалы.
Далее примеры фото работ и тексты авторов работ.
Ольга Князева. Художник живописец миниатюрист. Цитата.
…Я называю свое творчество “ювелирная живопись”. В основе лежит техника многослойной лаковой миниатюры и реалистическая масляная живопись, но они значительно адаптированы для ювелирного искусства с учетом особенностей работы с натуральными минералами, металлами, современными лаковыми полимерами и, конечно же, веяниями современной моды.
Миниатюрные сюжеты для украшений отличаются от традиционных сюжетов миниатюр, ведь далеко не любой сюжет человек готов носить на себе в качестве украшения. Очень популярной темой является реалистическая портретная миниатюра. Это не только портреты дорогих нам людей, но и портреты домашних питомцев и любимых животных.
...Реалистичность, объемность и живость картины достигается благодаря тщательному подбору минерала под конкретную композицию, и, самое главное, многослойности живописи. То есть картина создается постепенно послойно, набирая объем, цвет и тончайшую детальность изображения. Живописных слоёв в картине может быть от трёх до пяти или семи, и каждый слой тщательно просушивается и закрепляется лаком, образуя единый живописный монолит. При этом, толщина живописно-лакового слоя доли миллиметров. Благодаря использованию современных лаков, изделие имеет повышенную износостойкость и устойчивость к термодинамическим нагрузкам.
Размер цветной ювелирной миниатюры (камень с миниатюрой вместе с ювелирной оправой) может быть размером от 15 мм до 60-70 мм.
Миниатюра сама по себе является ценным произведением искусства, но, когда к ней присоединяется искусство художника ювелира, в итоге получается совершенно уникальное ювелирное украшение и произведение тончайшего искусства одновременно. Но не просто, а с самым желанным изображением или портретом в 3д качестве.
В настоящее время мои работы находятся в частных коллекциях по всему миру от Аляски до Австралии и практически во всех уголках России…
Афанасьева Наталья. Художник символических украшений.
. Мы с мужем работаем в паре и все изделия рождаются не от задачи использовать разные материалы, а от образа, от идеи, от эскиза. Поскольку у нас тандем, нам проще синтезировать в одном изделии разные материалы.
Наталья Афанасьева. Царская пара.
Здесь серебро, нефрит, бивень мамонта, жемчуг речной, самоцветы. Когда добавляются разные другие материалы это не для того чтоб усложнить технологический процесс, а для придачи новой жизни этому изделию. Потому что особенно там, где используется образ человека, его лицо, то хочется более теплый материал применить. И кость традиционно используется именно и для реалистичности образа.
"Царская пара". Автор-художник Афанасьева Наталья. Скульптор, ювелир Афанасьев Владимир. Материалы: серебро, нефрит, бивень мамонта, жемчуг речной, самоцветы. Технологии: литье, резьба по кости, гравировка, закрепка, гальваника.
Поэтому в царской паре мы всё-таки бивень мамонта добавили с точки зрения придания жизни металлу, дать ему человеческое лицо, через цвет и фактуру бивня. Жемчуг там появился в силу того, что нужно было подчеркнуть культурную старину русского костюма и традиционное использование речного жемчуга в северных костюмах, в Центральной части России, в том числе авторских обрядовых костюмах. Конечно самоцветы в виде кабошонов нами тоже продуманы были как элементы русской одежды и отсылка к историческим атрибуциям. В нашем случае как у художников и материалы ищутся те, которые сделают изделия наряднее красивее торжественней и ближе каким-то историческим реалиям.
. Точно также и солдатиками. С ними стояла ещё задача чуть заменить вообще стилистику всей коллекции. Её сделать на порядок дороже в плане ценности, добавить сложности. Сложность в обработке материалов, в его комбинации с деревом. И опять отсылка к историческим атрибуциям материала из которого изготавливали в своё время ножны, дубины, пики и прочее.
Колесникова Анастасия. Цитата.
… Кто-то предпочитает спокойную классику, а кто-то современность, неудержимый микс и вечный поиск своего стиля и самого себя. Я отношусь ко второму типу. Совмещение материалов в моих украшениях это, в первую очередь, поиск себя в творчестве, выработка своей авторской "подписи".
Колесникова Анастасия 2017 год. Комплект-трансформер (при помощи магнитных замков можно изменять украшения). Материалы: смола, кофе, дерево, полимерная глина, металл.
Именно поиск даёт возможность создать что-то неповторимое. У меня используются самые простые материалы: кофе, смола, дерево, полимерная глина, металл. И как в любом поиске важно вовремя остановиться, не исказить пропорции, цветность, целостность украшения. Иногда я "выдыхаюсь", а иногда меня "уносит" не туда, становится сложно остановиться, и тогда я открываю альбомы мастеров и ищу вдохновения в их работе, заряжаюсь положительными эмоциями.
Все меняется. Меняется мир, меняемся мы, меняются технологии. Все трансформируется под нас, вместе с нами и именно поэтому микширование материалов будет всегда актуально и интересно.
Приглашаем всех художников, мастеров, ремесленников принять участие в конкурсах, если вы используете микс материалов и синтез технологий.
Европейская металлургия от костра до мартена
На протяжении всей истории человечества образ хозяйствования нашей цивилизации определяли металлы. Вообще говоря, все первые металлы, открытые человечеством, стоят правее водорода в электрохимическом ряду напряжений металлов. Это так просто потому, что все остальные по закону неумолимой термодинамики будут окислены во влажных и окислительных условиях атмосферы и литосферы. Точнее говоря, те, что правее водорода, тоже будут окислены – но сильно позже. А пока что встречайте: медь, серебро, золото, сурьма!
Справа все интересующие нас металлы, а заодно ртуть и платина. Не влезли палладий и висмут, но они встречаются реже метеоритов
Все эти элементы при определенной доле удачи могут быть встречены в самородном виде – неслыханное счастье для тех, кому до того предстояло пользоваться каменными орудиями труда. Металлу можно придавать почти любую форму, он не раскалывается, а деформируется при ударах, а еще его можно затачивать и делать качественно лучшие орудия труда. Золото, серебро и медь уже к позднему неолиту вовсю использовались для изготовления украшений, а в 6 тысячелетию человечество открыло для себя медные инструменты. Однако самым лучшим доступным металлом было, конечно, железо. Для того, чтобы найти его в чистом виде, нужно поистине дьявольское везение – оно встречается только в упавших метеоритах и является настоящей царской прерогативой (так, кинжал из гробницы Тутанхамона сделан именно из такого железа).
Новую веху в истории обработки металлов ознаменовала восстановительная металлургия. Люди открыли, что, если спекать некоторые минералы с углем, в камешках получившегося шлака заблестят кусочки меди. Это позволило человечеству перейти на небывало высокий по сравнению с неолитом уровень технологий. Новые медные инструменты и так были на порядок лучше каменных, но теперь они стали по-настоящему доступны. Вскоре появились первые печи для плавки меди, которые, например, можно найти в древних городах Анатолии. Так, первое найденное литое изделие датируется 5000 г. до н. э.
диаграмма Эллингема
Теперь сделаем небольшое отступление обратно к современности и обратим свои взоры на диаграмму Эллингема. Эта диаграмма показывает нам, насколько при разных температурах стабильны различные оксиды. Также она позволяет легко определить, восстановит ли углерод или угарный газ нужный оксид до металла при данной температуре – для этого всего лишь нужно посмотреть, в какой точке линия С и СО становится ниже линии соответствующего металла. Из нее можно понять, например, что даже при небольшом нагревании и углеродом, и угарным газом медь восстановится со свистом, а вот чтобы восстановить железо, придется хорошенько постараться (но все же меньше, чем для многих других металлов).
Проблема состоит не только в этом. Мало просто восстановить металл, необходимо его еще и расплавить, иначе вместо слитка, которому можно придать любую форму, получится просто серый (в случае железа) или красный (в случае меди) порошок. Поэтому для эффективного изготовления железных изделий нужна такая печь, которая сможет расплавить железо. Однако построить ее не так-то просто, первые железоделательные печи появились на территории той же Анатолии у хеттов примерно к 1200 г. до н. э. До этого человечество обходилось медью или бронзой – сплавом меди с мышьяком или оловом (бронза была попрочнее меди, дольше изнашивалась и плавилась при меньшей температуре).
Сыродутная печь
Такие требования сформировали облик европейской железной металлургии на многие века. Схема печи оставалась общей: высокая глиняная/земляная труба, в которой вперемежку уложены слои железной руды (как правило, болотной бурой слизи или каменной руды) и древесный уголь. Все это мероприятие было крайне малопрофитным в смысле целевого продукта, в железо превращалось около 30% руды в лучшем случае. Несмотря на это, железные орудия были на порядок выгоднее орудия из любого другого металла, доступного европейцам, из-за не в пример большего качества.
Описанный выше способ выплавки железа назывался сыродутным. Получившийся кусок железа содержал крайне большое количество шлаков, поэтому его проковывали большое количество раз. При этом получившееся железо обладало существенным недостатком. При получении оно было крайне твердым и незатачиваемым (так как содержало большое количество углерода), а при дальнейшем выгорании – очень мягким. Поэтому единственным способом получить нормальное, функциональное изделие было сваривание нескольких пакетов железа методом проковки сложенных слоев железа, просыпанных между собой бурой. Усовершенствовав технологи многократной проковки заготовки до предела и чередуя мягкие и твердые слои железа, человечество научилось изготавливать булатную сталь – один из лучших видов металлургической продукции своего времени.
Одним из основных шлаков в металлургическом производстве Средневековья был чугун. Он выплавлялся из руды раньше всех, потому что в нем больше углерода, а, чем больше в каком-либо твердом веществе примеси, тем ниже его температура плавления. Также чугун крайне хрупок и тяжел, что затрудняло его применение в металлургии. Довольно большая часть железа всегда уходила в шлаки в виде чугуна, откуда его было уже не выдернуть. В больших по размеру печах (штукофенах и блауофенах) с четырех-пятиметровыми «резервуарами» для руды и угля в чугун и шлак уходило просто огромное количество железа. Обычно из чугуна потом изготавливали низкотехнологические изделия типа кувалд, ядер и прочего. Забавный факт – и по сей день шлаки металлургического производства используются в дорожном строительстве как материал для брусчатки.
Схема современной доменной печи
Следующей вехой развития железного производства стали доменные печи. Человечество догадалось, что, если печь сделать достаточно большой, можно будет подбрасывать в нее уголь и руду прямо в процессе плавки, а железо, сталь, чугун и шлаки сливать из нее через отдельные летки. Этот процесс в 15-16 вв. стал очередным технологическим бумом для Европы – несмотря на то, что доменную печь нельзя было останавливать, а угля и руды она жрала абсолютно непомерное количество, она позволила европейцам превзойти весь мир по выплавке металла на душу населения, а, следовательно, по артиллерийской мощи.
С учетом роста населения и постоянно растущего спроса на железо его производство на душу населения в 11-13 вв. достигало порядка килограмма на человека в год. Для сравнения – современный небольшой ножик весит порядка 200 граммов, лезвие небольшого топора – около 700 граммов, а ведь еще нужно на чем-то готовить, чем-то строить, опять же всяческие метизы типа гвоздей, скоб, крюков и прочего. В итоге мы понимаем, что уровень сыродутной металлургии даже с учетом перекрытия некоторых потребностей другими металлами давал ужасающе мало.
Ситуация менялась, как ни парадоксально, с увеличением количества металлических изделий – можно было срубать больше деревьев, прокапывать более глубокие шахты, возводить более сложные конструкции. Производство росло в геометрической прогрессии – размер печей для выплавки железа все увеличивался, увеличивался от простой сыродутной печи к штукофену и блауофену и наконец-то вырос до настоящей домны с непрерывным циклом выплавки. И тут понеслась – положительная обратная связь сделала свое дело.
Всеевропейское внедрение в 15-16 веках доменной печи сразу, буквально за несколько десятилетий, увеличило количество производимого на душу населения железа втрое, а то и вчетверо. Нашей цивилизации впервые стали по-настоящему доступны каменные железные руды. Забегая вперед, скажу, что в Швеции, стране, которая на тот момент поставляла больше половины всего европейского железа, к 18 веку производство достигло невероятных 20 кг железа на человека. Впрочем, до обогащения и прочих технологических процессов мы пока еще не дошли – пока что это просто загрузка печи камнями руды, углем и флюсом – специальным веществом, чтобы снизить количество примесей в плаве и уменьшить температуру плавления.
Проблемой доменного производства была необходимость в огромном количестве качественного древесного угля – каменный уголь содержал много вредных для железа примесей, поэтому деревья приходилось вырубать в огромных масштабах. Об экологии тогда никто не заботился, но бескрайние леса были, очевидно, не во всех странах. Также откровенным минусом все еще был уход огромного количества железа в чугун, хрупкий и потому не годный для создания инструментов и метизов. Единственной масштабной отраслью применения чугуна было артиллерийское дело – на отливку пушек и ядер шли многие тонны чугуна. И вот тут человечество сделало пока чисто эмпирическое, но очень важное открытие – из чугуна при высокой температуре может выгорать углерод. Естественно, ни о каком углероде речь тогда не шла, но этот факт позволил железоделательному производству перейти еще на один технологический уровень выше.
Все помнят, как в морозилке замерзает соленая вода? Образуется большая ледышка, самого рассола становится меньше, концентрация соли в нем растет. Похожий процесс происходит и при плавлении чугуна на воздухе. Углерод из него частично выгорает, частично переходит в жидкую фазу, а на дне печи начинают образовываться кристаллы железа. Это явление заметил английский металлург Генри Корт, и вскоре практика пудлингования – перемешивания расплава чугуна вошла в Британии в крайне широкое распространение.
Печь для пудлингования. 1) Под 2) Труба с клапаном для регулирования силы тяги 3) Порог, отделяющий металл в рабочем объёме от топлива 4) Колосниковая решётка, на которой находится горящее топливо (уголь) 5) Боковое окно для пудлинговщика 6) Окно для заброса топлива
Как происходило пудлингование? Сначала в печи, обложенной огнеупорной футеровкой (отделка печи, позволяющая оградить тело печи от разрушительного влияния расплавов) без доступа открытого пламени расплавлялся чугун. По прошествии некоторого времени рабочие засовывали в расплав огромные железные штанги (около 40 килограммов весом) и начинали интенсивно перемешивать его. Вскоре на штангах выкристаллизовывалось чистое железо, температура плавления которого намного выше, чем у чугуна. Далее получившуюся крицу вынимали из расплава, проковывали и разделяли на слитки.
Естественно, процесс этот был далеко не из самых легких, однако он позволил высвободить для промышленности огромное количество чистого железа и разом решить проблему переизбытка чугуна. Процесс пудлингования доминировал в металлургии на протяжении практически ста лет, после чего был вытеснен сразу тремя способами – бессемеровским (открытым Генри Бессемером в 1856 году), томасовским (открытым в 1878 году Сидни Гилкристом Томасом) и мартеновским.
Принцип работы любого конвертера
Бессемеровский и томасовский процессы довольно схожи. В качестве основного реактора используется веретенообразная печь с огнеупорной футеровкой (в случае бессемеровского процесса – кислой, содержащей SiO2, в случае томасовского – основной, содержащей доломит CaCO3xMgCO3). В процессе плавки печь нагревается, опять же, без доступа открытого пламени, после чего продувается сжатым воздухом через сопла, расположенные в дне печи. Расплав поддерживается в горячем состоянии из-за процесса окисления примесей руды, проходящего с выделением температуры. Далее полученное железо подвергается дополнительному науглероживанию с образованием стали. Основное отличие двух способов состоит в химическом составе плава.
В томасовском процессе могут быть использованы загрязненные серой и фосфором руды – продукты окисления фосфора и серы связываются материалом футеровки, давая окисляющий железо углекислый газ. У этого способа есть недостаток – фосфор и сера удаляются из плава не в полном объеме, поэтому железо получается более ломким. В бессемеровском же процесса футеровка печи не позволяет использовать основные флюсы, что делает его более требовательным к качеству руды. Однако этот способ дает более качественное железо, что и определило его производственное преимущество в долгосрочной перспективе.
Настало время сказать несколько слов и про мартеновский процесс. Он был открыт в 1864 году французским инженером Пьером Мартеном. Основное его отличие от бессемеровского и томасовского способов состоит в том, что газообразное топливо (обычно природный газ или коксовый газ) подаются прямо в зону плавки, где расплавляют чугун и одновременно окисляют его. Мартеновский процесс получил особенно широкое распространение в качестве способа передельной металлургии, которая использует для выплавки новой стали железный лом.
Сейчас практически все процессы старины глубокой (кроме доменной выплавки, конечно) уже ушли в прошлое. Их заместили новые гиганты – конвертерно-кислородный (переиначенный бессемеровский) и электродуговой способы выплавки стали. Однако история их, как мне кажется, довольно увлекательна, чтобы помнить ее и интересоваться ей.
Божественно прекрасный томасовский конвертер
Автор: Павел Ильчук
VPS серверы от Маклауд быстрые и безопасные.
Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!
Читайте также: