Сыродутный горн стал первым металлургическим агрегатом, специально предназначенным для производства железа из руд. Его конструкция явилась следствием желания древних металлургов повысить интенсивность поступления в агрегат воздуха, что было необходимым условием повышения температуры процесса. С

Название горна «сыродутный» (сырое дутье) появилось в середине XIX в., когда для подачи воздуха в доменные печи стали использовать мощные паровые машины, а сам воздух – подогревать. После этого архаичные печи, в которые дутье подавалось с помощью привода от водяных колес, а тем более за счет мускульной работы человека, быстро стали неконкурентоспособными. Именно к таким печам и стали применять термин «сыродутные». В настоящее время, с точки зрения истории металлургической техники, принято деление агрегатов для экстракции железа из руд по виду основного продукта процесса:

«сыродутный горн» – агрегат, в котором при любых параметрах процесса может быть получено только кричное железо;

«домница» – печь, в которой в зависимости от условий плавки можно было производить либо кричное железо, либо чугун, либо оба продукта одновременно;

«доменная печь» – агрегат, в котором при любых параметрах плавки может быть выплавлен только чугун.

Другое название сыродутного горна, используемое в специальной литературе – «низкий горн» – указывает на то, что его высота не превышала человеческий рост, то есть составляла не более 1,5 м, и он легко обслуживался мастерами-металлургами вручную.

Температура нагрева материалов в сыродутных горнах не превышала 1300 С, что является недостаточным для плавления получавшегося в результате процесса, низкоуглеродистого железа. Поэтому продуктом «плавки» была «крица», представлявшая собой пористый (похожий на губку) материал – спек неравномерного по химическому составу железа со шлаком. Шлак постоянно вытекал из печи через специальный канал в ее нижней части. Отсюда происходит еще одно название сыродутного горна, особенно часто применяемое в немецкой литературе – «печь с бегущим шлаком».

Главной составляющей шлака, как и в случае тигельной плавки, был фаялит, поэтому потери железа со шлаком были чрезвычайно высоки и достигали на начальном этапе освоения технологии 80 % от массы загруженного в агрегат железа. Тем не менее, сыродутный горн во многих регионах Азии и Африки просуществовал до конца XIX в., а у народов некоторых отдаленных регионов (например, на островах Индийского и Тихого океанов) встречается до сих пор.

Сыродутные горны отличались большим разнообразием конструкций. Чаще всего они строились из высокоогнеупорной глины на каркасе из плетеных прутьев, а для укрепления стенок печи применялись деревянные обручи. Иногда горн полностью помещался в деревянный сруб или обкладывался камнями. У славянских народов и в Скандинавии распространение получила конструкция, в которой нижняя часть печи располагалась в землянке, а верхняя незначительно выступала над поверхностью земли. Внутреннее пространство печи представляло собой два усеченных конуса с общим большим основанием (хотя нередко использовались и другие конфигурации: усеченные пирамиды, цилиндры и т. п.).

Горн снабжался одним или несколькими глиняными фурмами (соплами – от старорусского «сопеть», то есть «дуть») с диаметром, постепенно уменьшающимся в направлении внутреннего пространства печи, и составлявшим, как правило, от 60 до 25 мм. В фурмы вставлялись дутьевые мехи, причем если использовалась одна фурма, то в нее вставлялись два меха, попеременная работа которых обеспечивала относительно постоянный приток воздуха в печь. Для выхода шлака внизу печи оставляли канал, перед которым вырывали углубление для скапливающегося расплава.

В древности добывали главным образом руды, представлявшие собой карбонаты или гидроксиды железа. При нагреве они выделяли большое количество газов, препятствующее нормальному ходу процесса. Поэтому перед загрузкой в горн руду, как правило, укладывали в кучи с дровами, разводили костры и в течение суток прокаливали. Затем ее измельчали до крупности лесного ореха и перемешивали с древесным углем, составляя шихту. Сыродутный горн просушивали и прогревали, разводя внутри него на продолжительное время костер.

Затем горн примерно на две трети высоты наполняли древесным углем, и лишь после этого укладывали шихту. Над верхней частью горна снова укладывали древесный уголь так, чтобы образовалось небольшое коническое возвышение. Воспламенение древесного угля осуществляли через канал для выпуска шлака, который наполняли мелкими дровами и хворостом. Подача в горн дутья приводила к разжиганию угля, углерод которого в условиях недостатка кислорода горел до оксида углерода СО. Таким образом, в печи создавалась восстановительная среда, способствовавшая восстановлению железа из оксидов. По мере выгорания угля и образования жидкого шлака, небольшие чешуйки восстановленного железа опускались вниз печи, свариваясь друг с другом.

Таким образом, в результате процесса продолжавшегося около суток, формировалась одна или несколько криц. На первых порах освоения технологии масса крицы редко превышала 1–2 кг. Однако впоследствии научились производить крицы массой 25–40 кг, а в наиболее производительных каталонских горнах – даже до 120–150 кг.

Для извлечения крицы из горна приходилось разрушать часть его стенок. Поэтому каждой новой плавке предшествовали работы по восстановлению конструкции печи, обмазка внутреннего пространства агрегата глиной, а также установка новых сопел, прочность которых, вплоть до изобретения металлических фурм, была очень низкой. Извлеченная из горна с помощью ломов или специальных клещей крица содержала большое количество включений шлака и несгоревшего угля. Поэтому ее подвергали механической обработке деревянными молотами для удаления вышеупомянутых примесей. Только после этого приступали к термомеханической обработке металла.