Есть данные о кузницах и населении:

Всего в Устюжне в конце первой четверти XVII в. было 34 действующих кузницы. Кроме этого 2 кузницы и 8 кузнечных мест числились пустыми. Как правило, владельцем кузницы был сам кузнец. 3 человека владели двумя кузницами - Матюшка Кушников, Петрушка Терентьев и Павлик Клементьев 367.

В 1626 г. Посадские кузницы делились так:
Кузнецы – 42
Молотники – 38
Котельники – 2
Железная мелочь – 1

В 1631/32 гг. государственный заказ устюженским кузнецам составил:
Ядер – 338 500 по весу более 25 000 пудов (448 тонны)
Лопат – 1000
Ломов – 460
Кирок – 200
Заступов – 600

Принимая во внимание, что в 1626 г. всего кузнецов было 45 при 38 молотниках (всего 83) выковка на одного человека (считая только ядра) составляла не менее 5 тонн. А на деле значительно больше!

Даже простейшие ядра являются более сложным продуктом, чем просто перековка в пруты или полосы. Поэтому можно смело считать, что производительность будет в 2-а раза больше.

Таким образом кузнец + подмастерье + 3 молотобойца (5 человек) имеют все шансы перековывать из криц до 50 тонн прутового железа в год (200 дней)

Смена аналогичного состава, занятая на изготовление сварного сортового железа (стали), раз в 7 меньше (в угар я заложил 7 перековок). Плюс на сортировку полос, складывание пакета, науглероживание можно скинуть еще 20 процентов. Т.е. производительность смены минимум 5 тонн одно сварного железа (стали) в год.
===
Смета расходов опытной ковки полос для решеток. (из криц)

Крицы - 13 шт. на 19 алт. 3 д.
Уголь - 7 алт. 4 д.
Оплата кузнецов - 2 чел. по 8 д.
Оплата наймитов - 8 чел. по 6 д.
Всего на 1 саж. Полосы - 1 р. 4 ал. 3 д.

Принимая, что стоимость найма 6 деньги (т.е. 3 копейки) в день не выглядит завышенной, можно считать, что ковали ровно день. Сажень полосы для Спасских ворот весела примерно 1.6 пудов т.е. 26 кг.

На одного человека приходится 2.6 кг. в сутки. Т.е. около 2.6 кг на 200 = 520 кг в год. Или по сварке мы получаем на нашу смену в 5 человек – 2.5 тонны в год. Что несколько (в два раза) меньше, того, что мы получили ранее (5 тонн). Но надо учесть:
1) что продукция в виде полос для решеток был нетиповой для устюжеских кузниц. Банально “негабарит”. Т.ч. при более подходящей продукции или лучше обустроенного рабочего места можно ожидать большую производительность.
2) Попытался посчитать, у меня получилось что 1.6 пуда на погонный сажень, будет иметь пруток сечением около 7 кв. сантиметров. Т.е. 25 x 25 миллиметров. Что очень много для проковки вручную.

Для мечного ))) дела, нам скорее надо ковать пруты (полосы) с запасом в 1.5-2 раза большим, чем само полотно меча. Т.е. пруток (брусок) односварного железа (стали) скажем примерно 500 на 40 на 5 мм. = около 1.8 кг.

РАЗМЕР брусков написал из головы. В реальности он может значительно отличатся. Нужны кузницы которые в реальности имели дело с металлом. Насолько реально какой брусок проковать вручную. В данный период уклад (сталь) использовали только для лезвия (наварное). Основной объем оружия делался из простого железа. Т.ч. брусок в 1.5-2 кг. это очень крупный брусок.

Таким образом, изготовление стали можно представить в следующей технологической цепочки:

1. Крицы перековываются в прутовое железо (точнее полосы). Шириной 40-50 мм., толшиной в 1.5-2 миллиметра (лучше тоньше). Длина тоже не может быть большая (т.к. куются вручную за одну-две проковки) скажем 100-150 мм. Т.е. весом в 200 – 300 грамм.
2. Испытываются и делются на сорта – железо мягкое (чистое железо), среднее (сталь), твердое (сталь). Железо мягкое откладывается.
3. Обмазываются чем-то содержащим углерод и содержащие по минимому кислород. Обмазываются глиной, что бы исключить контакт с воздухом. Возможно просто смеcь глины и угля, может быть что-то более сложное. (Лично я бы пытался использовать животный жир + уголь).
4. Помещаются в печь для науглероживания. На длительное время. Минимум десяток часов, можно и сутки. За это время наружный слой (до 0,5-1 мм.) пропитывается углеродом. Процесс занимает сутки-двое
В РИ, скорее всего, использовали обычный горн. В нашем случае, выгоднее специализированная печь, позволяющая за раз обработать большой объем заготовок.
Чем больше - тем лучше.
Вероятно (не знаю!) вместо угля можно использовать обычные дрова (в РИ даже пудлинговая печь работала на дровах! Не угле!)
5. Науглероженные полосы испытываются и делятся на сорта.
6. Из испытанных науглероженных полос (уклада) составляются пакеты. Что бы усредненное “качество“ полос в пакеты было одинаковое. При необходимости (возможно обязательно) добавляется мягкое железо (не подвергнутое цементации)
(если брусок 1.8 кг + угар т.е. около 10-15 полос на брусок)
7. Нагреваются с ФЛЮСОМ для сварки (важен температурный режим). Проковываются, свариваются. Плюшаться фигурно (что бы слои перемешались).
8. Нагреваются (главное не перегреть! А то углерод выгорает). Проковываются. Формируются заключительные бруски стали.

Возможно п.7 и 8 делаются несколько раз. В расчеты производительности и угара заложили 7 раз, здесь описано только 3 нагрева и проковки.

Получается железо(сталь) “односварное”. Если качество не удовлетворительное, можно повторить процесс и получить железо “двухсварное” (термины из реальной истории).

Мягкое железо идет для изготовление сложных изделий – винтов, зубцов, шестерен, тонкой проволоки и прочего.

Тут я могу только фантазировать. Петрович считает, что на нагрев заготовки уходит 30 минут плюс поковка наверное не дольше. Такие важные изделия должны коваться за одну проковку, максимум за две. Т.к. нагрев это не только 10-15% угара метала, но и изменение (ухудшение) качества стали. Кроме того, вряд ли кузнец простаивает. Т.е. пока одно лезвие куется, второе может нагреваться. Т.е. проковка лезвия меча занимает до 60 минут максимум. Плюс столько-же закалка. Больше с лезвием делать нечего. IMHO

В данном случае, данную технологическую операцию я посчитал с большим запасом. Но можно предположить, что мастер отвечает за качество. Поэтому возможно его участие и в науглероживание, и в сварке партии пакетированой стали для его меча в соответствующем цеху. Кроме того, не забываем такую операцию, как УКРАШЕНИЕ оружия. Эта операция может занимать огромное кол-во времени.

Т.ч. 6 смен для тысячи мечей крайне реалистична и сильно завышено. IMHO

Хотя, еще раз повторюсь. Завод НЕ должен производит законченные мечи. В торговлю поступают ЛЕЗВИЯ для мечей! Так было в РИ! Рукоять меча и сборку выполняют кузницы у заказчика. Кол-во законченных мечей минимально.

Крестьянский железодобывающий промысел носил сезонный характер. Как пра-вило, железную руду "копали" в августе начале сентября. Выкопанную руду переносили на высокое сухое место и оставляли месяца на два проветриваться и просыхать. В ок-тябре-ноябре железную руду обжигали на кострах, в результате чего ее количество уменьшалось в 4 раза. Обоженную руду свозили в места плавки, к домницам. С января по апрель руду плавили в горнах с одним или двумя кузнечными мехами. Плавка дли-лась 4 - 5 часов. В результате получали крицу, ее вес зависел от размеров горна. Эта технология переработки болотной руды мало чем отличалась друг от друга в разных районах страны. Особенностью Устюжно-Железопольского района было распростра-нение большого горна. Производительность одного горна в сезон, по подсчетам К. Н. Сербиной, составляла 288 криц, а ее вес - 20 - 25 фунтов.

Т.е. один горн давал за сезон до 180 пудов, или до 3 тонны.

Топор выковывали из длинной уплощенной полосы, которую сгибали посредине, затем в сгиб просовывали железный вкладыш с таким поперечным сечением, какое было желательно для топорища, а соприкасающиеся концы полос сваривали вместе и получали лезвие топора. Обушную часть топора нередко разделывали зубилом для получения острых шипов, содействующих укреплению топора на рукояти. Так же делали проушные тесла, отличавшиеся от топора только поворотом лезвия. Существовал и второй способ ковки топоров, применявшийся только для изготовления боевых топоров, - изготавливались две полосы равных размеров, между которыми вставлялся вкладыш (перпендикулярно к длине полос), а затем полосы по обе стороны вкладыша сваривались ковкой. С одной стороны получалось лезвие топора, а с другой - или молот, или клевец, или же просто массивный оттянутый обух.

Б.А.Рыбаков. Ремесло Древней Руси. Часть 1, глава 2

Топор собирается в цеху мелких изделий. Из 3 частей:

1. Вкладыш для топорища (Крайне некачественный металл. Возможно много шлаков. Качественно отбивать не нужно)
2. Железная полоса
3. Тонкая стальная полоса

1 и 2 деталь изготавливается из криц в цеху крупной поковки (все детали делаются по очереди – разделение труда рулит, сначала всю партию вкладышей, потом всю партию полос). Стальная полоса поступает в качестве отходов (или обрезков) из оружейного цеха.

1 деталь - Изготовление крайне простейшей. Для вкладыша берется крица, нагревается, пробивается и формуется на оправке. Качественно можно не проковывать, т.к. наличие шлаков не критично
2 деталь – полоса качественно отбитого кричного железа
3 деталь – тонкая стальная полоса

Края полосы железа делаются как можно тонще, полоса железа загибается, вставляется вклыдаш для топорища. Нагревается с ФЛЮСОМ. Между железными полосами вваривается (приваривается) стальная полоса. Лезвие дополнительно проковывается. Топор отдается в цех точения. В результате топор со стальным, самозатачивающимся лезвием.

Минимально выпускаемая партия (!) – 100 штук.

"Наша задача – получить в конечном итоге три вида стали с более-менее нормированным содержанием углерода."

Пакетирование. Дополнительное науглероживание не проводилось.

"Первый пакет - 8 поковок...
Второй пакет – 14 поковок
Третий пакет...9 поковок.. скручивание"

От 8 до 14 поковок на пакет стали. Я из головы, с ходу (в угар + поковку) заложил 7 раз. Ошибку в 2 раза можно признать ничтожной.

"От бруска к клинку"
Не так и много операций:
1) превратить этот брусок в собственно заготовку
2) Следующая стадия – проковка долов
3) оттяжки (формирования) лезвия

"Термообработка"

клинок отжигают - явно нужно отжигать сразу много клинков (время отжига 10 часов)
Закалка -
отпустить - аналогично отжигу

"Этот довольно монотонный процесс занимает почти две недели. За это время оружейник с помощью мокрых абразивных камней из песчаника снимает лишний металл, шлифует долы, формирует и затачивает режущую кромку"

Простейший станок резко ускорит процесс. Шлифовку должен явно выполнять другой человек, чем собственно оружейник. Данный передел я не забыл, но сильно уменьшил

По заводу получилось примерно следующее. Производство в год.

1.1 ПРОДУКЦИЯ ДЛЯ ВОТЧИННОГО ХОЗЯЙСТВА (6 тыс. чел, 1 тыс. хозяйств, срок использование орудия >5 лет)

Лемих для плуга - 150 шт - 2 100 кг
Сошник - 200 шт - 640 кг.
Топор - 400 шт. - 480 кг.
Лезвия для косы, серпа - 300 шт - 120 кг.
Лезвия для ножей - 200 шт. - 80 кг. (вес возможно завышен)

Всего: 200 кг. мелких изделий (800 шт), 3.2 тонны крупных

1.2 НА ЗАВОДСКИЕ НУЖДЫ - 8 тонн поковки.

1.3 ЭКСПОРТ
Цельностальные клинки для мечей - от 240 до 1000 шт - 1 тонна
Лезвия для кос, серпов - 2 000 шт - 800 кг.
Лезвия для ножей - 2 000 шт. - 800 кг. (вес возможно завышен)

ВСЕГО: 2 тонны стали "в деле", 12 тонн железа "в деле"

2. ТРЕБУЕТСЯ ДЛЯ ЗАВОДА
Криц - 38-40 тонн
Угля - 180 - 200 тонн (и больше)
Соли (NaCl)- неизвестно, можно принять равным 5 тоннам.
Точильные камни/круги - много(!)

3. ЛЮДИ:
Собственно завод - 42 (может 50 чел) кузнецов-металлистов
Отдельное производство ТОЧИЛЬНЫХ КАМНЕЙ в месте их добычи - неизвестно

ГОРОД - 50-150 взрослых мужчин - 300-900 население
20-30 окрестных поселений по 30-80 человек, занятые на заготовке криц и угля в свободное от с/х хозяйства время - 900-1000 населения.

Оценка понятно +/- километр. Про производительность труда и затратам времени на технологические операции данных нет. Но в целом, картина примерно такая.

Без привлечения водяных колес, домен и тигельной плавки. Многие работы сезонные, т.ч. необходимые склады. Особенно зерновые (180-360 тонн, 225-450 куб.метров), угольные (200 тонн, до 700 куб. метров)

ЭКСПОРТ - Металлические изделия - 5 тыс. штук, 3 тонны.
ИМПОРТ - Соль, 53 тонн
На нужды населения - 48 тонн (потребление по нормам XVII-XVIII вв)
Завод - 5 тонн (точно не известно)

В нашем распоряжении есть типичный бюджет 80-х годов XVIII
в., сделанный "по расчислению нескольких лет на каждый год". Это бюджет
крестьянина "посредственного состояния" с женою и двумя детьми, "живущего
домом"49. В год ему "потребно":
1. На подати и расходы домашние и на избу и на прочее строение - 4 руб.
50 коп. с половиною.
2. На подушный оброк за себя и за малолетнего своего сына - 7 руб. 49
коп.
3. На соль - 70 коп.
4. На упряжку и конскую сбрую - 1 руб. 95 коп. с половиною.
5. На шапку, шляпу, рукавицы и проч. - 97 коп. с половиною.
6. На земледельные инструменты и всякие железные вещи и деревянную
посуду - 4 руб. 21 коп.
7. На церковь - 60 коп.
8. Для жены и детей - 3 руб.
9. На непредвиденные расходы - 3 руб.
Итого - 26 руб. 43 коп. с половиною.

"Прибыль, - по словам Севергина, - смотря по работам, получается неодинаковая. Над сковородами работают обыкновенно один мастер с двумя работниками; чрез всю зиму наделать оных можно до 1000, а прибыли за всеми расходами получают до 15 рублей. Гвоздья куют по 2 человека, выделывая в каждые сутки, смотря по разборам, от 250 до 270 гвоздей, а корабельных - от 30 фунтов до 3 пуд.; прибыли получается до 30 рублей. При делании котлов тринадцать человек разными работами занимаются, и в неделю более одного котла весом в 25 пудов, а мерою во 100 ведер не сделают, во всю же зиму не более 18 котлов. За всеми расходами хозяин получит от котлов в год не более 45 рублей прибыли. Мастер кос с 2 работниками в месяц наделает до 150; прибыли получает от 5 до 7 рублей".

Дальнейшая переработка сырца на полосовое железо в том же районе производилась в особых крестьянских кузницах, именуемых "молотобойными заводами", так как с 20-х годов XIX в. отковка железа производилась конными приводами. Весь такой "завод", т.е. 9-аршинная кузница с материалами, работой и оборудованием, стоил 248 руб. Обслуживал его один мастер, два подмастерья (ярыжка) и погонщик-подросток у лошадей. Работали в два приема по 14 час. в день, вырабатывая за неделю (6 дней) средним числом 100 пуд., а за зиму - 20 рабочих недель - 2 тыс. пуд. полосового железа.

На 2000 пуд. полосового железа - криц 2500 пудов (угар составлял всего лишь 25%), 6000 пуд. угля. Выработка на человека (4 чел, судя по всему 3 лошади одновременно в работе) - 8 тонн за зиму (120 раб. дней). Я в расчеты Завода Журавля заложил 5 тонн в год

...Они были механизированны водяными мельничными колесами, обычно по три подливных колеса на каждый завод: для мехов у плавильного горна, для подъема расковочного молота в 5-8 пуд. и для мехов у кричного горна. Простой дошатый сарай, площадью 10 x 5 арш. покрытый дранью, с двумя трубами для двух горнов, представлял собою весь такой завод. Сыродутный горн квадратного сечения стоял прямо на почве. Нижняя его часть, сложенная из булыжника, в аршин (0,71 м) вышиной, служила вместе и фундаментом печи, имевшей в середине углубление. Высота внутреннего горна от пода до устья составляла около 2 фут. (0.6 м). Стоимость такой "фабрики" со всем оборудованием не превышала 300 руб.асс., или 75 руб. сер.

Руда добывалась специализировавшимися на этом деле рудниками, которых на местах не без иронии именовали "фабриканами". Эти "фабриканы" добывали и выполаскивали болотной руды до двух возков, или 30 пуд., в день. За возок с доставкой на кузню платили по 7.5 коп., а с более далеких копей - по 10 коп.сер. Уголь с доставкой в кузни обходился по 32.5 коп.сер.за кош в 20 пуд.весом. В горне за 12 час. проплавляли до 60 пуд. руды и два коша угля, получая крицу, или "лупу", до 7 пуд. весом. Извлеченную ломо из горна лупу околачивали деревянными колотушками от шлака, обжимали под молотом и рассекали на три части. При дутье лупы работали мастер и подмастерье (дымарь и дымарщик). Мастеру платили по 15 коп. за лупу, работнику - 5 коп. сер. Расковкой криц и превращением их в сошники (по 8 фун.), лемехи (по 35 фун.) и другие изделия занимались у другого горна "коваль" и два работника (молотобойцы), которые из 7-пудовой лупы выковывали за день по 4 пуд. дельного железа.

Общее число рабочих на заводе колебалось обычно, по имеющимся данным, от 6 до 37, а в среднем из десяти показаний достигало тринадцати...<опущено>... Если же сезон плавки принять хотя бы в 100 дней, а воды здесь хватало месяца на четыре, то выплавка составила бы до 800 пуд. за сезон.
...
Содержание железа в местных рудах Гельман определяет в 30%. Но фактическое извлечение его - 7 пуд. сырца из 60 пуд. руды - не достигало и 12%. Крайне велик и удельный расход угля - на пуд сурца 5.7 пуд. угля, а на пуд раскованного железа в обоих переделах - 12.5 пуд. угля.
...

Высота употреблявшихся в Карелии печей - 1.3 м., внутренняя емкость - около 0.6 м3, суточная выплавка - до 4 криц сырца весом в 4-5 пуд., из которых выходит 2-2.5 пуд. укладу. Готовые крицы продавались на месте или отвозились на Шунгскую ярмарку, где их покупали для выделки уклада. Уклад - нечто среднее между железом и сталью - употреблялся "на топоры, ножи и на все нужные для сельского хозяйства инструменты".

Обслуживали печь три человека: мастер, меходув и третий - для возки и насыпки материалов. В такую печь "накладывают сперва деревянные уголь в мелких кусках до высоты 4-х дюймов; сверху оного кладут небольшое количество железной руды; в сию постелю вставляется горизонтально глинянная трубка для провождения духа, двумя обыкновенными кузнечными мехами производимого. Трубка сия простирается почти чрез весь поперечник горна, и только тремя дюймами не доходит до противоустоящией стены.. Начав действие мехов и разведя достаточно огонь, насыпают сверьху или у колоды соразмерное количество озерной или болотной руды". Эта подсыпка угля и руды повторяется до 12 колош на одну крицу, причем расходуется 18-20 пуд.руды и 5 четвертей угля. В общем итоге на выплавку одного пуда сырца здесь идет около одной трети поденщины труда, 4.22 пуд.руды и 2.44 пуд. угля.

Кустарная выделка уклада, по Фуллону, сводилась к тому, что сырую крицу многократно нагревали и охлаждали снегом или водой, каждый раз отделяя чешуйки окалины, пока вся крица не превращалась в окалину. Затем эта окалина подвергалась новой плавке для восстановления с углем и отковывалась в бруски уклада.

На стр. 79 сравнительные данные для 3-х источников по домницам XIX в.

Карельский горн самый крупный (и соответственно совершенный). Высота 1.3 метра, емкость 0,6 куб. метра, вес крицы 4-5 пуд., суточная продукция оценена в 18 пуд. (288 кг), что за 200 дней составит 57 тонн железа сырца. Потребление сырья IMHO очень небольшое, для 100 пудов сыродутного железа - всего 244 пуда угля и 422 пуда болотной руды, общие трудозатраты Струмилин оценивает в 111 человеко-дней или 68 человеко дней на тонну железа-сырца.

Куда уж больше?

И это без какой либо механизации