Stål versus jern
Herdbarheit oppstår når jern inneheld 0,5-2% karbon. Det blir då kalla for stål og er generelt hardare og sprøare enn reint jern. Ved oppvarming til glødetemperatur med påfølgjande rask kjøling blir slikt stål glashardt.
Forskjellen på stålframstilling og jernforedling når ein nyttar omsmeltingsmetoden ser ut til å bli påvirka av to hovudfaktorar: djupna i omnen under luftinnblåsingsholet og mengda lufttilførsel. Om ein berre ynskjer å gjera jernforedling ved omsmelting skal omnen vera grunn under blåseholet og lufttilførselen moderat. Når stål skal framstillast ved omsmeltinga må det vera større djupne i omnen og kraftigare luftinnblåsing. Rikeleg tilgang på karbonhaldig gass rundt jernet, og oppvarming av jernet til høg temperatur er viktige faktorar for å fremje karbonopptak og dermed omdanning av jern til stål.
Høg varme
Mykje luft aukar kolforbrenninga og følgjeleg temperaturen. I læreboka si påpeikar Evenstad at essa/ omnen skal ha vore i bruk i mange timar før en byrjar med stålframstilling, slik at den har ein god grunnvarme.
Den høge temperaturen metallet blir utsett for når det smeltar ned mot botnen gjev stor reaktivitet og drastisk auke i evna til karbonopptak, samanlikna med dei meir moderate temperaturane i ei oppkolingspakke, ca. 1000°C. Smeltetemperaturen for jern ligg omkring 1500°C.
Djupna under blåseholet bidreg til å skape reduserande omgjevnader rike på karbongass der smeltepølen av metall ligg. Reduserande vil seie at metallet ikkje oksiderer, det vil seie ikkje brenn opp. Rikeleg karbongass bidreg til oppkoling og dermed danning av herdbart stål.
At temperaturen i omnen hadde vore svært høg kunne vi sjå ved at fleire centimeter tjukke lag av leirveggen hadde smelta bort og blitt til slagg under brenninga.
Lærerik erfaring
Vi fekk noko oppkolingseffekt ved vårt forsøk med stålframstilling ved omsmelting, men ikkje nok til å danne godt herdbart stål. Sjølve smelteprosessen var likevel svært interessant i forhold til danninga av ei samanhengande, homogen og reinsa luppe - som stadfesta råjernsforedlinga slik Evenstad skildrar den. Omsmelting var dessutan svært lett å gjennomføre med berre ein liten sekk grillkol og ein halvtimes brennetid. Lee Sauder sin artikkel Making Steel in the "Aristotle Furnace" (2010) gjev ei god praktisk innføring i metoden.
Skriftlege kjelder
Sikker identifisering av omsmeltingsmetoden i arkeologiske funn er noko krevjande. Dei beste skildringane vi har av jernforedling ved omsmelting og stålframstilling ved omsmelting er begge å finne i Ole Evenstads lærebok frå 1782 om jern- og stålutvinning frå myrmalm. Denne kjelda er dessverre frå lenge etter vikingtid. Ei eldre skriftleg kjelde, som ser ut til å stadfeste metoden, kan derfor vera viktig for å sannsynleggjera bruk av denne teknikken heilt tilbake til eldre jernalder.
Aristoteles kommentar
Ei av dei eldste skriftlege kjeldene vi har, med truleg omtale av omsmelting, er ein passasje i Aristoteles verk Meterologica, bok IV, kapittel 6, avsnitt 383 a-b (Lee 1952:323):
Wrought iron indeed will melt and grow soft, and then solidify again And this is the way in which steel is made. For the dross sinks to the bottom and is removed from below, and by repeated subjection to this treatment the metal is purified and steel produced. They do not repeat the process often, however, because of the great wastage and loss of weight in the iron that is purified But the better the quality of the iron the smaller the amount of impurity.
Theophilus kommentar
Legg også merke til korleis munken Theophilus ordlegg seg i kapittel 91 av læreboka si De diversis artibus (Om diverse kunsthandverk) frå ca. 1120. Han spesifiserar at jernet etter utvinning skal smeltast i essa og hamrast for å bli eigna for bruk.
JERN blir danna i jorda i form av steinar som utvinnast på liknande måte som nemnt ovanfor om kopar. Deretter blir jernet smeltet i essa og hamrast for å bli eigna for bruk. Stål (lat. calibs), oppkalla etter fjellet Calibe der det er mest brukt, blir foredla på tilsvarande måte for å bli eigna for bruk.
FERRUM nascitur in terra in modum lapidum, quod, effossum eodem modo quo cuprum superius frangitur et in massas confunditur, deinde in fornace ferrarii liquatur, et percutitur ut aptum fiat unicuique operi. Calibs dicitur a monte Calibe, in quo ejus usus plurimus invenitur; qui simili modo preparatur ut operi aptus fiat.
Ole Evenstad - læreboka
Det er verdt å leggje merke til at når Evenstad skildrar framstilling av stål ved omsmelting, er foredla jern utgangspunktet. Evenstad skildrar altså fyrst omsmelting av råjern til finare jern (foredla jern), og deretter blir slikt fint jern nytta til vidare omsmelting ved stålframstillinga.
Niende kapitel. Om fiint jerns omsmeltning til staal.
Efterat man næsten en heel Dag har brugt Smidde-Avlen (Essen) til Jerns Omsmeltning , saa den er bleven vel igiennemheed, renses, opgraves og bankes den ligesom til Jern-Smeltningen, dog at den bliver 2 Tommer dyb under Smede-Formen (Blæse-Røret) saa at Vinden ikke rører Staalet, naar det ved Smeltningen er faldet ned i Avlen [...]
Les meir her
Litteratur
Evenstad, Ole (1790): Afhandling om Jern-Malm, som findes i Myrer og Moradser i Norge, og Omgangsmaaden med at forvandle den til Jern og Staal. Det Kgl. Danske Landhusholdningsselskab, København.
Hawthorne, J.G. og C.S. Smith (1979) Theophilus: On Divers Arts. University of Chicago Press, 1963; reprinted New York: Dover Publications 1979.
Hendrie, R. (1847) An essay UPON VARIOUS ARTS in three books, by Theohilus. J. Murray, London.
Jylov, Mads Rohde (2009): Fra malm til stål. Jernudvindingsteknologi i perioderne vikingetid og tidlig middelalder belyst ved eksperimentelarkæologiske forsøg og metallurgiske analyser. Afdelingen for Middelalder- og Rænæssancearkæologi, Aarhus Universitet Moesgård.
Sauder, Lee (2010): Making Steel in the "Aristotle Furnace" (20.04.2016).
Lee, H.D.P. (1952) Aristotle. Meteorologica. Loeb Classical Library 397. Cambridge, MA: Harvard University Press.
Webster, E.W. (1931) Meteorologica. The works of Aristotle. Volume III. Ed. J. A. Smith and W. D. Ross. Clarendon press, Oxford.
Filmsnutt - stålframstilling i aristotelesovn (3:16 min)
Slaggholdig jern blei forsøkt smelta om i ein omn ved høg temperatur for å auke karbonnivået:
