Rekonstrukcja procesu dymarskiego

przez **Andreas Gobinius** w 14 Paź 2008, 10:27

Zapraszam do wymiany poglądów i doświadczeń dot. rekonstrukcji procesu dymarskiego

przez **ADALBERTUS** w 22 Paź 2008, 02:42

Witam wszystkich
Chciałbym na wstępie przyszłej – mam nadzieję – dyskusji o wytopie żelaza, opisać eksperyment, który miał niedawno miejsce w Pruszkowie koło Warszawy.
Jesteśmy wszyscy związani z Dymarkami Świętokrzyskimi, ale podobne piece budowano też i na Mazowszu. Badaniem tego ośrodka hutniczego zajmuje się Muzeum Starożytnego Hutnictwa Mazowieckiego w Pruszkowie. Wiosną tego roku otrzymałem od dyrektora muzeum - mgr. Doroty Słowińskiej - propozycję, aby poprowadzić pokaz wytopu żelaza na festynie organizowanym na terenie szkoły podstawowej w pobliskich Otrębusach. Początkowo miała to być tylko jeszcze jedna „działająca atrapa” pieca dymarskiego, ale ten projekt przerodził się prawie od razu w pomysł, aby spróbować odtworzyć piec dymarski stosowany na Mazowszu, a sam wytop poprowadzić jak najbardziej na serio. Od razu też zrodziła się myśl, aby do współpracy zaprosić Andrzeja i Daniela.
Przyjęte zostało założenie, że sam piec ma być rekonstrukcją pieców budowanych na terenie dzisiejszych Biskupic, Milanówka i Pruszkowa, a wytop ma być prowadzony z rudy darniowej, a więc z surowca stosowanego z całą pewnością na tym terenie.
Podobnego pieca nikt wcześniej nie próbował odtwarzać, a więc pracę nad jego budową trzeba było zacząć od dokładnego przejrzenia materiału archeologicznego znajdującego się w zbiorach Muzeum. Po jakimś czasie zaczął się krystalizować obraz pieca, a właściwie jego szczegółów konstrukcyjnych.
Prawdopodobnie jego szyb nie był cylindryczny ani nie zwężał się równomiernie na całej długości. Jego przekrój, u podstawy nieco większy od średnicy kotlinki, dość znacznie zwężał sie ku górze, aby dopiero od pewnego miejsca przyjąć formę walca lub łagodnego stożka. Zachowane fragmenty ścianek z dolnej części są też znacznie grubsze i noszą wyraźnie ślady erozji termicznej, a ich wewnętrzna powierzchnia pokryta jest fajalitem.

Dysza z profilu i od zewnątrz.
Muzeum Starożytnego Hutnictwa Mazowieckiego w Pruszkowie.

Pozostałość fajalitu kończy się dość wyraźną granicą, a nieco powyżej można dopatrzyć się owego załamania linii ścianek szybu. Wyraźna też jest zmiana ich grubości.

Zachowany fragment ścianki szybu – widok na płaszczyznę przełomu.
Zachowała się powierzchnia zewnętrzna i wewnętrzna.
Widoczne załamanie profilu powierzchni wewnętrznej i granica fajalitu.
Muzeum Starożytnego Hutnictwa Mazowieckiego w Pruszkowie.

Może to świadczyć o tym, że tylko w najniższej części pieca panowała wysoka temperatura (pierwotnie grube ścianki, fajalit, erozja termiczna ścianek), natomiast pozostała część szybu (bez śladów fajalitu i erozji termicznej) nie była wypełniona węglem i rudą, była węższa, miała cienkie ścianki i pełniła już tylko funkcję komina.

Budowa zrekonstruowanego pieca dymarskiego
Na podstawie zachowanych fragmentów pieców z Pruszkowa, Milanówka i Biskupic - ze zbiorów Muzeum Starożytnego Hutnictwa Mazowieckiego w Pruszkowie.

Jak widać, konstrukcja tego pieca miała być zupełnie inna niż pieca znanego nam ze Starachowic. Jak dowodzą zachowane fragmenty, ścianka szybu lepiona była nie z cegieł (jak piece w Górach Świętokrzyskich), ale z taśm glinianych. Ogromne wątpliwości zrodziło jednak przypuszczenie, że ścianki szybu były bardzo cienkie. Ich grubość wynosiła prawdopodobnie 6÷8 cm u podstawy i nie więcej, niż do 1÷2 cm u wylotu szybu. Budziło to obawy, że nasze obserwacje i wnioski są błędne, bo tak delikatny szyb po prostu rozleci się podczas budowy (nie zachowały się żadne ślady jakiegoś pomocniczego rusztowania) a tym bardziej podczas suszenia i wytopu. Oczywistym się więc stało, że przed festynem w Otrębusach trzeba zrobić choć jedną próbę, aby sprawdzić przynajmniej samą hipotetyczną konstrukcję pieca.
W połowie sierpnia, pod czujnym okiem Krystyny Kozy (archeologa z muzeum w Pruszkowie – Krysiu, witaj na naszym Forum), powstały dwa piece. Pierwszy z nich miał być wyłącznie próbą lepienia szybu. Niestety, zanim zdążyłem go obejrzeć, został przez ciekawych efektu swojej pracy kolegów z Muzeum, rozpalony i dokonał swojego żywota.
Drugi piec ( też autorstwa Bogdana Zająca i Ireneusza Guziaka – pracowników muzeum) spokojnie sechł, czekając na mój powrót z Dymarek Świętokrzyskich i na przyjazd Daniela. Wytop zaplanowany był na wieczór i noc z 21 na 22 sierpnia.

Piec dymarski zrekonstruowany na terenie Muzeum Starożytnego Hutnictwa Mazowieckiego w Pruszkowie.

Przyjęty został następujący scenariusz wytopu:
1. Podstawowym celem tego eksperymentu jest sprawdzenie wytrzymałości szybu, a także zachowanie się rudy darniowej podczas wytopu, ewentualnie uzyskanie wyraźnego i jednolitego kloca.
2. Wytop ma się odbywać na dmuchu naturalnym.
3. Piec będzie rozpalony przez kanał kotlinkowy, a wygrzewany palonymi szczapami drewna. Po zupełnym wysuszeniu i rozgrzaniu szybu, drewno będzie stopniowo zastępowane węglem drzewnym.
4. Żar ma wypełnić kotlinkę oraz szyb do wysokości 40~60 cm. ponad poziomem gruntu. W celu kontroli poziomu wsadu oraz obserwacji jego powierzchni, koloru żaru itp. w ściance szybu wywiercone zostały 4 otwory o średnicy 20 mm.
5. Ruda ma być wsypywana niewielkimi porcjami. Następna porcja będzie wsypana dopiero po upłynnieniu porcji poprzedniej. Upłynnienie żużla mieliśmy obserwować przez wspomniane wzierniki. Mieliśmy też nadzieję, że płynny żużel zobaczymy w kanale kotlinkowym.
6. Wytop będzie prowadzony bez dodawania topników (tlenku, wodorotlenku wapnia)
7. Wytop ma być prowadzony tak długo, aż poziom żużla osiągnie ~5 cm powyżej powierzchni gruntu.

Praktyka, niestety, okazała się nieco inna. Początkowo piec pracował wspaniale. Rozpalił się nadzwyczaj łatwo, a naturalny ciąg, jaki w nim powstał, był tak silny, że momentami wyrzucał słomę wkładaną poprzez kanał kotlinkowy.

Wygrzewanie pieca.
Wlot kanału kotlinkowego przykryty kamieniem.
2008-08-21 godzina 15’09

W obawie, że szybkie suszenie może spowodować pękanie pieca, przykryty został wlot tego kanału w celu zdławienia zbyt silnego ciągu. Około godziny 20, (5 godziny od rozpalenia pieca) kotlinka i dolna część szybu do wysokości 30÷40 cm wypełnione były żarem i zaczęliśmy podawać rudę. Nie udało się jednak utrzymać ciągu tak silnego jak na początku wytopu. Po kilku godzinach bezowocnych prób uzyskania odpowiedniej temperatury, zdecydowaliśmy się na zastąpienie ciągu naturalnego dmuchem sztucznym. Do kanału kotlinkowego zaczęliśmy wdmuchiwać powietrze z niewielkiego, jednokomorowego miecha, później nawet zastąpiliśmy go odkurzaczem.

Po zastosowaniu dmuchu sztucznego – obserwacja spływającego żużla.
(Daniel Czernek)
2008-08-22 godzina 01’35

Wyraźnie podniosło to temperaturę w piecu, zaobserwowaliśmy też języki płynnego żużla spływającego do kanału kotlinkowego. Nadal jednak, żar nie był tak silny i jednolity jak chcieliśmy osiągnąć.

Wytop.
Daniel Czernek (z lewej) i Maciek Aust (z prawej)
2008-08-22 godzina 02’41

Po zastosowaniu dmuchu sztucznego – żużel spływający do kanału kotlinkowego.
2008-08-22 godzina 02’58

Wnętrze pieca – górna powierzchnia wsadu widziana przez wylot szybu.
2008-08-22 godzina 05’13

Nad ranem, około godziny 05’30 praktycznie zakończone zostało dosypywanie węgla i rudy.
Około godziny 6 zupełnie odłączono dmuch, a piec pozostawiono do ostygnięcia.

Stygnący piec.
Widok w kierunku prostopadłym do osi kanału kotlinkowego (kanał z lewej strony). Dwa górne otwory obserwacyjne zalepione gliną.
2008-08-22 godzina 06’45

Aby umożliwić pozostałym pracownikom muzeum obejrzenie rozbicia pieca, zaplanowane ono zostało dopiero po godzinie 8 rano. Jak się jednak okazało, nikt z nich nie czekał tak długo i już o godzinie 7 wszyscy byli na miejscu eksperymentu.

Piec przed rozbiciem.
Od lewej:
Piotr Holub, Wojciech Sławiński, Maciej Aust, Daniel Czernek.
2008-08-22 godzina 07’10

Po częściowym podkopaniu podstawy okazało się, że piec jest nadal bardzo stabilny, a spękania gliny tylko powierzchowne. W tej sytuacji postanowiliśmy, że nie będziemy rozbierać pieca po kawałku, lecz spróbujemy położyć szyb w całości. Kilkanaście minut po godzinie 7, jeszcze gorący komin został owinięty liną, a następnie przechylony i położony na boku.

Rozbijamy.
2008-08-22 godzina 07’12

Ku ogólnemu zaskoczeniu, szyb przełamał się dopiero po pochyleniu go niemal do poziomu.

Przewrócony szyb od strony kanału kotlinkowego.
2008-08-22 godzina 07’13

„Odkurzanie” kloca i wypalanie resztek węgla drzewnego.
2008-08-22 godzina 07’15

Częściowo wypreparowany i oczyszczony kloc. W dolnym prawym rogu zdjęcia - jęzor żużla w kanale kotlinkowym.
2008-08-26 godzina 12’04

Kotlinka wypreparowana w płaszczyźnie kanału kotlinkowego (kanał z lewej strony zdjęcia).
2008-08-26 godzina 12’39

Oczyszczony kloc. Z prawej strony widoczne dwa jęzory żużla, które wpłynęły do kanału kotlinkowego.
2008-08-26 godzina 12’46

Wygląd kloca potwierdził nasze przypuszczenia, że w piecu powinna panować wyższa temperatura. Żużel nie był tak płynny jak w autentycznych klocach z przed 2000 lat. Ponadto nasz kloc, choć jednolity, nie wypełniał całej kotlinki. Co prawda żużel dopłynął do samego dna, jednak nie wszędzie. Żużel utworzył bryłę, której kształt można porównać do garnka odwróconego dnem do góry. Prawdopodobnie przy ściankach pieca następowało lepsze przewietrzanie wsadu, co powodowało utrzymywanie wyższej temperatury węgla i lepsze upłynnienie żużla, natomiast w osi pieca dopływ powietrza był mniejszy, a więc i temperatura niższa niż przy ściankach. Taki rozkład temperatur sugerowały też obserwacje wnętrza pieca prowadzone podczas wytopu. Ognisko żaru było zdecydowanie jaśniejsze przy ściankach niż pośrodku pieca.
Zmniejszanie przepływu powietrza przewietrzającego środek pieca, następować musiał stopniowo, o czym świadczyłby jęzor żużla, który spłynął na dno kanału kotlinkowego. Można przypuszczać, że miało to miejsce podczas pierwszej fazy wytopu, prowadzonej jeszcze na dmuchu naturalnym, kiedy warstwa węgla drzewnego była luźna i przepuszczalna. Zakumulowane ciepło wystarczyło do upłynnienia pierwszych porcji rudy, jednak temperatura w piecu zaczęła spadać (zatrzymanie dopływu żużla do kanału kotlinkowego), gdyż powietrze przestało dopływać w wystarczającej ilości do osi pieca. Zarówno początkowy wypływ żużla jak i jego zatrzymanie nie był obserwowany bezpośrednio, gdyż jęzor żużla ukryty był pod warstwą rozpalonego węgla i popiołu zalegającego na dnie kanału kotlinkowego. Po podłączeniu dmuchu sztucznego, temperatura w piecu początkowo się podniosła, co zaowocowało powstaniem następnego jęzora żużla spływającego do kanału kotlinkowego. Jęzor ten utworzył się na warstwie częściowo ostygłego węgla i popiołu przykrywającego pierwszą, niewidoczną porcję żużla. Jednak silny strumień powietrza wdmuchiwanego do pieca chłodził jednocześnie powierzchnię płynnego żużla, doprowadzając do zakrzepnięcia i tego drugiego jęzora.
Jakkolwiek w opisanym powyżej eksperymencie nie otrzymano nawet śladu kowalnego żelaza, to jednak można go uznać za udany, gdyż umożliwił on udzielenie odpowiedzi na postawione w jego założeniu pytania. Przede wszystkim udowodnił, że ścianki wielokrotnie cieńsze od stawianych z cegieł ścianek pieców świętokrzyskich, całkowicie spełniają swoje zadanie, a więc przypuszczenie o niewielkiej grubości ścianek pieców stawianych na Mazowszu jest najprawdopodobniej prawdziwe. Zaobserwowaliśmy też istotnie mniejszą płynność żużla powstającego z rudy darniowej, w stosunku do żużla powstającego podczas wytopów prowadzonych w Starachowicach czy Nowej Słupi. Nie były, co prawda, prowadzone pomiary temperatury, tylko jej subiektywna ocena na podstawie koloru żaru, ale żużel był wyraźnie lepki, gęstopłynny, przy podobnej (?) temperaturze w piecu.
Istotną różnicą w stosunku do podobnych wytopów prowadzonych w Górach Świętokrzyskich było też zużycie węgla. Piec zużył prawie 100 kg węgla (!), a więc 2÷3 razy więcej niż piece znane nam z „Dymarek”. Trudno powiedzieć, czy było to wynikiem inaczej prowadzonego wytopu, innej rudy czy zdecydowanie cieńszych ścianek, a więc i większych strat ciepła.
Jednym z celów tego doświadczenia było otrzymanie w miarę jednolitego kloca żużla. Otrzymany kloc był co prawda jednolity, jednak jego struktura była niestety inna niż struktura kloców historycznych.
Przede wszystkim autentyczne kloce mają wyraźną warstwową strukturę żużla w kanałach kotlinkowych i ślady takiej struktury w głównym trzonie kloca. Nasz kloc zupełnie nie wykazywał takiej budowy. Poza tym żużel oblewający kawałki węgla drzewnego ma ostre krawędzie i dokładny, wyraźnie widoczny negatyw słojów drewna i jego spękań. Żużel uzyskany w naszym wytopie ma łagodne, zaokrąglone krawędzie, a odciski węgla drzewnego są niewyraźne, nieostre. Wydaje się, że jest to właśnie wynikiem gęstopłynności żużla spowodowanej za niską temperaturą, bądź innym jego składem.
Jak już wspomniałem, eksperyment ten miał być wstępem do właściwego pokazu zaplanowanego na drugą połowę września. Dyskutowane na bieżąco obserwacje prowadzone w czasie jego trwania pozwoliły nam na ustalenie scenariusza planowanego wytopu w Otrębusach. Ten eksperyment opiszę już następnym razem.

Na zakończenie chcę podkreślić, że powyższy tekst nie jest oficjalnym komunikatem dotyczącym tego wytopu. Zarówno obserwacje jak i wysnute z tych obserwacji wnioski i przypuszczenia, są moimi subiektywnymi uwagami na ten temat. Były one, co prawda, komentowane na bieżąco z Danielem, Maćkiem i Piotrem, jednak nie uzgadniałem z nimi ich ostatecznej treści.
Po skończonym wytopie nie było praktycznie czasu ani okazji na przedyskutowanie w szerszym gronie jego wyników, mam wiec nadzieję, że to Forum da nam taką okazję. Dlatego też niczego nie uzgadniałem z innymi uczestnikami tego eksperymentu, chcąc dać im możliwość pokazania tego doświadczenia z ich punktu widzenia.

Pokłony
Wojtek Sławiński ADALBERTUS

przez **Dariusz Kik** w 07 Lis 2008, 12:50

Witaj Wojciechu.
Bardzo ciekawe wyniki otrzymałeś z przeprowadzenia tego eksperymentu. Ciekawa budowa pieca i bardzo cienkie ścianki które w znaczny sposób wpływają na termodynamikę tego pieca. Oddawanie energii przez ściany szybu będzie duże co się przekłada na znaczne zapotrzebowanie w dostarczanie ciepła co sam zauważyłeś.
Bardzo ciekawym elementem jest również boczny kanał kotlinkowy. Jestem ciekaw doświadczeń z następnego procesu o którym wspomniałeś. Czekam na opis. Z chęcią zobaczył bym "na żywo" Twoje eksperymentowanie.

Pozdrawiam:)

przez **Tomasz N** w 14 Lis 2009, 23:59

Pozwoliłem sobie popełnić na innym forum nast. tekst:

http://forum.historia.org.pl/index.php? ... opic=10145

Nie wiem czy go tu przenieść, czy tu prosić o komentarz.

Mam też pytanie: co to jest ocyl

przez **ADALBERTUS** w 20 Lis 2009, 21:42

No cóż. Każda teoria jest dobra, skoro nie ma pewności jak było naprawdę.
Pod warunkiem jednak, że zgadza się z zaobserwowanymi pozostałościami pieców.
Papier zniesie wszystko, ale przełóżmy to na praktykę.
Pierwsza sprawa - temperatura.
Załóżmy, że redukujemy rudę poniżej temperatury jej mięknięcia. Super. Ale w znanych piecach były setki kg. żużla. Jeśli nawet w szybie zgromadziliśmy taką masę zredukowanej rudy z konglomeratami żelaza, to teraz należy ją dość szybko upłynnić, aby oddzielić żelazo od żużla. A czym tę masę rozgrzejemy, skoro w szybie jest taki konglomerat a nie ma zbyt dużo miejsca na węgiel ? Jak rozgrzać kilkaset kg porowatego wsadu w jednej dużej masie ?
Chyba, że najpierw redukujemy rudę, a potem w innym piecu "odtapiamy żużel" wsypując do pieca wstępnie przeredukowaną rudę.
Tu ciekawostka - jest to proces opisany w XIX w, a przytoczony przez Piaskowskiego w książce "Gdańsk średniowieczny". Ale to zupełnie inna polka. To są dwa piece.
Druga sprawa - dmuch. Po obejrzeniu zgromadzonych przez Woydę zabytków w Pruszkowie, a konkretnie pozostałości dysz, jestem absolutnie przekonany, że stosowano miechy. A więc wysokość szybu nie miała żadnego znaczenia dla ilości powietrza, bo dmuchano sztucznie. Więcej - wysoki szyb tylko utrudniał całą zabawę, a nie miał (?) żadnego uzasadnienia. Wynika z tego, że fragment tekstu o budowaniu konkretnego pieca do konkretnej rudy nie ma sensu. Wystarczyło dmuchac mocniej lub słabiej.
Dalej. Nie bardzo zrozumiałem, ale jest tam fragment o krystalizacji żelaza z roztworu w żużlu. Żelazo nie rozpuszcza się w żużlu. W żużlu rozpuszczaja się tlenki żelaza (i innych metali). Nie ma więc roztworu nasyconego ani żadnego innego, więc nie ma się co i z kąd wytrącać ani nie ma mowy o wzroście kryształów, bo nie ma roztworu. Z błędnego założenia nie można wyciągnąć prawdziwych wniosków, a więc cała ta część opisu jest fałszywa. Poza tym jeszcze jedno. Po raz pierwszy zobaczyłem łupkę żelaza u Jensa i....Dokładnie takie same struktury można zauważyć w resztkach autentycznych kloców. Dokładnie to samo, tylko w minimalnych ilościach można odszukać prawie w każdym naszym klocu, a przynajmniej w tych lepiej upłynnionych. Można więc przypuszczać, że owa wyśniona łupka to nie zlepek grudek i glutków, tylko sprasowana piana żelazna, w dodatku powstająca na powierzchni kawałów węgla. Na powierzchni, bo owe bryłki węgla często wewnątrz pęcherzy żelaza nadal są. Dokładnie tak samo jak w klocach autentycznych. Ale... Temat na wielką naukową dysputę.
Na koniec jeszcze jedna obserwacja "z natury". Ślady na autentycznych klocach wyraźnie wskazują na to, że piec był rozbijany na gorąco, tak jak robił to Jens na ostatnich Dymarkach.

Pokłony
Wojtek Sławiński ADALBERTUS

przez **Andreas Gobinius** w 20 Lis 2009, 22:06

Jest tylko jeden wyjątek odnośnie żelaza w żuzlu. Może zaistnieć wtórna redukcja w fazie gdy żuzel jest jeszcze rozgrzany. Ale nie występuje to zjawisko często, no i w zasadzie dla starozytnego hutnika nie miało żadnego znaczenia, bo to tylko nasza obserwacja związana ze zrobionymi w dwóch przypadkach szlifami. Oni z tego żelaza nie korzystali.
Co do miechów, to zgodzę się z Wojtkiem, ze na Mazowszu pewnie były stosowane, a może nawet i wszędzie, ale to nie przeczy możliwości korzystania z dmuchu naturalnego, wtedy, kiedy warunki na to pozwalały. Za wysokim szybem oprócz efektu kominowego przemawia jeszcze ewentualnie bilans cieplny, ale to nie musiało być aż tak bardzo istotne.

przez **Tomasz N** w 21 Lis 2009, 16:38

Jakie wymiary, na podstawie świadectw archeologicznych, miały dymarki starachowickie ?

przez **Andreas Gobinius** w 21 Lis 2009, 18:05

Średnica pieca waha sie od 20/30 cm do ok. 50 cm. To takie ogólne dane dot. hutnictwa świętokrzyskiego. Kunowskie i pokrzywnickie (te, które sa w Muzeum w Starachowicach) były najmniejsze i posiadały czesto kanał kotlinkowy. Głebokość kotlinki 20-30 cm. Wymiary szybu sa tylko rekonstrukcją na podstawie cegieł, które znajduje się luźno.

przez **Tomasz N** w 21 Lis 2009, 18:24

Przyjmując średnią średnicę 40 cm i wysokość z kotlinką 2 m otrzymujemy objętość pieca 0,25 m sześć.
Wsad to min 85 % węgla drzewnego i patyków oraz 15 % rudy. Całość wsadu nie ważyła więc więcej jak 50-60 kg. Skąd więc te kilkaset kg żużla ?
Wsad wielokrotny ?

przez **Andreas Gobinius** w 21 Lis 2009, 20:56

Kilkaset kilo żużla to w piecach typu tarchalickiego lub górnośląskich. W Górach Świętokrzyskich kloce żużla ważą kilkadziesiąt do ok. 100 kg. Duże egzemplarze tzw. "kotlinki świętokrzyskiej" to kloce żużla przekraczającej 100-150 kg. Węgiel się w większości spala. Eksperymentalnie spalamy od 45 do 75 kg i ok. 1/2 metra drewna. Wsad rudny może dochodzić do ok. 70-80 kg bo tyle udaje nam się przepuścić przez piec maksymalnie, ale to jest wsad podawany partiami a nie jednokrotnie. Żużel spływa do kotlinki stopniowo i do sukcesów możemy zaliczyć eksperymenty w czasie których udaje sie zalać kotlinkę żużlem. Mazowieckim i świętokrzyskim starożytnym hutnikom wychodziło to zdecydowanie lepiej. O ilości żelaza uzyskiwanej hipotetycznie przez nich a tej, którą my uzyskujemy nie wspomnę...

Forum Dymarskie