Jak Piastowie produkowali najlepszą w średniowieczu stal

Jak Piastowie produkowali najlepszą w średniowieczu stal

Na temat wytopu stali w piecach zwanych dymarkami napisano już wiele i często w tonie który sugeruje, że ten proces nie ma przed nami żadnych tajemnic.

Oczywiście jeśli poczytamy na ten temat więcej to zauważymy, że ten optymizm jest przedwczesny i że tak naprawdę pozytywne wyniki w próbach naśladowania tego wytopu uzyskuje się tylko wtedy, kiedy stosuje się urządzenia i technologie wprowadzone setki lat później.

Co niektórzy nie wahają przed użyciem elektrycznego nawiewu powietrza aby uzyskać metal.

Oczywiście takie podejście jest czystą parodią i nie ma nic wspólnego z celem zgłębienia tajemnic naszych przodków.

Tylko w przybliżeniu wiadomo jak taki piec musiał wyglądać.

Ponieważ zachowały się tylko resztki tych pieców, często ograniczone do pozostałości po wytopie, to odtworzenie ich wyglądu oraz technologi budowy, nie mówiąc już o samym procesie wytopu, bazuje mniej lub bardziej na przypuszczeniach i fantazji autorów takich rekonstrukcji.

Niestety ta fantazja ogranicza się, w większości przypadków, do przyozdabiania takich dymarek mniej lub bardziej udanymi reliefami oraz przebierania się w mniej lub bardziej udane kostiumy, natomiast w dziedzinie nowych idei w budowie i doskonaleniu technologii takiego pieca panuje kompletny zastój już od dziesięcioleci.

Aby zrozumieć dalszy ciąg tego tekstu warto zapoznać się z podstawowymi wiadomościami na ten temat.

W tym przypadku nie będę zachęcał do „polskiej Wikipedii”, bo też jak zwykle, artykuł w niej nie wysila się nawet na odrobinę obiektywizmu.

Lepiej przeczytać np. to:

https://www.mimuw.edu.pl/~ph209519/teaching/TI2011/egz_pop/zelazo.pdf

Nie zaszkodzi również parę informacji o metodach redukcji tlenków żelaza i technologii wytopu stali.

http://home.agh.edu.pl/~zmsz/pl/pliki/mez/01_Metalurgia_Ekstrakcyjna_Zelaza.pdf

Uzbrojeni w tę wiedzę możemy się teraz zastanowić nad tym, jak powinien funkcjonować taki piec aby w najprostszy, a jednocześnie najbardziej efektywny sposób, spełnił swoje zadanie.

Możemy oczywiście od razu wykluczyć te metody, których opis jest dostępny w internecie, z prostej przyczyny, bo albo one nie funkcjonują, albo wynik wytopu jest tak mierny, że z uzyskanego żelaza w żaden sposób nie dałoby się zrobić coś porządnego.

Niestety nie wystarczy uzyskać trochę żelaza. Metal ten musi również spełniać cały szereg warunków, aby znalazł praktyczne zastosowanie. Tym zastosowaniem najczęściej była produkcja broni, szczególnie mieczy i tu nie można było sobie pozwolić na fuszerkę.

W przypadku mieczy z napisem „Nasz obrońca Hrast” 

(Ulfberht) mamy jednak do czynienia nie ze zwykłym żelazem,

 ale ze stalą wyprodukowana podłóg wysoce zaawansowanej

 technologii i o fantastycznych własnościach, wyprzedzającą

 osiągnięcia hutnictwa o stulecia.

Dotychczasowe próby rekonstrukcji tych pieców bazują na założeniu, że były to mniej lub bardziej cylindryczne budowle postawione nad wykopanym w ziemi dołkiem o głębokości około 30 cm, a następnie wypełnione naprzemiennymi warstwami rudy i węgla drzewnego.

Schematyczny rysunek takiego pieca widzimy poniżej.

W Polsce nazywamy go dymarką albo piecem dymarskim.

W języku niemieckim nazywany jest „Rennofen”.

Jest to ciekawa nazwa, bo Niemcy jak zwykle interpretują ją przezabawnie twierdząc, że pochodzi od słowa „rennen – biec” i odnosi się do ciekłej szlaki wypływającej (biegnącej) z pieca w procesie wytopu.

Oczywiście jest to tak samo infantylna etymologia, jak już omawialiśmy to na przykładzie Longobardów.

https://krysztalowywszechswiat.blogspot.com/2015/09/starozytna-historia-polakow-tajemnica.html

Nazwa Rennofen jest pochodzenia słowiańskiego, bo też jedynie Słowianie stosowali ten sposób produkcji żelaza i odnosi się do wsadu rudy jaką używano do wytopu żelaza.

Pierwsza część nazwy tego pieca odnosiła się pierwotnie do określenia „Ruń”, które jeszcze niedawno było w powszechnym użyciu i które współcześnie zostało wyparte w języku codziennym przez określenie „Darń”.

Tak więc pierwotnie na terenach niemieckich piec ten nazywano po prostu „piecem darniowym” albo z niemiecka „Ruńofen” by następnie przekształcić tę nazwę na inną związaną ze słowem „rennen”, aby zatrzeć słowiańskie pochodzenie tej technologii.

Już tylko ta nazwa wskazuje, że od samego początku stosowano rudę darniową jako źródło żelaza. Dopiero w miarę pogłębiania doświadczeń i doskonalenia technologi, naszym przodkom udało się wykorzystać rudę żelaza innego pochodzenia.

Ta wskazówka pozwala nam również na rekonstrukcję tego, w jaki sposób po raz pierwszy doszło do wyprodukowania metalicznego żelaza.

O wszystkim zadecydował jak zwykle przypadek.

Aby wytopić miedź i wyprodukować jej stopy konieczne jest użycie węgla drzewnego. W miarę wzrostu zapotrzebowania na ten metal wzrastało też zapotrzebowanie na węgiel drzewny, który zaczęto wypalać w mielerzach, czyli w dużych stosach drewna przykrytych runią i ziemią.

Przypadkowo zdarzało się, że ruń ta pochodziła ze złoża darniowej rudy żelaza i na skutek nieuwagi węglarza lub z innego powodu, proces produkcji węgla nie został w odpowiednim czasie przerwany, ale stóg drewna płonął dalej, aż do jego kompletnego wypalenia się.

W popiele po wypalonym stogu jakiś nasz przodek zauważył błyszczące okruchy metalu który okazał się kowalny i z którego można było wyprodukować metalowe wyroby.

W trakcie pirolizy węgla drzewnego wytwarzają się w dużych ilościach gazy składające się głownie z tlenek węgla oraz wodoru.

Oba są doskonałymi reduktorami tlenków żelaza i mielerze stanowią optymalne środowisko dla takiego procesu.

Końcowy wzrost temperatury związany ze spaleniem się węgla drzewnego pozwolił na oddzielenie metalicznego żelaza od skały płonnej i wykształcenia się większych jego grudek. Ten sposób wytopu stosowano następnie przez setki lat zanim poznano jego tajemnice na tyle, aby podjąć budowę dymarek.

To jednak kłóci się z powszechną propagandą, że żelazo nauczono się wytapiać na Bliskim Wschodzie.

To przekonanie jest bezpodstawne.

Żelazo znane było Słowianom równie dawno jak brąz, ale dopóki złoża cyny w Sudetach nie były wyczerpane, produkcja brązu była łatwiejsza i i mniej pracochłonna niż żelaza i to ostatnie wykorzystywano zapewne tylko sporadycznie.

Umiejętności wytopu żelaza na Bliski Wschód przyniosły ze sobą ludy słowiańskie w trakcie podbojów tych terenów przez Hyksosów.

https://krysztalowywszechswiat.blogspot.com/2018/12/czy-znaleziono-grob-marii-magdaleny.html

Ta hipoteza pozwala nam na wyciągnięcie wielu interesujących wniosków.

Po pierwsze do produkcji żelaza wykorzystano proces znany naszym przodkom przy wytwarzaniu węgla drzewnego.

Po drugie redukcja żelaza następowała w niskich temperaturach pomiędzy 600 a 800°C, aby w końcowej fazie, w trakcie spalania węgla drzewnego, osiągnąć wartości powyżej 1200°C.

Te obserwacje zostały następnie wykorzystane do tego aby zbudować piec w którym ten proces działałby jeszcze bardziej efektywnie i do powstania dymarek.

Wytop żelaza w dymarkach nie przebiegał jednak tak jak to przedstawiają „naukowcy”, czy też liczne grupy rekonstrukcyjne.

W gruncie rzeczy był on identyczny z procesem wytwarzania węgla drzewnego.

Na to wskazują pozostałości archeologiczne oraz rozliczne wykopaliska takich dymarek.

Jak powszechnie wiadomo istnieją zasadnicze różnice pomiędzy wynikami współczesnych wytopów żelaza w rekonstrukcjach dymarek, a obserwacjami na stanowiskach archeologicznych.

Zauważono bowiem, że żużel i szlaka z wykopalisk nie 

zawierają prawie domieszek żelaza!!!!

Co więcej górna powierzchnia kloca szlaki jest jednorodna, co spowodowało wprowadzenie pojęcia „powierzchni swobodnego krzepnięcia”. Powierzchnia ta świadczy o tym, że szlaka spływała do dołka dymarki w rezultacie jednorazowego aktu w końcowym etapie procesu wytopu.

Co więcej, 300 kilowe kloce żużla wskazują na możliwość wielokrotnego wykorzystania takich dymarek, co pozwalało na zebranie się tej olbrzymiej masy szlaki, jako efekt następujących po sobie wytopów w tym samym piecu.

Trzy obserwacje pozwalają nam na konkretyzację budowy takiego pieca.

Na poniższym zdjęciu widzimy przekrój dołka dymarki, na którym widać, że szlaka z wytopu nie zajmuje całego dołka dymarki, ale występuje lokalnie w formie pojedynczego cylindrycznego sopla.

Następną ciekawą obserwacją jest to, że często dymarki budowano tak ciasno, że nachodziły one jedna na drugą. Nie było to spowodowane brakiem miejsca, ale musiało mieć inne, najprawdopodobniej technologiczne przyczyny. Niektórzy sugerują, że częściowo rozbijano stare kloce żużla aby zrobić miejsce pod nowy dołek pod dymarką, ale nie może być to prawdą, bo wysiłek z tym związany w żaden sposób nie mógł być uzasadniony.

Trzecią obserwacją są cylindryczne fragmenty szlaki o średnicy 7 do 10 cm interpretowane jako odlew szlaki która zalała otwory napowietrzające dymarki.

Taka interpretacja ma swoje słabe strony, bo otwory takie powinny przebiegać poziomo i jest mało prawdopodobne aby szlaka zdołała wypełnić je na całej ich wysokości, szczególnie że mogła przecież spływać swobodnie do dołka pod dymarką.

Te trzy obserwacje nie udało się dotychczas połączyć w logiczny sposób ze sobą, mimo że dotyczą one tego samego procesu technologicznego, a więc powinny też w tym procesie znaleźć swoje sensowne miejsce.

Te problemy z wyjaśnieniem zasady działania piecy dymarskich mogą wynikać z tego, że nie istniał jednolity plan ich budowy.

Można przyjąć, że i w tym przypadku istniał ciągły proces doskonalenia sposobu wytopu żelaza i technologii budowy pieca dymarskiego.

Tak jak to już proponowałem, wytop żelaza wywodzi się pierwotnie od mielerza do produkcji węgla drzewnego.

https://pl.wikipedia.org/wiki/Mielerz

Jako kolejne udoskonalenie wprowadzono wypełnienie miejsca, po wyjętej drewnianej „duszy” mielerza, rudą darniową.

Ta metoda zwiększyła ilość wytopionego żelaza, ale wydajność wytopu, w porównaniu do ilości użytych surowców, była zapewne bardzo niska. Tę technologię stosowali zapewne słowiańscy Hyksosi i Hetyci.

Kolejny etap rozwoju to zastąpienie drewnianej duszy mielerza cylindryczną rurą wykonaną albo z plecionki albo z kory zdjętej z pnia brzozy i obłożonej polepą glinianą, wokół takiej rury układano drewno tak jak w mielerzu.
Rurę tę, czyli właściwą dymarkę, zaopatrywano w otwory w dolnej jej części, przez które wydostawały się na zewnątrz gazy powstałe w rezultacie procesu uwęglania drewna, lub też stawiano bezpośrednio na warstwie drewna. Rurę wypełniano rudą darniową tak, aby gazy z pirolizy mogły się przez nią przemieszczać i prowadzić do redukcji tlenków żelaza w relatywnie niskich temperaturach.

Aby zwiększyć siłę ciągu, gazy te były spalane przy wylocie z dymarki, co dodatkowo zwiększało jej temperaturę.

Wadą tego sposobu wytopu była jego jednorazowość oraz słaba jakość żelaza wymieszanego często z żużlem. Metoda ta pozwalała jednak na szybką produkcję dużych ilości metalu.

Taka budowa dymarki tłumaczy również to, dlaczego dymarki naszych przodków nie pękały na skutek nacisku żużla i żelaza na jej ścianki w procesie wytopu i dlaczego ścianki antycznych dymarek były tak nieprawdopodobnie cienkie w stosunku do ich objętości.

Współcześnie budowane dymarki, aby obejść ten problem, mają ściany grube jak w bunkrze i mimo to często dochodzi do ich pęknięcia. Antyczne dymarki stabilizował z zewnątrz kopiec mielerza i można je było załadować rudą aż po wierzch, bez obawy ich pęknięcia.

Szczytowym osiągnięciem tej technologii była miniaturyzacja tego procesu.

Polegało to na ograniczeniu go tylko do rury z kory brzozowej postawionej nad wykopanym wcześniej dołkiem w ziemi oraz na umieszczeniu w niej mniejszej rury z tej samej kory o średnicy ok. 10 cm wypełnionej rudą darniową i prawdopodobnie węglem drzewnym? w kawałkach, jednak tak aby gazy pirolityczne mogły w miarę swobodnie przepływać przez tę rurę. Obie rury były oblepione polepą glinianą.

Pozostałą objętość dużej rury wypełniano drobno pociętym, wysuszonym chrustem drewnianym. Zapłon tego pieca następował od góry, a przez otwory w jego dolnej części napływało powietrze do strefy pirolizy drewna.

W efekcie tworzył się gaz drzewny złożony głównie z tlenku węgla i wodoru o silnych własnościach redukcyjnych, który wypływał następnie przez mniejszą rurę z kory brzozowej z pieca i ulegał spaleniu, dając płomień o wysokiej temperaturze.

Ilość i jakość produkowanego gazu drzewnego regulowano poprzez zwiększanie lub ograniczanie ilości dopływającego powietrza do strefy pirolizy oraz zasłanianiem górnego otworu dymarki.

W końcowym etapie następowało spalanie świeżo wytworzonego węgla drzewnego, który uzupełniano jeszcze dosypywaniem dodatkowych jego ilości przez górny otwór dymarki.

Na tym etapie wykonywano zapewne w ściankach dymarki dodatkowe otwory w środkowej jej części aby zwiększyć dopływ powietrza i temperaturę spalania węgla. Ponieważ w tej konstrukcji grubość ścianek pieca była niewielka, zrobienie dodatkowych otworów nie nastręczało żadnych problemów.

W efekcie następowało szybkie upłynnienie szlaki i jej spływ do dołka, natomiast żelazo pozostawało w rurze tworząc gąbczastą strukturę przyczepioną do jej ścianek.

W ten sposób uzyskiwano wyjątkowo czystą stal bez domieszek szlaki czy też węgla drzewnego i gotową do natychmiastowej obróbki.

Nie jest wykluczone, że wysoka temperatura panująca w trakcie spalania gazów pirolitycznych umożliwiała częściowe upłynnienie tego żelaza w tyglach i produkcję mieczy z jednorodnej stali i o precyzyjnie dobranej charakterystyce stopu żelaza z węglem, tak jak obserwujemy to na przykładzie mieczy z napisem „Nasz obrońca Hrast”.

Ta konstrukcja miała trzy podstawowe zalety.

Po pierwsze jednorazowa ilość żelaza lub stali była wprawdzie mniejsza, ale wystarczająca do wyprodukowani potrzebnych w tamtych czasach wyrobów.

Po drugie dostęp do pieca był swobodny, co umożliwiało wykorzystanie płomienia spalanych gazów do dalszej obróbki metalu.

Po trzecie, i to było najważniejsze, piec ten nadawał się do wielokrotnego użytku.

Wystarczyło wyjąć z niego mniejszą rurę z polepy i rozbić ją, aby wybrać znajdujące się w niej czyste żelazo. Po ponownym przygotowaniu pieca można było ten proces powtórzyć po raz kolejny. Pozwalało to też na wykorzystanie ciepła zmagazynowanego w szlace i żużlu po poprzednim wytopie i tym samym polepszało efektywność produkcji stali.

W związku z tym szacunki ilości produkowanego żelaza na terenach słowiańskich są zapewne wielokrotnie zaniżone i plemiona te produkowały fantastyczne ilości tego metalu zaopatrując w stal cały antyczny świat.

Taka konstrukcja wyjaśnia nam też te trzy obserwacje które opisałem poprzednio.

Użycie rury z kory brzozowej o niewielkiej średnicy tłumaczy to, dlaczego w niektórych dymarkach obserwuje się pojedyncze cylindryczne sople szlaki nie wypełniające całego dołka dymarki. Występowało to wtedy, kiedy zbudowaną dymarkę użyto tylko jednorazowo i uzyskane żelazo zaspakajało bieżące potrzeby.

Nachodzenie jednych kloców żużla na drugie związane było z tym, że ułatwiało to wypływ szlaki z rury z rudą, bo można ją było oprzeć częściowo na starym klocu żużla i szlaka mogła swobodnie wypływać do nowego dołka dymarki. Poza tym jeśli budowa nowej dymarki następowała natychmiast po wypełnieniu dołka szlaką w dymarce poprzedniej, to ciepło tam zgromadzone dodatkowo usprawniało wytop stali w dymarce nowo zbudowanej.

Znaleziska cylindrycznych walców szlaki było rezultatem tego, że niekiedy w trakcie wytopu rura z rudą zmieniała swoją pozycję tak, że dolna jej część opierała się bezpośrednio o dno pieca, uniemożliwiając wypływ szlaki. Po ostudzeniu i rozbiciu polepy taki walec szlaki był traktowany jako odpad i lądował na wysypisku.

Taka budowa pieca tłumaczy też to, dlaczego wypływ szlaki do dołka dymarki był procesem jednorazowym, ponieważ strefa upłynniania szlaki przesuwała się stopniowo od góry do dołu i dopiero po osiągnięciu dolnego brzegu rury, zgromadzona w niej szlaka mogła jednorazowo spłynąć do kotlinki.

Na niektórych zdjęciach dymarek z wykopalisk widoczne są nawet fragmenty takich rur kiedy uległy one przypadkowemu pęknięciu i wtopiły się częściowo w szlakę. Interpretacja takiego zdjęcia jako otwór napowietrzający jest oczywiście fałszywa, bo rura ta nie jest wypełniona w najmniejszym stopniu szlaką, co powinno jednak w tym przypadku nastąpić.

Jak widzimy przyczyny niepowodzeń w wytopie stali w rekonstrukcjach dymarek wynikały z niezrozumienia funkcji znajdowanych w wykopaliskach pozostałości oraz fałszywych założeń ich budowy.

Na podstawie tej analizy możemy stwierdzić, że dymarki świętokrzyskie należały do ostatniego opisanego przeze mnie typu, dymarki tarchalickie natomiast do typu mielerza z zewnętrznym spalaniem.

Co w takim razie ze stalą mieczy z napisem „Nasz obrońca Hrast”.

Wydaje się, że ich tajemnica kryje się już w samej nazwie grodu Niemcza, który tak bardzo chciał zdobyć Heinrich II.

https://krysztalowywszechswiat.blogspot.com/2019/04/miecz-czcibora-i-cesarskie-klejnoty.html

Gród ten leżał na szlaku handlowym pomiędzy Rzymem i Konstantynopolem a ujściem Odry i teoretycznie mógł być zapewne często odwiedzany przez wędrujących z południa na północ i odwrotnie kupców. Tym chętniej, bo miał on do zaoferowania w tym czasie najlepszą stal na świecie.

Już to wystarczało, aby nadać mu tę nazwę, bo wśród mieszkańców tego grodu znaczną cześć mogli stanowić obcokrajowcy, a więc „niemcy”. W tym przypadku nazwa ta nie dotyczyła naszych zachodnich sąsiadów, ale generalnie obcokrajowców, mówiących innym niż słowiański językiem.

Istnieje jednak również inna możliwość interpretacji tej nazwy i tę uważam za bardziej prawdopodobną i logiczną.

Można być pewnym tego, że tajemnica produkcji tych mieczy musiała być chroniona na wszelkie możliwe sposoby.

Władcy piastowscy zdawali sobie doskonale sprawę z tego, że ich władza i zdolności wojenne ich państwa zależne są od utrzymania technologicznej przewagi w produkcji takich mieczy nad ich potencjalnymi przeciwnikami.

Wydaje się więc zrozumiale to, iż mieszkańcy tego miasta musieli zaprzysiąc milczenie wobec obcych odwiedzających to miasto. Stąd nazwani zostali „niemcami” a ich miasto otrzymało imię Niemcza, a więc miasto którego mieszkańcy nie rozmawiają z obcymi.

Nie jest też wykluczone, że było to miasto zamknięte i jakakolwiek próba kontaktu z ludnością grodu był absolutnie zabroniona i karana śmiercią.

Jest prawdopodobne, że w Europie umiejętność wytopu wysokojakościowego żelaza i stali w dymarkach typu świętokrzyskiego, którą opanowali Wandale (Wawelanie, Wendowie), zanikła po tym jak dżuma Justyniana zdziesiątkowała mieszkańców Europy, a w tym szczególnie Słowian.

https://krysztalowywszechswiat.blogspot.com/2015/08/starozytna-historia-polakow-na-krawedzi.html

To właśnie te umiejętności pozwoliły Słowianom na podbij Rzymu i całej ówczesnej Europy ponieważ dysponowali oni zdecydowanie najlepszym jakościowo uzbrojeniem.

https://krysztalowywszechswiat.blogspot.com/2015/08/starozytna-historia-polakow-w-drodze-do.html

Możliwe również, że przez przypadek umiejętności te zachowały się w rejonie Sudetów, w tym w rejonie Niemczy ponieważ tam, z racji odosobnienia tego rejonu, dżuma Justyniana nie dotarła.

Kiedy na skutek wojen z plemionami madziarskimi zapotrzebowanie na broń wzrosło i w całym kraju zaczęto masowo kuć miecze to zauważono, że stal którą wytapiali hutnicy w Niemczy przewyższa o niebo swoją jakością wszystko to, co wytwarzano gdzie indziej na świecie i wykute z niej miecze stały się prawdziwą „Wunderwaffe” Piastów.

Można założyć, że kowale i hutnicy wiedzieli dokładnie, że taką stal można wytopić tylko z rudy darniowej z rejonu Ślęży i tę tajemnicę wzięli ze sobą do grobu.

Razem z nimi zanikła też umiejętność budowy dymarek typu świętokrzyskiego i trzeba było czekać prawie 1000 lat na to, aby umiejętności hutnicze pozwoliły na ponowne wyprodukowanie stali o porównywalnej jakości.