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:
Nie
zaszkodzi również parę informacji o metodach redukcji tlenków
żelaza i technologii wytopu stali.
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.
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.
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.
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.
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.
To
właśnie te umiejętności pozwoliły Słowianom na podbij Rzymu i
całej ówczesnej Europy ponieważ dysponowali oni zdecydowanie
najlepszym jakościowo uzbrojeniem.
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.