Bloomery — muinainen sienirauta-uuni ja rautasulatuksen perusteet
Tutustu bloomeryyn — muinaiseen sienirauta-uuniin ja rautasulatuksen perusteisiin: historia, toimintaperiaate ja takorautan valmistus selkeästi ja kiinnostavasti.
Bloomery on uunityyppi, jota käytettiin aikoinaan laajalti oksidien sulattamiseen. Bloomeryt (sienirauta-uunityypit) olivat ensimmäisiä sulattamoja, joissa voitiin sulattaa rautaa. Bloomeryn käytön tuloksena syntyy raudan ja kuonan massa, jota kutsutaan bloomiksi. Tätä kutsutaan sieniraudaksi, koska se on huokoista kuin sieni. Sieniraudasta jalostetaan yleensä takorautaa. Bloomeryjä ei enää käytetä sulatuksessa, koska masuunit ovat parempia.
Miten bloomery toimii
Bloomery on yleensä pystysuora uuni, joka täytetään kerroksittain rautaoksidipitoisella malmilla ja hiilellä tai puuhiilellä. Uunin alaosaan asennetaan ilmansyöttöputki(t) eli tuperoita, ja ilmaa puhalletaan sisään käsikäyttöisillä tai mekaanisilla bellows-laitteilla, jotta lämpötila ja palaminen pysyvät riittävän voimakkaina.
Keskeiset kemialliset vaiheet ovat:
- Hiilen palaessa syntyy hiilimonoksidia (CO), joka toimii pelkistäjänä ja poistaa hapen rautaoksidista.
- Pelkistämisen seurauksena syntyy metallista rautapartikkelia, joka ei täysin sula, koska uunin lämpötila on yleensä alle raudan sulamispisteen (~1538 °C). Tyypillisiä sulatuslämpötiloja bloomeryssa ovat 1100–1250 °C.
- Samalla muodostuu kuonaa, joka koostuu silikaateista ja muista epäpuhtauksista; se valuu tai kerrostuu uunin sisälle erilleen raudasta.
Bloomin ja takorautaprosessin vaiheet
Bloom (sienimäinen rautakasa) on huokoinen, sekoitus metallista rautaa ja sulatettua/puoli-sulatettua kuonaa. Sen jatkokäsittely sisältää yleensä:
- Bloomin ottamisen uunista ja kuuman iskunlyöntien tai taonnan avulla tapahtuva puristaminen, jotta kuona puristuu ulos ja raudan kappale tiivistyy.
- Toistuvat kuumaukset ja taonta (ja tarvittaessa yhdistäminen useista blomeista), jolloin saadaan tasalaatuista takorautaa tai takomateriaalia.
Historia ja levinneisyys
Bloomery-tekniikka on vanha ja levinnyt laajasti eri kulttuureissa: Lähi-idässä, Euroopassa, Afrikassa ja Aasiassa. Se on ollut käytössä ennen suurempien masuuni- ja sulatusmenetelmien kehittymistä. Arkeologinen tutkimus ja kokeelliset uudelleenrakennukset auttavat ymmärtämään paikallisia eroja uunien koolla, muodolla ja käytetyllä tekniikalla.
Edut ja rajoitukset
Bloomeryn etuja olivat yksinkertaisuus, suhteellisen pieni koko ja se, että se mahdollisti takorautatuotannon paikallisesti ilman raskasta infrastruktuuria. Rajoituksia olivat alhainen lämmönsiirtymä ja tuotantomäärän rajallisuus: bloomery ei tuota sulatettua nestemäistä valuraudaksi sopivaa massaa vaan huokoista raudankappaletta, joka vaatii lisätyöstöä.
Miksi masuunit korvasivat bloomeryt
Masuunit (blast furnaces) mahdollistavat korkeammat lämpötilat ja jatkuvan tuotannon, jolloin saadaan nestemäistä rautaa (valuraudan muotoa) ja tehokkaampi erotus kuonasta. Tämä teki masuuneista taloudellisemman vaihtoehdon teollistuvassa maailmassa ja vähensi bloomeryjen käyttöä.
Nykyinen kiinnostus
Nykyään bloomeryt ovat kiinnostavia erityisesti arkeologeille, historioitsijoille ja hobby-rautaseppien keskuudessa. Kokeelliset sulatukset ovat auttaneet selvittämään menneitä tuotantotapoja ja raudanvalmistuksen paikallisia erityispiirteitä. Sieniraudan valmistusta ja taontaa harjoitellaan myös perinteiden säilyttämiseksi ja opetusmielessä.
Yhteenvetona bloomery on tärkeä osa metallurgian historiaa: se oli väline, jolla ihmiset pystyivät tuottamaan takorautaa ennen teollisen sulatuksen aikakautta, ja sen toimintaperiaatteet kuvaavat peruskemiallisia pelkistysprosesseja, joita käytetään edelleen eri muodoissa modernissa metallurgiassa.
Prosessi
Polttouuni koostuu savupiipusta, jonka seinät on tehty maasta, savesta tai kivestä ja joka kestää kuumuutta. Lähellä pohjaa savesta tai metallista valmistetut putket tulevat sivuseinien läpi. Putkien kautta pääsee ilmaa sisään.
Hiilloksen käyttäminen edellyttää, että savupiippuun työnnetään puuhiiltä, jotka sitten kuumennetaan. Sitten lisätään suunnilleen sama määrä rautaa. Tämän prosessin yleinen tuote on fayaliitti, joka syntyy, kun rauta sekoittuu kuonaan.
Historia
Rautaa alettiin käyttää noin 1200 eaa.
Kiina ei ilmeisesti käyttänyt masuunitehtaita, vaan siirtyi ilmeisesti masuunien käyttöön. Kiinasta on kuitenkin löydetty masuunit, mutta ne on todennäköisesti tuotu muualta, eikä niitä ole rakennettu Kiinassa.
Kukkia oli käytetty Saharan eteläpuolisessa Afrikassa jo ennen vuotta 500 eaa.
Eurooppalaiset Bloomerit aloittivat hyvin pieninä sulattamalla noin 1 kg rautaa jokaisella käyttökerralla, mutta kasvoivat ajan myötä ja sulattivat keskimäärin noin 14 kg rautaa 1300-luvulla.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mikä on bloomery?
A: Bloomery on uunityyppi, jota käytettiin aikoinaan laajalti oksidien sulattamiseen.
K: Mikä oli bloomerien tarkoitus?
A: Bloomery oli ensimmäinen sulatuslaitos, jossa voitiin sulattaa rautaa.
K: Mikä on tuote, joka syntyi, kun käytettiin bloomeriaa?
V: Rautasulattamon käytön tuloksena syntyy raudan ja kuonan massa, jota kutsutaan sulattamoksi.
K: Miksi sienirauta on nimeltään sienirauta?
V: Sieniraudan nimi johtuu siitä, että se on huokoista kuin sieni.
K: Mitä on takorauta?
V: Takorauta on sieniraudan jalostettu muoto.
K: Miksi sulatuksessa ei enää käytetä kiehutuskaivoksia?
V: Sulattamoita ei enää käytetä sulatuksessa, koska masuunit ovat parempia.
K: Mikä on masuunien etu masuuniin verrattuna masuunihautomoihin?
V: Masuunien etuna masuuniin nähden on se, että ne ovat parempia.
Etsiä