Järnframställning och smide i två socknar i Närke Arkeometallurgiska analyser av material från Knutstorp, Västra Via och Falltorp

Transkript

1 GEOARKEOLOGI Dnr Järnframställning och smide i två socknar i Närke Arkeometallurgiska analyser av material från Knutstorp, Västra Via och Falltorp RAÄ 105 Hidinge sn RAÄ 92 och 96 Vintrosa sn Närke G A L Geoarkeologiskt Laboratorium Analysrapport nummer Avdelningen för arkeologiska undersökningar UV GAL Annika Willim Lena Grandin

2 Inledning På uppdrag av Anna Lagerstedt, Arkeologikonsult, har Geoarkeologiskt Laboratorium vid UV GAL, Riksantikvarieämbetet granskat arkeometallurgiskt fyndmaterial från tre olika undersökningsplatser. De aktuella platserna är Knutstorp (Sättran), Raä 105 i Hidinge socken, Västra Via, Raä 92 i Vintrosa socken och Falltorp strax norr om Falltorp gård, Raä 96 i Vintrosa sn och ingår i E18 Närke-projektet. I Knutstorp undersöktes lämningarna efter två blästugnsbottnar, KF361 och KF362. Dessa påträffades redan i samband med tidigare undersökningar på platsen. De två bottnarna utgör sannolikt delar av ett slagguppsamlingsutrymme i botten på ugnarna. Det provtagna och analyserade materialet kommer från dessa två anläggningar. I Västra Via framkom spår efter äldre odlingsverksamhet i form av odlingsrösen, odlingslager och stenröjda ytor samt lämningar efter kolmilor. I anslutning till en av dessa milor påträffades en koncentration av kol, slagg och bränd lera. Området hade karaktären av en grop, dock utan tydliga nedgrävningskanter. Inom detta område påträffades även rikligt med vad som tolkats vara glödskal. Det analyserade materialet från Västra Via kommer från denna koncentration. Från Falltorp kommer det arkeometallurgiska materialet från en byggnad med anslutande slaggvarp. Byggnaden och varpet utgör en del av de lämningar som tillhör en bytomt som kan kopplas samman med den historiska bebyggelsen i Falltorp. Det huvudsakliga syftet med de arkeometallurgiska undersökningarna var att fastställa det provtagna materialets karaktär, d.v.s. klargöra huruvida det rör sig om material från reduktions- och/eller smidesprocessen. Utöver detta har frågor såsom typ av järn som framställts/bearbetats samt dess kvalitet belysts. Material och metoder Det arkeometallurgiska fyndmaterialet som levererats från Arkeologikonsult består sammanlagt av 7 fyndposter. Av dessa kommer 2 från Knutstorp, 1 från Västra Via och 1 från Falltorp. Utifrån dessa fyndposter har ytterligare provindelningar gjorts. Till exempel har eventuella glödskal eller delar av ugnsvägg/fodring separerats från slagger. Materialet från de två förstnämnda platserna har granskats okulärt och material har valts ut till petrografiska och metallografiska undersökningar. För att särskilja de olika proven har vid behov underbeteckningar a och b använts. Från Falltorp har slaggerna studerats enbart okulärt, men ett metallprov har analyserats. Tilläggas bör även det fältbesök som gjordes i Knutstorp av personal från Geoarkeologiskt Laboratorium (Lena Grandin, Svante Forenius och Annika Willim) i augusti Vid detta besökstillfälle fördes en första diskussion om provtagning och eventuella analysmöjligheter av materialet från de två blästugnsbottnarna. Petrografi Av 3 slagger tillverkades polerade tunnslip och av ett slaggprov tillverkades ett polerprov. Petrografiska undersökningar utfördes i genomfallande (ej på polerprovet) och påfallande planpolariserat ljus för att identifiera materialets olika komponenter och texturella drag. Undersökningen genomfördes i ett Zeiss Axioskop 40A polarisationsmikroskop utrustad med en digitalkamera. 1

3 Mineral som vanligtvis bygger upp slagger från järnhantering beskrivs här kortfattat. Termerna återkommer i beskrivningarna för respektive prov. Slagger består huvudsakligen av olivin, wüstit och glas. Dessutom finns små mängder metalliskt järn. Olivin är ett silikatmineral med den allmänna formeln A 2 SiO 4, där A oftast är järn (fayalitisk sammansättning) men mangan, magnesium och kalcium kan förekomma i mindre mängder. Wüstit, FeO, är ett mycket vanligt inslag i slagger från blästbruket. Om höga koncentrationer av wüstit förekommer är slaggens totala järnhalt vanligtvis också hög. Mineralens kornstorlek avspeglar stelningsförloppet, på så sätt att en finkornig slagg har stelnat hastigt, och en grovkornig långsamt. Magnetit, Fe 3 O 4, kan förekomma i stället för wüstit om temperatur och/eller syretryck är högre. Det betyder att magnetit vanligtvis uppträder i smidesslagger och wüstit i reduktionsslagger. Glas utgör slaggernas restsmälta och kan därför variera kraftigt i sammansättning beroende på vilka mineral som tidigare kristalliserat, slaggernas totalsammansättning och avkylningsförlopp. Droppar av metalliskt järn, några mikrometer stora, är också ett vanligt inslag i slagger. Metallografi Metallografiska undersökningar utfördes på 2 polerade prover av det metalliska järnet i påfallande ljus för att bedöma järnkvaliteten. I mikroskopet kan olika texturer, beroende på kemisk sammansättning och grad av bearbetning utläsas. Proverna etsades med 2 % nitallösning. Metoden är användbar för att bedöma kolhalten i materialet, t.ex. om det är ett mjukt järn eller kolstål. Metoden kan också avslöja ett fosforinnehåll, vilket påverkar materialets hårdhets- och seghetsegenskaper. Även mängden och typen av slagginneslutningar kan studeras för att ytterligare kunna bedöma kvalitet och möjliga användningsområden. Några termer som används i detaljbeskrivningarna i resultatkapitlet är ferrit som är mjukt järn utan kolinnehåll, cementit som är en förening av järn och kol (Fe 3 C), och perlit som är en struktur uppbyggd av omväxlande ferrit och cementit. Generellt medför alltså en större mängd perlit en högre kolhalt och ett hårdare material. Undersökningen genomfördes i ett Zeiss Axioskop 40A polarisationsmikroskop utrustad med en digitalkamera. Resultat De okulära granskningarna av de tre lokalerna presenteras kortfattat var för sig i tabellform nedan (Tabell 1 3). De prover som analyserats ytterligare presenteras i anslutning till respektive tabell i en mer detaljerad beskrivning för varje enskilt prov. Slagger från Knutstorp, Hidinge sn Tabell 1. Förteckning över fynd från Knutstorp, Hidinge sn (Sättran) som granskats av UV GAL. Fynd nr. Kontext Vikt (g) Antal Sakord Avtryck Magn. Kommentar F967 KF Slagg/lera Efter underlag magn. Flutna och täta slagger samt poröst sammankittad lera/slagg som är omagn. Vissa har avtryck efter underlaget. En del av den flutna slaggen är droppformad. Reduktionsslagg. I tvärsnitt: Den flutna slaggen, tät och homogen. Den sammankittade har ett tydligt lerskikt i botten och därefter sammankittad lera/slagg. Två prov till tunnslip. F968 KF Slagg/lera Kol Omagn. Fragment av gråsvart strängfluten och tät reduktionsslagg. Enstaka 2

4 Fynd nr. Kontext Vikt (g) Antal Sakord Avtryck Magn. Kommentar bitar rödbränd lera förekommer. En påse med glödskal/slaggfragm. utsorterad. I tvärsnitt: Tät och homogen slagg. Ett prov till tunnslip och ett polerprov av glödskal. F967 Beskrivning: Flutna och täta slagger (Fig. 1) samt poröst sammankittad lera/slagg som är omagnetiska. Vissa har avtryck efter underlaget. En del av den flutna slaggen är droppformad. Reduktionsslagg. I tvärsnitt: Den flutna slaggen är tät och homogen (prov a). Den sammankittade har ett tydligt lerskikt och därefter sammankittad lera/slagg (prov b). F967a Petrografi: Slaggen är huvudsakligen tät och innehåller endast ett fåtal porer. Den är uppbyggd av ett fåtal mindre slaggsträngar. Slaggen är homogen med avseende på sammansättning och består av olivinlameller, dendritisk wüstit, hercynitkristaller och en glasfas. Enstaka droppar av metalliskt järn finns också fördelade i slaggen. Även om slaggen genomgående är finkornig så är den allra finkornigast i ytterkanten. Kontakten mellan de olika slaggsträngarna, definieras främst av en koncentration av porer samt av en liten skillnad i mineralproportioner (Fig. 4). Kommentar: Slaggen är bildad i ett underliggande slagguppsamlingutrymme i blästugnen. Inledningsvis har den kylts av snabbt (finkornig i ytterkanterna). Den är ej stelnad utanför ugnen. Det förefaller som om små portioner slagg har bildats efter hand. F967b Petrografi: Det utvalda provet består av skiktvis flera materialkomponenter. Ett skikt av finkornigt, delvis smält silikatrikt material (lera?) övergår successivt till ett mer enhetligt smält (sintrat) och poröst skikt av sannolikt samma material som det föregående, men mer påverkat av höga temperaturer. Detta står i sin tur i kontakt med ett delvis korroderat skikt av slagg. Kontakten mellan den smälta leran och slaggen är mestadels distinkt (Fig. 5) men ställvis har små portioner av slagg blandats med leran. Slaggen består av dendritisk wüstit, olivinlameller, en glasfas och mindre koncentrationer av metalliskt järn, i vissa delar i svampiga formationer. Lokalt finns större ansamlingar av limonit som sannolikt bildats sekundärt av metalliskt järn. Kommentar: Sannolikt slagg som blandats med och stelnat mot infodring, eventuellt i höjd med blästerfokus. Slaggen är wüstitrik och förefaller vara på väg att reduceras till metall. Det är tämligen vanligt förekommande med en sådan ansamling av metalliskt järn på denna plats i ugnen. F968a Beskrivning: Fragment av gråsvart strängfluten och tät reduktionsslagg. I tvärsnitt: Tät och homogen slagg (prov a till tunnslip). Enstaka bitar av rödbränd lera förekommer. En påse med glödskal/slaggfragment är utsorterad. I det finkorniga magnetiska materialet finns dels tunna, metallglänsande skal med släta ytor, dels något tjockare skal med skrovligare rostbruna ytor. Båda typerna är inkluderade i polerprovet (b). Dessutom ingår en kulformad slagg. 3

5 F968a Petrografi: Slaggen är tämligen tät, men innehåller en del mindre porer, jämnt fördelade i hela det undersökta tvärsnittet. Enstaka större hålrum finns också, sannolikt bildade runt kolstycken. Den är genomgående finkornig, allra finkornigast i ytterkanten (Fig. 6). Sammansättningen är homogen och slaggen består av olivinlameller, hercynitkristaller, dendritisk wüstit, en glasfas och enstaka droppar av metalliskt järn. Järn finns också som tunna strimmor runt de större hålrummen. Det finns inga tydliga kontakter mellan flera slaggsträngar. Kommentar: Slaggens yttre strängflutna karaktär framgår inte i mikroskala. Eventuellt är det endast en slaggsträng som ingår i provet, alternativt har slaggen runnit fram i tät följd så att ingen mellanliggande avkylning har hunnit äga rum. Om detta dessutom har skett i ett slagguppsamlingsutrymme under ugnen kan det vara tillräcklig varmt för att bevara värmen en längre stund, varför den tidigare ditrunna slaggen inte heller har hunnit stelna innan nästa kommer. Andelen wüstit är högre i denna slagg än i 967a, varför det totala järninnehållet också är något högre. Slaggerna är emellertid av samma typ. F968b Petrografi: De små fragmenten är huvudsakligen undersökta i tvärsnitt, där de är ca mikrometer tjocka. En långsida är vanligtvis tämligen jämn och slät men den motstående är mer oregelbunden. Fragmenten innehåller olivinlameller, dendritisk wüstit, en glasfas, i något fall hercynit, och ansamlingar av metalliskt järn som mestadels är utbredda i tunna strimmor längs med snittets långsida (Fig. 7). Något fragment har studerats i längdsnitt. I detta framträder en heterogen blandning av limonit och små områden av metalliskt järn. Limoniten är sekundärt bildad från järnet. Kommentar: Inget av de undersökta fragmenten är glödskal och det finns flera kriterier som kan användas för att se detta. Glödskal har vanligen släta ytor runtom vilket inte stämmer med dessa. Vidare består glödskal av en blandning av järnoxider, vanligen i skikt parallellt med ytterkanten men dessa prov innehåller samma komponenter som en vanlig reduktionsslagg dvs. olivin, wüstit och en glasfas. Ett stycke är snarare ett stycke svampigt järn som delvis har rostat. Båda varianterna av fragment är magnetiska på grund av sitt järninnehåll och inte för att de innehåller den magnetiska järnoxiden magnetit som förekommer i glödskal. Sannolikt är dessa fragment endast tunna yttre skikt av reduktionsslagger. Det finns med andra ord inga tecken på att smide har ägt rum i den anläggning de påträffades i. Slagger från Västra Via, Vintrosa sn Tabell 2. Förteckning över fynd från Västra Via, Vintrosa sn som granskats av UV GAL. Fynd nr. Kontext Vikt (g) Antal Sakord Avtryck Magn. Kommentar F8089 KF Slagg Kol Magn. Smidesslagg. Ett par svagt konvexa mindre skållor. Storleken varierar något, men de är ungefär mm stora. Fyndposten består dock till övervägande del av bitar av relativt tät fluten eller något trögfluten slagg. Utan kontaktytor. I tvärsnitt: Slagg med inblandat smält material, metallkoncentrationer förekommer. Ett prov till tunnslip och ett polerprov av metallkoncentration. 4

6 Fynd nr. Kontext Vikt (g) Antal Sakord Avtryck Magn. Kommentar F8089 KF Smält/bränd Saknas Omagn. Ett par bitar av lera ugnsvägg/infodring med skikt av rödbränd lera och därefter smält lera. Resterande är kraftigt sammansmält lera i oformliga bitar samt enstaka F8089 KF368 Fragm. slagg/lera fragm. av bränd lera. Magn. Mindre bulkprov med finkornigt material. Provet bestod till största del av sand/grus. Enstaka slagg- och lerfragm, förekommer. Provet undersöktes med magnet och en påse med glödskal/slagg frag. sorterades ut. F8089 Beskrivning: Smidesslagg (Fig. 2). Ett par svagt konvexa mindre skållor. Storleken varierar något, men de är ungefär mm stora. Fyndposten består dock till övervägande del av bitar av relativt tät fluten eller något trögfluten slagg. Utan kontaktytor. I tvärsnitt: Slagg med inblandat smält material, metallkoncentrationer förekommer. Ett prov till tunnslip (a) och ett polerprov (b) av metallkoncentration från varsitt stycke. F8089a Petrografi: Det undersökta provet består huvudsakligen av slagg. Hela styckets tjocklek ingår i provet. Slaggen är bitvis rik på porer, bitvis fattigare. Slaggen är tämligen homogen i kornstorlek och sammansättning. Små variationer i proportioner mellan de ingående mineralen förekommer men inga tydliga avgränsningar mellan flera slaggflöden eller slaggskikt kan urskiljas (Fig. 8). Slaggen är tämligen grovkornig och består av olivinkristaller, dendritisk wüstit, en glasfas och enstaka koncentrationer av metalliskt järn. En del kolstycken finns också inneslutna i slaggen. I provets ytterkant finns också en ansamling av kvarts- och fältspatkorn i varierande storlek, tillsammans med kolstycken och delvis sammansmält med slaggen. Längs hålrum och ytterkanter finns tunna strimmor av limonit som bildats sekundärt från metalliskt järn. Även en större koncentration av rost finns och uppvisar en textur som antyder av järnet här har varit ett kolstål (cementitlameller i perlit). Kommentar: Slaggen representerar en tämligen homogen process med långsam avsvalning. Smeden förefaller ha arbetat med en metall som innehöll kolstål. Det är inte entydigt om slaggen kommer från primär- eller sekundärsmide om man betraktar den i mikroskala. Den saknar drag som normalt är karaktäristiska för sekundärsmidet, som väl avgränsade skikt i slaggen, zonerade mineralkristaller och magnetit. Det kan ändå inte uteslutas att den kommer från sekundärsmide även om primärsmide är mer troligt. F8089b Petrografi och metallografi: Provet består av koncentrationer av delvis svampigt järn, några millimeter stora, och omgivande slagg. Slaggen domineras av dendritisk wüstit med mindre mängder olivinkristaller och en glasfas. Järn finns i enstaka större koncentrationer och som mindre droppar. Dessutom förekommer tunna horisonter av limonit, sekundärt bildad, i provets ytterkanter. Slaggen är tämligen homogen och grovkornig i sin uppbyggnad. Ingen magnetit har observerats, ej heller hercynit. Olivinkristallerna förefaller vara homogena i sammansättning. De större metallkoncentrationerna är delvis korroderade och en textur som 5

7 antyder perlit (Fig. 9) i kornkontakter kan anas i vissa ytor. Detta framträder också vid etsning av provet. Andra järnkoncentrationer innehåller huvudsakligen ferrit (Fig. 10) med endast små mängder cementit i kornkontakterna. Kommentar: En homogen del av provet som består av grovkornig wüstitrik slagg med koncentrationer av metalliskt järn. Järnet utgör sannolikt en del som inte fäst vid smältan i reduktionsprocessen snarare än järnfragment som fallit av under föremålssmidet. Liksom för F8089a saknas typiska drag för sekundärsmide men kan inte uteslutas. Troligen rör det sig dock om primärsmide. Slagger från Falltorp, Vintrosa sn Tabell 3. Förteckning över fynd från Falltorp, Vintrosa sn som granskats av UV GAL. Fynd nr. Kontext Vikt (g) Antal Sakord Avtryck Magn. Kommentar F6877 KL Slagg Saknas Svagt magn. Smidesslagg med inslag av smält material. Oregelbundna bitar, utan kontaktytor. En kraftigt magn. bit med metalliskt järn. I tvärsnitt: Slagg med stor andel insmält material. Delar av detta är troligtvis vägg/infodring. Ett polerprov av F6877 KL Smält/bränd lera Saknas metallkoncentration. Omagn. Stor andel kraftigt smält lera som bildat oformliga klumpar där vita, blåa och grönaktiga färgnyanser förekommer. Även något fragm. av rödbränd lera samt några slagger förekommer. F6877 Beskrivning: Smidesslagg (Fig. 3) med inslag av smält material. Oregelbundna bitar, utan kontaktytor. En kraftigt magnetisk bit med metalliskt järn. I tvärsnitt: Slagg med stor andel insmält material. Delar av detta är troligtvis vägg/infodring. Ett polerprov av metallkoncentration. Petrografi: Koncentration av metalliskt järn ca 15 6 mm stor, något oregelbunden, omgiven av korrosionsprodukter och lokalt lite grovkornig slagg bestående av olivinkristaller, dendritisk wüstit och en glasfas. I metallen, som är något porös, är det inte möjligt att urskilja någon innesluten slagg bland de korroderade områden som finns. Metallen utgörs av perlit med tämligen grova cementitlameller (Fig. 11). I perlitkornen förekommer subkorngränser med cementit. Endast i en mindre koncentration förekommer ferrit istället för cementit. Kommentar: Ett polerprov valdes ur materialet från Falltorp för att få en inblick i vilken typ av järn som bearbetats i området. Det lilla exempel som fanns visar att åtminstone högkolhaltigt stål har funnits bland produkterna. Detta stål är tämligen jämnt i sammansättning. Sammanfattning och diskussion De analyserade proverna från Knutstorp, Västra Via och Falltorp bär på flera likheter, men även olikheter. Materialet omfattar spår från järnframställning i blästugn, men även från smidesprocessen där en bearbetning av produkten påbörjats. Från Knutstorp finns belägg för reduktionsprocessen och framställning av järn i blästugnar. I Västra Via finns lämningar efter 6

8 smide vilket även stämmer överens med Falltorp där lämningar efter en eventuell smedja med tillhörande slaggvarp påträffats. Värt att notera är att dateringar av platserna troligtvis kommer att ge en tidsskillnad, d.v.s. platserna har eventuellt inte varit i bruk samtidigt och har sannolikt inte heller något samröre i övrigt. Blästugnar i Knutstorp I Knutstorp påträffades lämningarna efter två blästugnsbottnar. Dessa syntes som två flacka gropar, ca 0,5 meter i diameter och 0,1 meter djupa. Groparna var fyllda med sandig silt med inslag av kol, sot och mindre slagger. I fyllningen kunde även ett par linser med sand och kol skönjas vilket kan vara spår efter utrakningar av slagg från slagguppsamlingsutrymmet. De slagger som analyserats från Knutstorp är strängflutna och täta slagger och är exempel på reduktionsslagger (F967a och F968a Fig. 1) Dessa har bildats i ett underliggande slagguppsamlingutrymme i blästugnen, med andra ord de är inte stelnade utanför ugnen. Den sträng- eller stearinliknande formen avslöjar även att slaggen runnit ner stötvis i slagguppsamlingsutrymmet allteftersom den i små portioner har bildats (Grandin & Hjärthner-Holdar 2003). Denna information stämmer väl överens med att anläggningarna varifrån slaggen kommer ifrån enbart utgörs av rester efter ugnsbottnar. Utifrån det bevarade djupet är det med andra ord enbart delar av den underliggande slagguppsamlingsgropen till ugnen som finns bevarad. Detta utrymme fylls under ugnens körning på successivt med strängflutna slagger som sakta byggs på till större stycken allteftersom de samlas på botten. Bland proverna från Knutstorp fanns även vad som eventuellt kunde vara glödskal (F968b). Denna teori kunde dock avfärdas eftersom dessa tunna skal istället visade sig att vara yttre tunna skikt av reduktionsslagger. Dessa fragment är precis som glödskal kraftigt magnetiska, men detta har att göra med dess järninnehåll och inte för att de innehåller den magnetiska järnoxiden magnetit som förekommer i glödskal. Glödskal har dessutom släta ytor runtom vilket inte är fallet för dessa fragment. Vi har därmed enbart belägg för att reduktionsprocessen ägt rum i de anläggningar varifrån det provtagna materialet kommer. Inom det begränsade område inom undersökningsytan där vi har belägg för järnhantering i Knutstorp har järnframställning bedrivits. Nämnas bör dock att detta inte utesluter att det i blästugnsområdets närhet kan ha funnits en plats för vidare beredning av järnet, d.v.s. primär- och sekundärsmidet. Spår av smide i Västra Via De undersökta proverna från Västra Via (F8089) påträffades i ett område med en koncentration av kol, slagg och bränd lera. Rikligt med vad som tolkats vara glödskal noterades även. Koncentrationen hade karaktären av en grop, men utan tydliga nedgrävningskanter. Redan vid en inledande okulär granskning av slaggerna avslöjar formen på flera av proverna att det bör vara smidesslagg. Bland proverna finns ett par svagt konvexa mindre skållor. I övrigt består slaggerna till övervägande del av bitar av relativt tät, fluten eller något trögfluten slagg utan kontaktytor (Fig. 2). De petrografiska och metallografiska analyserna av slaggen (F8089a och 8089b) ger även där svaret att det rör sig om smidesslagg. I ytterkanten på prov F8089a fanns en ansamling av kvarts- och fältspatkorn i varierande storlek, tillsammans med kolstycken, delvis sammansmält med slaggen vilket tyder på smidesslagg. Analyserna visar även att slaggen är resultatet av en tämligen homogen process med långsam avsvalning där slutprodukten bör ha varit ett kolstål. Den metallografiska analysen av järnet (F8089b) i 7

9 slaggen visar koncentrationer av delvis svampigt metalliskt järn, några millimeter stora, och omgivande slagg. Frågan är vilken typ av smidesslagg vi har från Västra Via. Svaret är något komplex eftersom de okulära studierna och analyserna av proverna ger oss en bild av att både ett primär- och ett sekundärsmide har bedrivits på platsen. Primärsmidet ligger nära till hands som tolkning av analysresultaten eftersom drag som vanligtvis förknippas med sekundärsmide saknas i den analyserade slaggen och att järnet som finns i slaggen mestadels är svampigt i formen och inte förekommer i några tydliga fragment. Dessa slagger kan ha uppstått vid en inledande bearbetning och kompaktering av en järnlupp. Vid undersökningen av ett bulkprov med magnetiskt material från fyndpost F8089 visade sig detta innehålla glödskal. Glödskal är små tunna magnetiska skal som ofta har en metallglänsande färg. Dessa har sitt ursprung i sekundärsmidesprocessen när det färdiga järnet bearbetas på ett städ med en smideshammare eller slägga (Englund 2002). Naturligt nog samlas glödskal i koncentrationer i anslutning till städet och är därför en god indikation på var föremålssmidet bedrivits inom ett järnhanteringsområde. Vi kan därmed sluta oss till att vi har lokaliseringen för ett sekundärsmidesområde och möjligen även primärsmide i Västra Via. En tolkning av de anläggningar som slaggerna och glödskalen påträffades i eller omkring ger viktig information. När det gäller primärsmide och en inledande bearbetning av smältan där den bankas ihop och kompakteras lämnar oftast denna aktivitet inte mer spår än på sin höjd resterna av någon typ av fällsten eller stolphål efter en städstabbe. För sekundärsmidet där det färdigkompakterade järnet har vidarebearbetats genom föremålssmide kan spåren efter konstruktioner vara fler (Forenius m.fl. 2005a och 2005b). Utöver de ovan diskuterade proverna studerades även bränd lera okulärt. Flera bitar av denna lera är delar av ugnsvägg/infodring med skikt av rödbränd lera och därefter smält lera. Leran kan ha fungerat som en konstruktionsdetalj i en eventuell smidesgrop eller härd. De resterande bitarna är kraftigt sammansmält lera bestående av oformliga bitar samt enstaka fragment av bränd lera vars ursprungliga funktion är oklar. En smedja i Falltorp? Från Falltorp undersöktes smidesslagg (F6877) som visade sig innehålla en koncentration av metalliskt järn (Fig. 3). Ett polerprov på detta metalliska järn avslöjade att ett högkolhaltigt stål bearbetats i Falltorp. Förutom den analyserade smidesslaggen studerades smält lera från samma fyndpost okulärt. Denna var kraftigt sammansmält till oformliga klumpar i vita, gröna och blåa färgnyanser. Om denna lera aktivt varit en del i smidesprocessen är oklart. Det vill säga har den t.ex. fungerat som någon typ av konstruktionsdetalj såsom fodring eller är det rester av kraftigt värmepåverkad vällsand? I samband med denna diskussion bör vi även ställa oss frågan huruvida smidesslagen härrör från primär- eller sekundärsmidesprocessen. Eftersom vi inte har tittat på slaggerna från Falltorp i mikroskop har vi endast deras morfologi som grund för vår tolkning. Vid en första anblick kan slaggerna framträda som typiska sekundärsmidesslagger som är skiktade, delvis glasiga och med lager av kiselrikt material som kan vara vällsand. Inslaget av kiselrikt material visade sig snarare bestå av finkornigare lerigt material som varit en del av infodringen. Detta försvårar tolkningen om det är primäroch eller sekundärsmide som bedrivit i smedjan. Vi har därmed inte heller kunnat avgöra i vilken form järnet kom till smedjan eller vilken grad av bearbetning som behövdes innan smeden kunde tillverka sina föremål. 8

10 Intressant i sammanhanget är även slaggens fyndomständighet. Denna påträffades inom området för en bytomt där ett slaggvarp samt rester efter en byggnad som mycket väl kan ha varit en smedja framkom. Byggnaden var en enklare konstruktion som avgränsades av tre sidor av ansamlingar med kol. Inom en av dessa sidor fanns även störhål. Troligt är att slaggerna från Falltorp härrör från ett primär- alternativt sekundärsmide som bedrivits inom bytomten. Litteratur Englund, L-E Blästbruk. Myrjärnshanteringens förändringar i ett långtidsperspektiv. Jernkontorets Bergshistoriska Skriftserie nr 40. Stockholm. Forenius, S., Willim, A. & Grandin, L. 2005a. Järnframställning vid Bredabäck. E4-projektet i Skåne, område E4:31. RAÄ 125, Värsjö 3:10, Skånes Fagerhults sn, Skåne. Geoarkeologiskt Laboratorium, Analysrapport Uppsala. Forenius, S., Willim, A. & Grandin, L. 2005b. Blästbruk under tal I Östra Spång. E4-projektet i Skåne, område V24:1. RAÄ 6:1. Östra Spång 6:1. Örkelljunga sn. Skåne. Geoarkeologiskt Laboratorium, Analysrapport Uppsala. Grandin, L. & Hjärthner-Holdar, E Högteknologisk järnframställning. Fanns det i Närke under järnåldern? Mittens rike. Arkeologiska berättelser från Närke. Riksantikvarieämbetets Arkeologiska undersökningar Skrifter No 50. Gävle. 9

11 Figurer Figur 1. Strängfluten reduktionsslagg från Knutstorp. F967. Figur 2. Smidesslagg från Västra Via. F8089. Figur 3. Smidesslagg från Falltorp. F

12 Figur 4. Knutstorp 967a. Översiktsbild på den homogena, finkorniga slaggen som består av olivinlameller, dendritisk wüstit, hercynitkristaller och en glasfas. De större grå cirklarna är porer. Foto från mikroskopet, skala i nedre vänstra hörnet. Figur 5. Knutstorp 967b. Kontakt mellan smält lera i vänstra delen och slagg i högra delen, vilka delvis blandats med varandra. Foto från mikroskopet, skala i nedre vänstra hörnet. Figur 6. Knutstorp 968a. Översiktsbild på den homogena, finkorniga slaggen som består av olivinlameller, dendritisk wüstit, hercynitkristaller och en glasfas. Enstaka droppar av metalliskt järn (ljusa) finns i slaggen. De större grå cirklarna är porer. Foto från mikroskopet, skala i nedre vänstra hörnet. 11

13 Figur 7. Knutstorp 968b. Slaggfragment (på diagonalen den grå omgivande ytan är plast i polerprovet). Fragmentet innehåller samma komponenter som slaggerna ovan, men i andra proportioner. Foto från mikroskopet, skala i nedre vänstra hörnet. Figur 8. Västra Via 8089a. Slagg bestående av olivinlameller, dendritisk wüstit och en glasfas. Något varierande proportioner mellan dem. Foto från mikroskopet, skala i nedre vänstra hörnet. Figur 9. Västra Via 8089b. Koncentration av metalliskt järn i slagg. Provet är ett lågkolhaltigt stål och består av ferrit (ljust) med perlit (svagt blåfärgat) i kornkontakterna. Foto från mikroskopet, skala i nedre vänstra hörnet. Provet är etsat med nital. 12

14 Figur 10. Västra Via 8089b. Koncentration av metalliskt järn i slagg. Järnet består av ferrit (brunfärgat centralt i bilden). Foto från mikroskopet, skala i nedre vänstra hörnet. Provet är etsat med nital. Figur 11. Falltorp Koncentration av metalliskt järn i slagg. Högkolhaltigt stål (blå perlit med ljusa cementitlameller). Foto från mikroskopet, skala i nedre vänstra hörnet. Provet är etsat med nital. 13

15 Bilaga Terminologi Blåsning: Benämning på en järnframställningscykel i blästugn. Blästbruk: Äldre, och på nytt använd term för primitiv och lågteknisk järnhantering. Blästeröppning: Öppning för luft i blästugnens schaktvägg. Blästugn: Ugn för framställning av blästjärn av myr-, sjö-, jord- eller bergmalm. Boss: Finkornigt kantigt arkeometallurgiskt material som fastnar på en magnet, exklusive glödskal och sprutslagg. Brottyta: Ojämn flatsida på lerschaktsfragment som spruckit (vanligen i linje med vidjearmeringen) och lossnat från schaktet som ett flak. Chargering: Uppsättning/påfyllning av malm och bränsle i blästugnen. Droppslagg: Små, sfäriska slaggskal som bildas i blästugn under process. Fingerstruken: In- och/eller utvändigt lerslammad schaktvägg med fingeravtryck. Forma: Trattformigt rör av lera, i historisk tid av metall, beläget mellan blästerrör på bälg och blästerfokus i ugnens ställe. Förslaggning: Schaktväggspartier (insidor) varpå smält slagg har stelnat. Förglasning: Delar av leran har smält, ändrat färg (vanligen till svart) och i vissa fall blivit genomskinlig eller glasartad. Förekommer på schaktväggens insida, nära blästerintagen. Glödskal: Metallglänsande magnetiska skal av järnoxid som uppkommer i sekundärsmidet när järn bearbetas med kraft på ett järnstäd med slägga eller smideshammare. Grop med slagg: En grop utan närmare anläggningsbestämning fylld med slagg och ugnsrens (jfr slaggrop). Grynjärn: Samma som malmsylt. Gråbränd: Lera som bränns i syrefattig miljö blir grå. Innerbit: Schaktväggsfragment som saknar ytsida. Insida: Schaktväggsfragment med minst en ytsida, som kan vara förglasad, förslaggad eller som har en bukighet som talar för insida, eller som är rödare på en sida (insidan) än på motstående sida. Lupp: Smälta som konsoliderats eller blivit omsmält. Magring: Medel, vanligen kvartssand, barr, hår eller tagel, som leran till schaktet blandas ut med för att den inte ska sprängas av ångtrycket när den blir het. Malmsylt: Efter reduktion i ugn kvarvarande material som inte kan karakteriseras som malm, inte som järn eller slagg, som har reducerat men inte har järn/slagg-separerats. Är knottrigt/grynigt och magnetiskt. Lämpligt material att sätta upp vid nästa blåsning. Primärsmide: Inledande förädling av smältan, endera i form av omsmältning eller genom upprepad uppvärmning och kompaktering. Reduktion: Kallas den process som under tillförsel av luft (egentligen syrgas, O 2 ) och hetta förmår träkol (eg CO och CO 2 ) att reducera malm som huvudsakligen består av järnoxid (Fe 2 O 3 ) till järn (Fe) och slagg. Rensslagg: Slagg som faller ifrån smältan när den tas ur ugnen eller vid arbetsmomenten kall- och varmrensning (jfr ugnsrens). Rödbränd: Lera som bränns i syrerik miljö blir röd. Sekundärsmide: Uträckning av kompakterat järn och föremålssmide. Skarvkant: Fog mellan två lerlimpor i schaktväggen. Ibland synlig på lerväggsfragment. Slaggrop: Under schaktugn liggande grop för uppsamling av slagg, det vill säga gropen fylls med slagg redan under processens gång (jfr grop med slagg). Smälta: Produkt av reduktionsprocessen. Denna järnklump är slaggrik och inte direkt smidbar. Den behöver upparbetas/förädlas först. Sprutslagg: Små, sfäriska slaggskal som bildas flygande i luften under primärsmidets slutfas, när smältan under välltemperatur kompakteras till ett tätt järn. Stearinslagg: Slaggklump som bildas genom att slaggsträng läggs till slaggsträng. Den erhåller ett utseende som kan associeras till hur rinnande stearin formeras kring foten av ett ljus. Bildas i eller utanför blästugn. Ställe: Härdrum, det vill säga området där smältan bildas, under blästerintagen men ovanför en eventuellt underliggande slagguppsamlingsgrop. Ugnsrens: Material (slagg, träkol, infodringsfragment o d) som efter varje blåsning rensas ur ugnen, och kastas i varp, gropar eller på markytan, innan nästa blåsning påbörjas. Uppsättning: Påfyllning av träkol och/eller malm. Ytbit/ytsida: Schaktväggsfragment med en fingerstruken eller slätad sida, men oklart om in- eller utsida. 14

16 Allmänt om analyser av arkeometallurgiska material Järn Järn framställs i olika kvaliteter för olika ändamål. Rent järn (Fe, ferrit) är relativt mjukt eller som man brukar säga blött. Man blev tidigt medveten om att om järn innehöll kol fick man en produkt som var hårdare och som kunde härdas dvs man fick ett stål. Detta har varit en mycket eftertraktad produkt ända fram i våra dagar. Men om järnet innehåller för mycket kol, 1,5-2%, uppstår svårigheter. Järnet är inte längre smidbart, i varje fall inte utan föregående avkolning. Järn med mer än 2% kol kallas gjutjärn eller tackjärn. Det finns i huvudsak två sorter gjutjärn, vitt och grått. Gjutjärn används till olika typer av gjutna produkter t ex grytor. Tackjärnet färskas (dvs avkolas) för att användas till olika typer av stålprodukter med olika stålkvaliteter. Ett annat ämne som i halter upp till 1% är bra, för t ex eggar, är fosfor (P). Fosfor gör järnet hårt men sprött, vilket innebär att om järnet innehåller för mycket fosfor blir det vad vi kallar kallbräckt och riskerar gå sönder vid låga temperaturer (Crew & Salter 1993). Fosforhalten i kolfritt järn medför att det ferritiska järnet kristalliserar i två olika strukturer med något olika sammansättning. Den ena strukturen är den normala korngränsformen, den andra, helt utan korngränser återfinns ovanpå ferritstrukturen (Modin & Lagerquist 1978, Hjärthner-Holdar & Larsson 1996; 1997, Salter & Crew 1997; Buchwald & Wivel 1998). Dessa stukturer framträder vid etsning av provet. Fosforinnehållet begränsar också upptaget av kol i järnet. Järnets och dess legeringars hårdhet mäts ofta i Vickershårdhet, HV. Järnet och dess texturer Austenit: En form av järn. Rent järn förekommer som austenit mellan 910 C och 1388 C. Under och ovanför dessa temperaturer förekommer järnet som ferrit. Austenit är omagnetiskt och kan lösa ca 2% kol. I legerade stål kan austenit existera i rumstemperatur och dess hårdhet är ca 150 HV. Vid avsvalning urskiljer austeniten vid vissa temperaturer ferrit eller cementit beroende på kolhalten och ändrar sammansättning vid 723 C där resten av austeniten omvandlas till perlit. Cementit: En förening av järn och kol (Fe 3 C). Huvuddelen av stålets kolhalt föreligger som cementit då ferrit löser mycket lite kol. Cementitlameller är tunna skivor av cementit som vanligen förekommer i perlit. Korngränscementit är cementit utskild i austenitens korngränser före perlitbildningen vid den eutektoida punkten (se eutektoid) 723 C i övereutektoida stål (över 0,8% kol). Korngränscementit verkar försprödande. Ferrit: Järn (Fe) med ett kubiskt rymdcentrerat atomgitter (atomgitter = regelbundet arrangemang av atomer), dvs med en järnatom i vardera hörnet och en i centrum på kuben. Rent järn förekommer som ferrit (-järn) upp till 910 C där det omvandlas till austenit. Under 768 C är ferrit magnetiskt. olegerad ferrit har en hårdhet av ca 90 HV vid rumstemperatur. Korngränsferrit är ferrit utskild i austenitkorngränserna före perlitbildningen vid eutektoida temperaturen, 723 C, i undereutektoidiska stål, dvs stål med en kolhalt under 0,8%. Järnfosfid: En förening mellan järn och fosfor (Fe 3 P). Den är mycket hård men samtidigt spröd - fosforrikt järn är kallbräckt, vilket t ex gör att fosforhalter på 1% P och däröver gör det omöjligt att smida. Perlit: En struktur bildad vid den eutektoida temperaturen (723 C) i en järn-kol-legering. Perliten består omväxlande av lameller av ferrit och cementit som samtidigt skilts ut ur austeniten. Stål: Produkten är smidbar och är en järn-kol-legering med mindre än 2% kol. Eutektoid: En intim blandning av två eller flera kristallina faser i bestämda proportioner samtidigt utskilda ur en fast lösning. Eutektoid kolhalt är kolhalten för perlit i jämvikt, vilket i olegerade stål är 0,8%. Den eutektoida punkten är den punkt i ett fasdiagram som anger den bestämda temperaturen där reaktionen äger rum samt sammansättningen på eutektoiden. I järn-kol-systemet ligger den eutektoida punkten vid 0,8% kol och 723 C. Undereutektoidiskt stål har lägre kolhalt än 0,8% och övereutektoidiskt stål har en högre kolhalt än 0,8%. Widmanstättenferrit: Ferrit som under relativt hastig svalning utskiljs som skivor som genomkorsar austeniten. Bildningen gynnas av grov austenitkornstorlek. Widmanstättenstruktur kan uppstå i både under- och övereutektoida stål. De båda typerna kan dock skiljas åt. Smidesmetoder Vällning: Sammanfogning av järnstycken genom smidning. Som hjälpmedel kan användas t ex vällsand, huvudsakligen kvartssand (SiO 2 ). Vällsömmar är mer eller mindre synliga sömmar mellan järnstycken som vällts samman. Härdning: Upphettning till austenitområdet (se austenit) med en påföljande snabb avkylning i t ex vatten. Erhållen struktur kallas martensit. Den är hård och spröd utom vid låga kolhalter. Martensitomvandlingen är i stora delar inte 15

17 tidsbunden utan mängden bildad martensit beror, för en given austenitsammansättning, istället på den temperatur till vilken kylningen skett. Anlöpning: Värmebehandling av härdat stål för att moderera dess hållfasthetsegenskaper. Anlöpning innebär att stålets sprödhet minskar men att dess seghet ökar. Okulär klassificering av slagger Slagger är biprodukter från olika slags metallurgisk verksamhet. Reduktionsslagger bildas vid reducering av malm till metall. Reduktionsslagger, dvs slagger som uppstår vid t ex framställning av järn har vanligen en densitet på ca 3 kg/dm 3, de har en tämligen homogen sammansättning samt visar flytstrukturer t ex som rinnande stearin (typiska för t ex Bergslagens stenramsugnar). Ugnar med anordning för slaggtappning kan ge lättflutna tappslagger. Många ugnar har infodrats med lera vilken är bränd, delvis smält samt vanligen förslaggad genom inblandning av reduktionsslagg. Smidesprocessen kan underdelas i primärsmide (omsmältning och/eller rensning av smältan från slaggen) och sekundärsmide (tillverkning av föremål). Karaktäristiskt för plankonvexa primärsmidesskållor är att de är homogena i sammansättning och temperaturprofil. Karaktäristiskt för sekundärsmidesskållor är att de är heterogent skiktade, har sand/grus och kol främst i bottenpartiet, samt att de oftast känns lättare än reduktionsslaggerna. Slagger från sekundärsmidet är genom inblandning av vällsand oftast mycket sura i sina sammansättningar samt glasiga och således vanligen lätta att skilja från reduktionsslagger. Slaggtyper Reduktionsslagg: Slagg som bildas i samband med smältning av malm i ugn. Primärsmidesslagg: Slagg som i järnsmidet bildas under den inledande konsolideringsfasen. Sekundärsmidesslagg: Slagg som i järnsmidet bildas under uträckningsfasen och under föremålssmidet. Glödskal: Oftast starkt magnetiska oxidskal som bildas vid smidning. Vissa typer brukar också kallas hammarskal. Sprutslagg: Små, ca 5 mm stora, sfäriska, ihåliga, magnetiska slaggkulor som bildas flygande i luften när smältan/luppen välls ihop. Stearinslagg: Slagg som runnit neråt i strängar och där sträng lagts till sträng på samma sätt som stearin stelnar kring foten av ett ljus. Slaggers mineralogiska sammansättning De flesta slagger består av glas (med varierande sammansättning) samt en eller flera av följande kristallina faser: Oliviner, silikatmineral med den allmänna formeln A 2 SiO 4, där A oftast är järn (mineralet heter då fayalit, det vanligaste mineralet i järnblästerslagger samt kopparslagger), magnesium (forsterit, förekommer i masugnsslagger) eller mangan (tefroit). Mangan ingår också i fayalit. Vissa slagger innehåller kalciumrika oliviner, främst kirschsteinit CaFeSiO 4, som sent bildat fas. olivinerna uppträder oftast som väl utkristalliserade faser. Wüstit, FeO, är vanligt i blästerslagger. Fasen bildas vid reduktion av järnoxider (från hematit Fe 2 O 3 via magnetit Fe 3 O 4, eller direkt från magnetit) och reduceras själv till metalliskt järn. Wüstit bildar oftast droppformade, dendritiska (= trädlika ) kristaller. Sammansättningen kan variera från FeO 1,00 till FeO 1,16 ; förutom järn kan mangan och smärre mängder titan eller aluminium ingå. Magnetit, Fe 3 O 4, är ett primärt järnmineral och bildar huvudbeståndsdelen i de svenska bergmalmerna ( svartmalm ). Jämfört med wüstit kännetecknar magnetit högre temperaturer och/eller högre syretryck. Den förekommer således i masugnsslagger (högre temperatur) samt smidesslagger (högre syretryck). Magnetit uppträder oftast som oktaedriska kristaller. Hercynit, FeAl 2 O 4, är liksom magnetit ett spinellmineral som bildar väl formade oktaedriska kristaller. Dessutom uppträder hercynit sammanvuxen med fayalit. Hercyniten indikerar relativt höga aluminiumhalter (t ex inblandning av lerklining i slaggen). Pyroxener är en mineralgrupp med den allmänna formeln A 2 Si 2 O 6, varvid A = Fe, Mg, Mn, Ca. Pyroxener indikerar överskott på kiselsyra och är typiska för masugnsslagger. De kan även vara ett tecken på att flussning med kvartssand har ägt rum. Leucit är ett kaliumrikt aluminiumsilikat med formeln KAlSi 2 O 6 som indikerar alkaliöverskott. Metaller, t ex metalliskt järn eller koppar, uppträder ofta som små droppar i järn- respektive kopparslagger. 16

18 Limonit består av bruna, amorfa järnhydroxider med varierande sammansättning. Limoniten är huvudbeståndsdel i t ex sjö- eller myrmalm samt i rost. Den senare bildningen är alltså sekundär. Det inbördes förhållandet mellan olika faser ger information om olika kristallisationsförlopp, medan kristallstorleken är ett tecken på avsvalningshastigheten. För att beskriva detta används några geologiska (jfr TNC86) och kemiska begrepp: Dendrit beskriver ett mineral som kristalliserat i ormbunks- eller trädliknande mönster. I slagger är wüstit vanligtvis dendritiskt utbildad. Euhedral beskriver ett mineral med väl utbildade kristallytor. Är endast några kristallytor utbildade talar man om subhedral, utan kristallytor om anhedral. Jämvikt är i dagligt tal ett stabilt tillstånd. Verklig jämvikt föreligger när ett (kemiskt) system har nått ett tillstånd från vilket det inte har någon tendens att ändra sig (Hägg 1964, s. 45). Kristallit är en mycket liten (mikroskopisk till submikroskopisk) kristall. Textur är en bergarts eller en slaggs mikroskopiska utseende och egenskap. Exempel på texturella drag är kornstorlek, kornform, kristallform, orientering, kristallinitet och porositet. Slaggers kemiska sammansättning Under reduktionsprocessen - t ex järnproduktionen - råder betingelser som närmar sig jämvikt. Detta återspeglas i relativt homogena sammansättningar hos såväl glas som kristaller, frånvaro av zoneringar och dylikt. Bristande eller saknad jämvikt yttrar sig i starkt varierande sammansättningar, även inom en kristallindivid (dvs zonering eller överväxning). Detta indikerar starkt växlande temperaturbetingelser och/eller relativt kortvariga processer, t ex som vid smide eller gjutning. Som komplement till petrografin, dvs den mikroskopiska undersökningen, utförs rutinmässigt mikrosondanalyser. På detta sätt får man kvantitativa kemiska data över sammansättningen av glaserna och de olika kristallina faserna. Analyserna ger en detaljerad inblick i kristallisationsförlopp samt upplysning om jämviktstillstånd infunnit sig eller inte. Under jämviktsbetingelser fördelar sig t ex järn, mangan och magnesium mellan utkristalliserad olivin och glassmältan på ett lagbundet sätt. Fördelningen är beroende på rådande temperatur (= jämviktstemperatur), som kan beräknas för olivin-glas-par enligt Leeman & Scheidegger (1977; se även Hjärthner-Holdar 1993:113f). En förutsättning är att nödvändig tid för att uppnå jämvikt funnits. Denna tid kan variera från flera timmar till några dagar - ju lägre temperatur desto längre tidsfaktor. Enligt Leeman & Scheidegger (1977) kan man anta att jämvikt rått vid kristallisationen om de tre beräknade temperaturerna inte skiljer sig åt mer än 100 C. olivin-glastermometern bygger på en sammansättning av basaltiskt bergartsmaterial som alltså skiljer sig i sammansättning från slaggernas grundmassa. Det har ändå påvisats att beräknade kristallisationstemperaturer för jämviktsfördelningen av järn och mangan kan tillämpas (Kresten, Larsson & Hjärthner-Holdar 1996) för att skilja reduktionsslagger från smidesslagger under förutsättning att ett tillräckligt antal analyser utförts. Totalkemiska analyser används huvudsakligen för att bedöma vilken malmtyp som använts, samt för att granska den totala massbalansen under processen. Ändringar i den totalkemiska sammansättningen kan härledas från olika metallurgiska processer. Vid reduktionen av en malm extraheras metalliskt järn, vilket innebär att samtliga element som inte ingår i denna metallfas anrikas i slaggen relativt till malmen. Slaggen kan i varierande grad tillföras material från ugnen (t ex smält lera), från träkolsaskan och från flussmedel, om sådant använts. Reduktionsslaggerna kan således ses som en koncentration av de element som inte extraheras tillsammans med järnet, samt yttre tillskott. Under smidet sker en rad olika förändringar. Generellt är dock att materialet, dvs såväl järnet som innesluten eller omgivande reduktionsslagg, oxideras. Därtill kommer differentiationsprocesser genom att smält slagg pressas ut ur järnet, medan kristalliserade faser förväntas att bli kvar. Resorption av träkolsaska samt av fodringsmaterialet till ässjan förväntas äga rum. De mest dramatiska förändringarna i den kemiska sammansättningen sker dock när vällsand kommer till användning. Sammantaget kan smidesslaggerna således förväntas vara produkten av oxidationsoch utspädningsprocesser. Normativa beräkningar Beräkningen av normativa komponenter utifrån en kemisk analys innebär att viktsprocenten av oxiderna som ges i analysen omvandlas till (beräknade) mineralfaser, vilka oftast ges i molprocent, mer sällan i viktsprocent. Därmed underlättas bl a jämförelse med resultaten från de petrografiska analyserna. 17

19 Beräkningsmetoden är sedan länge etablerad inom geologin (Cross m fl, 1903). För förhistoriska slagger har metoden introducerats av Kresten & Serning (1983), med senare vidareutveckling (Kresten 1984). Den har sedan dess modifierats något för att så mycket som möjligt vara anpassad till förhistoriska slaggers observerade mineralogiska sammansättningar. Därutöver har anpassning skett till såväl observerade kristallisationsföljder av slagger samt kristallisationssekvenser som kan förväntas från geokemiska principer. Fysikaliska parametrar Totalkemiska analyser kan användas för beräkning av fysikaliska egenskaper såsom viskositet (Bottinga & Weill 1972; Shaw 1972) och densitet (Bottinga & Weill 1970; Bottinga, Weill & Richet 1982; diskussion av Hall 1987 p. 67 ff). I samband med normativa beräkningar utförs även beräkningar av viskositet (Shaw 1972) och densitet (Hall 1987), båda parametrar gällande för en temperatur på 1250 C dvs flytande tillstånd. Till skillnad mot t ex vulkaniska lavabergarter vilkas innehåll av lösta gaser förorsakar att beräkningar blir endast approximativa (Hall 1987) är slagger relativt torra produkter och förväntas ge mer pålitliga resultat. Yttrium (Y) och sällsynta jordarter (Rare Earth Elements, REE): lantan (La)-lutetium (Lu) är namnet till trots mycket vanliga spårelement. De förekommer som ersättare för huvudelementen (t ex kalcium, järn, magnesium) i bergartsbildande mineral samt bildar egna mineral, främst i pegmatitmiljö. Man skiljer mellan lätta sällsynta jordarter dvs La-Eu som är relativt stora joner, och tunga sällsynta jordarter dvs gadolinium (Gd)-Lu samt Y som är mindre joner. Valenstalet är oftast tre, men cerium (Ce) uppträder fyrvärt och europium (Eu) tvåvärt. I slagger förväntas elementen förekomma både i glas och utkristalliserade silikatfaser (olivin, pyroxen). Utvärderingen av sällsynta jordarters fördelning i geologiska material sker konventionellt genom att jämföra s k kondritnormaliserade kurvor. Dessa erhålls genom att dividera halten av varje enskilt element med halten på motsvarande element i en kondrit dvs stenmeteorit som används som referens. Denna metod skapades dels för att eliminera effekten av Oddo-Harkins regel, nämligen att grundämnen med jämna atomnummer är mer frekventa än de med udda atomnummer, dels för att meteoriter är s k primitivt material i meningen att de inte deltagit i senare omsmältnings-, omvandlings- eller vittringsprocesser. För normaliseringen har vi valt Chondrite CI average (Evensen, Hamilton & O'Nions 1978). Variationsdiagram används för att grafiskt åskådliggöra variationen i huvud- och spårelementhalterna. Liksom för sällsynta jordarter används även här normaliseringsmetoden, dock med referensslaggen W-25:R från Gryssen (Kresten & Hjärthner-Holdar 1994) som referens. Elementen är ordnade på så sätt att de som är mest benägna att ingå i smältan återfinns på diagrammets vänstra sida, medan elementen som är benägna att ingå i metallfasen återfinns mot höger. Slaggers magnetiska egenskaper Alla prover testas med handmagnet och magnetiseringsgraden återges i en skala från omagnetisk till starkt magnetisk. Denna karaktäristik blir givetvis något subjektiv. Stundom är de magnetiska egenskaperna inte homogent fördelade inom ett slaggstycke. I dessa fall återges variationerna samt en uppskattning av fördelningen. Referenser Bottinga, Y. & Weill, D.F Densities of liquid silicate systems calculated from partial molar volumes of oxide components. American Journal of Science 269, Bottinga, Y. & Weill, D.F The viscosity of magmatic silicate liquids: a model for calculation. American Journal of Science 272, Bottinga, Y., Weill, D.F. & Richet, P Density calculations for silicate liquids. I. Revised method for alunimosilicate compositions. Geochimica et Cosmochimica Acta 46, Buchwald, V.F. & Wivel, H Slag Analysis as a Method for the Characterization and Provenancing of Ancient Iron Objects. Materials Characterization 40, Crew, P. & Salter, C Currency bars with wealded tips. s i Espelund, A. (edit.) Bloomery ironmaking during 2000 years. Seminar in Budalen Trondheim. Cross, W., Iddings, J.P., Pirsson, L.V. & Washington, H.S Quantitative clasification of igneous rocks. University of Chicago Press. Evensen, N.M., Hamilton, P.J. & O'Nions, R.K Rare-earth element abundances in chondritic meteorites. Geochimica et Cosmochimica Acta 42, Hall, A Igneous Petrology. Longman Scientific & Technical, New York. 573 pp. Hjärthner-Holdar, E Järnets och järnmetallurgins introduktion i Sverige. Med bidrag av Peter Kresten och Anders Lindahl. Aun 16, Uppsala. 18