G A L GEOARKEOLOGI. Järnframställning i Gråfjellområdet Arkeometallurgiska analyser av 2005 års undersökningar. Dnr

Transkript

1 Dnr GEOARKEOLOGI Järnframställning i Gråfjellområdet Arkeometallurgiska analyser av 2005 års undersökningar Järnframställningsplatserna 23/J, 28/Tr, 29/S, 30/F, 31/M, 32/M, 33/M och 34/M Rostningsplatserna 18/J, 20/J och 24/J Gråfjellområdet Åmot kommune Hedmark Norge G A L Geoarkeologiskt Laboratorium Analysrapport nummer Avdelningen för arkeologiska undersökningar UV GAL Daniel Andersson Lena Grandin Ole Stilborg Annika Willim

2 Innehållsförteckning INLEDNING... 2 MÅL OCH SYFTE... 2 JÄRNFRAMSTÄLLNINGSPLATSERNA OCH ROSTNINGSPLATSERNA... 2 MATERIAL OCH METOD... 3 PROVURVAL OCH VAL AV ANALYSMETOD... 3 METODER... 4 Petrografiska undersökningar... 4 Metallografiska undersökningar... 4 Keramiska analyser... 4 Totalkemiska analyser... 5 RESULTAT... 5 OKULÄR GRANSKNING... 5 Jfp 23/J... 5 Jfp 28/Tr... 6 Jfp 29/S... 6 Jfp 30/F... 7 Jfp 31/M... 7 Jfp 32/M... 7 Jfp 33/M... 8 Jfp 34/M... 8 Rostningsplatser... 8 PETROGRAFISKA UNDERSÖKNINGAR AV SLAGG Förutsättningar Analysresultat Utvärdering av resultaten METALLOGRAFISKA UNDERSÖKNINGAR AV METALL Förutsättningar Analysresultat Utvärdering av resultaten KERAMISK ANALYS Inledning Material Frågeställningar Resultat Diskussion TOTALKEMISK ANALYS AV MALM, SLAGG OCH LERA Malmer och slagger Sällsynta jordartsmetaller Ugnsväggar SLUTDISKUSSION MALMEN JÄRNET SLAGGER UGNSVÄGGAR REFERENSER FIGURER

3 Inledning På uppdrag av Kulturhistorisk museum, Universitetet i Oslo, har Geoarkeologiskt Laboratorium (GAL) vid Avdelningen för arkeologiska undersökningar (UV), Riksantikvarieämbetet, i Uppsala genomfört arkeometallurgiska analyser på material från järnframställning i Gråfjellsområdet, Åmot kommune, Hedmark, Norge. Kathrine Stene (projektledare) och Bernt Rundberget (projektmedarbetare) har varit kontaktpersoner inom projektet. Från GAL:s sida deltog Lena Grandin, Daniel Andersson, Svante Forenius och Annika Willim. Rapporten har utarbetats av Daniel Andersson, Lena Grandin och Annika Willim i samarbete med Ole Stilborg på Keramiska forskningslaboratoriet (KFL) i Lund. Analyserna omfattar material från 2005 års utgrävningar på åtta järnframställningsplatser samt material från tre rostningsplatser. År 2003 och 2004 genomfördes arkeometallurgiska analyser av slagger, malm och metaller från de årens utgrävningar. Resultaten finns presenterade i två rapporter från GAL (Grandin, Forenius och Hjärthner-Holdar 2004 samt Grandin, Willim, Forenius och Stilborg 2005). Under våren 2004 anordnade Gråfjellsprojektet ett temamöte om järnframställningen i Gråfjellområdet, där även de arkeometallurgiska resultaten presenterades. Under mötet diskuterades och jämfördes arkeologiska och analytiska resultat och kommande undersökningsmetoder liksom vilka prioriteringar som kunde vara värdefulla inför kommande grävsäsonger. Ett antal fältbesök i undersökningsområdet har även gjorts av GAL. Det första ägde rum i slutet av augusti Under besöket diskuterades framförallt provtagning och grävningsmetoder. Detta besök följdes upp av ytterligare två, ett i mitten av juli 2004 och ett i juni Även under dessa besök fördes värdefulla diskussioner om de olika lokalerna samt undersökningsmetoder. Den kunskapsinhämtning som besöken inneburit har även gett stor hjälp till det fortsatta arkeometallurgiska analysarbetet av prover från platserna. GAL har genomfört analyser och tolkningar av dessa för metaller, malmer och slagger. Schaktmaterial och lerprover har analyserats och utvärderats av Ole Stilborg, KFL. Mål och syfte UV GAL har utfört arkeometallurgiska analyser på utvalda prover från 2005 års fältundersökningar. Materialet utgörs av slagg, malm, metall, samt schaktmaterial. Enligt önskemål från uppdragsgivaren ska fokus ligga på schaktmaterialet, malm- och metallprover. Syftet med analyserna har varit att belysa och analysera problemställningar knutna till teknologisk kunskapsnivå såsom ugnstyper, järnkvaliteter, framställningsteknik, processkunskap, smidesarbete, malmtyper, samt verksamhetens omfång och organisation. Provmaterialet från 2005 är dessutom den tredje analysomgången som utförs av GAL på uppdrag av Gråfjellsprojektet. Denna situation möjliggör en jämförelse och utvärdering av resultaten från proverna från 2003 och 2004 års fältsäsonger vilket även har varit målet. Järnframställningsplatserna och rostningsplatserna Det analyserade materialet från 2005 års fältsäsong kommer från åtta olika järnframställningsplatser samt tre rostningsplatser. Järnframställningsplatserna har i stora drag en likartad rumslig struktur där en eller flera ugnslämningar är belägna i närheten av slagghögar samt kol- och malmupplag även om variationer finns (Rundberget 2006). Ett stort antal av de un- 2

4 dersökta ugnarna är schaktugnar som har en underliggande grop, som i flera fall är stenfodrad och har en inre trävägg. Delar av ugnsväggen som påträffats visar att den varit byggd av lera. I några fall har ett yttre bark-/flisskikt också noterats på det brända lermaterialet. Några av ugnarna har varit nedgrävda i avlånga gropar, vanligen utsträckta parallellt med tillhörande slagghög. Ugnarna har under processens gång tappats på slagg som på många av platserna också har noterats in situ intill ugnarna. Ett fenomen som också framträder på flera av lokalerna är att slagg har trängt ner mellan stenfodring och trävägg och i några även in i gropen. De flesta av proverna kommer ifrån Jfp 29/S och Jfp 23/J som av uppdragsgivaren har prioriterats för de arkeometallurgiska analyserna. Övriga platser, Jfp 28/Tr, 30/F, 31/M, 32/M, 33/M och 34/M samt rostningsplatserna 18/J, 20/J och 24/J, behandlas i mindre omfattning. Platserna är fördelade över hela det undersökta järnframställningsområdet, från Jfp 30/F längst i sydväst till Jfp 31/M, 33/M och 34/M i nordöstra delen (Fig. 1). Material och metod Provurval och val av analysmetod När provmaterialet inlämnades till GAL gjordes en översiktlig okulär genomgång och ett förslag för analysarbetet utformades i samråd med Bernt Rundberget. Då provmaterialet innehåller relativt många prover av ugnsväggar, vilka i tidigare undersökningar inte varit prioriterade, har merparten av dessa nu valts för analys. Analyser av ett lerstensprov, vilket eventuellt kan vara magringsmaterial till ugnskeramiken, och ett lerprov nära en av järnframställningsplatserna ger ytterligare information om uppbyggnaden av ugnarna. En geografisk variation i den kemiska sammansättningen hos malmerna kopplad till bildningsmiljö och/eller omkringliggande berggrund är tänkbar. Malmprover har därför valts från ett flertal järnframställningsplatser och rostningsplatser för att bygga på den geokemiska databasen från tidigare undersökningar. Där så varit möjligt har även slagger och metallprover valts från dessa platser för att undersöka petrografiska och kemiska samband med malmen. I provmaterialet fanns även ett antal lerpluggar vars ursprung och ändamål i järnframställningsprocessen inte är känd. Vid en första genomgång kunde de delas in i två grupper och ett prov från varje grupp har valts för analys. Det övergripande målet har generellt varit att analyserna ska omfatta alla materialtyper från respektive järnframställningsplats/rostningsplats. När materialet studerades noggrannare, och provprepareringen började, framkom att en del prover inte var lämpliga för vissa analyser, medan andra kunde vara viktigare för samma eller annan analysform. Därför gjordes efter hand en mindre omprioritering inom de olika materialkategorierna. Syftet var dock fortfarande att analyserna skulle omfatta alla materialtyper från respektive plats och/eller ugnsområde. Slaggerna som undersöks med totalkemiska analyser undersöks också petrografiskt (tunnslip) för att kunna urskilja processdetaljer. Metallprover studeras i polerprov för att bedöma deras sammansättning och kvalitet (ibland flera polerprov på varje provnummer). Tunnslipsanalys och termiska analyser görs av ugnsväggsmaterial för att se dess uppbyggnad och bränningstemperatur. Såväl malmer som ugnsväggar analyseras även med totalkemiska analysmetoder för att få kunskap om deras innehåll av huvud- och spårelement. Resultaten används för att kunna fastställa eventuellt kemiskt släktskap mellan malmer respektive mellan malmer och slagger och ger möjligheter att uppskatta utvinning. Eventuell inblandning av ugnsväggen i processen kan också utvärderas. 3

5 Metoder Petrografiska undersökningar Av fem av slaggerna tillverkades tunnslip av så stora ytor som möjligt av deras tvärsnitt för att kunna få en detaljerad bild av vilket processled de representerar och hur processen fungerat samt för att vara ett komplement i tolkningen av de totalkemiska analyserna. Petrografiska undersökningar utfördes i genomfallande och påfallande (planpolariserat ljus) för att identifiera materialets olika komponenter och texturella drag. Undersökningen gjordes i ett Zeiss Axioskop 40A polarisationsmikroskop. Slaggerna består huvudsakligen av olivin, wüstit och glas. Vanliga inslag är också hercynit, magnetit, leucit, limonit och 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 också ett mycket vanligt inslag i slagger från blästbruket. Om höga koncentrationer av wüstit förekommer är slaggens totala järnhalt vanligtvis också hög. Glas utgör slaggernas restsmälta och kan därför variera kraftigt i sammansättning beroende på vilka mineral som tidigare kristalliserat, slaggernas totalsammansättning och avkylningsförlopp. Magnetit, Fe 3 O 4, kan förekomma i stället för wüstit om temperatur och/eller syretryck är högre. Ett mineral som kan förekomma i slagger med relativt höga aluminiumhalter är hercynit, FeAl 2 O 4. Höga aluminiumhalter i kombination med höga kaliumhalter återfinns i leucit, KAlSi 2 O 6, som i vissa slagger kan förekomma i stället för den vanligare glasfasen. Droppar av metalliskt järn, några mikrometer stora, är också vanligt inslag i slagger från reduktionsprocessen. Limonit, järnhydroxider med varierande sammansättning, är huvudkomponent i sjö- och myrmalm och kan uppträda i slagger som oreducerade rester men vanligtvis förekommer limonit som en sekundär bildning, dvs. i form av rost. Metallografiska undersökningar Metallografiska undersökningar utfördes på 9 polerade järnprov i påfallande ljus, med syfte att bedöma järnkvaliteten. Under mikroskopet framträder järnets olika texturer i prover, som etsats med 2% nitallösning, beroende på kemisk sammansättning och bearbetningssätt. Metoden är alltså användbar för att bedöma kolhalten i materialet, t.ex. om det är ett mjukt järn eller ett hårt 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 styckets kvalitet och ändamål. Undersökningen gjordes i ett Zeiss Axioskop 40A polarisationsmikroskop. Några termer som används för att beskriva metallen 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. Stål är samlingsbenämning på en smidbar järn-kollegering med mindre än 2 % kol och som byggs upp en kombination av ferrit, cementit och perlit. Keramiska analyser Mikroskopering av tunnslip i polarisationsmikroskop Tunnslip är 0,03 mm tunna preparat av i detta fall keramik, som kan analyseras i ett polarisationsmikroskop. Med denna metod kan man bedöma mängden, kornstorleksfördelningen och 4

6 arten av naturligt grovmaterial (silt och sand). Vidare kan man urskilja samt bedöma mängden och kornstorleken på eventuell tillsatt magring. En mineralogisk bestämning av grovfraktionerna i leran kan göras. Lerans innehåll av bl.a. järnoxid, glimmer, malm och andra mineral kan uppskattas. Vid förstoringar på X studeras eventuella förekomster av exempelvis diatoméer (kiselalger) och kalkfossil. Bildanalys i programmet Kontron KS300 har använts för att studera variationen i kornstorleksfördelning i större detalj. Fördelningen av korn 0,1 mm beräknas på hela slipet vid 20 X förstoring, medan intervallet < 0,1 mm 0,01 mm studeras på fem utvalda, representativa ytor vid 100 X förstoring. Svepelektronmikroskopi med EDS-analys (SEM-EDS) EDS-analysmetoden syftar till att bestämma vilka grundämnen som ingår i ett föremål. Analysen är begränsad till huvudelement med en detektionsgräns för de flesta element mellan ungefär 0,1-0,2 % (Lindh 2006). Termiska analyser Genom att bränna redan brända keramiska fragment i hundra graders steg upp till 1000 C och registrera färgutvecklingen med Munsell Soil Color Chart, kan den ursprungliga bränningstemperaturen bestämmas med ca. 100 C noggrannhet Thermal Colour Test (Hulthén 1976). När den ursprungliga bränningstemperaturen överskrids resulterar detta i en tydlig ändring av den ursprungliga färgen. Bränningstemperaturen har då legat mellan den senaste avläsningen av en oförändrad färg och avläsningen då en färgförändring har inträtt. Över 1000 C registreras sintringsförloppet fram till provets smältpunkt i 50 C intervall. Totalkemiska analyser Totalkemisk analys utfördes på 4 slaggprov, 6 malmprov, 5 ugnsväggsprov, ett lerstensprov och ett lerprov hos Analytica AB, Luleå. Använd analysmetod är ICP-AES för huvudelement och ICP-QMS för spårelement. Totalt analyserades 46 element i varje prov. Slaggproven har också studerats i mikroskop. Ugnsväggarna har även analyserats med keramiska analyser. Resultat Okulär granskning Samtliga prover har granskats okulärt. De beskrivs kortfattat i tabellform (Tabell 1). De analyser som genomförts för de olika provkategorierna finns också noterade i tabellen. Analysresultaten följer senare i egna avsnitt. För att få en översikt över provernas kontext presenteras inledningsvis de järnframställningsplatser och rostningsplatser som proverna kommer ifrån. Denna bakgrundsinformation är huvudsakligen baserad på Gråfjellsprojektets undersökningar och resultat som presenteras i sin helhet i projektets årsrapport (Rundberget 2006). Jfp 23/J På järnframställningsplats 23/J påträffades totalt tre slaggvarp och tre ugnslämningar. Området mellan slagghögarna bestod av ett ugnsområde och ett kollager samt ett malmlager. Av ugnarna fanns den del som inom Gråfjellsprojektet omnämns som ugnsgrop bevarad. Ugnsgroparna var fodrade med stenar, i något fall även med bottenskållor. Innanför stenfodringen påträffades rester av en laggad trävägg. Delar av en lerschaktvägg, över den nedgrävda gropen fanns det också rester av, liksom en tunn vägg av bark/flis utanför lerväggen. I ugnsgropen 5

7 påträffades lerpluggar, mm långa och med ett cirkelformat tvärsnitt mm. Slagg från denna ugnsgrop uppvisade avtryck med samma form som lerpluggarna (Damlien 2005a). Såväl lerpluggar som en lerschaktvägg har analyserats för att se om de innehåller samma lertyp. Även ett metallprov har valts ut för analys. Jfp 28/Tr Järnframställningsplats 28/Tr har förutom två stycken ugnar, ett bearbetningsområde och rester efter en byggnad (Rundberget 2006). En av ugnarna har en undre stenfodrad grop med inre laggad trävägg. Den andra ugnen saknar stenfodring men har trävägg. Från båda påträffades delar av lerschaktväggen och en yttre flisvägg. Denna järnframställningsplats valdes för analys för att få en uppfattning om vilken typ av järn som tillverkats på platsen. Material valdes från bearbetningsområdet, där vi kan anta att det järn som tillverkats i någon av blästugnarna har bearbetats vidare, antingen genom omsmältning eller genom hopslagning, eventuellt en kombination av båda. Metallprov togs också från en slagghög, relaterad till en av ugnarna. Dessutom fanns ett prov från husgrunden. Provet från slagghögen var morfologiskt intressant eftersom den har ett avtryck som eventuellt kan vara från blästeröppning i ugnen. Provet består förmodligen av en blandning av metall och slagg som formats runt luftintaget. Detta är ett tämligen vanligt fenomen i blästugnar, speciellt då någon form av blästerrör sticker in en bit i schaktet. Provet från bearbetningsområdet som har undersökts utgörs av en blandning av svampigt järn och slagg. Styckets yttersidor, främst en, är plan och kan vara tillplattad till följd av en första hopslagning. Det svampiga järnet som är fördelat i slaggen visar dock att metallen inte är särskilt väl konsoliderad/kompakterad i detta fall. Provet från husgrunden utgjordes av oregelbundet formade klumpar, liknande stearinformade slagger. De är dock tyngre och rikare på metall än provet från slagghögen. Järnet är också mer koncentrerat i styckena från husgrunden. Styckenas oregelbundna yttre former antyder att de inte har bearbetats mekaniskt. Frågan om grad av bearbetning återkommer vi till när de metallografiska analysresultaten presenteras. Jfp 29/S Järnframställningsplats 29/S låg i den södra delen av undersökningsområdet i Gråfjellsregionen. Platsen följer det tidigare nämnda rumsliga mönstret med två parallellt belägna slagghögar, men innehåller komponenter som gör att platsen också avviker från flera av de andra. En av dessa är den slaggvall som dokumenterades intill en av slagghögarna. Intill denna slagghög fanns inte bara en utan fyra ugnar. Den andra slagghögen hade dock endast en ugn i sin närhet. Slaggen i slaggvallen noterades avvika från slaggerna i högarna och intill vallen fanns en sten som kan ha använts för bearbetning (Rundberget 2006 och Damlien 2005b) varför en tolkning om ett bearbetningsområde gjordes. Ugnarna var av typen schaktugn med slaggavtappning och hade en underliggande grop. Ugnsgroparna var stenfodrade och hade en inre laggad trävägg. Slagg hade tappats ut ur ugnarna och fanns i flera fall in situ. Slagg hade också runnit ner mellan trävägg och stenfodring och i vissa runnit in i ugnsgropen. Rester av en lervägg fanns också. Tre av ugnarna låg tätt intill varandra och har troligen inte varit igång samtidigt. Två av ugnsgroparna hade dessutom kollapsad vägg. Slagger provtogs för analys från två av de tre ugnarna som låg i bredd. Från den mittersta (101839) utgörs provet av en tappslagg som har stelnat mot schaktväggen. Från ugnen 6

8 (101879) intill denna har vi analyserat en slagg med tappslaggens karaktäristiska rinnstruktur men med avtryck på båda sidor, den ena efter sten den andra efter trä. En slagg från det så kallade bearbetningsområdet valdes också för analys för att jämföra med tappslaggerna Vid delning av denna slagg framkom tydligt att den innehöll mer järn än slagg möjligen förklarar detta den okulärt noterade skillnaden i slaggvallen jämfört med i slagghögarna. Slaggen var därför inte lämplig för en totalkemisk analys för att jämföra med tappslaggerna men utmärkt för en metallografisk analys för att se metallens kvalitet och om styckena blivit hopslagna eller återuppvärmda. Från de inlämnade metallproverna valde vi att analysera ett från den ensamliggande ugnen. Inom området fanns även ett kollager och ett malmlager. Ett tjockt lerlager med bränd lera påträffades dessutom utanför produktionsområdet. Möjligtvis kan detta lager innehålla resterna efter kasserat ugnsväggsmaterial eller eventuellt innehålla material som använts till omarbetning eller lagning av ugnar. Från detta lager togs lerprover för keramiska analyser. I lelagret fanns också flera lerstenar. Sten av liknande karaktär har provtagits från slagghögen på andra sidan av järnframställningsplatsen där en del större stenar fanns tillsammans med fragmenterat schaktmaterial. Frågan var om denna typ av sten på något sätt har ingått i schaktväggens uppbyggnad. Inom lokalen registrerades även ett stort antal kolgropar. Jfp 30/F Järnframställningsplats 30/F är en av de största som påträffats och undersökts i Gråfjellsområdet med fyra avlånga slagghögar parvis placerade på rad i nordsydlig riktning och med tillhörande fyra ugnar däremellan (Rundberget 2006). På platsen fanns också lager av malm och kol. Utmärkande för denna plats är också det stora antalet rostningsplatser, 18 stycken intill slagghögarna, och malm från en av dessa har ingått i vår undersökning för att jämföras med malmer från andra platser. Däremot har ingen slagg eller annat material ingått i GAL:s analyser. Jfp 31/M På järnframställningsplats 31/M fanns två parallella slagghögar med varsin tillhörande ugn. Båda ugnarna hade underliggande gropar som var stenfodrade och med en inre trävägg (Rundberget 2006). Den ena hade delar av schaktväggen bevarad. Denna utgjordes av lera, på utsidan täckt av en flisvägg. Tappslagg fanns in situ och slagg hade också runnit ner mellan sten- och trävägg. Från denna plats valdes metallprover ut för att undersöka järnets kvalitet. Ett prov togs från slagghög tillhörande ugnen med delvis bevarad schaktvägg, och ett prov från den andra ugnen. Båda proverna består av en blandning av järn och slagg. Provet från slagghögen innehåller en större koncentration järn som förefaller väl konsoliderad, för övrigt mest svampigt järn och slagg. Jfp 32/M En av de östligaste järnframställningsplatserna som undersökts är 32/M. Likt på många andra platser fanns här två parallella slagghögar med varsin tillhörande ugn, nedgrävda i varsin avlång grop. Ugnarna har varit uppbyggda av väggar av lera. Tappslagg påträffades in situ. Ugnarnas underliggande gropar var fodrade med sten och hade en inre laggad trävägg. Mellan sten och trä hade slagg runnit ner. Två stycken metallprover valdes för analys av metallkvalitet. Det ena provet kommer från den ena ugnen, det andra från slagghögen relaterad till denna ugn. Både proverna innehåller koncentrationer av järn. 7

9 Från denna plats har också lerväggar valts ut för analys. Ett prov togs från vardera slagghögen. De utgörs av flera skikt. Utifrån och inåt består de av bränd lera, delvis smält lera och slagg som smält samman med leran. I ett av proven har slagg trängt genom en spricka i godset. Jfp 33/M I de norra delarna av Gråfjellsområdet låg järnframställningsplats 33/M. Likt många av de andra platserna påträffades två ugnar med tillhörande slagghögar. Båda ugnarnas underliggande delar utgjordes av stenfodrade gropar med en inre laggad trävägg. Det fanns inga spår av schaktväggen hos någon av dem. Däremot fanns tappslagg in situ vid en av ugnarna, som var nedgrävd i en avlång grop. Tre prover hade valts från denna plats, ett metallprov, en slagg och en ugnsvägg. Metallprovet visade sig innehålla mest slagg varför det inte gjordes någon metallografisk analys på det. Jfp 34/M Alldeles intill 33/M låg 34/M. Avståndet mellan platserna var endast 25 m. Möjligen är de båda del av en större plats (Rundberget 2006). Organisationen på plats 34/M förefaller avvika från den mest utbredda i området. Det påträffades visserligen två slaggområden med tillhörande ugnar men flera generationer av ugnar, delvis överlappande varandra noterades. Det ena området har en slagghög och en hästskoformad slaggkoncentration. I öppningen i slaggkoncentrationen påträffades två överlagrande ugnar. Den äldre hade en underliggande stenfodrad grop med laggad trävägg där slagg runnit mellan trä och sten ner i gropen. Den yngre ugnen var delvis nedgrävd i den äldre. Härifrån fanns rester av schaktväggen, slagg med träavtryck och tappslagg in situ. Däremot påträffades ingen stenfodring eller trävägg. I det andra slaggområdet fanns också två, delvis överlappande ugnar, i slagghögen. Den äldre hade en underliggande stenfodrad grop med inre trävägg. Väggen var delvis inrasad och slagg hade trängt in i gropen. Den yngre ugnen var nedgrävd i massor från den äldre. Från den yngre fasen fanns tappslagg in situ. En av tappslaggerna ingår i våra analyser, liksom metallprov från en av de andra ugnarna. Ett ugnsväggsprov har också analyserats. Rostningsplatser Magnetometerundersökningar har använts på ett mycket framgångsrikt sätt inom Gråfjellprojektet för att påvisa rostningsplatser (Rundberget 2006). Under 2005 års fältsäsong lokaliserades cirka 200 nya rostningsplatser. Sexton stycken platser undersöktes och från tre av dessa har GAL fått malmprover för analys. Rostningsplats 18/J och 20/J ligger i områdets norra del och Rp 24/J i den östra delen (Fig. 1). Rp 18/J totalundersöktes men på de båda andra gjordes endast provstick. Rostningsplatser i Gråfjellregionen är vanligtvis belägna på torra ytor och ryggar i omgivande våtmarker. En sådan placering kunde också noteras för Rp 18/J som föreföll vara tämligen bra bevarad och låg på en låg, lutande rygg. I den omgivande våtmarken påträffades också färsk malm som varierade i storlek från små korn till tiokilosklumpar. Vid utgrävningen av Rp 18/J framträdde en rostningsplats, som mest 0,4 m hög som i profil uppvisade lager av olikfärgade rostade malmer och inslag av kol. Även horisonter av färsk malm noterades (Rundberget 2006). Prover för analys togs från det övre lagret med ljusröd finkornig malm och det undre där en något mörkare brun malm noterades. 8

10 Tabell 1. Sammanställning av prover som har inkommit till GAL. En kortfattad beskrivning finns för samtliga. Noteringar har gjorts om vilka prover som har valts för analys och vilken typ av analys. De detaljerade analysresultaten presenteras i följande text om de respektive materialkategorierna. Jfp 23/J Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt Analys Magnetism Kommentar Slagg med avtryck Metallprov Ugnsvägg Lerpluggar Från slagghög Från ugn Från slagghög Från ugn (g) 1 690,4 Starkt magn ,2 Metallografi, ingjutna polerprov Totalkemi, ICP Keramiska, KFL ,4 Keramiska, KFL Jfp 28/Tr Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) Metallprov Metallprov Från lerlager i tuft. Från bearbet Metallografi, 2 ingjutna polerprov 3 111,6 Metallografi, Magn. Svagt magn. Påsmält slagg Analys Magnetism Kommentar Magn. Magn. Utsida: Konvex form med ett ringformat avtryck/kant som sträcker sig över hela bitens mitten parti. Under ringen påsmält matrl. av småslagg och grus. Ovanför trögfluten, småporig homogen slagg. Insidan: Konvex form, järnrester och påsmält sten. Ojämn struktur. 0,15 0,09 0,05 m. Största biten, konvex form, småporig. Oregelbundna ytterkanter. Rester och avtryck av kol. Ås som sträcker sig över hela provets längd. 0,08 0,07 0,03. 2 fragm. Trögflutna, 0,02 0,02 m. I tvärsnitt ca hälften metall hälften slagg. Metall konc. runt hålrum. Svagt konvex. Utsidan: rödbränd osmält lera därefter parti med gråbränd lera. Avtryck av cm-stora kolbitar. Insidan Slagg fast-smält i ett par cm homogent tjockt parti som har stearinformade fastsmälta klumpar. I tvärsnitt: 1 cm rödbränd lera, därefter tjockare parti med grå lera och insmält sten samt en del med slagg. 0,20 0,15 0,08 m. Cylinderformade bitar, vissa med böj i ena änden. Homogent brunbränd lera med enstaka magringskorn. Längsta biten 0,07 m, kortaste 0,02 m. Tjocklek ca 0,01-0,02 m. Oregelbundna fragment med slaggliknande ytterform men tyngre och sannolikt innehållande metalliskt järn. I tvärsnitt mestadels järn, tätt till porösare. Täta, oregelbundna. Största biten järn? En flat sida, den 9

11 Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) ningsområde Metallprov NV från slagghög Jfp 29/S Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) Tappslagg Bearbetningsslagg Bearbetningsslagg Metallprov Tappesøyle Metallprov Från ugn Från bearbetningsområde Från ugn Från ugnsområde Analys Magnetism Kommentar ingjutna polerprov 1 111,6 Starkt magn ,1 Totalkemi, ICP Petrografi, tunnslip 5 294,7 Petrografi, tunnslip Från bearbetningsområde Från ugn Finfördelat i påse Analys Magnetism Kommentar Omagn. Magn. motsatta en y-formad ås. 0,08 0,06 0,02m. De mindre: 0,04 0,04 och 0,04 0,02. I tvärsnitt svampigt järn och slagg. U-formad med oregelbundna kanter. Troligen metall och slagg. 0,07 0,04 m. Avtryck från blästeröppning? Oregelbunden, fluten och tät med en tydligt plan sida och en diffusare med stenavtryck. Strängfluten slagg på ytterkanten. Sidorna har avtryck av underlaget och sten. I tvärsnitt: homogen slagg med gasblåsor närmast ytterkant mot avtryck. 0,07 0,06 0,03 m. Oregelbundna, täta till gryniga. 3 prov sågades samtliga rika i metall I tvärsnitt: en med koncentration av tätt järn, två har svampigt järn och slagg. 0,03 0,03 m. Svampigt järn och slagg till analys. 308,3 Magn. Slagger i storlek fingrussten, utblandat med bergartsfragment 1 93,2 Metallografi, ingjutna polerprov Totalkemi, ICP Petrografi, tunnslip Starkt magn. Svagt magn ,4 Starkt magn. Oregelbunden tät och trögfluten bit utan kontaktytor. Avtryck av sten. I tvärsnitt: huvudsakligen slagg med enstaka konc av metalliskt järn ca 1 cm stora. 0,05 0,03 m. Bitar med passform, den ena fragmentarisk. Pelarformad där slaggen runnit mot ett underlag bestående av bitar av slagg och grus. Innehåller även ugnsväggsbitar och avtryck av kol. Fluten bitvis tät, plan överyta. 0,2 0,15 m. Svagt konvex, trögfluten och småporig. I tvärsnitt: mest slagg med spår av järn i mittenpartiet, samt ansam- 10

12 Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) Malmprov Från malmlager Lersten Från slagghög Ugnsvägg Ugnsvägg Från slagghög Från slagghög Lerprov Lerlager Finfördelat i påse 1068,5 Totalkemi, ICP av finkornigt, siktat material 1 536,2 Totalkemi, ICP Keramiska, KFL ,8 Totalkemi, ICP Keramiska, KFL Keramiska, KFL Jfp 30/F Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) Från rostplats Jfp 30/F Malmprov Finfördelat i påse 530,7 Totalkemi, ICP Keramiska, KFL 89,2 Totalkemi, ICP av representativt prov Analys Magnetism Kommentar Starkt magn. Omagn. Parti med starkt magn. järn. Omagn. lat runt blåsbildningar i slaggen. Avtryck av kol/ved. 0,15 0,12 0,02 m. Svart fuktigt mycket organiskt material och kvartskorn. Fåtal större klumpar av slagg/metall i stenstorlek (beskr. lika (2003 s. 19)) Rosagrå, flat och skivig. I tvärsnitt: Sekundär påverkan, rottrådar i sprickor Analys Magnetism Kommentar Magn Relativt platt form. Utsidan röd- och gråbränd lera. Plan insida med påsmält tät slagg. I tvärsnitt: Röda skiktet med leran knappt noterbart, däremot grå lera och slaggen. I ena kanten i slaggen fanns en järninneslutning. 0,15 0,15 0,05 m. Större svagt rundad del. Utsida: Mindre del med rödbränd lera, därefter gråbränd. Leran magrad med cm-stora stenar. Insidan: Homogen, Ingen slagg påsmält. 0,34 0,18 0,05 m. I tvärsnitt: Partier med hopsmält lera. Rödbrun lera. Innehåll av organiskt material. Rödbrun torr, mkt kvarts och organiskt material, inga synliga större malmklumpar. Jfp 31/M Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt Analys Magnetism Kommentar (g) Metallprov Från ugnsgrop Metallografi, ingjutna polerprov Starkt magn. Oregelbunden och småporig bit. En plan kraftigt magn sida. I tvärsnitt: Konc. av järn i ena kanten, resterande slagg och svampigt järn. Grus/stenavtryck 0,10 0,10 0,05 m Metall- Från ,2 Metallo- Starkt Oregelbunden trögfluten 11

13 Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) prov slagghög Analys Magnetism Kommentar grafi, ingjutna polerprov magn. och småporig bit. På ena sidan fanns en ås och på motsatta en utväxt med starkt magn. smält matrl. I tvärsnitt: huvudsakligen tämligen porfri slagg med två järnkonc, en svampig i utväxten och en tät mot botten av biten. Den täta vald för analys. 0,12 0,11 0,10 m. Jfp 32/M Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) Metallprov Metallprov Ugnsvägg Ugnsvägg Från ugn Från grøft Från slagghög Från slagghög ,6 Metallografi, ingjutna polerprov 5 281,5 Metallografi, ingjutna polerprov 1 997,1 Keramiska, KFL Totalkemi, ICP Keramiska, KFL Jfp 33/M Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) Metallprov Från toppen av ugnsgrop Analys Magnetism Kommentar Starkt magn. Starkt magn. Slaggen svagt magn Omagn. Analys Magnetism Kommentar Oregelbundna utan kontaktytor. Täta med rostfärgade områden. Den mindre biten, kolrester. I tvärsnitt mestadels homogen slagg med en konc av tätt järn vid de rostfärgade ytorna. 0,10 0,08 0,05 m och 0,03 0,02 0,01 m. Oregelbundna utan kontaktytor. Största biten har en plan yta och motstående sida mer oregelbunden. I tvärsnitt mest tätt metalliskt järn och en slaggkoncentration i en några mm bred zon vid plana ytan. Sten/grus avtryck 0,07 0,06 0,03 m. (mått avser största biten). Svagt konkav del. Utsida: Rödbränd lera med en sprickbildning i mittpartiet där strängfluten, tät slagg har runnit igenom. Stenavtryck 0,18 0,15 0,06 m. Svagt konkav form. Utsida: del med rödbränd lera, mestadels gråbränd. Insidan: sammansmält ugnsvägg och slagg. I tvärsnitt tydlig gräns mellan lera och slagg. Stenavtryck. 0,19 0,14 0,06 m ,3 Magn. Flata, täta och något poriga. I tvärsnitt på den minsta biten enbart homogen slagg förutom en liten konc. av 12

14 Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt Analys Magnetism Kommentar (g) järn i ena kanten. Avtryck efter kolbit 0,14 0,10 0,04 m och 0,08 0,09 0,03 m Tappslagg Från ugn Magn Ugnsvägg Från slagghög ,6 Totalkemi, ICP Petrografi, tunnslip 1 883,1 Totalkemi, ICP Keramiska, KFL Jfp 34/M Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) Metallprov Metallprov Tappslagg Ugnsvägg Från ugn Från ugn Från ugn och tappeplate Från slagghög ,8 Metallografi, ingjutna polerprov Omagn. Analys Magnetism Kommentar Magn ,7 Starkt magn ,1 Totalkemi, ICP, Petrografi, tunnslip Totalkemi, ICP Keramiska, KFL Omagn. Magn. Skålformad med plan ovansida med stora blåsor. Vidhäftad slagg och grus i botten. 0,14 0,12 0,04 m. Svagt konvex form. Utsida: Rödbränd, oxiderad lera med mycket småsten som magring, ca 40 mm stora. Ett andra skikt med gråare lera. Insidan: Hopsmält matrl, homogen och jämn struktur. Oregelbunden och småporig. Grynig yta. Kolrester och fastsmält sten. I tvärsnitt: Slagg, något porös, och partier med svampigt järn homogent fördelat. 0,09 0,07 m. Oregelbunden och relativt tät. Kornig bottensida med fastsmält matrl. Ovansidan slätare struktur med tät slagg och en y-formad ås som sträcker sig över hela provets längd. I tvärsnitt: mestadels svampigt järn. Slaggansamling vid åsen. 0,08 0,07 0,03 m. Tät och fluten slagg. Har brottytor och har varit delar av större stycken. Undre ytan har spår av underlaget bl. a. sand och grus medan övre ytan är jämn och har en skinnliknande karaktär Svagt konkav form. Utsida: Rödbränd yta, därefter gråbränd lera, magring med sten Insida: Påsmält slagg med stearinformade partier som är kraftigt magn. nertill. 0,42 0,25 0,07. Avtryck efter kolbit Rp 18/J Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt Analys Magnetism Kommentar (g) Malm- Från Fin- 568,8 Totalke- Starkt Rödbrun fuktig, <3mm 13

15 Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) prov topplagerlat förde- i påse Malmprov Malmprov, färsk Från malmtäkt i närheten av Rp 18/J Från bottenlager Finfördelat i påse Finfördelat i påse Rp 20/J Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) Från rostplats Rp 20/J Malmprov Finfördelat i påse Rp 24/J Kontextnr. Provtyp Kontext Antal Vikt (g) Från rostplats Rp 24/J Malmprov Finfördelat i påse Analys Magnetism Kommentar mi, ICP av representativt prov 505,7 Totalkemi, ICP av representativt prov 521,2 Totalkemi, ICP A= orostad, B= rostad i labbet magn. Magn. Omagn. svagt magn. malmklumpar. Brunsvart fuktig, innehåller klumpar av malm. Rödbrun torr. 1-3cm stora malmrika klumpar vilka valts för analys Analys Magnetism Kommentar 296,8 Magn. Rödbrun torr, klumpar upp till 8 mm stora. Analys Magnetism Kommentar 125,6 Magn. Svart fuktig, klumpar upp till 3-5 mm stora. Petrografiska undersökningar av slagg Förutsättningar Slagger från flera av järnframställningsplatserna i Gråfjellsområdet har analyserats under tidigare års undersökningar (Espelund 2003a och b, Grandin m.fl och 2005) för att bättre kunna förstå processerna i ugnarna och hur slaggerna har bildats på olika positioner i ugn, underliggande utrymmen och utanför ugnarna. Inför denna undersökning prioriterades ugnsväggar, malmer och metallprover. En del slagger analyserades också, huvudsakligen med totalkemiska analyser för att kunna jämföra med malmerna på platsen. Som rutin genomgår analyserade slagger också en petrografisk undersökning för att kunna se hur de är uppbyggda, om de är homogena eller heterogena och har inslag av annat material. I årets analys har det dock inte varit prioriterat att i detalj beskriva processen i ugnen. 14

16 Analysresultat Jfp 29/S , Bearbetningsslagg (Bearbetningsområde ) Beskrivning: Oregelbundna, täta till gryniga (Fig. 2). 3 prov sågades samtliga rika i metall I tvärsnitt: en med koncentration av tätt järn, två har svampigt järn och slagg. 0,03 0,03 m. Svampigt järn och slagg till analys. Petrografi och metallografi: Provet är ett tvärsnitt av merparten av slaggens totala tjocklek. Slaggen är mycket rik i metalliskt järn vilken förekommer både som svampigt järn där järnet följer omkringliggande wüstitens form och kornstorlek och som större lokala ansamlingar (Fig. 3 4). Då slipet inte etsats är det ej möjligt att avgöra järnets sammansättning och kvalitet. I enstaka korroderade områden kan en selektivt korroderad textur anas som antyder att metallen i detta område varit kolhaltig, men mestadels förefaller kolhalten vara låg. En del områden i slaggen består också av sekundärt bildad limonit (rost) och kolstycken har också noterats. Mellan de relativt omfattande områdena av metallisk järn dominerar wüstit. Wüstiten är generellt finkristallin men varierar något i kornstorlek dock ej i några begränsande definierbara lager. Olivin och en glasfas uppträder mellan wüstit. Enstaka områden, oftast runt gasblåsor, där olivin är den dominerande fasen, förekommer. I olivinrika områden förekommer också mindre mängder hercynit. Sammanfattning: Från provets kontext har man tolkat det som en bearbetningsslagg. Det finns dock inga texturella tecken som tyder på att provet har bearbetats mekaniskt. Slaggen tillhör förmodligen utkanten av smältan där det endast lokalt varit optimala förhållanden för att reducera fram järnet. Det är möjligt att slaggbiten har avskiljts från smältan redan i ugnen men kan också, dock utan yttre påverkan, ramlat av efter man lyft ut den från ugnen. Den petrografiska undersökningen kan inte avgöra om slaggen bildats i ugnen eller under bearbetningsfasen men styckets yttre former och fyndkontext gör det mer troligt att det är det senare , Tappslagg (Ugn ) Beskrivning: Oregelbunden, fluten och tät med en tydligt plan sida och en diffusare med stenavtryck. Strängfluten slagg på ytterkanten. Sidorna har avtryck av underlaget och sten. I tvärsnitt: homogen slagg med gasblåsor närmast ytterkant mot avtryck. 0,07 0,06 0,03 m. Petrografi och metallografi: Tunnslipet omfattar ett tvärsnitt av slaggens totala tjocklek. Provet domineras av dendritisk wüstit vars kornstorlek avtar mot provets båda begränsningsytor (Fig. 5). Övriga komponenter i slaggen är olivinlameller, hercynit sparsamt och en glasfas Metalldroppar förekommer sparsamt generellt koncentrerade till provets begränsningsytor. Det absolut yttersta skiktet närmast begränsningsytorna domineras av olivin och wüstit är underordnad. Sekundär omvandling av bl. a. wüstit har också observerats inom enstaka centrala delar av provet. Sammanfattning: Slaggen består av ett flöde vilket förmodligen stelnat i en miljö fattig på syre, exempelvis i ugnen. Den finkorniga wüstiten nära begränsningsytorna talar dock för en relativt snabb avkylning vilken inte är möjlig inne i ugnen. En möjlig avsättningsmiljö som uppfyller ovan nämnda kriterier är i eller strax utanför ugnsväggen. Tidigare erfarenheter av ugnsväggarnas uppbyggnad med en inner- och yttervägg stödjer denna tolkning. En tappslagg som inte runnit ut ur ugnen har stelnat mot ugnsvägg/ugnsbegränsning i underliggande grop dvs. mellan en yttre och inre vägg är en möjlig förklaring (se rapport Grandin m.fl. 2004, prov ). 15

17 , Tappesøyle (Ugn ) Beskrivning: Bitar med passform, den ena fragmentarisk. Pelarformad där slaggen runnit mot ett underlag bestående av bitar av slagg och grus (Fig. 6). Innehåller även ugnsväggsbitar och avtryck av kol. Fluten bitvis tät, plan överyta. 0,2 0,15 m. Petrografi och metallografi: Tunnslipet omfattar ett tvärsnitt av den största slaggbitens centrala relativt homogena del. Några primära begränsningsytor förekommer alltså inte i tvärsnittet. Ungefär tre fjärdedelar av tvärsnittet består av en homogen slaggfas uppbyggd av relativt grovkornig dendritisk wüstit, kortprismatisk olivin och en glasfas (Fig. 7). Fåtal större droppar av olivinlameller förekommer. Metalliskt järn uppträder som mikrometerstora oregelbundna ljusa, relativt till wüstiten, områden glest över hela den homogena slaggfasen. Resterande fjärdedel av slipet domineras av finkornig dendritisk wüstit. Gränsen till den grovkornigare delen är successiv med ökande kornstorlek på wüstiten. Stråk bestående av nästan uteslutande olivin med underordnad hercynit förekommer i denna del av slipet. I kontakten mellan dessa stråk och den wüstitrika fasen förekommer olivinkristaller med eutektoid textur. Metalliskt järn ännu glesare i detta område. Wüstiten innehåller magnetitlameller i hela provet (Fig. 8). Sammanfattning: Merparten av provet är grovkornigt vilket antyder långsam avkylning och tillräckligt med tid för god kristalltillväxt. Det olivinrika och järnoxidfattiga stråket är tecken på att mer kiselrikt material tillförts provet. Från observationer vid utgrävning av ugn framgår att vid något tillfälle har ugnsväggen rasat in. Smält lermaterial från ugnsväggen är en möjlig källa till det kiselrika tillskottet i slaggen. Upprepade flöden av slagg utan avkylning emellan kan förklara den eutektoida texturen hos en del av olivinkristallerna. Ovan nämnda observationer talar för en syrefri avsättningsmiljö för denna slagg vilken initialt i fält tolkades som tappesøyle och att den alltså därmed stelnat utanför ugnen. De omfattande magnetitlamellerna i wüstiten, kräver dock ett visst tillskott på syre. Två möjliga miljöer i en blästugn där man har förhöjda syrehalter är vid blästerhålet eller i gropen under ugnen. Inblandningen av kiselrikt material, olivinrika området, vilket kan härröra både från inrasat ugnsmaterial och i gropen underliggande grus och sand tillsammans med avsaknaden av avtryck i slaggen från blästeröppningen gör att det är mest troligt att slaggen bildades i gropen under ugnen. Jfp 33/M Tappslagg (Ugn ) Beskrivning: Skålformad slagg med plan ovansida med avtryck av stora kollapsade blåsor. Vidhäftad slagg och grus i botten. 0,14 0,12 0,04 m. Petrografi och metallografi: Slipet motsvarar centrala porfattiga delen av slaggen. Slaggen är generellt olivin- och hercynitrik och wüstit förekommer, till skillnad från prov och , endast som underordnat mineral. Slaggen är tydligt lagrad och minst tre slaggflöden med olika sammansättning eller textur kan urskiljas. Flödena är i det närmaste parallella med slaggens över- och underytor. Översta flödet består av grovkristallina kortprismatiska olivinkristaller, hercynit både som väl utvecklade kristaller och som sliriga åsar, sparsamt med dendritisk finkornig wüstit och en glasfas. Enstaka metalldroppar förekommer. Denna del av slaggen är också relativt porrik. Allra översta delen av flödet avtar kristallstorleken successivt något. Gränsen mot underliggande flöde är tydlig men undulerande, ingen avtagande kristallstorlek mot kontaktytan kan urskiljas i något av flödena. Mellersta flödet består av lamellär relativt grovkristallin olivin, hercynit, leucit och en glasfas. Wüstiten är mycket finkristallin oftast utan någon tydlig dendritisk textur. Kontakten mellan mellersta och understa flödet är ej parallell med övriga begränsningsytor utan lutar ca 45 grader. Nedersta flödet upptar därför i 16

18 stort sett endast nedre hörnet av slipet. Kontakten är ej skarp utan gradvis där olivinkristallerna successivt blir mer finkristallina och mer kortprismatiska (Fig. 9). Detta flöde är nästan helt befriat från wüstit men små järndroppar förekommer relativt frekvent. Eutektoida texturer är vanliga (Fig. 10). Inkilat mellan de två översta flödena förekommer ett tunt skikt. Detta flöde börjar ungefär mitt på slipet och dess tjocklek ökar successivt ut mot ena kanten. Olivinlamellerna är här något mer finkristallina än flödet under och wüstitkristallerna är väl utvecklade. Magnetit förekommer generellt i hela provet som lameller i wüstiten eller som komplexa wüstit-magnetitbildningar. Sammanfattning: En slagg som är uppbyggd av ett antal slaggflöden, mestadels tunna. Den relativa grovkristallina texturen och avsaknad av riktigt finkristallina oliviner i kontaktytorna talar för att avkylningen av slaggen inte varit allt för snabb. En viss homogenisering av de olika flödena måste ha skett före stelning. Den låga järnhalten i slaggen vilken även bekräftats av geokemiska analyserna är intressant. En första tanke är att det avspeglar en mycket effektiv järnframställningsprocess där det mesta av malmens järn övergår i metalliskt järn. En alternativ och förmodligen mer trolig förklaring är att slaggen bildats tidigt i processen innan denne hunnit stabiliserats. Slaggens morfologi antyder att den runnit ut i en grop direkt på underliggande sandigt material. De komplexa eutektoida, texturerna tyder på ostabila tryck- och temperaturförhållanden vilket råder tidigt i processen. Innan full reaktion med malmen uppnåtts i processen kommer förmodligen mycket av smält ugnsmaterial tillföras slaggen. Enligt diskussioner rörande föregående prov anser vi gropen under ugnen vara en heterogen miljö där växlande syreförhållanden kan råda. Jfp 34/M Tappslagg (Ugn ) Beskrivning: Tät och fluten slagg. Har brottytor och har varit delar av större stycken. Undre ytan har spår av underlaget bl. a. sand och grus medan övre ytan är jämn och har en skinnliknande karaktär (Fig. 11). Tunnslipet omfattar slaggens hela tjocklek. Petrografi och metallografi: Slaggen är homogen och består i huvudsak av ett flöde. Tre av provets begränsningsytor är de naturliga primära medan den fjärde är från sågsnittet. Provet domineras av dendritisk relativt finkornig wüstit, vars kristallstorlek avtar mot de tre naturliga begränsningsytorna, olivin och en glasfas. Droppar av metalliskt järn förekommer mycket sparsamt. Längs de naturliga begränsningsytorna förekommer ett tunt skikt av olivinrikare och wüstitfattigare sammansättning. Detta skikt är också något rikare i metalliska järndroppar. Kontakten är skarp och tydlig. Yttersta delen av detta tunna skikt består i överytan av en bård av magnetit (Fig. 12). Sammanfattning: Tappslagg bestående av ett flöde vilket stelnat hastigt i ytskiktet. Bården av magnetit tyder på tillgång på syre vilket indikerar att slaggen stelnat utanför ugnen. Utvärdering av resultaten Slaggerna som vi har analyserat kommer från olika positioner i förhållande till ugnen tappade utanför, stelnad i vägg/fodring i underliggande grop och stelnad i grop. Enstaka tappslagger uppvisar karaktäristiska drag med finkorniga kristaller till följd av hastig avsvalning och förekomst av magnetit särskilt i ytskikten av varje enskilt slaggflöde. Slagger av sådan typ har vi behandlat mer utförligt i tidigare års undersökningar (Grandin m.fl och 2005). Lika finkorniga slagger, med flera pålagrade slaggflöden, men utan den karaktäristiska magnetiten 17

19 finns också i materialet. Vi har dessutom undersökt liknande slagg tidigare (Grandin m.fl och 2005). Dessa slagger har, precis som tappslaggerna, stelnat hastigt men utan tillgång på syre. En sådan miljö hittar vi i ugnsväggen, eller i väggen i den underliggande gropen. I utrymmet i stenfodringen och mellan stenfodring och inre trävägg finns plats för slagg att tränga ner och stelna tämligen hastigt där den omgivande marken har en kylande effekt. Denna slaggbildning bör ha skett i ett tämligen tidigt skede i processen innan någon större värmebevarande slaggvolym har byggts upp. I några av slaggerna ser vi övergången mellan de olika positionerna i, under, och kring ugnen. Dessa slagger innehåller dels komponenter som tyder på att de har bildats under långsam avsvalning, vilket förknippas med en stelning innanför ugnens väggar, dels avsvalning och stelning i en syrerik miljö. Det senare förhållandet har vi huvudsakligen utanför ugnen vilket alltså strider mot den första tolkningen. Vilka möjliga platser har vi för sådana komplexa förhållanden? I närheten av blästeröppningen är en möjlighet, eventuellt även i den underliggande gropen där avsvalningen kan tänkas ske långsamt om en större slaggvolym konserverar värmen. De analyser som GAL utförde på slagger från 2004 års säsong visade att tappslagger utanför ugnen och slagger som samlats i den underliggande gropen i några fall hade tillkommit i samma process (Grandin m.fl. 2005). Liknande ser vi i några exempel även i denna undersökning, men delvis annan placering, där slagger har byggt upp en bottenslagg och delvis runnit vidare ner mot gropens botten där tidigare bildade slagger i form av fragment, tillsammans med bland annat grus, har smält fast i den nybildade slaggen. Vi ser också att delar av ugnsväggen i vissa fall har smält och blivit inkapslad i slagg. Slagger som benämnts som bearbetningsslagger och som sannolikt representerar det efterföljande primärsmidet av järnet har också ingått i våra analyser. Den slagg som fanns från bearbetningsområdet på Jfp29/S innehöll dock lika mycket metall som slagg. Stycket kan ha kommit från luppens yttre delar och fallit av i samband med att luppen togs från ugnen och en första hopslagning gjordes. Mer material av liknande karaktär behandlas mer utförligt i stycket som följer med de metallografiska analyserna. Metallografiska undersökningar av metall Förutsättningar De prover som fått benämningen metallprover består av slagg och metall i varierande proportioner. Innehållet kan vara svårt att avgöra i en fältsituation. Till god hjälp i tolkningen om det är slagg eller metall är styckenas morfologi, färg, vikt, och grad av magnetism. Jämfört med tappslaggen som är vanlig i hela Gråfjellsområdet, saknar de metallförande styckena en rinneller flytstruktur. De är normalt mer roströda i färgen, betydligt tyngre och kompaktare och är magnetiska eller starkt magnetiska. Magnetismen kan variera över styckets yta vilket är ett första tecken på att provet innehåller både järn och slagg. Styckenas yttre former kan vara av värde i bedömningen av inom vilket processled de har bildats. Oformliga, oregelbundna klumpar med grynig yta har vanligtvis bildats under reduktionsprocessen i blästugnen men sannolikt inte tillräckligt nära den egentliga smältan/luppen för att kunna förenas med denna. Dessa stycken kan också ha fallit av från smältans ytterkanter när denna togs upp och förflyttades för en första hopslagning. Om vi observerar flera plana ytor finns det flera alternativ till hur dessa har uppstått. En möjlighet är att stycket har bildats i 18

20 närheten av ugnsväggen och den plana ytan är avtryck från schaktväggen. En annan variant är att dessa ytor har uppstått genom en första hopslagning av smältan/luppen efter att den tagits ur ugnen. Om det skulle vara fallet har vi kommit ytterligare ett steg i järnhanteringen. På några av de undersökta platserna i Gråfjellsområdet har ytor undersökts som karaktäriserats som bearbetningsområden, med delvis avvikande slaggutseende jämfört med i de mer typiska slagghögarna. I något fall har också stenar med plana ytor påträffats, och som föreslagits ha fungerat som fällsten där smältan kan ha slagits ihop. Analysresultat Jfp 23/J , Metallprov (Ugn ) Beskrivning: Största biten, konvex form, småporig. Oregelbundna ytterkanter. Rester och avtryck av kol. Ås som sträcker sig över hela provets längd. 0,08 0,07 0,03 m. Två fragmentariska bitar vilka är trögflutna och ca 0,02 0,02 m. Det sågade tvärsnittet består av ca hälften metall hälften slagg. Metallen är koncentrerad runt hålrum. Petrografi och metallografi: Svampigt järn koncentrerat runt hålrum, endast enstaka områden med tätt järn. Provet är ställvis korroderat. Det metalliska järnet är ferritiskt, jämnkornigt och relativt grovkornigt. Korngränser går även att observera i den svampiga delen av provet. Vissa delar av järnet uppvisar en mycket finkornig textur vilken eventuellt kan vara fri cementit. Trots att fri cementit även förekommer på ett fåtal ställen i provet som något större oregelbundna områden får nog järnet generellt betraktas som kolfattigt. Slaggen består av wüstit med eutektoid eller svagt dendritisk textur och stora olivinkristaller. Sammanfattning: Mjukt kolfattigt homogent, med avseende på sammansättning, metalliskt järn. Järnet är dock fördelat i slaggen och har troligen varit svårt att ta till vara. Jfp 28/Tr , Metallprov (Bearbetningsområde ) Beskrivning: Tre täta, flutna och oregelbundna metallprov. Största biten är analyserad och har en flat sida (Fig. 13) medan den motsatta har en y-formad ås. 0,08 0,06 0,02 m. De mindre: 0,04 0,04 m och 0,04 0,02 m. Sågade tvärsnitt uppvisar både metalliskt järn och slagginneslutningar. Mestadels mer järn än slagg i provet. Polerprovet valt från ett järnrikt område. Petrografi och metallografi: Huvudsakligen slagg med svampigt metalliskt järn samt enstaka koncentrationer av järn. Homogent kolfattigt metalliskt järn av samma kvalitet som prov Kornstorlek och jämnkornighet är ej möjlig att bedöma i det svampiga järnet. Slaggen domineras av relativt grovdendritisk wüstit med relativt frekvent förekommande magnetitlameller, olivin och glas. Det svampiga metalliska järnet följer wüstitens form och kornstorlek. Sammanfattning: Mjukt kolfattigt homogent, m.a.p. sammansättning, metalliskt järn. Järnet är dock fördelat i slaggen och har troligen varit svårt att ta till vara. I mikroskala finns inga indikationer på att järnet blivit mekaniskt bearbetat. Styckets ytterformer, med en tydlig plan sida, antyder att det kan ha blivit hopslaget. 19