Färskningsförsök på Nya Lapphyttan

Transkript

1 Färskningsförsök på Nya Lapphyttan Oktober 2010

2 Färskningsförsök på Nya Lapphyttan Oktober 2010 är en ideell förening med ändamål att befästa, utveckla och levandegöra den kunskap om järn och järnframställning som är knuten till Lapphyttan och Nya Lapphyttan i Norberg. Dvs kopplat mot masugnsdrift och färskningsförfarande i medeltida industrianläggningar.

3 Framställning av järn på medeltida vis Bergmalm till masugnen..

4 Framställning av järn på medeltida vis Tackjärn från masugn

5 Framställning av järn på medeltida vis Färskning till lupp eller tillverkning av osmund

6 Hur har vi i Järnet på Lapphyttan jobbat med masugnsdriften? - Anläggning/Utrustning = arkeologi (överstället, hjulsten och rostgrop) - Råmaterial = arkeologi visar malm och slagg - Metodik = Garnej och Swedenborg på 1700-talet Bygg om det vi tror kan vara annorlunda Pröva ett antal olika typer av råmaterial under körningen * malmsort, rostningsmetodik, blandningar, kolstorlekar, etc Pröva olika arbetsmetodik * chargering, blästerflöde, tappning, etc Justera utrustning, råmaterial och metodik för annorlunda resultat? Bättre eller sämre lär oss mer om hur man gjorde Fundring? Låt arkeologerna gräva ut Nya Lapphyttan för att lära sig vad man ser vid en utgrävning!

7 Tackjärn Grått gjutjärn: Vid stelning bildas Austenit och grafit. Vid lägre temperatur bildas sedan ferrit och oftast mer grafit (eller perlit) Hög kolhalt och hög kiselhalt gör grafiten stabil Vitt gjutjärn: Vid stelning bildas Austenit och cementit (Fe 3 C). Vid lägre temperatur bildas perlit. Lägre C- och Si-halt krävs Snabb kylning gynnar Vitt

8 Färskning innebär att sänka kolhalten (C) i järnet Värma upp i färskningshärden så tackjärnet smälter: O 2 ( i blästerluften) + C (träkol) -> CO 2 (gas) + värme som smälter järnet Tre alternativ att få bort kolet ur järnet! C (i järnet) + O 2 (blästerluft) -> CO 2 (gas)? Kall luft? C (i järnet) + CO 2 (gasen) -> 2 CO (gas) kyler kraftigt men kan gå C (i järnet) + FeO (i slagg) -> CO (gas) verkar mest trolig Men först Si (i järnet) + FeO (i slagg) -> SiO 2 (slagg) Mn (i järnet) + FeO (i slagg) -> MnO (slagg)

9 Sänks kolhalten vid 1400 grader så kommer bildat järn ha en kolhalt på ~0,8 %C

10 Hur ska då vi i Järnet på Lapphyttan göra? Färska tackjärn och tillverka Osmund - Anläggning/Utrustning (arkeologin säger Härd, Peder Månsson säger samma sak och Saxholm har beskrivit en) - Råmaterial (arkeologi visar bara slagg???) - Metodik (Swedenborgs Tyskfärskning till att börja med ) Börja med den utrustning som vi har Avbryt försök under körning och kolla att det ser korrekt ut Kör färdigt och jämför med text och arkeologi Justera utrustning, råmaterial och metodik för annorlunda resultat? Bättre eller sämre lär oss mer om hur man gjorde Kör igen och se vad som fungerar bra? Ska vi låta arkeologer gräva ut även färskningshärden?

11 Från Peder Månssons Bergsmanskonst från ~1530 Sombliger aff hardom Stenbergom, och ehn malmer tracteres ey så i vgnenom eller eldenom, som then andre på Norebergh, getzbärgh, lindes bärgh, skinsäckkia bärgh, huar the göre yffteligitt iärn, ther haffue the store runde vgna viij alne diupe, och bäre i vgnen malmen sönderslagnan medh hambrom sådan som han tags aff bärgena, och när nogh är blässitt, läte the smelterne vt förste reessen rinna thett som kalles skärsten i ehne graff, lyfftandes honum aff graffuene skorpo effter skorpo, effter som han suales till, och haffwer then masugnen try holl såssom koper vgnen haffwer...tappar masugnen på tackjärn i Norberg Sidan slå the then skärstenen i stycke och i smiddione legge stycke effter stycke i elden blåsandes medh hand bäliom, och tå bliffuer ther aff iärn, och thett hugga the i osmundz små stycke, och tå osmunnen är huggen, ligger åter i äsione och elden stålitt, som är runnitt aff, och skelltt sigh ifrån iärnena,. färskar tackjärnet till smidbart järn i form av Osmundar

12 Petrus Saxholm s beskrivning av osmundsmide: Historisk Politisk avhandling om det svenska järnet Osmund ventilerad i Uppsala den 20 december ) Det äldre sättet. - Blästerjärn som omsmälts i blästerverk 2) Det nyare sättet.. - Blästerjärn som omsmältes i klensmideshärd 3) Det nyaste sättet. - Hårdjärn från masugnar färskas i osmundhärd

13 Äldre blästerugnar 1) Enligt Saxholm. 2) Enligt Swedenborg.

14 Blästerugn beskriven av Swedenborg. går på ved

15 Petrus Saxholm s beskrivning av osmundsmide: Historisk Politisk avhandling om det svenska järnet Osmund ventilerad i Uppsala den 20 december ) Det äldre sättet. - Blästerjärn som omsmälts i blästerverk 2) Det nyare sättet.. - Blästerjärn som omsmältes i klensmideshärd 3) Det nyaste sättet. - Hårdjärn från masugnar färskas i osmundhärd

16 Osmundsmedja enligt Saxholm.

17 Swedenborg s beskrivning av osmundsmide: Om Järnet 5 Det svenska osmundjärnet och dess beredning publicerad 1735 (kapitlet delvis anfört enl. Saxholm) 1) Det äldre sättet. - Blästerjärn som omsmälts i blästerverk 2) Det nyare sättet.. - Blästerjärn som omsmältes i klensmideshärd 3) Det nyaste sättet. - Hårdjärn från masugnar färskas i osmundhärd

18 Osmundsmedja enligt Swedenborg (efter förlaga av Saxholm)

19 Vad gjorde vi i Norberg i oktober? Mål: Färska tackjärn och tillverka Osmund Började helgen med att göra i ordning härden Lersmetning och kolstybbning Forman tillverkad och på plats Bälgar och tättor justerade Härden torkeldad Råmaterial gjordes i ordning Kol i rätt storlek togs fram (kol, småkol och kolstybb) Slagg (gammal slagg) Glödskal Tackjärn Aska

20

21 40 cm 30 cm 15 cm

22 Tysksmide (enligt Swedenborg). stegvis Första smältningen (genomfördes under färskningshelgen) Bygga upp i härden: Slagg från tidigare körning (1/3 av härden) Kolstybb ovanpå Aska runt omkring (gnistor, utbränt kol, finbokad slagg) Järntacka mitt emot forman Kolstybb på/bredvid tacka Täck sedan med kol Svag bläster på som ökas efterhand Håll tackan täckt med kol och fyll på med mer kol vid behov Lägg till glödskal/slagg vid behov (testa slaggen) Följ smältningen av tackan genom forman (och slaggen) Släck med vatten om elden sprider sig i kolen

23

24

25

26

27

28

29 Tysksmide (enligt Swedenborg). stegvis Allt tackjärn smält (flytande tackjärn i botten och slagg ovanpå): Känn efter så att allt är smält (spett) Inget mer kol fylls på Starta kokningen (rör om lite i smältan) kokning = CO-gasutveckling Ta bort kol för att lugna kokningen Underhåll koket med grövre kol och bläster När koket slutar tappas slaggen (lämna lite kvar) Ta bort kol och aska och svalna järnet så det stelnar Ta ut färskan ur härden men lämna kvar lite av slaggen

30

31

32

33

34

35

36 Tysksmide (enligt Swedenborg). stegvis Andra smältningen (genomfördes inte under färskningshelgen): Bygg upp material i härden Slagg i botten och stybb över det, hela kol vid formmynningen Färskan vänds upp och ner och framför forman (lite lutande) Stybb/aska på sidan om färska Kol ska täcka tackan Svag bläster till att börja med sedan ökas farten rotera färskan när den börjar smälta (slaggen ska vara smält) se till att gasen kommer ut runt om hela färskan (bakvägg) Tappa slagg efter att halva färskan smält (kyls i vatten) startslagg När allt smält tillsätts inget mer kol och blästern minskas. Känn efter om det finns stelnat material Blås bläster på det smälta materialet under 10 minuter Tappa slagg, stelna järnet och smid sedan ut det!!

37 Skillnad Tysksmide och Franskt smide (enl.swedenborg) I franskt (Vallon) smide så: 1) Sker smältning och räckning i olika härdar 2) Forman lägre placerad i Fransk härd, högre luftflöde och vidare forma 3) Gös smälts av i fransk smide (smälter endast mängd för en stång) 4) Endast en smältning (ej två eller fler omsmältningar) 5) Omröring hela tiden från start av smältning 6) Helst ingen koksning i franskt 7) Slagg tappas ur tyskhärden ingen slagg i fransk??? 8) Hela, stora kol i franskt, Blandade (stybb, små och stora) i tysk

38 Funderingar kring Osmundsmide - Koksmide verkar vara en bra väg - borde jämföra slagg från våra försök med slagg från utgrävningar -Troligtvis även en andra smältning i Osmundsmide -> homogenare sammansättning - mikrostruktur/kemi på tillverkad osmund bör studeras och jämföras - Fler försök vore spännande - lära sig/utveckla tekniken att färska - pröva vitt respektive grått tackjärn (SSAB EMEA Oxelösund) - testa härdning och smide (duktig smed vore spännande)

39 Några funderingar?

40 Kort om härdning av järn Vid färskningen av järn bildas ett järn med en kolhalt på ungefär 0,8 %C. När detta stelnar bildas en fas som heter austenit som kan lösa in kol. När detta sedan svalnar ytterligare (under 720 grader) så kommer en blandning mellan ferrit och cementit bildas.

41 Kort om härdning av järn I bilden visas lite av de faser som bildas vid normal svalning av austenit med olika kolhalter. 0 %C ger ren ferrit 0,8 %C ger en struktur kallad perlit som består av tunna lameller av dels ferrit och dels cementit. Mellan 0,05 0,8 %C bildas dels ren ferrit och dels perlitstrukturen Över 0,8 %C syns perlit men med cementit utfälld i korngränserna

42 Härdning innebär ofta att man genom värmebehandling och framförallt kylning kan få andra strukturer än perlit. Om man har en järnbit med 0,8 %C bildas vid normal (luftkylning) perlit. Om kylningshastigheten ökas tex genom att kyla i salt så bildas en struktur som heter bainit som är hådare än perlit. Om järnet kyls ännu fortare, i vatten eller olja, bildas en fas som heter martensit som är ännu hårdare. Härdning görs normalt genom att värmebehandla stålet vid ca 800 grader och sedan kyla med kontrollerad hastighet.

43