Dnr 424-3097-2003 GEOARKEOLOGI Järnframställning på Gråfjell Arkeometallurgiska analyser av 2004 års undersökningar Järnframställningsplats 8/T Järnframställningsplats 13/J Järnframställningsplats 18/T Rostningsplatser Gråfjellområdet Åmot kommune Hedmark Norge G A L Geoarkeologiskt Laboratorium Analysrapport nummer 9-2005 Avdelningen för arkeologiska undersökningar UV GAL Lena Grandin Annika Willim Svante Forenius Ole Stilborg
Innehållsförteckning INLEDNING... 2 FÖRUTSÄTTNINGAR... 2 MÅL OCH SYFTE... 2 PLATSERNA... 2 MATERIAL OCH METOD... 3 PROVURVAL OCH VAL AV ANALYSMETOD... 3 METODER... 3 Petrografiska undersökningar... 3 Metallografiska undersökningar... 4 Röntgendiffraktionsanalyser... 4 Totalkemiska analyser... 4 Elektronmikrosondanalyser... 5 Keramiska analyser... 5 RESULTAT... 6 JÄRNFRAMSTÄLLNINGSPLATS 8/T... 6 Ugn 100.667... 8 Ugn 100.643... 10 Slagger i sammanfattning... 14 Järnet i sammanfattning... 15 JÄRNFRAMSTÄLLNINGSPLATS 13/J... 15 Ugn 200.584... 18 Ugn 200.585... 20 Slagger i sammanfattning... 23 Järnet i sammanfattning... 24 JÄRNFRAMSTÄLLNINGSPLATS 18/T... 24 MALMER OCH ROSTNINGSPLATSER... 26 Provurval och preparering... 26 Analysresultat... 29 UGNSVÄGGAR... 29 Jfp 8/T... 30 Jfp 13/J... 32 Några kommentarer... 32 PROCESSERNA... 33 Malmrostning... 33 Ugnskonstruktion och materialval... 33 Bränslets effekt... 34 Produkten kvalitet på järnet... 34 Produktionsmängd och effektivitet... 34 Slagger avfallsmaterial eller biprodukt... 35 Kemisk sammansättning ett verktyg för att jämföra slagger och malmer... 36 SLUTDISKUSSION... 38 UGNSTYPER... 39 PRIMÄRSMIDE... 39 PRODUKTEN... 40 KONTINUITET... 40 REFERENSER... 41 ANALYSTABELLER... 42 FIGURER... 46 BILAGOR... 58 1
Inledning På uppdrag av Kulturhistorisk museum, Universitetet i Oslo, har Geoarkeologiskt Laboratorium (UV GAL) vid Riksantikvarieämbetet i Uppsala genomfört arkeometalllurgiska 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 Eva Hjärthner-Holdar, Lena Grandin, Svante Forenius och Annika Willim. Förutsättningar Analyserna omfattar material från 2004 års utgrävningar på tre järnframställningsplatser samt material från flera rostningsplatser. År 2003 genomfördes arkeometallurgiska analyser av slagger, malm och metaller från det årets utgrävningar. Resultaten finns presenterade i en rapport från GAL (Grandin, Forenius och Hjärthner-Holdar 2004). GAL gjorde även ett fältbesök i undersökningsområdet i slutet av augusti 2003. Under besöket diskuterades framförallt provtagning och grävningsmetoder. I mitten av juli 2004 gjordes ytterligare ett besök i fält av GAL. Även denna gång fördes värdefulla diskussioner om de olika lokalerna samt undersökningsmetoder. Den kunskapsinhämtning som besöket innebar gav även stor hjälp till det fortsatta arkeometallurgiska analysarbetet av prover från platserna. I fältbesöket ingick även utgrävningen av en ugnsanläggning på järnframställningsplats (Jfp) 8. Mål och syfte Avsikten med de arkeometallurgiska undersökningarna som gjordes på materialet från 2003 års fältundersökningar var att belysa och analysera problemställningar knutna till teknologisk kunskapsnivå, ugnstyper, järnkvaliteter, framställningsteknik, processkunskap, smidesarbete, produktionsmängd, malmtyper, samt verksamhetens omfång och organisation. De resultat som presenterades (Grandin, Forenius och Hjärthner-Holdar 2004) ledde fram till mer detaljerade frågeställningar. För att kunna lösa dessa föreslogs några punkter som kunde vara av intresse att fokusera på under arbetet i fält 2004. Dessa omfattade detaljerade frågeställningar om ugnarnas konstruktion och funktion. För få ytterligare kunskap inom dessa områden insamlades prover för analys med en i detalj säkerställd kontext, t ex vad gäller position och riktning inom eller utanför ugnen. Platserna Under fältsäsongen 2004 totalundersöktes 13 järnframställningsplatser i Gråfjellsområdet. Tillsammans med dessa framkom även flera kolgropar och rostningsplatser. Av dessa besökte GAL flera, men fokus kom att ligga på två av dem, Jfp 8/T och Jfp 13/J. Platserna har en likartad rumslig struktur där en eller flera ugnslämningar är belägna i närheten av slaggvarp samt kol- och malmupplag. Ytterligare sju järnframställningsplatser dokumenterades och prover togs för datering (Stene et al 2005). Under året genomfördes också magnetometerundersökningar i området (Smekalovs 2004) och med hjälp av dessa kunde ett stort antal rostningsplatser lokaliseras. Några av dessa och ett antal tidigare kända rostningsplatser undersöktes (Stene et al 2005) och malmprover insamlades för analys hos GAL. 2
Material och metod Geoarkeologiskt Laboratorium fick i uppgift att genomföra arkeometallurgiska analyser av slagger, malmer och metaller. I materialet ingick även ugnsväggsmaterial som har analyserats av Ole Stilborg vid Keramiska Forskningslaboratoriet i Lund. Inom ramen för de arkeometallurgiska analyserna ingick petrografiska och metallografiska analyser av tunnslip respektive polerprov, mikrosondanalys, totalkemisk analys samt röntgenanalys. Provurval och val av analysmetod När provmaterialet inlämnades till GAL gjordes en översiktlig okulär genomgång och ett förslag för analysarbetet utformades. Syftet var att välja slaggtyper från olika delar av en ugn, flera ugnar på respektive järnframställningsplats, samt från de båda prioriterade järnframställningsplatserna. Utöver detta fanns slagger som tolkades vara från primärsmidet, och dessutom relaterade till framställningen i en specifik ugn på varje plats. Metallproverna, och i viss mån det keramiska materialet, uppvisar liknande relationer och därmed gjordes motsvarande provurval för analys men i något mindre omfattning. På respektive järnframställningsplats fanns också enstaka malmprov som planerades ingå i analysarbetet. Den största insatsen gjordes på malmerna från de rostningsplatser som också prioriterats för analyser. 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). Enstaka metalloch slaggprover analyseras även med elektronmikrosond för att få kvantitativa analysresultat för respektive metall/mineral i materialet. Malmerna undersöks med röntgendiffraktion för att vi ska se deras mineralinnehåll och rostningsgrad. 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. De analyser som genomförs för de olika provkategorierna finns noterade i fyndlistor där även andra kommentarer eller noteringar från okulär granskning av hela eller delade slagger är inkluderade. Prover som undersöks mer detaljerat presenteras även var för sig. Metoder Petrografiska undersökningar Av sjutton av slaggerna tillverkades tunnslip, eller i enstaka fall polerprov, 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. Petrografiska undersökningar utfördes i genomfallande 3
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/eller 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 femton 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. Röntgendiffraktionsanalyser Röntgendiffraktionsanalyser (XRD) genomfördes av Nils Olov Ersson på Institutionen för materialkemi vid Uppsala universitet, efter instruktioner och rekommendationer från Geoarkeologiskt Laboratorium. Analysen gjordes på en Siemens D500 diffraktometer med normal strålgång (Bragg-Brentano) och CuKα-strålning. Korrektioner har gjorts för preparathöjd. I de resulterande diffraktogrammen är bakgrunden inte justerad eftersom en hög bakgrund kan representera ett amorft inslag, vilket kan förekomma i malmprover. Diffraktogrammen har kompletterats med linjer som representerar de identifierade mineralen kvarts, maghemit, magnetit och götit. Totalt analyserades nio malmprover. Totalkemiska analyser Totalkemisk analys utfördes på sjutton slaggprov, nio malmprov och två ugnsväggsprov hos Analytica AB, Luleå. Använd analysmetod är ICP-AES för huvudelement och ICP-QMS för spårelement. Totalt analyserades 47 element i varje prov. Flertalet malmprov har också genomgått en röntgendiffraktionsanalys (se ovan). Slaggproven har också studerats i mikroskop. Ugnsväggarna har även analyserats med keramiska analyser. 4
Elektronmikrosondanalyser Mikrosondanalyser utfördes på en slagg som inte var lämplig att analysera med totalkemiska analyser (ICP) av bulkprov (se ovan) för att kunna inkludera även denna slagg i jämförelse av ett större provmaterial och dess sammansättning. Elektronmikrosonden omfattar dock inte lika många element som ICP-analyserna. Analysmetoden användes också på ett järnprov för att kontrollera metallens och dess slagginneslutningars sammansättning. Metoden innebär att en elektronstråle fokuseras på önskad punkt (områden ned till 2µm i diameter kan analyseras, dvs. olivin, wüstit och glas analyseras separat). Den reflekterade röntgenstrålningen relateras till ett referensprov med känd sammansättning. På detta sätt får man kvantitativa data över sammansättningen av de olika komponenterna i materialet. Elektronmikrosondanalyserna genomfördes med Cameca-instrumentet vid Institutionen för geovetenskaper, Uppsala universitet, av Hans Harryson. Val av prov och analysområde gjordes av Lena Grandin. 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 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 bland annat järnoxid, glimmer, malm och andra mineral kan uppskattas. Vid förstoringar på 600-1000 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. 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. 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. Som med all teknisk keramik finns det dels tydligare krav på godset än vad som är fallet vid framställning av hushållskärl. Det väsentligaste bekymret med de senare är att de ska hålla för bränningen, ha en rimligt anpassad porositet (vilken dock oftast regleras med ytbehandlingen) och en viss hållbarhet. På reduktionsugnens godskvalitet vilar däremot en stor del av ansvaret för en lyckad process en process vari det har investerats en betydande mängd energi och tid. Att det inte alltid har gått bra visar till exempel resultaten av analyser av en kollapsad ugnsvägg från äldre järnåldersplatsen Fyllinge i Halland (Stilborg & Lindahl 2003). Samtidigt är en sådan konstruktion av reduktionsugnar på de flesta ställen en mycket mera sällsynt företeelse. Tillsammans ger detta förutsättningen för utvecklingen av olika speciella teknologiska lösningar på uppdraget att få fram en termisk hållbar ugnsvägg, som samtidigt inte dra för mycket värme från processen. 5
Resultat Järnframställningsplats 8/T Järnframställningsplats 8 var belägen vid foten av Deifjellet (Damlien 2005, Stene et al 2005). Platsen för järnframställning var anlagd på flack mark med en svagt markerad höjning mot nordväst. Marken består av sand och grus med inslag av sten. Inom ytorna på denna lokal dokumenterades tre delområden. Dessa utgjordes av tre slagghögar och ett slaggvarp. Även kollager och vad som tolkades som en rostningsplats noterades. Inom området påträffades även flertalet kolgropar. Till slaggytorna kunde tre ugnslämningar kopplas. Ugn 100.625 inom område 1 var den sydligast belägna och var vid tidpunkten för GAL:s fältbesök färdigundersökt. Ugn 100.643 inom område 2 fanns norr om den föregående och var även den nästintill färdigundersökt. Delar av schaktväggen och träflisväggen togs dock in som prov. Den tredje av ugnslämningarna 100.667 var belägen centralt på platsen inom slaggområde 3. Detta område tolkades vara äldre än område 2 eftersom ett slaggvarp (SH2) inom ytan täckte ugn 100.667. GAL deltog i utgrävningen av ugn 100.667. Den bevarade ugnsbotten undersöktes och prover valdes ut. Järnframställningsplats 8 har prioriterats för det arkeometallurgiska analysarbetet. Totalt har GAL tagit emot 22 prover. Okulära beskrivningar samt analysresultat av slaggerna redovisas nedan. Analyserna av ugnsväggarna presenteras i separat stycke senare. Malmerna behandlas tillsammans med malmproverna från de andra järnframställningsplatserna och rostningsplatserna. Tabell 1. Prov från järnframställningsplats 8/T. Provnr. Provtyp Kontext och kommentar Noteringar av hela prover Ugn 100.667 100.677 Primärsmidesslagg Från bearbetningsområde 100.624. Relaterat till 100.667. 100.690 Tappslagg Från slaggtappningsområde utanför 100.667. 100.705 Schaktmaterial 100.707 Schaktmaterial Från lager med schaktmaterial, 100.640. Nära ugn 100.667. Från slagghög 100.611. Nära ugn 100.625. 100.719 Tappslagg Stelnad mellan stensättning i slaggrop 100.667. Liknar slagg 100.727 och 100.729. 100.720 Bottenskålla Från slaggrop 100.667. Pilmarkering visar ungefär vertikalt Porös slagg. Avtryck saknas. Omagnetisk. Tät och fluten med fastsmälta småslagger. Avtryck saknas. Omagnetiskt. Ugnsvägg med utsida av tunt skikt rödbränd lera, därefter grå lera och innerst ett tunt skikt av slagg. I tvärsnitt finkornigt material samt lite större bitar lera. Avtryck saknas. Omagnetiskt. Ugnsvägg med utsida av rödbränd lera, ca 4 cm. Därefter lager av slagg, ca 2 cm. Ett vass/gräsavtryck, ca 5 cm. Omagnetiskt. Tät och fluten. Stenavtryck på två motstående sidor. Svagt magnetiskt. Tät med enstaka bitar av fastsmält material i botten. Kolavtryck, ett par cm stora. Noteringar i tvärsnitt och prover för analys Huvudsakligen tät och homogen slagg. Endast lokalt något porösare i snittets centrala delar. Tunnslip. Totalkemisk analys (21 g). Keramisk analys. Keramisk analys. Huvudsakligen tät och homogen i snitt. Något större porer centralt mellan stenavtrycken. Tunnslip. Totalkemisk analys (23 g). I tvärsnitt är slaggen mestadels tät och homogen i sammansättning. Överkanten är något porösare, där 6
Provnr. Provtyp Kontext och kommentar 100.727 Tappslagg Sten med slagg. Från slaggrop 100.667. Slagg från såväl inne i ugnen som ut genom väggen. 100.728 Metallprov Från slaggrop 100.667. 100.729 Tappslagg Sten med slagg. Från slaggrop 100.667. Jämför 100.727. Ugn 100.643 100.680 Malmprov Från malmlager. Närmast 100.643. 100.693 Slagg med träavtryck 100.694 Bottenskålla Noteringar av hela prover Noteringar i tvärsnitt och prover för analys (pil nedåt). Magnetisk insida. också kol och kolavtryck finns. Närmast tapphålet finns koncentrationer av svampigt metalliskt järn. Tunnslip (A). Totalkemisk analys (A; 26 g). Polerprov (B). Slagg från ungefär samma höjd som 100.722, stelnad mellan sten och trä i slaggrop. Från slaggrop. Liknar slagg 100.721 och 100.724, tagen mellan dessa. Viktig övergång (höjdmässigt ) mellan bottenskålla och gropslagg. 100.702 Metallprov Från slaggrop. Jämför även ovansidan på 100.721 och 100.724. 100.721 Bottenskålla Från slaggrop. Läge för tapphål mot nordväst markerad med pil. 100.722 Gropslagg Från slaggrop. Blandat material i botten, under 100.721 och 100.724. 100.723 Tappslagg Från slaggtappningsområde. Slagg mitt för markering i 100.721. Även mindre slaggbitar fastsmälta. Avtryck saknas. Omagnetiskt. Järnrik slagg med korrosionsprodukter. Avtryck saknas. Magnetiskt. Fastsmälta småslagger. Avtryck saknas. Omagnetiskt. Huvudsakligen finkornigt, ljust brunt material med inblandning av kvartskorn, fragment av bränd lera och rötter. Magnetiskt. Fluten och tät. Stora träavtryck över hela ytorna. Omagnetiskt. Tät med påsmält småsten och lera. Avtryck saknas. Bitvis svagt magnetiskt. Tät och fluten. Avtryck saknas. En kant är magnetisk. Mycket ihopkittat material i ytterkanter; grus, sten och lera. Avtryck saknas. Omagnetiskt. Mycket ihopkittat material; grus, sten och lera. Avtryck saknas. Bitvis svagt magnetiskt. Fluten och tät slagg. Avtryck saknas. Omagnetiskt. 100.724 Botten- Från slaggrop. Läge Tät med påsmält småsten och Slagg, delvis porös, med svampigt metalliskt järn. Polerprov. Provpreparering: en del rötter bortplockade, materialet något krossat. Det mesta är magnetiskt. Totalkemisk analys (2,0 g). 6,7 g till XRD. Halva snittet homogent, något porig slagg. I andra halvan finns insmält stenmaterial och en del kolavtryck. Tunnslip. Totalkemisk analys (36 g) från homogena delen. Tät, homogen slagg med koncentration av metalliskt järn, tämligen tätt, 7 5 mm. Polerprov. Närmast tapphål finns mycket tät slagg, för övrigt något porösare. Metalliskt, något svampigt, järn finns koncentrerat i ett band diagonalt genom tvärsnittet från ett område någon cm från tapphålet. Tunnslip. Totalkemisk analys (26 g). Ihopsmält material. Enstaka partier med tät slagg, men mest lera, sand och sten. Tydligt uppbyggd av flera mindre slaggsträngar som var och en är tätare centralt och porösare i ytterkanterna. Sprickbildning genom slaggsträngarna. Tunnslip. Totalkemisk analys (31 g). 7
Provnr. Provtyp Kontext och kommentar skålla för tapphål mot sydöst markerad med pil. 100.726 Malmprov Från botten av slaggrop. 100.745 Schaktmaterial Bearbetningsgrop 100.681 100.687 Sten med sintrad slagg 100.703 Primärsmidesslagg Från stående schakt över slaggrop 100.643. Från bearbetningsgrop. Relaterad till 100.643? Från bearbetningsgrop. Relaterad till 100.643? 100.704 Metallprov Från bearbetningsgrop. Relaterad till 100.643? Noteringar av hela prover Noteringar i tvärsnitt och prover för analys lera. Avtryck saknas. Omagnetiskt. Varierande kornstorlekar från mycket finkornigt till några centimeter stora. Det finkorniga materialet kan inte urskiljas i stereolupp. Bland det grövre finns fragment av slagger (kontrollerat genom framslipning av yta) och bränd lera, och hela kulformade slagger. Dessutom förekommer kvartskorn. Större delen av materialet är inte malm. Keramisk analys. Sandsten. 2 bitar trögflutna och poriga och en tät och fluten. Avtryck saknas. En bit starkt magnetisk. Flera stycken, något varierande, mestadels täta och flutna. Enstaka kolavtryck, 1-2 cm. Magnetiskt. Större biten (A) tät och homogen med inslag av kol och små mängder metalliskt järn. Något bandad i fråga om porositet. Den mindre biten (B) tät med järn. Tunnslip (A). Totalkemisk analys (A; 26 g). Polerprov (B). A) I tvärsnitt tämligen tätt metalliskt järn, ca 30 20 mm, omgivet av slagg. B) Slagg med svampigt metalliskt järn. C) Homogen slagg med enstaka koncetnrationer av metalliskt järn, svampigare till tätare (största ca 10 10 mm). D) Slagg med svampigt metalliskt järn. E) Svagt magnetisk slagg, ej delad. Polerprov av A, B och C. Ugn 100.667 På järnframställningsplats 8 fanns rester efter tre ugnsanläggningar. En av dessa, ugn 100.667 totalutgrävdes, dvs hela den underliggande ugnsgropen undersöktes. Detta gjordes för att få en möjlighet att fånga upp den underliggande bottenslaggens storlek och art, men även för att få ytterligare information om ugnens konstruktion, kvalitet och kapacitet. Undersökningen genomfördes av GAL den 14 15 juli under fältbesöket 2004. Anläggning 100.667 hade i princip hela ugnsgropen bevarad. Gropens djup var ca 0,4 meter med ett innermått på ca 0,35 meter i diameter. Gropen har varit stenklädd. Flertalet av dessa stenar låg kvar in situ och vissa var värmepåverkade och spruckna. Storleken på stenen varierade från knytnävsstora till huvudstorlek. I den västra delen av anläggningen fanns flera av 8
stenarna bevarade på plats än i övriga delar av ugnsgropen. Hela gropen var nästintill helt slaggfylld. Ugnen har vid körningstillfället storknat och därefter inte längre varit brukbar. Gropen fylldes huvudsakligen av en stor slaggklump samt mindre bitar och strängar av slagg. Slaggen har även trängt igenom den stenklädda väggen. Framförallt var detta tydligt i den sydöstra kanten där slaggen flutit ut i form av täta slaggsträngar. I den norra delen har inte slaggen runnit ut i samma omfattning och inte trängt ut mellan de yttre stenarna. Det kompakta slaggstycket som haft flera separata flöden var sprött och omöjligt att ta upp ur ugnen som ett stycke. Ett par av stenarna från gropens väggar hade rasat in mot gropens mitt och påträffades inne i gropen vid utgrävningen av denna. I gropen fanns även rester av en mörkbrun fyllning, en blandning av sand, grus och kol/malm. På insidan av gropen i den östra sidan påträffades slagg med större kolavtryck, troligtvis av stående ved. Gropen har även haft en inre laggad trävägg. I botten mot den norra väggen framkom rester av kvarstående ved och på den södra sidan fanns motsvarande avtryck i slaggen som framkom där. Högre upp i gropen, i den västra delen ungefär vid marknivå, påträffades rester efter mindre träflis, ett par centimeter långa. Dessa låg inrasade mot gropens mitt, men bör ursprungligen ha varit placerade längs gropväggen. I anläggningen fanns även kol. Slaggerna från ugn 100.667 är samtliga täta och flutna. På flera av de större bitarna syns tydligt hur den utflytande slaggen bildat strängar som smälts samman till större stycken. Vissa av bitarna var även magnetiska. 100.690, Tappslagg (Ugn 100.667) Beskrivning: Tunnslip från övre delen av tappslagg. Slaggen är uppbyggd av flera tydligt urskiljbara slaggsträngar (Fig. 1). Petrografi och metallografi: Slaggen är uppbyggd av många slaggflöden (Fig.1c). Slaggflödenas tjocklek och kornstorlek varierar. Ett fåtal, tjockare slaggflöden som dominerar i tunnslipet, är något grövre i kornstorlek än de många betydligt tunnare flödena. De senare finns främst nära slaggstyckets överyta. Mineralinnehåll och fördelning varierar endast marginellt mellan de olika slaggflödena. De består av dendritisk wüstit, olivin, hercynit och en glasfas. I de absoluta kontaktytorna, som är finkornigare än mer centralt inom varje flöde, finns vanligtvis en tunn zon av komplext sammansatta järnoxider, såväl magnetit som wüstit (Fig. 1d). I oxidzonernas närhet förekommer även en del magnetitkristaller istället för wüstit. Sammanfattning: Tappslagg som är uppbyggd av många slaggflöden av varierande tjocklek men med homogen sammansättning. Vart och ett av slaggflödena har stelnat hastigt i syrerik miljö. 100.719, Tappslagg (Ugn 100.667) Beskrivning: Tunnslip centralt genom tappslaggen, täckande i det närmaste hela tjockleken (Fig. 2). Petrografi och metallografi: Den del av slaggen som ingår i tunnslipet består huvudsakligen av ett homogent, tämligen finkornigt slaggflöde, extra finkornigt i ytterkanten. I kontakt med detta slaggflöde finns ett fåtal mindre slaggflöden. Även dessa är finkornigare i kontaktytan. Till skillnad mot i prov 100.690 finns dock inga zoner av komplexa järnoxider i kontaktytorna (Fig. 2c d). Slaggen är uppbyggd av dendritisk wüstit, olivinlameller och en glasfas. Enstaka, små (mikrometerstorlek) koncentrationer av oregelbundet format metalliskt järn finns också. Sammanfattning: Slaggen är uppbyggd av ett fåtal slaggflöden. Respektive slaggflöde har stelnat hastigt i ytan, men till skillnad mot slaggen i prov 100.690 utan tillgång på syre. 100.690 är stelnad utanför ugnen men 100.719 inne i ugnsutrymmet. 9
100.720A, Bottenskålla (Ugn 100.667) Beskrivning: Det undersökta tunnslipet omfattar hela slaggens tjocklek förutom den absoluta botten- respektive överytan (Fig. 3). Petrografi och metallografi: Slaggen är genomgående grovkornig och består huvudsakligen av olivinkristaller (Fig. 3c). Mestadels är dessa kortprismatiska, i ett skikt är de mer långsmala. Hercynitkristaller, wüstit som finkorniga dendriter, och en glasfas förekommer i betydligt mindre mängd. Enstaka koncentrationer av svampigt metalliskt järn finns också. Sammanfattning: Slaggen har bildats ur en större slaggvolym med homogen sammansättning och som har stelnat långsamt. Slaggen är rik på olivin och har huvudsakligen en lägre totalhalt av järn än tappslaggerna från samma ugn. 100.720B, Metallprov (Ugn 100.667) Beskrivning: Koncentration av svampigt metalliskt järn, i slagg. Prov taget i samma slagg som tunnslipet prov 100.720A. Tvärsnitt 26 18 mm stort. Petrografi och metallografi: Slagg, som mestadels är tämligen porös, innehållande olivinkristaller, dendritisk wüstit och en glasfas samt svampigt metalliskt järn i mindre ansamlingar. I wüstitdendriterna finns tunna magnetitlameller. Det svampiga järnet utgörs genomgående av ferrit. Kornstorleken är svår att definiera. Lokalt kan enstaka ytor med nitridnålar, alternativt tunna cementitlameller, förekomma. Sammanfattning: Slaggen i polerprovet har samma utseende som den andra undersökta ytan i samma slagg, med stort olivininnehåll. Järnet är huvudsakligen ett homogent mjukt järn. 100.728, Metallprov (Ugn 100.667) Beskrivning: Svampigt metalliskt järn, i slagg. Tvärsnitt 36 11 mm stort (i två delar). Petrografi och metallografi: Porös slagg med innehåll av svampigt metalliskt järn. Slaggen varierar något i kornstorlek och innehåll men är mestadels medelkornig och domineras av dendritisk wüstit. Olivinkristaller och en glasfas, som lokalt är kaliumrik, är också vanliga. Det metalliska järnet följer vanligtvis wüstitens former och kornstorlek, men förekommer lokalt i något större ansamlingar. Huvudsakligen är järnet ferritiskt men lokalt förekommer mindre områden med perlit mellan ferritkornen. Sammanfattning: Slaggen liknar några av de övriga analyserade slaggerna från ugn 100.667. Metallen är fördelad i slaggen och är mestadels ett mjukt järn men lokalt finns kolhaltigt material. Den något ojämna sammansättningen på järnet beror troligen på att förutsättningarna har varierat på korta avstånd i slaggen där förhöjda kolhalter i järnet sannolikt kan knytas till de kolstycken som funnits inneslutna i slaggen. Ugn 100.643 Ugnslämning 100.643 var vid tillfället för fältbesöket i juli 2004 färdigundersökt. Under GAL:s närvaro tömdes däremot den underliggande ugnsgropen och en bottenskålla togs in som prov. Denna hade träavtryck och låg in situ. Slaggen hade smält fast i botten av ugnen. Även ett möjligt malmprov togs från botten av gropen. Ugnen var cirkulärt byggd och var av samma typ som ugn 100.667. Även en sk flisvägg kunde noteras. Denna var lagd växelvis vågrätt och lodrätt. Ugnsgropen var stenfodrad. Innanför 10
stenfodringen påträffades en laggad trävägg. Innermåttet på gropen var ca 0,40 m i diameter, dvs något större än gropen i ugnsanläggning 100.667. 100.694, Bottenskålla, centralt (Ugn 100.643) Beskrivning: Tunnslipet omfattar den övre delen av slaggen men inte det absolut översta skiktet. Petrografi och metallografi: Slaggen består huvudsakligen av tämligen grovkorniga kortprismatiska olivinkristaller omgivna av en glasfas (kaliumrik) och med hercynitkristaller och finkornigare wüstit i mindre mängd. Kornstorleken är något mindre i de övre delarna. I det något finkornigare övre skiktet förekommer också magnetit i wüstitdendriterna. Slaggen är mestadels homogen i det studerade snittet men enstaka mindre ytor med avvikande sammansättning, mestadels också något finkornigare, finns avgränsade i slaggen. De mindre ytorna, 4 5 mm stora, förefaller vara slaggdroppar, som varit stelnade, åtminstone i ytan, innan de droppat ner i den fortfarande flytande slaggen. Dessa har alltså inte blandats med den större slaggvolymen innan denna har stelnat klart. Dropparna bör alltså ha kommit i ett slutskede i processen, när temperaturen så småningom sänkts och ingen mer slagg har tillförts. Enstaka koncentrationer av metalliskt järn, i samma storleksordning, finns också inneslutet i slaggen. Järnet är dels svampigt, dels tätt. Inga texturer framträder i järnet utan etsning av provet (bör undvikas på tunnslipet). Om det varit höga kolhalter med förekomst av cementitlameller borde dessa dock ha framträtt. Sammanfattning: Slaggen är huvudsakligen homogen, rik på olivin. Från överytan och drygt en centimeter ner i slaggen finns koncentrationer av avgränsade, finkornigare, slaggdroppar med lite större andel wüstit. Dropparna har delvis stelnat innan de hamnat i slaggen, som sedan stelnat i sin helhet. Metalliskt järn i samma storleksordning som slaggdropparna finns också. Möjligen har en tunn slagghinna varit stelnad även i den större slaggvolymen. Slaggdropparna har då delvis deformerat och dragit med sig denna slagghinna ner i den fortfarande flytande slaggen. Det har alltså funnits en större, flytande slaggvolym. I slutskedet av processen har enstaka små och delvis stelnade slaggdroppar droppat ner i slaggbadet. Därefter har hela slaggvolymen stelnat när framställningsprocessen avslutats och järnsmältan tillvaratagits. 100.721, Bottenskålla, mot ugnsvägg (Ugn 100.643) Beskrivning: Tunnslipet omfattar den övre delen av slaggen, i anslutning till tappningsområdet i kontakt med prov 100.723 (Fig. 4). Petrografi och metallografi: Slaggen i slipet är huvudsakligen homogen i sammansättning och kornstorlek (Fig. 4c d). Slaggen är något finkornigare än prov 100.694, men med liknande mineralinnehåll. Den domineras av långsmala olivinkristaller (lameller), med mindre mängder finkornigare dendritisk wüstit, en glasfas och hercynitkristaller. Olivinkristaller finns i två storlekar och representerar två generationer vid stelnandet. En bit ner i slaggen finns delar av väggen med i provet, och mot denna finns delar av mindre och finkornigare slaggdroppar vilka troligen bildats tidigt under processen när små volymer runnit ner i slaggropen och stelnat mot dess ytterkanter. I den större slaggvolymen finns en del små och svampiga koncentrationer av metalliskt järn. Inga tydliga texturer framträder i metallen utan etsning men en låg kolhalt kan anas. Sammanfattning: Slaggen har byggts upp av en större slaggvolym som stelnat tämligen långsamt och format en homogen slagg. Mot ytterkanter finns rester från tidigt bildad slagg som stelnat hastigare mot väggen. Den större slaggvolymen har också inledningsvis stelnat mot 11
denna först bildade slagg. Mineralinnehållet är snarlikt det i prov 100.694 och båda representerar samma större slaggvolym. 100.721 innehåller delar från tidigt bildad slagg medan 100.694 innehåller slaggdroppar från sent bildad slagg. 100.722, Gropslagg (Ugn 100.643) Beskrivning: Polerprov av slagg som är sammankittad med blandat finkornigt material. Tvärsnitt, något oregelbundet, 27 16 mm stort (Fig. 5). Petrografi och metallografi: Slagg utgör den största delen av provet som är uppbyggt av flera slaggsträngar i centimeterstorlek. Kontaktytorna mellan slaggsträngarna är av olika typ. Dels finns ytor som markerar avkylning efter den tidigare slaggsträngen innan nästa har runnit fram och täckt den tidigare. Andra kontaktytor är av sekundär art, där flera slaggsträngar i ett fragment har kittats samman med liknande stycken. Inkapslat i kontaktområdena finns också finkorniga järnhydroxider (korrosionsprodukter) med små droppar av metalliskt järn, kvartskorn och kolstycken. Slaggen i slaggsträngarna är finkornig, allra finkornigast i kontaktytorna. Strängarna varierar något i proportioner men innehåller genomgående olivinlameller, en glasfas och dendritisk wüstit. I några av kontaktytorna finns också en tunn zon med magnetitkoncentration samt magnetitkristaller alldeles innanför kontaktytan. Enstaka mikrosondanalyser (Tabell 6) genomfördes för att kontrollera slaggens sammansättning. En intressant detalj från slagganalysen är att ett manganinnehåll på ca 7 8 viktsprocent MnO noterades. Detta behandlas utförligare tillsammans med de totalkemiska analysresultaten. Sammanfattning: Provet visar två olika processer, en primär och en sekundär. Den primära är bildningen av stearinformade slaggsträngar som avkylts hastigt i syrerik miljö och successivt byggt upp en större slagg. Den sekundära fasen visar flera fragment av sådana slaggsträngar som har kittats samman tillsammans med en blandning av sand, kolstycken och rost. 100.723, Tappslagg (Ugn 100.643) Beskrivning: Tunnslip från övre delen av tappslagg, i kontakt med prov 100.721. Slaggen är uppbyggd av flera tydligt urskiljbara slaggsträngar (Fig. 6). Petrografi och metallografi: I mikroskala framträder ytterligare slaggsträngar än vad som kan ses okulärt. Slaggsträngarna är genomgående finkorniga, allra finkornigast i ytterkanterna. Respektive slaggflöde har kylts av mot en tidigare bildad slaggsträng och har mestadels ännu snabbare avkylning i överytan (i luften). Sammansättning varierar något mellan de olika slaggsträngarna (Fig. 6c). Flertalet är dock dominerade av olivin med mindre mängder wüstit, hercynit och glas. I enstaka slaggflöden är mängden wüstit något högre på bekostnad av mängden olivin. Många kontaktytor mellan slaggflödena är markerade med en mycket tunn zon (Fig. 6d) av järnoxider av komplex sammansättning med både magnetit och wüstit. Även wüstitdendriterna är i ytnära delar delvis ersatta av magnetit. Sammanfattning: Tappslagg som är uppbyggd av ett stort antal slaggflöden, mestadels tunna, vilka stelnat hastigt i luft. Den dominerande mineralfördelningen i flertalet slaggflödena överensstämmer med den vi noterat i både prov 100.694 och 100.721. Enstaka slaggflöden innehåller något avvikande sammansättning, med en högre totalhalt av järn. 100.703A, Primärsmidesslagg (Bearbetningsgrop 100.681, tillhör 100.643) Beskrivning: Tunnslipet omfattar slaggens hela tjocklek förutom en halv centimeter av nedre delen. En diffus skiktning kan anas okulärt (Fig. 7). 12
Petrografi och metallografi: Det studerade området är homogent, tämligen grovkornigt och domineras av dendritisk wüstit (Fig. 7b). Olivin, hercynit och en glasfas förekommer i betydligt mindre mängder. Den skiktning som kan anas okulärt framträder inte lika tydligt i mikroskala varför ingen markant avkylning bör ha skett under uppbyggnaden. Kornstorlek och mineralfördelning uppvisar inga större skillnader nerifrån och uppåt. Vid noggrann undersökning av wüstit i hög förstoring framträder att den inte är helt homogen utan innehåller tunna lameller av magnetit. I nedre delar av slaggen är till och med andelen magnetit högre och dominerar lokalt över wüstit. I hela slaggen finns metalliskt järn fördelat i mestadels tämligen små och oregelbundna koncentrationer. Sammanfattning: Slagg som har hög totalhalt järn vilket framträder i form av den höga wüstithalten. Syretillgången har varit växlande när slaggen har bildats vilket syns i form av växlande proportioner mellan wüstit och magnetit. Sammansättningen och bildningen skiljer sig från slaggerna från ugn 100.643. Den i fält gjorda tolkningen om att slaggen tillhör primärsmidesfasen förefaller trolig även efter att ha studerats i mikroskop. Det förefaller sannolikt att den tillverkade järnsmältan har rensats på innesluten slagg under uppvärmning. Under denna process har troligen även en del av det metalliska järnet oxiderats och bidragit till den högre halten av järnoxider i denna slagg än i reduktionsslaggerna. 100.702, Metallprov (Ugn 100.643) Beskrivning: En ca 9 5 mm, oval koncentration av metalliskt järn omgivet av slagg. Metallen utgör en mindre del i ytterkanten av ett större slaggstycke. Petrografi och metallografi: Koncentration av metalliskt järn, omgivet av slagg och med slagginneslutningar. Järnet är homogent, genomgående jämnkornig ferrit. Den omgivande och inneslutna slaggen är likartad och domineras av tämligen grova olivinlameller med mindre mängd av finkornigare dendritisk wüstit och en glasfas. Hålrum förekommer i såväl slagg som metall. I wüstitdendriterna finns tunna magnetitlameller. Sammanfattning: Mindre koncentration av metalliskt järn i slagg. Järnet är ett homogent mjukt järn. Stycket har inte blivit bearbetat efter framställningsprocessen. Slaggen i provet är olivinrik, likt de analyserade slaggerna från samma ugn. 100.703B, Metallprov (Bearbetningsgrop 100.681, tillhör 100.643) Beskrivning: Koncentration av oregelbundet format metalliskt järn, i tvärsnitt ca 12 7 mm stort. Petrografi och metallografi: Metalliskt järn med hålrum, något korroderat. Hålrummen är fördelade över hela snittytan. Slagg finns i mindre omfattning, mestadels i större koncentrationer runt metallen snarare än som inneslutningar även om sådana också finns. En mindre yta, ca 3 4 mm stor, utgörs av perlit. Perliten omgärdas av successivt lägre kolhalter, till perlit och ferrit i liknande halter, lokalt dock endast ferrit. Slaggens sammansättning och kornstorlek varierar från område till område. I några koncentrationer finns en glasfas och finkorniga kristaller, i andra finns grövre wüstit omgivet av en glasfas. I ytterligare andra dominerar olivinlameller tillsammans med en omgivande glasfas. Sammanfattning: Stycke av metalliskt järn som inte har genomgått någon omfattande mekanisk bearbetning. Eventuellt har det deltagit i omsmältningsprocessen. Slagg finns dock kvar i metallen och varierar i sammansättning vilket också speglar de variationer i kolinnehåll som har noterats i metallen alltifrån kolstål till mjukt järn. 13
100.704A, Metallprov (Bearbetningsgrop 100.681, tillhör 100.643) Beskrivning: Tvärsnitt, ca 35 33 mm, något oregelbundet och med relativt tät koncentration av metalliskt järn ca 32 20 mm. Ett kolstycke, 5 5 mm, finns också inneslutet mellan metallen och slaggen. Petrografi och metallografi: Provet domineras av metalliskt järn som är tämligen tätt. Mindre mängder hålrum och slagginneslutningar finns dock i varierande storlek och form, mestadels oregelbundna. Metallen omges av slagg som är tämligen grovkornig och innehåller olivinkristaller, dendritisk wüstit och en glasfas. Järnet utgörs i hela provet av ferrit som huvudsakligen är grovkornig. Längs metallens ytterkanter, som i vissa fall är provets ytterkanter, i andra i kontakt med slagg, är ferriten betydligt finkornigare. Sammanfattning: Stycke av mjukt järn. Det förefaller inte ha bearbetats mekaniskt. Kvaliteten får betraktas som god med tanke på att järnet är homogent i sin sammansättning mjukt järn och att endast ringa slaggmängder finns i metallen. 100.704B, Metallprov (Bearbetningsgrop 100.681, tillhör 100.643) Beskrivning: Enstaka koncentrationer av oregelbundet format metalliskt järn, maximalt några mm stora, och svampigt järn, i slagg. Petrografi och metallografi: Huvudsakligen slagg med svampigt metalliskt järn samt enstaka koncentrationer av järn. Järnet är homogent och utgörs uteslutande av ferrit, som är något grövre i de tätare koncentrationerna än i det svampiga järnet. Slaggen domineras av grovdendritisk wüstit. Mindre mängder olivinlameller och en glasfas finns också. Sammanfattning: Metalliskt järn som är homogent, mjukt järn, vad gäller sammansättningen. Järnet är dock fördelat i slaggen och har troligen varit svårt att ta till vara. 100.704C, Metallprov (Bearbetningsgrop 100.681, tillhör 100.643) Beskrivning: Tvärsnitt, ca 24 22 mm, av ytterkant av slagg med koncentrationer av metalliskt järn. De två största ca 10 8, respektive ca 14 4 mm. Petrografi och metallografi: Slaggen domineras i ytterkanten av långsmala olivinlameller med mindre mängder dendritisk wüstit och glas. Andelen wüstit ökar och olivin minskar, inåt i slaggen. Kornstorleken ökar något i samma riktning från ytterkanten. Det metalliska järnet är koncentrerat i två tämligen täta koncentrationer, en långsmal och en oregelbundet rundad. Dessutom finns mindre ansamlingar, något svampiga. Järnet är mestadels ren ferrit, huvudsakligen jämnkornig. I den långsmala koncentrationen finns små mängder cementit/perlit i kornkontakterna. Sammanfattning: Slaggen uppvisar likheter med de petrografiskt undersökta slaggerna från lokalen, främst de från ugn 100.643. Metallen är spridd i slaggen och var troligen svår att ta till vara, men är tämligen homogen i sammansättning, i form av ett mjukt järn. Slagger i sammanfattning Från ugn 100.643 har slagger av tre olika kategorier undersökts; gropslagg, bottenskålla och tappslagg. Gropslaggen består av sammankittade slaggfragment som urpsrungligen är finkorniga, tunna slaggflöden likt de som vi ser i bland annat tappslaggerna med oxidzoner i avkylningsytorna. Slaggen av typen bottenskålla (eller bottenslagg), består av grovkornig, olivinrik slagg. I båda de undersökta slaggproven har en större, tämligen homogen, slaggvolym stelnat långsamt inne i ugnsutrymmet (inklusive grop). De båda slaggernas mineralinnehåll är snarlikt. Den ena bottenslaggen är stelnad mot väggen där den inledningsvis stelnat lite hastigare. 14
Den andra, stelnad mer centralt i ugnsutrymmet, innehåller i sina övre delar små slaggdroppar av lite avvikande sammansättning. Dessa har troligen bildats i slutskedet av reduktionsprocessen då de har droppat ner och stelnat något innan de landat i den större slaggvolymen. En tappslagg som bildats utanför ugnen har samma mineralproportioner som de båda bottenslaggerna. Tappslaggen är betydligt finkornigare till följd av hastig avkylning. Denna har skett i syrerik miljö, alltså utanför ugnen, vilket tydligt syns i övre skiktet av varje enskilt slaggflöde i form av en tunn hinna med bland annat magnetit (i stället för wüstit som bildas i ugnen). Från ugn 100.667 har en bottenslagg och två tappslagger undersökts. Bottenslaggen uppvisar samma innehåll som bottenslaggerna från ugn 100.643, möjligen med något annorlunda mineralproportioner. Bland tappslaggerna uppvisar prov 100.690 liknande drag som tappslaggen i ugn 100.643, det vill säga med flera slaggflöden som är hastigt avsvalnade i en syrerik miljö. Den andra tappslaggen från ugn 100.667, prov 100.719, har liknande mineralinnehåll och har svalnat tämligen hastigt, precis som 100.690. Den stora skillnaden är dock att 100.719 saknar den tunna magnetitzonen mellan slaggflödena. Slaggen har alltså stelnat i en syrefattigare miljö, inne i ugnsutrymmet. Bildningen har ändå skett i ett betydligt kallare område än där bottenslaggen har bildats. Den avvikande tappslaggen har provtagits som stelnad mellan stenar i slaggrop (är det i väggen?). De båda tappslaggerna är sinsemellan lika vad gäller mineralinnehåll men skillnader i mineralproportioner finns gentemot bottenslaggen från samma ugn. De olika slaggtyperna från ugn 100.643 har större likheter i mineralproportioner. Ytterligare en kategori av slagg har undersökts. Den kommer från bearbetningsgrop 100.681. Slaggen är tämligen grovkornig, likt bottenslaggerna. Den avviker dock från dessa vad gäller mineralinnehållet genom att den domineras av wüstit dess totala järninnehåll är alltså betydligt högre. Tolkningen att det skulle röra sig om en primärsmidesslagg får därmed stöd även i den petrografiska undersökningen. Troligen har den slaggförande järnsmältan (eller luppen) värmts upp för att minska slagginnehållet. Samtidigt som slaggen har smält ur har sannolikt också en del av metallen omvandlats till järnoxider och bidragit till primärsmidesslaggens totala sammansättning (jämför också de totalkemiska analysresultaten). Järnet i sammanfattning Det metalliska järn som har studerats från Jfp 8/T kommer från de båda undersökta ugnarna och bearbetningsgropen 100.681. I flera fall rör det sig om mindre koncentrationer av metall i större slaggstycken. Några prov utgörs dock huvudsakligen av metall, med endast små mängder omgivande och innesluten slagg. Gemensamt för dem är deras sammansättning. De består av mjukt järn. Mestadels är det mycket homogent i hela de analyserade proverna. Endast i enstaka fall finns förhöjda kolhalter. I provet från ugn 100.667 kan denna variation kopplas till kontakten med kolstycken som lokalt har bidragit till kolinnehållet i metallen. En del av järnet är för utspritt i slaggen för att det skulle ha varit värt att ta tillvara. Det är dock användbart för oss för att kunna få en inblick i vilka järnkvaliteter som har tillverkats. Järnframställningsplats 13/J Järnframställningsplats 13 var belägen 720 m ö h. Ytan är flack mot NV och höjer sig svagt mot SO (Fredriksen 2005, Stene et al 2005). Marken består av sandjord med inslag av sten i varierande storlekar. Platsen besöktes av GAL under fältbesöket i juli 2004. Vid den tidpunkten var utgrävningen i inledningsfasen och ugnslämningar hade inte slutgiltigt lokaliserats. Eftersom så var fallet kommer här inte någon utförligare beskrivning av ugnsanläggningarna att göras. Enbart kortare sammanfattningar av ugnarnas struktur följer för att längre fram enk- 15
lare kunna koppla proverna GAL analyserat till respektive anläggning och område. Strukturer kunde dock utläsas under fältbesöket. Platsen hade två slaggvarp med ett avstånd på ca 8 meter. I norr låg slaggvarp 200.500. Detta var närmast cirkulärt. Det andra slaggvarpet som var beläget i södra delen av området var ovalt och nord-sydligt orienterat. På platsen kunde även två malmlager lokaliseras. Dessa låg centralt placerade. I anslutning till dessa framkom dessutom ett kollager. På järnframställningsplats 13 fanns två ugnslämningar. Dessa var centralt belägna inom området och kunde relateras till slaggvarpen. Ugnslämning 200.584 låg i söder och 200.585 i norr. Precis som på järnframställningsplats 8 rör det sig om ugnar med slaggtappning på sidorna. Totalt har GAL tagit emot 19 prover. Okulära beskrivningar samt analysresultat av slaggerna redovisas nedan. Analyserna av ugnsväggarna presenteras i separat stycke senare. Malmerna behandlas tillsammans med malmproverna från de andra järnframställningsplatserna och rostningsplatserna. Tabell 2. Prov från järnframställningsplats 13/J. Provnr. Provtyp Kontext och kommentar Noteringar av hela prover Ugn 200.584 200.580 Lerprov Bränd lera från område runt 200.584. 200.596 Bottenskålla Från slaggrop 200.584. Pil markerad mot tappning. 200.597 Metallprov Från slaggrop 200.584. 200.598 Gropslagg/ Metallprov Från slaggrop 200.584. Under bottenskålla, hopsintrad. 200.703 Tappslagg Stelnad i slaggrop 200.584. Tappslagg innanför. Ugn 200.585 200.550 Metallprov Från ugnsområde vid slaggrop 200.585. 200.701 Bottenskålla Från slaggrop 200.585. I två delar, båda med tät och fluten slagg. Delar av påsmält material, även större stenar (B). Avtryck saknas. En kant kraftigt magnetisk i övrigt omagnetisk. Järnrikt material. Varierande mängder slagg och metall, delvis omgivet av korrosionsprodukter. Avtryck saknas. Magnetiskt. Tät och fluten. Fastsmälta slaggfragment och lera på den största biten. Kolavtryck, upp till 5 cm (vedavtryck?). Svagt magnetiskt. Partier med fastsmält grus/sand. Avtryck saknas. Svagt magnetiskt. Oregelbunden, kraftigt magnetiskt. Rester av smält sten, lera. Kolavtryck, ett par cm stora. Noteringar i tvärsnitt och prover för analys A) Tät och homogen slagg i hela snittet. Tunnslip. Totalkemisk analys (63 g). B) Domineras av tät och homogen slagg. Längst från tapphålet finns en mindre ansamling av metalliskt järn på överytan och insmält stenmaterial i undre delen. Tunnslip. Totalkemisk analys (23 g). A) Tvärsnittet består av huvudsakligen tät, homogen slagg med koncentration av tätt metalliskt järn, ca 7 6 mm (polerprov), lokalt även svampigt järn. B) Oregelbundet stycke med små koncentrationer av metalliskt järn omgivet av slagg och korrosionsprodukter. Polerprov. Tät med insmälta stenar och möjligen även lera samt enstaka kolbitar. Tunnslip. Totalkemisk analys (36 g) av område utan insmält material.. Huvudsakligen tät, lokalt med enstaka större porer, och homogen slagg. Tunnslip. Totalkemisk analys (13 g). I tvärsnitt (20 mm) dominerar metalliskt järn, tämligen tätt med endast små slaggmängder. Lokalt finns grönglasiga, några mm stora ytor. Polerprov. Slagg som är homomgen i sammansättning med något 16
Provnr. Provtyp Kontext och kommentar 200.702 Tappslagg Från slaggtappningsområde vid 200.585. 200.706 Metallprov Från slaggrop 200.585. Slagg med mycket metalliskt järn. Liknar 200.701. 200.713 Schaktmaterial Från slaggrop 200.585. Jämför 200.701. 200.717 Tappslagg Stelnad i slaggrop 200.585. Tappslagg innanför. Övriga anläggningar 200.511 Tappesøyle Från profil i slagghög 200.500. Referensmaterial för utseende snarare än för analys. 200.512 Malmprov Från malmlager 200.509. 200.513 Schaktmaterial 200.514 Tappesøyle 200.515 Tappesøyle 200.516 Malmprov (rostat) Från profil i slagghög 200.500. Från profil i slagghög 200.500. Referensmaterial för utseende snarare än för analys. Från profil i slagghög 200.500. Referensmaterial för utseende snarare än för analys. Från malmlager 200.508. Noteringar av hela prover Svagt magnetiskt insida. Små. flutna och täta. Rester av lera fastsmält. Omagnetiska. Tät och fluten järnrik slagg. Cm-stora kolavtryck (vedavtryck?). Magnetiskt. Ugnsvägg med utsida av smält sten, ca 2 cm, insida med slagg 3-4 cm. Kraftigt skiktat. Avtryck saknas. Starkt magnetisk insida. Små, flutna och täta. En bit med fastsmält lera/grus. Avtryck saknas. Omagnetiskt. Tätt och brett strängfluten. Avtryck saknas. Omagnetiskt. Finkornigt mörkbrunt material med litet inslag av kvartskorn, rötter och levande larver. Magnetiskt. Smetigt i konsistensen. Ugnsvägg med yttre lager av rödbränd lera med fastsmält sten, ca 3 cm. Därefter gråbränd lera, ca 3 cm. Innerst ett par cm tjockt lager av slagg. Avtryck saknas. Omagnetiskt. Tät och brett strängfluten. Fastsmält lera och sand. Avtryck saknas. Svagt magnetiskt undersida. Tät och strängfluten. Rester av rödbränd lera. Avtryck saknas. Magnetiskt. Huvudsakligen finkornigt ljusbrunt material. Stor andel Noteringar i tvärsnitt och prover för analys varierande porostitet och med inslag av kol. Koncentrationer av svampigt metalliskt järn finns i stora delar av snittet. Tunnslip (B, C). Totalkemisk analys (A; 38 g). Tät och homogen. Uppbyggd av flera slaggsträngar Tunnslip. Totalkemisk analys (16 g). Två större stycken (A och B) och några mindre stycken. A) I tvärsnitt något större andel metalliskt järn, mestadels svampigt omgivet av homogen slagg, men lokalt något tätare. Polerprov. B) Slagg med mycket hålrum och kolstycken och enstaka koncetrationer av metalliskt järn, den största ca 10 10 mm (polerprov). Keramisk analys. Tät och homogen. Tunnslip. Totalkemisk analys (11 g). Provpreparering: Fragment av bränd lera bortplockade. Torkning. Allt magnetiskt. Totalkemisk analys (1,8 g). 4,8 g till XRD. Keramisk analys. 17
Provnr. Provtyp Kontext och kommentar 200.591 Primärsmidesslagg Behandlas härefter som metallprov Från bearbetningsområde 200.588. Relaterat till ugn 200.585. Noteringar av hela prover kvartskorn, små kolfragment, enstaka fragment av bränd lera. Sandig karaktär. Troligen ej mycket malm. Flera stycken. Järnrik slagg. Inslag av smält sten. Avtryck saknas. Delvis magnetiskt. 200.704 Metallprov Lösfynd. Järnrikt material, flera stycken. Avtryck saknas. Magnetiskt. Noteringar i tvärsnitt och prover för analys Tvärsnitt av två stycken. A) domineras av homogen slagg, mestadels tät men lokalt stora porer. I ytterkanter finns koncentrationer av metalliskt järn, varav en tämligen tät (polerprov). B) domineras också av tät och homogen slagg mend relativt stora mängder svampigt järn (polerprov). Polerprov (A, B). Totalkemisk analys (A; 17 g). A) I tvärsnitt oregelbundet, tämligen tätt metalliskt järn med lite porer och slagg. Lokalt finns mm-stora blåglasiga ytor. Polerprov. Ugn 200.584 Ugnen inom det södra området, 200.584 syntes som en oval färgning i plan. I anläggningen framkom också värmepåverkad sten som har tolkats som material till fodring av ugnsväggarna. Mot botten av konstruktionen påträffades delar av bottenskållor, både större bitar och fragment. Rester efter två laggade träväggar kunde dokumenteras. En yttre vägg låg något högre än den inre. 200.596A, Bottenskålla (Ugn 200.584) Beskrivning: Tunnslipet omfattar den övre delen av slaggen, nära positionen för tappning åt väster. Petrografi och metallografi: Slaggen består huvudsakligen av tämligen grovkorniga kortprismatiska olivinkristaller omgivna av en glasfas (kaliumrik) och med hercynitkristaller och finkornigare wüstit i mindre mängd. Lite längre ned i slaggen är olivinkristallerna mer långsmala men mineralinnehållet är ungefär det samma. Kornstorleken är tämligen jämn i hela det studerade snittet. Den allra översta ytan ingår dock inte i tunnslipet. Metalliskt järn saknas nästan helt, och uppträder endast som enstaka droppar i mikrometerstorlek. Sammanfattning: Slaggen har byggts upp av en större slaggvolym som stelnat tämligen långsamt och format en homogen slagg, rik på olivin. 200.596B, Bottenskålla (Ugn 200.584) Beskrivning: Tunnslipet omfattar den övre delen av slaggen, på motstående sida i förhållande till prov 200.596A. Petrografi och metallografi: Slaggen i provet är mycket homogen och är av samma typ som slaggen i prov 200.596A. Den utgörs alltså av tämligen grovkorniga kortprismatiska olivinkristaller omgivna av en glasfas (kaliumrik) och med hercynitkristaller och finkornigare wüstit i mindre mängd. 18
Sammanfattning: Provet är från samma slagg som prov 200.596A. Proverna är från motsatt sida av en större slaggbildning och uppvisar samma mineralinnehåll, kornstorlek och fördelning. Det rör sig om en större homogen slaggvolym som stelnat under långsam avsvalning. 200.598, Gropslagg (Ugn 200.584) Beskrivning: Tunnslipet omfattar hela slaggens tjocklek, i ett centralt tvärsnitt. I detta område saknas insmälta inslag av annat material, som förekommer i andra delar av slaggen (Fig. 8). Petrografi och metallografi: I det studerade tunnslipet är slaggen tämligen homogen (Fig. 8c). Den består av dendritisk wüstit, olivinkristaller, hercynitkristaller, en glasfas och enstaka koncentrationer av metalliskt järn. I den allra nedersta delen finns insmält silikatrikt material. I de övre 2 3 mm finns ett diffust avgränsat skikt där slaggen är rikare på olivin och fattigare på wüstit. Allra överst finns en tunn zon med delvis korroderat metalliskt järn. Sammanfattning: Slaggen är homogen i det i detalj studerade området. Utanför tunnslipet finns avvikande inslag. Slaggen innehåller wüstit och olivin. Jämfört med bottenslaggen i prov 200.596 är wüstitmängden större förutom i det övre skiktet där olivin är vanligare och mängden mer liknar den i prov 200.596. Prov 200.598 är något porösare än prov 200.596. Slaggernas kornstorlek är dock jämförbar och både gropslagg och bottenslagg har stelnat långsamt. I botten finns material som inte hör till slaggen från processen utan är delar av botten i gropen som blandats med den första slagg som har samlats längst ner. 200.703, Tappslagg (Ugn 200.584) Beskrivning: Tunnslip centralt genom tappslaggens hela tjocklek. Petrografi och metallografi: Slaggen är uppbyggd av ett flertal mindre slaggflöden. Dessa är finkorniga, men inte extremt finkorniga förutom i respektive överyta. Mineralinnehåll och proportioner varierar endast marginellt mellan slaggflödena. Samliga innehåller olivin, wüstit och en glasfas. I flera finns också hercynitkristaller och små droppar av metalliskt järn. Sammanfattning: Slaggen har successivt byggts upp av flera mindre slaggflöden. Vart och ett har stelnat tämligen hastig i sin överyta innan nästa slaggflöde har runnit fram. Bildningen bör ha skett innanför ugnens väggar eftersom de annars så vanliga tunna zonerna innehållande magnetit saknas. 200.597A, Metallprov (Ugn 200.584) Beskrivning: Tvärsnitt 26 18 mm stort, med koncentration av metalliskt järn ca 7 6 mm stor, omgiven av slagg. Petrografi och metallografi: I tvärsnittet finns en koncentration av metalliskt järn som mestadels är tämligen tätt, men i en del kan man ana övergången från tätt järn till svampigt järn med små rester av innesluten slagg. Järnet är huvudsakligen tämligen grovkornig ferrit, lokalt något finkornigare. Runt metallkoncentrationen finns slagg, kolstycken och korrosionsprodukter. Den omgivande slaggen består av olivinkristaller, finkornigare dendritisk wüstit och en glasfas i mindre mängd. Slaggen som är innesluten i metallen är av samma typ. Sammanfattning: Koncentration av ett homogent mjukt järn i slagg. Stycket är inte bearbetat vidare efter framställningsprocessen. 19
200.597B, Metallprov (Ugn 200.584) Beskrivning: Tvärsnitt, ca 20 20 mm, av slagg med flera koncentrationer av metalliskt järn, ca 4 3 mm stora. Petrografi och metallografi: Provet innehåller slagg, järn, korroderat järn och korrosionsprodukter inkluderande sandigt material och kolstycken. Alla de mindre ansamlingarna av järn är tämligen grovkornig ferrit, med lite varierande kornformer. Slaggen är homogen i sammansättning och textur och domineras av olivinkristaller med mindre mängder findendritisk wüstit och en liten andel glasfas. Järnkoncentrationerna har rundade, långsträckta kontaktytor mot slaggen och är alltså väl avgränsade. Metallen innehåller liten mängd hålrum, något mer slagginneslutningar som är av annan sammansättning än den omgivande slaggen. Inneslutningarna är cirkelformade och ovala består huvudsakligen av en glasfas, diffusa olivinkristaller och en fas som sannolikt är leucit och/eller kaliumrikt glas. Sammanfattning: Metallen har en homogen sammansättning och är genomgående ett mjukt järn. Metallen är dock fördelad i små koncentrationer i slagg och har inte kunnat samlas intill den större smältan. Uppenbarligen har det varit för lite för att man skulle ha brytt sig om att bearbeta den vidare. Ugn 200.585 Ugnsområdet i norr uppvisade samma struktur som det södra, dvs ugn och slaggvarp med tillhörande aktivitetsytor och råvaruupplag. Även ugn 200.585 syntes som en oval färgning i plan. Gropen var stenfodrad där även större bitar av slagg använts som fodringsmaterial. Okulära beskrivningar samt analysresultat redovisas nedan. 200.701B, Bottenskålla (Ugn 200.585) Beskrivning: Tunnslipet täcker in hela slaggens tjocklek, i ett centralt område, förutom några millimeter i botten- respektive överyta. Tunnslipet ligger i kontakt med det prov som har analyserats totalkemiskt, 200.701A. Petrografi och metallografi: Slaggen i tunnslipet är huvudsakligen homogent uppbyggd. Grovkornig, långsmal olivin utgör det dominerande inslaget. Dendritisk wüstit, hercynitkristaller och en glasfas, som delvis är kaliumrik, förekommer i mindre mängd. I den övre delen finns några limonitförekomster, främst i tunna band runt hålrum. Troligen är dessa sekundära bildningar efter metalliskt järn. Små droppar av metalliskt järn finns i samma område. I den nedre delen av slaggen finns en zon av avvikande sammansättning. Den består av delvis smälta kvartskorn av varierande storlek, blandat med finkornig slagg. Kontakten med slaggen högre upp är kontinuerlig. Under den kvartsrika zonen finns det slagg som i direkt kontakt med kvartsen innehåller olivin och en glasfas men som längre ner domineras av wüstit. Sammanfattning: Slaggen är huvudsakligen homogen i sammansättning och domineras av olivin. Den utgör en del av en större slaggvolym som har stelnat långsamt. I bottendelen finns inslag av kvartsrikt material, troligen material som funnits på botten och som blivit delvis insmält när den första slaggen samlats. Lite märklig är dock den slagg, med annan sammansättning, som finns under den kvartsrika zonen. Eventuellt utgör den slaggrester från en tidigare körning eller slagg som bildats mycket tidigt under processen (jämför prov 200.701C). 200.701C, Bottenskålla (Ugn 200.585) Beskrivning: Tunnslipet omfattar ett ytterområde i samma slagg som i prov 200.701B, på motstående kant i förhållande till det totalkemiskt analyserade 200.701A. 20
Petrografi och metallografi: Den absoluta bottendelen av slaggen är finkornig och domineras av dendritisk wüstit med olivin och glas i mindre mängd. Högre upp är slaggen tämligen grovkornig och domineras av långsmala olivinkristaller glas i mindre mängd. Wüstit förekommer endast mycket sparsamt. I denna del finns också en del långsmala koncentrationer av metalliskt järn. Sammanfattning: Slaggen har stelnat tämligen långsamt från en större, mestadels homogen slaggvolym. Slaggen är i denna del, närmast ytterkanten, tunnare än mer centralt (prov 200.701B) och är inte riktigt lika grovkornig som denna. I bottenskiktet är den allra finkornigast och har dessutom en avvikande sammansättning. Denna wüstitrika del överensstämmer med den som kunde noteras i prov 200.701B, där dess förekomst dock var mer tveksam. Genom att kombinera resultaten från båda tunnslipen är det alltså möjligt att göra en säkrare tolkning om att slaggen inledningsvis varit något järnrikare och stelnat hastigare mot botten i gropen. 200.702, Tappslagg (Ugn 200.585) Beskrivning: Tunnslip genom hela slaggens tjocklek (Fig. 9). Petrografi och metallografi: Slaggen är uppbyggd av ett flertal mindre slaggflöden som är finkorniga, allra finkornigast i ytterkanterna. Slaggflödena innehåller olivin, wüstit och en glasfas samt mindre mängder hercynit. Proportionerna mellan de ingående faserna varierar endast marginellt mellan de olika flödena. Överytan på flera av slaggflödena, men inte alla, avgränsas av en tunn zon av magnetit (fig. 9c d). De ytterkanter som saknar magnetitzon förefaller vara stelnande mot någon begränsningsyta (botten, sten?). I magnetitzonens närhet finns också magnetitkristaller istället för wüstit. Sammanfattning: Tappslagg som är uppbyggd av många slaggflöden av varierande tjocklek men med homogen sammansättning. Vart och ett av slaggflödena har stelnat hastigt i syrerik miljö. 200.717, Tappslagg (Ugn 200.585) Beskrivning: Tunnslip genom hela slaggens tjocklek (Fig. 10). Petrografi och metallografi: Slaggen är uppbyggd av ett flertal mindre slaggflöden som är finkorniga, allra finkornigast i ytterkanterna. Slaggflödena innehåller olivin, wüstit och en glasfas samt mindre mängder hercynit. Proportionerna mellan de ingående faserna varierar endast marginellt mellan de olika flödena. Inga zoner av magnetit finns i ytterkanten på slaggflödena (Fig. 10c). Sammanfattning: Tappslagg som är uppbyggd av många slaggflöden av varierande tjocklek men med homogen sammansättning. Slaggen har stelnat hastigt inne i ugnsutrymmet. 200.550, Metallprov (Ugn 200.585) Beskrivning: Tvärsnitt med oregelbunden koncentration av metalliskt järn, ca 22 18 mm stor, lokalt omgiven av grönglasiga ytor, lokalt av slagg. Petrografi och metallografi: Koncentration av metalliskt järn som är korroderat längs ytterkanter och hålrum. Metallen utgörs huvudsakligen av perlit, mestadels med cementit i kornkontakterna. Lokalt förekommer också cirkelformade järnfosfidbildningar. Metallen är omgiven av finkornig slagg. Enstaka större slagginneslutningar innehåller också finkornigt material, mindre inneslutningar består sannolikt av enbart en glasfas. Slaggen (som motsvarar de grönglasiga ytorna okulärt) består av en glasfas med finkorniga lameller av olivin, leucitkris- 21
taller, och ytterligare andra finkorniga kristaller/lameller. Lokalt förekommer även en något grövre slagg med dendritisk wüstit och glas. Enstaka mikrosondanalyser (Tabell 6 7) genomfördes för att kontrollera fosforinnehållet i metallen, vilket också bekräftades. Järnfosfider analyserades liksom innesluten slagg. Sammanfattning: Stycke av tämligen väl konsoliderad och homogen metall som är ett hårt kolstål, med fosforinnehåll. Den höga kolhalten kan möjligen ha bildats med hjälp av förhöjda manganhalter (mangan underlättar stålbildning). Den omkringliggande slaggen innehåller höga manganhalter. Hur representativa dessa är för en större volym är svårt att avgöra, eventuellt kan det vara en lokal förhöjning. 200.706A, Metallprov (Ugn 200.585) Beskrivning: Tvärsnitt 36 32 mm stort, med flera större (8 3 mm) och mindre koncentrationer av metalliskt järn i slagg. Petrografi och metallografi: Några större, maximalt 8 3 mm stora, och tätare ansamlingar av metalliskt järn. För övrigt består det av svampigt metalliskt järn i slagg. Järnet, såväl de något större ansamlingarna som det svampiga, är tämligen grovkornig ferrit. Slaggen består av tämligen grova olivinkristaller, dendritisk wüstit och en glasfas. Sammanfattning: Stycke som innehåller järn och slagg i ungefär lika stora mängder. Järnet är homogent i sammansättning, genomgående mjukt, men fördelat i större och mindre koncentrationer. Mängden har tydligen inte varit tillräcklig för att stycket skulle tas tillvara för fortsatt bearbetning. 200.706B, Metallprov (Ugn 200.585) Beskrivning: Tvärsnitt 15 14 mm stort, med oregelbunden koncentration av metalliskt järn, ca 9 6 mm stor, i ena halvan och slagg i resten. Petrografi och metallografi: Koncentration av metalliskt järn med hålrum och slagginneslutningar. I koncentrationens ytterkanter finns endast ferrit, mer centralt förekommer ferrit med något perlit i kornkontakterna. Järnet omges av korrosionsprodukter och slagg. Den närmast omgivande slaggen innehåller wüstit, olivin och glas. På något större avstånd från metallen är slaggen tämligen finkornig och består av olivinlameller och en glasfas, lokalt med extremt finkornig dendritisk wüstit. Denna slagg består sannolikt av mindre slaggsträngar, med finkornigare ytterkanter och något grövre centrala delar. Sammanfattning: Koncentration av kolfritt eller lågkolhaltigt, huvudsakligen mjukt järn. Stycket har inte bearbetats vidare efter framställningsprocessen. 200.591A, Metallprov (Bearbetningsområde 200.588, tillhör 200.585) Beskrivning: Tvärsnitt 30 24 mm stort, med oregelbunden koncentration av metalliskt järn ca 23 14 mm stor, omgiven av slagg med svampigt järn i mindre mängder. Petrografi och metallografi: Det metalliska järnet innehåller en del hålrum och mindre mängder innesluten slagg. Inneslutningarna är oregelbundna eller i det närmaste cirkelformade och består huvudsakligen av endast en glasfas. Den omgivande slaggen innehåller tämligen grovkorniga olivinkristaller, något finkornigare dendritisk wüstit och en glasfas. Järnet är homogen, grovkornig ferrit. Sammanfattning: Stycket består av en relativt stor ansamling av homogent, mjukt järn. Det innehåller endast liten mängd hålrum och bör mycket väl ha kunnat användas vidare. Möjligen har det gått förlorat vid en omsmältning eller första bearbetning. 22
200.591B, Metallprov (Bearbetningsområde 200.588, tillhör 200.585) Beskrivning: Tvärsnitt, ca 24 23 mm, ur slagg innehållande svampigt metalliskt järn, delvis något tätare koncentrationer. Petrografi och metallografi: Provet innehåller slagg från åtminstone två olika slaggflöden som är något finkornigare i kontaktytorna. Båda innehåller olivinlameller, dendritisk wüstit och en glasfas. I det ena slaggflödet, som utgör större delen av provet, dominerar olivin, i det andra är wüstit vanligare. Det metalliska järnet är koncentrerat i den olivinrika slaggdelen, men finns även i den wüstitrika slaggen. Slaggen som är inkapslad i det metalliska järnet innehåller mestadels enbart olivin och glas. Järnet är genomgående ett mjukt, ferritiskt järn. Sammanfattning: Slagg med svampigt metalliskt järn. Det mjuka järnet är utspritt i slaggen och inte så användbart ur den bemärkelsen. Dess sammansättning är dock homogen. Provet kommer från ett bearbetningsområde och inte en ugn, men skulle lika gärna kunna påträffas som del av slagg från en blästugn. 200.704A, Metallprov (Lösfynd) Beskrivning: Tvärsnitt 21 10 mm stort, med oregelbunden koncentration av metalliskt järn, som utgör stora delar av snittytan. Petrografi och metallografi: Koncentration av metalliskt järn omgivet av korrosionsprodukter. Texturen är perlit i något rundade former med cementit i korngränserna och lokalt även järnfosfid. Metallen innehåller en del hålrum och slagginneslutningar, mestadels cirkelformade och i mindre omfattning än hålrummen. Inneslutningarna förefaller vara homogena i sammansättning och består av enbart en glasfas. Mindre ytor av omgivande slagg finns också. Dessa varierar i sammansättning en yta innehåller wüstit, olivin och glas, andra ytor består av en glasfas med koncentrationer av en fas som sannolikt är leucit. Sammanfattning: Stycke av tämligen väl konsoliderad och homogen metall som är ett hårt kolstål, med fosforinnehåll. Den är av samma typ som prov 200.550. Prov 200.704A har inte analyserats kvantitativt men sannolikt är de båda styckena av samma karaktär och ursprung. Slagger i sammanfattning Slagger från två ugnar 200.584 och 200.585 har undersökts. Från ugn 200.584 har en eller flera prover av gropslagg, bottenskålla (bottenslagg) och tappslagg undersökts. Endast bottenskålla och tappslagg ingår bland proverna från ugn 200.585. Det prov (200.598) som har betecknats som gropslagg från ugn 200.584 är betydligt homogenare i sin uppbyggnad än gropslaggen från Jpf 8/T. Slagg 200.598 är snarare mer lik bottenslaggerna från samma ugn. Bottenslaggerna från båda ugnarna består av tämligen grovkorniga olivinrika slagger. De utgör delar av större slaggvolymer som har stelnat långsamt inne i ugnsutrymmet. Från båda ugnarna finns tendenser till att den slagg som bildats i liten mängd i ett tidigt skede av reduktionsprocessen och inledningsvis samlades på botten, är något järnrikare än den slagg som följt senare under processen. Tappslaggerna från båda ugnarna är uppbyggda av många, mestadels tunna slaggflöden, som var och en har stelnat hastigt och bildat en finkornig eller mycket finkornig slagg. Två tydligt åtskiljbara varianter av tappslagg finns om båda typerna verkligen ska kallas tappslagg kanske är relevant att diskutera senare från båda ugnarna. I den ena gruppen avgränsas varje enskilt slaggflöde av en tunn zon innehållande flera järnoxidmineral bland annat magnetit 23
som är en typisk indikator på att slaggen har stelnat i syrerik miljö, alltså utanför ugnen. Den andra gruppen saknar denna tydliga magnetitrika zon. Ytterkanterna är visserligen finkorniga till följd av hastig avkylning, men denna har ändå skett innanför, eller kanske snarare inne i, ugnens väggar. Dessa slagger avviker något i mineralinnehåll från mineralsammansättningen i relaterade bottenslagger, med mestadels större andel wüstit. Det prov som utvalts som primärsmidesslagg undersöktes som ett metallprov (se nedan). Analysresultaten visar att metallen är från ett tidigt processled men det är inte möjligt att avgöra om det är reduktionsprocessen i blästugnen eller ett inledande primärsmide. I dessa fall är det kontexten som är mest avgörande för tolkningen om primärsmide. Järnet i sammanfattning Den största delen av metallproverna från Jfp 13/J utgörs av metalliskt järn tillsammans med slagg. I några fall dominerar tämligen tätt (och konsoliderat) järn, men i andra innehåller provet mest slagg och metall förkommer endast som mindre ansamlingar, i vissa fall endast i svampiga former. Alla undersökta prover representerar ett mycket tidigt processled. Vare sig de är påträffade i de båda ugnarna eller i bearbetningsområdet, verkar det röra sig om material som utgjort för små koncentrationer för att det ska ha varit mödan värt att separera det från slaggen och bearbeta det vidare. Vi har dock haft nytta av dem för att se hur processen ägt rum och vilken metallkvalitet som har tillverkats. Den sammansättning som dominerar är ett homogent mjukt järn, i de allra flesta fall helt kolfritt men i något enstaka med låga kolhalter. Två undantag finns i materialet. Det ena är prov 200.550 från ugn 200.585, det andra ett lösfynd, prov 200.704A. Båda dessa utgörs av mindre koncentrationer av väl konsoliderad metall som är ett hårt kolstål, delvis också med ett fosforinnehåll. I båda dessa ser vi alltså exempel på tillverkning av en annan sammansättning och kvalitet. Förutsättning för tillverkning av såväl mjukt järn som hårt kolstål kan alltså ha funnits på Jfp13/J. Det hårda kolstålet omges av slagg som innehåller mycket mangan (analyser i prov 200.550). Höga manganhalter förenklar kolupptaget i metallen. Manganförande malmer har tidigare noterats i slagger och malmer från Gråfjellsområdet (Grandin, Forenius och Hjärthner-Holdar 2004, Espelund 2003) men slaggerna och malmen som undersökts från Jfp 13/J innehåller endast låga manganhalter (se resultaten från de totalkemiska analyserna nedan). Järnframställningsplats 18/T Järnframställningsplats 18/T påträffades vid magnetometerundersökningar. Eftersom malm påvisades vid provstick, tolkades platsen först som en rostningsplats (Stene et al 2005). Vid den inledande avtorvningen noterades dock genast att också järnframställning hade ägt rum på platsen. Lokalen var emellertid inte lika omfattande som många av de andra undersökta framställningsplatserna och endast ett ugnsområde påträffades. På platsen påvisades också ett malmuttag där färsk malm provtogs för analys. Malmerna, även inkluderande en från ett malmlager och ett från en rostningsplats, behandlas tillsammans med malmproverna från övriga rostningsplatser. Två slagger har också ingått i analyserna. Ugnsområdet på denna järnframställningsplats skiljer sig från de övriga lokalerna på så sätt att ingen slaggrop påträffades vid utgrävningen. Det har tolkats som att ugnen är av slaggtappningstyp. Det mesta av slaggen är också av sådan karaktär. Tabell 3. Prov från järnframställningsplats 18/T. Provnr. Provtyp Kontext och kommentar Noteringar av hela prover Noteringar i tvärsnitt och prover för analys 24
Provnr. Provtyp Kontext och kommentar 201.115 Malmprov Funnen vid (rostat) magnetometerundersökning. Jfp.18. Från malmlager 201.101. 201.129 Malmprov (färsk) Kvadratisk nedskärning med annan vegetation. Schakt 201.127 upptaget. Provtaget. Troligen använd malmtäkt. 201.137 Slagg Från slaggområde 201.109. Med pinnekrans. 201.140 Malmprov (rostat) Tappslagg Från rostningsplats 201.140. Jfp.18. Noteringar av hela prover Svarta till grå oregelbundna klumpar, < 1cm stora ner till finkornigt material. Vissa med matta, andra metalliska ytor, vanligen med tunt finkornigt skikt av brunrött smetigt material. Magnetiskt. Sannolikt mindre fragment av samma karaktär som i 201.140. Finkornigt svart material med inslag av mineralkorn, vanligen kvarts, och rötter. Omagnetiskt. Smetigt i konsistensen. Tät och fluten med kolavtryck/vedavtryck upp till 5 cm. Svagt magnetisk. Svarta till grå oregelbundna klumpar, från några cm stora ner till finkornigt material. Vissa med matta, andra metalliska ytor, vanligen med tunt finkornigt skikt av brunrött smetigt material. Magnetiskt. Provslipning visar grå tvärsnittsyta med metallglans och sprickbildning. Avslipade (finkorniga) materialet är rött. Troligen malmklumpar men av annan karaktär än den finkorniga malmen. Fluten slagg. Översidan slät och lättrunnen. På undersidan finns enstaka mindre slaggsträngar. Stelnad mot sandigt, tämligen slätt, underlag. Omagnetisk. Tjocklek ca 30 35 mm. Noteringar i tvärsnitt och prover för analys Provpreparering: Klumpar handplockade, samtliga delade och kontrollerade. Totalkemisk analys (4,1 g). Provpreparering: Torkning och finfördelning, större mineralkorn bortplockade. 2,5 g till XRD (prov F) Provpreparering: Rostning med brännare på plåt resulterar i svart finkornig, omagnetiskt material med gruskorn och stenar. Grövre fraktionen bortplockad. 2,6 g till XRD (prov R). Totalkemisk analys (F; 1,5 g). Tät, bitvis porig. Slagg uppbyggd av flera pålagrade strängar. I tjockare delen finns knappt millimetertunna filmer av metalliskt järn som ser ut att följa slaggsträngarnas former. Tunnslip. Totalkemisk analys (57 g). Provpreparering: Klumpar handplockade, samtliga delade och kontrollerade. Lite beläggning av finkornigt material på yta samt en del rötter kvar. Något krossat för analys. XRD (8,6 g). Totalkemisk analys (2,2 g). Mestadels tät. Centralt och i övre del förekommer porer i cm-storlek. Totalkemisk analys (51 g). 201.137, Slagg Beskrivning: Tunnslipet omfattar nästan hela tjockleken i slaggen (Fig. 11). Petrografi och metallografi: Slaggen är tämligen homogen i sammansättning och domineras av medelkornig wüstit (Fig. 11c). Kontakter mellan flera olika slaggflöden kan anas men är diffusa eftersom kornstorleksskillnaden inte är anmärkningsvärd. Mineralproportionerna är dessutom de samma i samtliga slaggflöden. Förutom wüstit finns olivin och en glasfas. I wüstiten finns ställvis också magnetitlameller. Dessutom är metalliskt järn tämligen vanligt, men något ojämnt fördelat i mindre droppar eller mer långsträckta formationer. I några av de större 25
ansamlingarna kan en textur svagt anas som antyder att järnet består av ferrit och mindre mängder perlit. Sammanfattning: Slaggen har ett utseende som kombinerar tappslaggens och bottenslaggens. Den är uppbyggd av flera slaggsträngar men dessa är inte avkylda speciellt hastigt. Slaggen innehåller också betydligt större mängd metalliskt järn än vad tappslagger vanligtvis gör sådana förekomster är mer förknippade med bottenslagger. Att wüstiten lokalt innehåller lameller av magnetit indikerar växlande tillgång på syre under bildningen. Järnets sammansättning, med kolinnehåll, kan sannolikt knytas till lokala variationer runt inneslutna kolstycken vilka bidragit med kol till metallen. Denna slagg har betydligt högre totalhalter av järn än vad slaggerna från Jfp 8/T och 13/J har. Malmer och rostningsplatser Vid undersökningar med magnetometer påträffades ett antal rostningsplatser (Smekalovs 2004, Stene et al 2005) i Gråfjellsområdet. På några av dem har en detaljerad inmätning skett med magnetometer. Två av de nya rostningsplatserna, Rp 3/T och Rp 4/T, blev också undersökta, liksom några tidigare kända rostningsplatser, Rp 5/J och Rp 6/J. På rostningsplats 3/T fanns stora mängder finkornig malm kvar. Malmen fanns i ett lager, som mest 23 cm tjockt, ovanpå ett kollager som utgjorde rester av rostbädden. På rostningsplats 4/T var malmlagret betydligt tunnare och otydligare. På rostningsplats 5/J kunde fem separata rostningsplatser urskiljas. På dessa fanns malmen, av varierande kornstorlek, i lager med en tjocklek på 5 15 cm. Rostningsplats 6/J innehöll såväl finkornig som något grövre malm, i ett lager med som mest 10 cm tjocklek. Provurval och preparering De intagna malmproverna från rostningsplatserna och Jfp 8/T, Jfp 13/J och Jfp 18/T, studerades i stereolupp och deras innehåll av olika komponenter noterades, liksom materialets konsistens och kornstorlek (Tabell 4). Efter en första genomgång valdes några av proverna ut för vidare bearbetning och analyser. De flesta proverna innehåller finkornigt brunt eller brunrött material som inte kan identifieras i stereoluppens förstoringsgrad. Kvartskorn förekommer i de flesta, dock i mycket varierande omfattning vilket har noterats för varje provnummer. I några finns också stenar av varierande sammansättning. Dessa har avlägsnats innan proverna har analyserats. Proverna har också torkats och finfördelats inför röntgenanalysen (Fig. 12). Endast ett prov har krossats (201.140). En malm (201.129), från JFp 18/T, är upptagen som färsk malm, alltså inte från någon rostningsplats eller upplag med rostad malm. Till skillnad från övriga malmer är den omagnetisk. Malmen som skickades på analys torkades, finfördelades och gruskorn och stenar sorterades bort. Mindre kvartskorn fanns dock kvar. En del av denna malm rostades också med brännare på plåt. Resultatet var ett mörkare, men omagnetiskt, prov. Även detta skickades för röntgenanalys efter att gruskorn och stenar sorterats bort. 26
Tabell 4. Malmprov från järnframställningsplatser och rostningsplatser. Provnr. Provtyp Kontext och kommentar Noteringar av hela prover Jfp 8/T 100.680 Malmprov Från malmlager. Närmast 100.643. 100.726 Malmprov Från botten av slaggrop. Jfp 13/J 200.512 Malmprov Från malmlager 200.509. 200.516 Malmprov (rostat) Jfp 18/T 201.115 Malmprov (rostat) 201.129 Malmprov (färsk) 201.140 Malmprov (rostat) Från malmlager 200.508. Funnen vid magnetometerundersökning. Jfp.18. Från malmlager 201.101. Kvadratisk nedskärning med annan vegetation. Schakt 201.127 upptaget. Provtaget. Troligen använd malmtäkt. Från rostningsplats 201.140. Jfp.18. Huvudsakligen finkornigt, ljust brunt material med inblandning av kvartskorn, fragment av bränd lera och rötter. Magnetiskt. Varierande kornstorlekar från mycket finkornigt till några centimeter stora. Det finkorniga materialet kan inte urskiljas i stereolupp. Bland det grövre finns fragment av slagger (kontrollerat genom framslipning av yta) och bränd lera, och hela kulformade slagger. Dessutom förekommer kvartskorn. Större delen av materialet är inte malm. Finkornigt mörkbrunt material med litet inslag av kvartskorn, rötter och levande larver. Magnetiskt. Smetigt i konsistensen. Huvudsakligen finkornigt ljusbrunt material. Stor andel kvartskorn, små kolfragment, enstaka fragment av bränd lera. Sandig karaktär. Troligen ej mycket malm. Svarta till grå oregelbundna klumpar, < 1cm stora ner till finkornigt material. Vissa med matta, andra metalliska ytor, vanligen med tunt finkornigt skikt av brunrött smetigt material. Magnetiskt. Sannolikt mindre fragment av samma karaktär som i 201.140. Finkornigt svart material med inslag av mineralkorn, vanligen kvarts, och rötter. Omagnetiskt. Smetigt i konsistensen. Svarta till grå oregelbundna klumpar, från några cm stora ner till finkornigt material. Vissa med matta, andra metal- Noteringar i tvärsnitt och prover för analys Provpreparering: en del rötter bortplockade, materialet något krossat. Det mesta är magnetiskt. Totalkemisk analys (2,0 g). 6,7 g till XRD. Provpreparering: Fragment av bränd lera bortplockade. Torkning. Allt magnetiskt. Totalkemisk analys (1,8 g). 4,8 g till XRD. Provpreparering: Klumpar handplockade, samtliga delade och kontrollerade. Totalkemisk analys (4,1 g). Provpreparering: Torkning och finfördelning, större mineralkorn bortplockade. 2,5 g till XRD (prov F) Provpreparering: Rostning med brännare på plåt resulterar i svart finkornig, omagnetiskt material med gruskorn och stenar. Grövre fraktionen bortplockad. 2,6 g till XRD (prov R). Totalkemisk analys (F; 1,5 g). Provpreparering: Klumpar handplockade, samtliga delade och kontrollerade. Lite beläggning av finkornigt material på yta samt en del 27
Provnr. Provtyp Kontext och kommentar Rp 3/T 200.905 Malmprov (rostat) Rp 4/T 200.933 Malmprov (rostat) 200.937 Malmprov (rostat) 200.938 Malmprov (rostat) Rp 5/J 201.261 Malmprov (rostat) 201.271 Malmprov (rostat) 201.301 Malmprov (rostat) Rp 6/J 201.321 Malmprov (rostat) Funnen vid magnetometerundersökning. 400 kg rostad malm från lager, någon dm tjockt. Funnen vid magnetometerundersökning. Funnen vid magnetometerundersökning. Funnen vid magnetometerundersökning. Från rostningsplats 201.260. Utgrävd. Funnen vid tidigare inventering. Från rostningsplats 201.270. Utgrävd. Funnen vid tidigare inventering. Från rostningsplats 201.300. Utgrävd. Funnen vid tidigare inventering. Från rostningsplats 201.320. Utgrävd. Funnen vid tidigare inventering. Noteringar av hela prover liska ytor, vanligen med tunt finkornigt skikt av brunrött smetigt material. Magnetiskt. Provslipning visar grå tvärsnittsyta med metallglans och sprickbildning. Avslipade (finkorniga) materialet är rött. Troligen malmklumpar men av annan karaktär än den finkorniga malmen. Finkornigt ljusbrunt till rött material. Tämligen stor andel kvartskorn. Rötter. Ej smetigt i konsistensen. Tveksam malm. Finkornigt brunrött material. En mindre andel kvartskorn och kolfragment. Magnetiskt. Smetigt i konsistensen. Något ljusare än 201.261, 201.271 och 201.301. Finkornigt brunrött material. Inslag av kvartskorn, kolfragment och relativt mycket rötter. Inblandning av grus. Smetigt i konsistensen. Finkornigt brunrött material. Inslag av kvartskorn, kolfragment och rötter. Smetigt i konsistensen. Finkornigt brunrött material. Endast mycket liten andel kvartskorn, lite rötter. Smetigt i konsistensen. Liknar bl a 200.933. Finkornigt brunrött material. Endast mycket liten andel kvartskorn, lite rötter. Smetigt i konsistensen. Något brunare än 201.261 och 201.301. Finkornigt brunrött material. Endast mycket liten andel kvartskorn, lite rötter. Smetigt i konsistensen. Något större andel kvartskorn än 201.261 och 201.271. Finkornigt brunrött material med inblandning av kvartskorn, rötter och granbarr (färska). Smetigt i konsistensen. Noteringar i tvärsnitt och prover för analys rötter kvar. Något krossat för analys. XRD (8,6 g). Totalkemisk analys (2,2 g). Provpreparering: Finfördelat. Totalkemisk analys (2,2 g). 5,7 g till XRD. Provpreparering: Rötter bortrensade. Torkning. Ljusnar i färg men fortfarande en röd nyans. Finfördelat, magnetseparerat (en stor andel magnetiskt). Totalkemisk analys (2,8 g). 7,8 g till XRD. Provpreparering: Borttagning av rötter. Torkning, ljusnar. Finfördelning och magnetseparering. Totalkemisk analys (1,4 g). 3,9 g till XRD. Provpreparering: Bortplockning av rötter. Torkning ger ljusare brungrå nyans. Finfördelat. Större mineralkorn bortplockade. Magnetseparerat. Totalkemisk analys (1,2 g). 5,6 g till 28
Provnr. Provtyp Kontext och kommentar Noteringar av hela prover Noteringar i tvärsnitt och prover för analys XRD. Analysresultat Malmproverna från järnframställnings- och rostningsplatserna som har analyserats med röntgendiffraktion innehåller maghemit, hematit och kvarts i något varierande proportioner (Fig. 13 16). Endast ett prov (201.140 från Jfp 18/T) avviker genom att kvarts saknas (Fig. 15). Den färska malmen (201.129) uppvisar också ett annat mineralinnehåll med kvarts och götit (Fig. 14). Kvartsförekomsten får räknas som en förorening i malmen. Den noterades vid okulär granskning av proverna, i vissa fall med blotta ögat, i andra först i högre förstoring. Vi får räkna med att en hel del kvarts också ingick i de malmuppsättningar som gjordes av smederna, eftersom en fullständig separation av finkornigt material är omöjlig och troligen inte heller önskvärd eftersom kvarts bidrar till slaggbildningsprocessen och inga övriga tillsatser därför behövs. Kvartsinnehållet har dessutom noterats i malmprover från såväl järnframställningsplatser som rostningsplatser och utgör ett stort inslag även i den färska malmen. Undantaget är prov 201.140 som är betydligt grövre material och där kvarts inte förekommer i det intagna provet. Prov 201.140 är, liksom övriga malmprover från järnframställnings- och rostningsplatser, en rostad malm. Den skiljer alltså inte ut sig som grovkornig på grund av att den inte har rostats och finfördelats i samband med denna process. Förekomsten av de båda järnoxiderna maghemit och hematit påvisar att proverna har rostats, till skillnad från den färska malmen 201.129 som innehåller järnhydroxidoxiden götit. Maghemit och hematit har båda den kemiska beteckningen Fe 2 O 3 men de har olika strukturer vilket medför att de kan skiljas åt i ett röntgendiffraktogram (Fig. 13 16). Maghemit är ett magnetiskt mineral men hematit är omagnetiskt. Vid rostningsprocessen, och därmed ökad temperatur, ombildas götit i flera steg till maghemit och hematit. I de rostade malmproverna kan inte innehåll av götit noteras varför rostningsprocessen varit fullständig. De mineral som förekommer i malmproverna ger upphov till komplexa diagram med flera toppar på kurvorna. Teoretiskt är det möjligt att även andra mineral kan förekomma men detta är då på så låg nivå att det döljs av de dominerande mineralen. Malmernas kemiska sammansättning (Tabell 8c) behandlas utförligare tillsammans med slaggerna i ett senare stycke. Ugnsväggar Vilka skillnader finns i materialval och konstruktion av ugnsväggarna mellan de enstaka ugnarna? Vilken betydelse har dessa skillnader för godsets termiska egenskapar och hur höga temperaturer har proverna utsatts för? För att besvara dessa frågor har keramiska analyser genomförts. Från platsen Jfp 8/T har följande prov av ugnsvägg analyserats: Fynd 100.705 från lager intill ugn 100.667 Fynd 100.707 från ett slaggvarp intill ugn 100.625 Fynd 100.745 från de bevarade resterna av ugn 100.643 Från platsen Jfp 13/J har följande prov av ugnsvägg analyserats: 29
Från fynd 200.513 har två prov A och B analyserats. Proverna har tagits från slaggvarp 200.500, som är relaterat till ugn 200.585. Fynd 200.713 från ugn 200.585. Ett lerprov (200.580), som tagits på området Jfp 13/J, innehöll för lite lera för att vara formbart och har därför inte ingått vidare i analyserna. Tabell 5. Sammanställning av tunnslipsanalys av ugnsväggar. Skärv info. Lera Magring Noter Tunnslip Plats Kontextnummer Kontexttyp Grovlek Sortering Silt Finsand Sand Glimmer Järnoxid Accessoriska mineral Växt material Magringstyp Mängd vol. % Maximal kornstorlek mm Genomsnitt max. kornstorlek Gråfjell 1 Jfp.8/T 100.705 Lager M S ++ * --? * A/P SiSt/Ch 30 5,5 3,4 ugn 100.667 2 Jfp.8/T 100.707 Slaggvarp M S + * --? ++ M,Mu SiSt/Ch 27 3,6 2,7 ugn 100.625 3 Jfp.8/T 100.745 Ugn M S ++ * --? * SiSt/Ch 40 7,8 4,3 ugn 100.643 4 Jfp.13/J 200.513,A Slaggvarp G O + + *?? Nat 1,7 slagghög 200.500 inträngd slagg 5 Jfp.13/J 200.513,B Slaggvarp G O + + *? * M,Mu slagg? 4,5 ev lite tillsatt slagg 1-2 % 6 Jfp.13/J 200.713 Ugn G O + + *?? Nat 2 ugn 200.585 inträngd slagg? Jfp 8/T Provet från fynd 100.705 (Fig. 17) från lager intill ugn 100.667 består av en ca 3 cm tjock del av ugnsväggen. Utsidan av provet är oxiderat medan insidan är sintrad, blåsig och grå intill ett mm-tunnt röd-brunt oxiderat lager. Lagret framvisar ingen blåsighet på ytan, som har en randig struktur. Denna struktur gör att lagrat verkar påfört. Å andra sidan tycks lagret inte gå in i det underliggande blåsiga skiktet, som man skulle förvänta om det hade varit smetat på den blåsiga ytan. Godset domineras av en stor mängd kantiga, ljusgråa krosskorn upp till flera mm stora. Provet från fynd 100.707 (Fig. 18) från ett slaggvarp intill ugn 100.625 består av en ca 3 cm tjock del av ugnsväggen. Den yttre delen av godset är oxiderat till en mörkröd färg, medan insidan är förglasad och de närmsta 1,5 cm in i godset är sintrad, blåsig och gråbrun. Godset domineras av en stor mängd kantiga, krosskorn upp till flera mm stora och av samma struktur som i det föregående provet. Här verkar de dock oxiderade till samma nyans som övriga godset. 30
Provet från fynd 100.745 (Fig. 19) från de bevarade resterna av ugn 100.643 består av en ca 2 cm tjock del av ugnsväggen. Utsidan är, som på de övriga proven, oxiderad, medan insidan är sintrad, kraftigt blåsig och grå. Godset domineras av en stor mängd kantiga, gråa krosskorn upp till flera mm stora. Tunnslipen av de tre proven visar på stort sett samma gods (Tabell 5). Den relativt välsorterade mellanleran innehåller en stor till mycket stor mängd silt, någon finsand och enstaka sandkorn. Bland de senare finns enbart i TS 1 enstaka mörka mineral. Godset är högt bränt och delvis sintrat, vilket gör det omöjligt att bedöma innehållet av glimmer och att avgöra om det finns diatoméer eller andra mikroorganismer. TS 1 och 3 verkar vara järnoxidhaltiga, medan TS 2 är järnoxidrik. I överensstämmelse med vad man skulle förvänta, när en så pass fin lera har valts, var godset kraftigt magrat med ett krossmaterial. Sammansättningen av detta liknar i stor utsträckning leran en större mängd silt- och finsandkorn i en finkornig matrix. I flera fall är inklusionerna ordnade i parallella band, vilket ledde till tolkningen av materialet som lersten. Materialet har i mikroskopet en viss likhet med chamotte, vilket styrks av oxideringen av kornen i provet TS2. Kornens hårda konsistens pekar dock klart på att materialet är sten. Det kan dock inte uteslutas att lerstenen har valts just på grund av sin likhet i utseende med bränd lera. Den har under alla omständigheter varit betydligt lättare att krossa än andra bergarter. Den tillsatta mängden är stor mellan 25 och 40 % (vol.). Maxkornstorleken, som samvarierar med mängden, är mellan 3,6 och 7,8 mm (medelvärden för de fem näststörsta kornen är 2,7 till 4,3 mm). Skillnaden i magringskvalitet mellan TS 1 och TS 2 är inte större än att den skulle kunna förekomma inom samma konstruktion, medan godset i TS 3 framstår som klart grövre magrat. Bildanalysen, som utförts på slipen, är problematisk i detta gods, där magringen inte skiljer sig ljusmässigt från matrix. De små silt- och sandinklusionerna inne i magringskornen framstår däremot lika tydligt som lerans grovfraktioner. I den mån lera och magring kan ha samma sedimentära ursprung betyder detta, att det enbart är lerans grovfraktion som analyseras inte magringens bidrag till godsets grovlek. Relationen mellan antal korn och area av samtliga korn 0,1 mm (20 X förstoring), så väl som motsvarande för intervallet < 0,1 mm 0,01 mm (100 X förstoring) placerade godsen i TS 1 och 3 nära varandra och TS 2 längre bort med färre men tilldels lite större korn (figur 2 och 3). Tillsammans med den högre järnoxidhalten i ugnsväggen TS 2 visar bildanalysen på att denna ugn byggdes av lite annorlunda lera än den, som de två andra ugnarna har gjorts av. De termiska analyserna på de lägst brända delarna av de tre proverna visar, att proverna TS 1 och TS 2 sannolikt har utsatts för minst mellan 700 och 800ºC. Den kraftiga oxideringen av godset i TS 2 maskerar färgutvecklingen under den termiska analysen och det går därför inte att utläsa en lägsta bränningstemperatur. På grund av malmens flusseffekt är det svårare att uppskatta högsta temperaturen på insidan. Utifrån de termiska provernas beteende tror jag dock inte att temperaturen på insidan har varit högre än ca 1100ºC. Vid 1200ºC börjar godset smälta och vid 1250/1300ºC är det smält. Sintringsintervallet är ganska normalt för gods i keramikkärl gjorda av kvartära leror med en begränsat magringsmängd. Detta visar tydligt på, att den höga magringsgraden inte var till någon stor hjälp för att förbättra godsets termiska egenskaper. Som TS 2 visar, reagerar lerstenen mera som lera än som sten även termiskt. 31
Jfp 13/J Prov A från fynd 200.513 (Fig. 20) är en ca 4,5 cm tjock del av en ugnsvägg. Den yttre delen av godset är oxiderat till en gul färg, medan insidan och godset någon centimeter in är sintrad och mycket blåsig. Godset är grovt med upp till 3 mm stora sandkorn. Prov B från fynd 200.513 (Fig. 20) är en ca 3 cm tjock del av en ugnsvägg. Den yttre delen av godset är oxiderat till en gul färg, medan insidan och godset någon centimeter in är reducerat till en grå färg och lätt sintrad. På insidan finns avlånga fårar/avtryck som inte omedelbart kan förklaras. Rimligtvis har de uppstått i samband med konstruktionen av ugnsväggen. Godset är mycket grovt med upp till 4 5 mm stora sandkorn. Fynd 200.713 (Fig. 21) från en slaggrop i samband med en ugnsanläggning är ett slaggfragment med påsittande rest av ugnsväggen. Det grova, reducerat brända godset verkar hårt sintrad, men är varken förglasat eller blåsigt trots kontakten med slaggen. Tunnslipen av de tre proven visar på stort sett samma gods (tabell 1). Den grova silt- och finsandrika leran med en hel del sand är osorterat med max. kornstorlekar mellan 1,7 och 4,5 mm. Utöver rena kvarts och fältspatkorn innehåller godset också bergartskorn av granit och sandsten, som har ingått naturligt i leravlagringen. Ingen ytterligare magring har tillsatts. De små, välavgränsade slaggkorn som förekommer spritt i TS 5 kan vara tillsatta, men är antagligen snarare föroreningar av godset. Ugnen har byggts på platsen på en tidpunkt där det redan fanns gott om små slaggrester på marken. I TS 4 och 6 förekommer också slagginklusioner, men i dessa fall talar placeringen nära insidan för att det snarare rör sig om inträngd slagg. Bildanalysen av de tre tunnslipen fördjupade insikten i de tre provens inbördes relation, men löste inte klart frågan huruvida de representerar två eller tre olika ugnar. Relationen mellan antal korn och area av samtliga korn 0,1 mm (20 X förstoring), placerade godsen i TS 5 och 6 nära varandra (figur 2) och TS 4 längre bort med ett något finare gods (främst färre korn). Motsvarande för intervallet < 0,1 mm 0,01 mm (100 X förstoring) placerades TS 4 och 6 på ungefär samma avstånd av varandra medan TS 5 med hänsyn till den mindre fraktionen var mera lik TS 4 (figur 3). Bildanalysen tycks således ganska klart utskilja ett grövre gods i ugnsväggen TS 6 än i ugnsväggen TS 4. Rimligen kan det röra sig om rester av två olika ugnskonstruktioner. TS 5 (prov B, fynd 200.513) skulle kunna representera en tredje ugn, där leran har en annan sortering än i de andra ugnar, men lika väl vara resultaten av en reparation av ugnen representerat av TS 4 (eller omvänt). De termiska analyserna avslöjade ett termiskt betydligt hållbarare material än i ugnarna från område Jfp.8/T. Alla tre prov reagerade på samma sätt och mörknade inte för än 1150ºC. Vid 1300ºC var proverna blanka men visade inga tecken på att de skulle börja smälta. De skulle antagligen utan problem kunna klara minst 100ºC högre temperaturer. De yttre oxiderade delarna på proverna TS 4 och 5 hade, bedömt utifrån färgförändringarna under TCT, utsatts för mellan 800 och 900ºC. Eftersom godset har ett mycket långt sintringsintervall är det svårt att bedöma hur hög temperaturen kan ha varit på insidan, men för proven TS 4 bedöms den ha varit minst 1150-1200ºC. Några kommentarer Magringen av ugnen på Jfp 8/T representerar en avvikande teknologi. Rent bortsett ifrån att det brukar vara svårare att hitta den fina leran som använts här, än den grövre från Jfp 13/J så 32
borde det inte vara omöjligt att få tag på riktig bergart i området. Om teknologin bakom de två ugnarna var samma skulle krossad bergart vara att föredra - precis som krukmakarna gjort genom årtusenden innan - för att kompensera för ett lågt naturligt innehåll av grovfraktioner. Den krossade lerstenen har fungerat utmärkt som stabilisator vid konstruktionen av ugnen, men har antagligen ingen eller mycket lite gynnsam effekt på materialets refraktivitet. Antingen har alltså ugnsbyggaren tänkt annorlunda varför det skulle vara intressant med referensprover från Gråfjell och ugnar på andra platser eller också har det viktigaste varit att göra ugnen snabbt och man har tagit närmaste tillgängliga råmaterial. Processerna Analyser har genomförts på flera typer av material. Slagger, huvudsakligen från två järnframställningsplatser, utgör den största delen. Metallprover, malmer och ugnsväggar har också undersökts med hjälp av olika metoder. De olika materialkategorierna representerar inte bara olika platser utan även flera processer som är viktiga i järnhanteringen. Malmrostning Malmen utgör råvaran för järnframställningen och den behöver rostas innan den sätts upp i blästugnen. Det har i flera fall varit svårt att avgöra om malmförekomster på järnframställningsplatserna har varit rostningsplats eller malmlager. Senaste årets undersökningar har dock visat att rostning har skett på åtminstone några av platserna. Under senaste fältsäsongen påträffades och undersöktes tidigare okända rostningsplatser, lokaler där rostning har varit den huvudsakliga aktiviteten. Vi har i våra analyser haft tillgång till malmer från några av dessa rostningsplatser, och från malmlager på respektive framställningsplats och har därmed haft möjlighet att jämföra dem. Malmerna på de tre järnframställningsplatserna skiljer sig åt kemiskt (Tabell 8c) och det framgår tydligt att de inte heller har använts i produkten på de andra platserna. Det innebär t ex att malm från området vid Jfp 18/T inte har använts i produktionen på Jfp 13/J. Om vi betraktar de olika rostningsplatserna så finns det både likheter och skillnader, inte bara i innehåll av den viktigaste komponenten järn, utan också bland spårämnen. De senare visar att malmen på Rp 5/J och Jfp 8/T har bildats under liknande betingelser från gemensamt ursprung. Malmerna från Rp 3/T, Rp 4/T och Rp 6/J är sinsemellan av liknande karaktär men överensstämmer inte med malm på någon av järnframställningsplatserna, och inte heller med den färska malmen. Den senare kan inte heller direkt relateras till de rostade malmerna på samma lokal, Jfp 18/T. Däremot finns stor samhörighet mellan slaggen och de rostade malmerna på denna plats. Ugnskonstruktion och materialval Ugnsväggen representerar den konstruktion där processen har ägt rum. Formen på ugnen och vilka komponenter som ingår med stenfodring och ett eller flera lager av laggade träväggar på olika nivåer behandlas utförligt i respektive utgrävningsrapport (Damlien 2005, Fredriksen 2005) samt i årsrapporten från utgrävningen (Stene et al 2005) och behandlas inte vidare här. Däremot har den del av ugnen som utgörs av lera undersökts i detta arbete. Lerans sammansättning kan visa hur väl materialet är utvalt för att bygga ugnen och hur väl det står emot höga temperaturer. Dessa resultat har redovisats ovan. Ugnsväggen kan dock användas i ytterligare syften i samband med analysarbetet eftersom den kan smälta och blandas med slaggen 33
och därmed förändra slaggens sammansättning. Vi har analyserat slaggerna för att jämföra dem med varandra och malmen i syfte att få en uppfattning om processeffektivitet, och om det föreligger några skillnader. Ett mål är att beräkna hur mycket metalliskt järn som har tillverkats av en viss mängd använd malm. För att det ska kunna göras måste vi veta att det inte är något annat än malmen som har påverkat slaggens sammansättning. Ugnsväggsleran har därför också analyserats i denna undersökning för att se om, och i så fall i vilken omfattning den har påverkat slaggernas sammansättning. Att den skulle ha påverkat processen och slutprodukten är dock mindre sannolikt. Bränslets effekt Kol och ved utgör, förutom malmen, också en viktig råvara i processen och kan också påverka slaggernas sammansättning. Vedartsanalyser av bränslet har genomförts (Damlien 2005, Fredriksen 2005) men bränslet har inte undersökts i samband med analysarbetet. Om vi inte känner till omfattningen av en påverkan av bränslet försvårar även det beräkningar av hur mycket järn som har tillverkats. Många tidigare studier har visat att inflytande från bränslet har varit begränsat och om det funnits så är det specifika ämnen som kan återfinnas i slaggerna efter avslutad process. Därför är det viktigt att undvika dem i beräkningen och koncentrera sig på ämnen som med större säkerhet kan knytas till enbart malmen. Produkten kvalitet på järnet Syftet med hela framställningsprocessen är naturligtvis att tillverka järn. Vi har inte analyserat några färdiga föremål, inte heller ämnesjärn. Däremot fanns större och mindre koncentrationer av metalliskt järn från såväl de olika ugnarna som från tillhörande bearbetningsområden. Metallen representerar alltså det första och andra processledet i hanteringen. De allra flesta prov som vi har analyserat i detalj är homogena i sin uppbyggnad även om de innehåller slagg. Flertalet består av ett kolfritt, mjukt järn. Från Jfp 8/T har vi endast noterat detta mjuka järn. Mjukt järn har också dominerat bland proverna från Jfp 13/J, men här fanns också två prov som består av hårt kolstål. I det urval av material som vi har studerat finns det med andra ord en dominans av tillverkning av mjukt järn av jämn kvalitet. Tillverkning av kolhaltigt järn underlättas delvis om malmerna är manganförande. De malmer som har analyserats har inte extremt höga manganhalter men troligen har högre halter funnits i några eftersom slaggerna uppvisar betydligt högre manganinnehåll. De högsta manganhalterna i slagger återfinns tvärtemot vad man skulle förvänta sig på Jfp 8/T och inte på Jfp 13/J där kolhaltigt järn (stål) har noterats. Hur produkten har behandlats vidare, och var det skett, är en frågeställning som inte kan lösas inom ramen för de nu genomförda analyserna. Produktionsmängd och effektivitet Vi den tidigare arkeometallurgiska analysen av materialet från 2003 års undersökning gjordes ett försök att uppskatta hur mycket järn som hade tillverkats på de olika lokalerna. Beräkningsmetoden har tidigare beskrivits utförligt av Arne Espelund, bland annat för 2001 års undersökningar vid Gråfjell (Espelund 2003). Beräkningsproceduren och förutsättningarna för den har också behandlats utförligt av Grandin, Forenius och Hjärthner-Holdar (2004). I korthet bygger beräkningsmetoden på att följa de ämnen som finns i malmen till slaggen och jämföra deras halter. Under reduktionsprocessen går en del av malmens järn till metalliskt järn, alltså den tillverkade smältan. Resten av järnet återfinns i slaggen tillsammans med övriga ämnen från malmen t ex mangan, kisel och aluminium. Av dessa kan mangan härledas i princip uteslutande till malmen, medan kisel och aluminium kan ha flera olika ursprung och kan i 34
åtminstone några av fallen knytas till inblandning av annat material. För dessa slagger och malmer är det därför rimligt att genomföra beräkningarna för mangan och järn. För att en beräkning ska vara befogad krävs också att malm och slagg kan relateras kemiskt och som nämnts ovan, att andra tillsättningar inte gjorts som tillfört mer av det aktuella ämnet (i det här fallet mangan). På Jfp 8/T kan slaggerna från båda ugnarna relateras till malmen såväl genetiskt som vad gäller manganinnehållet. Från Jfp 13/J blir en beräkning inte lika relevant. Malm och slagg uppvisar kemiskt släktskap huvudsakligen för material från ugn 200.585, vilket också överensstämmer med malmens lokalisering på platsen. Slaggen från ugn 200.584 har så höga manganhalter att en sådan stor anrikning är orimlig. För dessa slagger bör det alltså ha funnits en malm med samma kemiska fingeravtryck men högre manganinnehåll. Motsvarande förhållande gäller för slagger och malmer på Jfp 18/T. Följaktligen har beräkningar gjorts för ugn 100.667, 100.643 och 200.585. Från alla tre har såväl bottenslagger som tappslagger ingått i beräkningarna. Slaggerna inom varje ugnsområde skiljer sig åt något vilket ger olika utvinningsresultat. I den äldre ugnen på Jfp 8/T, 100.667, kan 0,2 0,6 kg järn ha tillverkats för varje kilogram slagg. För den yngre ugnen varierar järnvikten från 0,4 till 0,7 kg per kilogram slagg. Det är endast ett fåtal slagger av varje typ som har undersökts men låga, respektive höga, järnhalter nås inom båda slaggkategorierna. För ugn 200.585 på Jfp 13/J blir mängden tillverkat järn med motsvarande beräkning något lägre; 0,2 0,4 kg järn per kilo slagg. Enligt projektets undersökningsresultat (Stene et al 2005) vägde slaggvarpen 25 ton på Jfp 8/T. Det är osäkert hur stor andel som utgörs av slagg men om allt är slagg betyder det att 5 17,5 ton järn kan ha utvunnits ur malmen. Beroende på andelen annat material i slagghögarna bör producerad järnvikt reduceras. På Jfp 13/J var slagghögarna totalt drygt 8 m 3. Om samma omräkningsfaktor som på Jfp 8/T tillämpas, väger dess slagg 4,9 ton vilket enligt beräkningarna kan motsvara 1 2 ton järn om den ena ugnens resultat tillämpas på hela platsen. Slagger avfallsmaterial eller biprodukt Slaggerna är det material som vi i detta sammanhang, med analysernas hjälp, kan få ut mest information från. De är avfallsmaterial från järnframställningen och det inledande smidet av den tillverkade järnsmältan (eller luppen). Det första processledet, reduceringen av malmens järnoxider till metalliskt järn, har avsatt den största delen slagg. Mindre mängder finns också från de områden som tolkats som bearbetningsområden från det inledande smidet, i anläggningar som i de flesta fall kunnat relateras, organisatoriskt, till en speciell ugn på respektive plats. Slaggerna från reduktionsprocessen representerar olika positioner i eller utanför respektive ugn, och är provtagna från väl kända kontexter. Detta innebär att vi inte enbart har möjlighet att jämföra olika ugnar inom samma plats med varandra utan även se hur en ugn fungerat under en process. Slaggerna i makroskala Varje slagg har studerats okulärt (se tabellerna) för att komplettera den information som redan erhållits i fält. Slaggerna har delats och ytterligare kunskap om deras uppbyggnad har kunnat noteras i fråga om skiktningar, grad av porositet, metallförekomst, avkylningsdetaljer och annat. Efter en sådan inledande granskning valdes prover för mer detaljerade analyser i mikroskop. Många av slaggerna är stora och mestadels var vi tvungna att välja vilken del vi ville få mer information om. Några frågeställningar som var intressanta var om bottenslaggernas innehåll var likadant i nedre och övre delar, centralt jämfört med perifert i ugnen i samma 35
nivå, och hur slaggen var sammansatt nära tapphål. Vidare valde vi prover från tappslagger som stelnat utanför ugnen och sådana som påträffats i innerväggen. De petrografiska analyserna har presenterats i detalj för varje enskilt prov och i sammanfattning för de båda järnframställningsplatser som vi fokuserat på. Slaggerna i mikroskala Med hjälp av de petrografiska analyserna kunde vi se att det fanns skillnader i fråga om mineralinnehåll i tappslagger jämfört med bottenslagger på Jfp 13/J och från ugn 100.667 på Jfp 8/T. I ugn 100.643 var mineralinnehållet mer likartat i de olika slaggtyperna. För att få en mer exakt uppgift om järninnehållet och även andra ingående komponenter analyserades också slaggernas totala sammansättning. Dessa resultat innehåller alltså ytterligare detaljer och vi kan med hjälp av dem följa processen inom varje ugn. Nästa steg blir att se om processen varit den samma i den andra ugnen på samma plats. Har samma malm använts? Är det den malm som har provtagits? Eftersom vi dessutom har tillgång till malmprover från flera rostningsplatser kan vi jämföra med dessa och se hur väl de överensstämmer. Först efter att ha avgjort om en malm verkligen är kemiskt släkt med slaggerna är det egentligen rimligt att genomföra en produktionsberäkning. Naturligtvis är det också intressant att jämföra de olika platserna med varandra. Som nästa steg kan vi se om primärsmidesslaggerna kemiskt kan kopplas till slaggerna från reduktionen. Kemisk sammansättning ett verktyg för att jämföra slagger och malmer Efter 2003 års fältundersökning genomförde GAL en arkeometallurgisk analys av slagger från två järnframställningsplatser (Grandin, Forenius och Hjärthner-Holdar 2004). Samma analysmetoder och bearbetningssätt har använts i den nu genomförda studien av 2004 års undersökningar. Det som avviker från den tidigare analysen är att vi, som tidigare har nämnts ett flertal gånger, har studerat prov som i de flesta fall är tagna in situ. Analysarbetet bygger på att länka samman iakttagelser i fält, slaggernas morfologi, deras mineralinnehåll och kornstorlek samt kemiska sammansättning. I den tidigare analysrapporten diskuterades flera kemiska ämnen som ingår i slagger och malmer och hur dessa kunde vara användbara. Till de viktiga hörde järn, mangan och kisel, vilka utgör den största andelen i slagger och malmer. Dessa berättar i stora drag hur effektiv processen har varit. Det vill säga, ju högre kiselinnehåll i slaggerna desto bättre utvinning av metalliskt järn. För att kunna göra exakta beräkningar av utvinningsgraden måste man dock först konstatera om den malm man analyserat verkligen har använts i processen som skapat slaggen. För detta räcker det inte med kunskap om huvudämnenas proportioner utan vi undersöker även spårämnen, vilka förekommer i bråkdelar av viktsprocent. Bland spårämnena diskuterades vid förra analysarbetet bland annat de sällsynta jordartsmetallerna (REE). Dessa utgör en grupp som tillsammans kan användas för genetiska undersökningar för att se om malmer och slagger är kemiskt släkt. Nedan följer en jämförelse mellan de olika slaggerna och ugnarna på respektive plats och hur de kan relateras till undersökta malmer. I stycket diskuteras främst innehållet av järn, mangan, kisel och REE, samtidigt som ugnarnas form, antal tappningshål och åldersrelation vägs in. Så småningom jämförs också platserna med varandra. Jfp 8/T Om vi först koncentrerar oss på järnframställningsplats 8/T så har vi undersökt två av de tre ugnarna på lokalen. De var alla konstruerade på samma sätt (Damlien 2005) med slaggrop, likartade sten- och träväggar i botten, med slaggtappning i två riktningar, och byggda av en 36
lera av samma typ som inte uppvisar optimal värmebeständighet. Dateringar visar att 100.667 är äldre än 100.643. Från den senare finns delar av ett lerschakt bevarat vilket tydligt visar att det handlar om endast en ugnstyp där en slaggrop har funnits samtidigt som slaggtappning har skett. Detta var en mycket viktig iakttagelse eftersom förutsättningarna när undersökningarna satte igång var att det troligen fanns två olika ugnstyper med två skilda tekniker. Tolkning av fältresultaten indikerar dock att slaggen i gropen inte har bildats under den körning som har bildat bottenskållan över gropslaggen. De petrografiska analyserna av en gropslagg från ugn 100.643 visar att denna slagg består av sammankittat material och att det bland detta finns slagger som har stelnat hastigt i syrerik miljö alltså drag som är karaktäristiska för tappslagger. Det förefaller alltså som om slaggerna i gropen är ditförda av blandat material från tidigare körning(ar). Tolkningen av den petrografiska undersökningen överensstämmer alltså med tolkningen från fält. Om vi går vidare till kemiska analyser (Tabell 8a) av denna slagg så är till exempel manganinnehållet likartat som det i bottenslaggen varför det sannolikt inte har varit någon anmärkningsvärd skillnad mellan den tidigare process som har skapat gropslaggen jämfört med den som har skapat bottenslaggen. Manganinnehållet är genomgående tämligen högt i slaggerna men varierar i slagger från både ugn 100.643 och 100.667 (Fig. 22). I 100.643 ser vi högre manganhalt centralt i bottenslaggen, men något lägre närmare tapphålet. Tappslaggen som har runnit ut i detta hål har en manganhalt mellan de dessa värden. Sannolikt har slaggerna bildats under samma körning, men variationer kan ha funnits i malmen från den första till den sista uppsättningen. I experimentell järnframställning har Joosten, van Nie och de Rijk (1997) visat att det är möjligt att, med hjälp av kemiska analyser, spåra olika malmer som sätts upp tidigt respektive sent, med hjälp av slagg som bildats tidigt respektive sent. Den enda malm från platsen som har analyserats har något lägre manganinnehåll än slaggerna. Lägre manganinnehåll i malmen är möjligt eftersom vi förväntar oss en relativ anrikning av mangan i slaggerna samtidigt som järn går till metallen (eftersom allt mangan i malmen går till slaggen). Genom att titta på innehållet och proportionerna hos de sällsynta jordartsmetallerna, ser vi att det finns en överensstämmelse mellan malm och slagger samt att slaggerna från de båda ugnarna är lika. Också slaggen från primärsmidet uppvisar kemiskt släktskap med reduktionsslaggerna. Även om manganinnehållet varierar i slaggerna från de två ugnarna förefaller det alltså som om man har hållit sig till samma malmtäkt hela tiden, trots att det finns en tidsskillnad mellan ugnarna. Några av malmerna från rostningsplatserna (Rp 3 och Rp 5) uppvisar vissa likheter med malmen från Jfp 8. Jfp 13/J och dess relation till Jfp 8/T På järnframställningsplats 13/J är två ugnar undersökta. I stora drag är de lika även om mindre skillnader finns (Fredriksen 2005). Båda har en slaggrop som är stenfodrad och har en trävägg. Hos ugn 200.584 finns både en yttre och en inre trävägg. Båda ugnarna har haft en schaktvägg av lera som är sammansatt på samma sätt och hållbarare än leran från Jfp 8/T vid höga temperaturer. Vid ugnarna på Jfp 13/J har slaggtappning observerats åt endast ett håll till skillnad mot ugnarna på Jfp 8/T. Även på denna lokal antas slaggtappning ha ägt rum i samma ugn som där en underliggande slaggrop finns. Slaggen i slaggropen tolkades i fält som om den var ditförd och alltså inte bildad under samma körning som bottenskållan som återfinns över gropslaggen. Petrografiska undersökningar på en gropslagg från ugn 200.584 visar stora likheter mellan gropslagg och bottenskålla och kan därför inte bekräfta en sådan tolkning. Med utgångspunkt i den petrografiska undersökningen kan tolkningen inte heller avfärdas eftersom vi studerat en mindre del av gropslaggen och denna mycket väl kan utgöra ett fragment av en tidigare bildad bottenskålla. 37
Studerar vi sedan manganinnehållet, på samma sätt som vad gäller slaggerna från Jfp 8/T, ser vi två tydliga detaljer. Det första är att slagger från båda ugnarna har betydligt lägre manganinnehåll än slaggerna från Jfp 8/T (Tabell 8b, Fig. 22). Det andra är att ugn 200.585 genomgående har lägre manganinnehåll än slaggerna från ugn 200.584, oavsett om det rör sig om tappslagger eller bottenslagger. Även malmen från lokalen har låga manganhalter. Går vi sedan vidare till spårelementen och de sällsynta jordartsmetallerna framträder också den klara uppdelningen mellan slagger från de båda ugnarna. Primärsmidesslaggen och malmen visar bäst överensstämmelse med slaggerna från ugn 200.585. Detta överensstämmer med de iakttagelser som gjorts i fält med att primärsmidesslaggen kommer från bearbetningsområde 200.588 som kopplats till 200.585. Malmen som analyserades är från slagglager 200.509, vilket visserligen sträcker sig från den ena ugnen till den andra men provtagningen är gjord i den norra delen av lagret, alltså närmast ugn 200.585. Sammanfattningsvis kan vi se att slaggerna inom en ugn är homogena i sammansättning oavsett om de bildats inne i ugnen eller utanför den. De skiljer sig något från slaggerna från den andra ugnen på samma lokal (Fig. 22 23), men inte mer än att processerna bör ha fortlöpt på samma sätt och med malm från samma malmtäkt. Även om skillnader finns mellan ugnarna så är deras slagger lika om vi jämför dem med slaggerna från Jfp 8/T. Processen är i stora drag också snarlik på de två platserna även om det finns andra skillnader än i kemisk sammansättning, alltifrån antalet slaggtappningshål, och förekomst respektive avsaknad av avlånga gropar, till organisationen på lokalen. Jfp 18/T Järnframställningsplats 18/ T har behandlats i betydligt mindre utsträckning än de båda andra platserna. Denna lokal är mindre i omfattning, hade sämre bevarandegrad och därmed mindre information vad gäller ugnskonstruktion. Det förefaller dock som att ugnen saknat underliggande slaggrop. Det är alltså huvudsakligen tappslagger som förekommer på platsen. Dessa har inte provtagits in situ på motsvarande sätt som på de båda andra lokalerna. Järnframställningen är kanske inte ens det mest framträdande på lokalen. Snarare är det rostning av malm som är mer utmärkande och var det moment som inledningsvis noterades på platsen. Denna lokal kan alltså ha haft en annan produktionsinriktning. Slaggerna som har analyserats (Tabell 8c) är dock huvudsakligen av samma typ som de övriga undersökta slaggerna. En av dem har dock ett högre totalt innehåll av järn än slaggerna från de båda andra platserna (Fig. 22) men den andra analyserade slaggen visar större överensstämmelse med slaggerna från Jfp 8 och 13. Slutdiskussion Inför grävsäsongen 2004 fanns flera frågeställningar rörande järnhanteringen i Gråfjellsområdet. Analyserna och tolkningarna av resultaten som gjorts på material insamlat under 2004 års fältsäsong har gett svar på många av de uppställda frågeställningarna. Till exempel har frågan om förhållandet mellan slaggrop och slaggavtappning utretts. Utifrån det material vi har haft tillgång till förefaller ugnsteknologin att ha varit likartad på de olika platserna. Inga större skillnader går heller att se över tid. Vi vet numera att primärsmide utförts åtminstone på vissa av järnframställningsplatserna. Det framstår allt tydligare att järnproduktionen i Gråfjell verkar att ha varit välorganiserad och präglad av kontinuitet. Svaren har, precis som från föregående år, väckt nya frågor. Dessa är delvis av en annan karaktär. 38
Ugnstyper Inför undersökningarna av järnframställningsplatser i Gråfjellsområdet har man utgått från att det förekommer två huvudtyper av ugnar: schaktugn med slaggrop (även kallad gropschaktugn) och schaktugn med slaggavtappning. Schaktugnar med slaggrop ansågs ha varit allenarådande under hela äldre järnåldern. Någon gång omkring 600 700 e Kr skulle det ha skett en övergång till ugnar med slaggavtappning. Redan under fältsäsongen 2003 dök frågan upp om detta inte var en alltför förenklad och stelbent syn. Man hade då konstaterat schaktugnar med slaggavtappning låg direkt över slaggropar. Lämningarna antydde att det troligen inte rörde sig om åtskilda faser där man utnyttjat olika ugnsteknologier. Hur skulle man förklara att tappslagg påträffades i de stratigrafiskt äldsta lagren i slaggvarp på platser där man fann schaktugnar med slaggrop? Inför grävsäsongen 2004 ställde man frågan om det var möjligt att tänka sig en ugnstyp där man haft både slaggavtappning och en slaggrop under ugnsschaktet. Vid undersökningen av de tre ugnslämningarna på Jfp 8/T och på andra lokaler fann man att de bestod av en slaggrop och att det i anslutning till ugnarna fanns tappeplater i två riktningar. På Jfp 13/J har man konstaterat slaggtappning i en riktning. De analyser som GAL har utfört visar att tappslagger utanför ugnen och slagger som samlats i slaggropen kan ha tillkommit i samma process. Resultaten av det analyserade materialet från 2004 års utgrävningar samt iakttagelser i fält stödjer därmed teorin om en ugnstyp med både slaggrop och slaggavtappning. Av vilken praktisk, funktionell anledning har man haft ugnar med både slaggrop och slaggavtappning? Finns det liknande ugnar i andra områden? Om inte, varför finns de då bara här? Även andra detaljer i ugnarnas utformande väcker frågor. Slaggroparna i ugnskonstruktionerna har i flera fall byggts med inre laggade träväggar en detalj som tidigare påträffats på andra platser i Norge. Redan säsongen 2003 fanns belägg för denna konstruktionsdetalj i Gråfjellsområdet. Mellan de laggade träväggarna och de stenfodrade väggarna påträffades dessutom i flera fall ett tappslagsfyllt utrymme. Vad har de inre, laggade, träväggarna för praktisk funktion? Hur ska vi tolka de tappslaggsfyllda utrymmena mellan trävägg och den stenfodrade väggen? Är detta utrymme avsiktligt eller oavsiktligt slaggfyllt? För första gången inom projektet så analyserades ugnsväggsleror. På Jfp 13/J har en lera med bra termiska egenskaper använts men materialet i ugnsväggarna från Jfp 8/T smälter vid betydligt lägre temperaturer. I det senare fallet är det inte fråga om ett enstaka prov utan tre, ett från vardera ugnen på lokalen, med liknande sammansättning och egenskaper. Varför har samma sorts lera använts under hela produktionstiden på Jfp 8/T trots att dess termiska egenskaper inte är bra och trots att bättre lera finns i området? Primärsmide En av frågeställningarna inför 2004 års undersökningar var om vidarebearbetning av framställt järn kunde beläggas i Gråfjellsområdet. Några av de slaggprover som valdes ut för analys tolkades vara från primärsmidet, och dessutom relaterade till framställningen i en specifik ugn på varje plats. Den i fält gjorda tolkningen om att slaggprovet 100.703A från Jfp 8/T tillhör primärsmidesfasen får stöd även i den petrografiska undersökningen. Denna slagg uppvisar även kemiskt släktskap med reduktionsslaggerna. Sannolikt har den tillverkade järnsmältan rensats på innesluten slagg under uppvärmning. Under denna process har troligen även en 39
del av det metalliska järnet oxiderats och bidragit till en högre halt av järnoxider än i reduktionsslaggerna. Det slaggprov som valdes ut för analys från bearbetningsområdet Jfp 13/J visade sig huvudsakligen innehålla mest järn och gav inga ytterligare detaljer om processledet. Även övriga metallprov från bearbetningsområden visar att det rör sig om tidiga processled med liten mekanisk bearbetning. Det är alltså inget föremålssmide som har skett inom dessa anläggningar. Beläggen för primärsmide väcker vidare frågor om järnframställningsplatsernas struktur och hur många processled som utförts på de olika platserna i Gråfjellsområdet. I vilken utsträckning har primärsmide ägt rum? Har varje framställd lupp bearbetats på plats i närheten av ugnen och finner vi spår på järnframställningsplatserna som kan tolkas som fällstenar eller dylikt? Har sådan bearbetning endast lämnat spår i form av asfaltliknande hopkittade slaggkakor, bestående av flera olika materialtyper (slagg, kol, sten, lera m m)? Produkten Det metalliska järn som har studerats från Jfp 8/T och Jfp 13/J representerar ett tidigt processled och kommer från såväl ugnar som bearbetningsområden. I flera fall rör det sig om mindre koncentrationer av metall i större slaggstycken. Några prover utgörs dock huvudsakligen av metall, med endast små mängder omgivande och innesluten slagg. Materialet från Jfp 8/T är enhetligt i sammansättning och är ett mjukt järn. Proverna från Jfp 13/J varierar något. Även om mjukt järn förefaller vara vanligast så finns det exempel med hårt kolstål, och med fosforinnehåll. De senare är båda ett hårdare material. Mjukt järn var också den kvalitet som dominerade bland metallproverna från 2003 års undersökning. Kontinuitet Det undersökta materialet från de olika järnframställningsplatserna i Gråfjellsområdet visar på en produktion där kontinuitet och bevarandet av fungerande tekniker varit ett kännetecken. Trots att vi inom de olika lokalerna har att göra med skiftande dateringar kan ett mönster av en likartad organisation skönjas. Ingen direkt märkbar teknikutveckling kan studeras över tid. De som varit involverade i järnhanteringen har funnit lösningar gällande ugnstyper, rumslig struktur på platserna samt råvarutillgång som visat sig vara hållbara över tid. Gråfjellsområdets möjligheter och svårigheter rörande järnhanteringen har varit väl kända för de som en gång var sysselsatta inom verksamheten och de har uppenbarligen utnyttjat en för området anpassad teknologi. Detta faktum leder oss idag till ytterligare frågor. Analyserna av det arkeometallurgiska materialet och resultaten av dokumentationen av anläggningar och fynd i fält har gett oss en klarare bild av järnhanteringen i Gråfjellsområdet. Inom projektet har man löst flera frågor hur järnhanteringens anläggningar, och produkter såg ut. Nu återstår i flera fall frågorna varför de såg ut på detta sätt. Ser vi och förstår vi idag fullt ut tanken bakom teknikerna och ugnstyperna? 40
Referenser Damlien, H. 2005. Rapport fra arkeologisk utgraving av jernframstillingsplass Jfp.8/T og kullgroper Jfp.8/T:1 7. Gråfjell, Åmot kommune, Hedmark. Upubulisert rapport i top. ark. KHM, Forminneseksjonen, Oslo. Fredriksen, P. D. 2005. Rapport fra arkeologisk utgraving av jernframstillingsplass Jfp.13/J og kullgroper Jfp.13/J:1 8. Gråfjell, Åmot kommune, Hedmark. Upubulisert rapport i top. ark. KHM, Forminneseksjonen, Oslo. Grandin, L., Forenius, S. och Hjärthner-Holdar, E. 2004. Järnframställning på Gråfjellet. Arkeometallurgiska analyser. ID 1023573, ID 1023888, Gråfjellområdet, Åmot komune, Hedmark, Norge. Analysrapport 2-2004. Uppsala. Joosten, I. van Nie, M. och de Rijk, P. 1997. Experiment with a slag-tapping furnace at the Historical- Archaeological Experimental Centre, Lejre. I Nørbach (red): Early Iron Production Archaeology, Technology and Experiments. Technical Report Nr. 3 1997, Historical-Archaeological Experimental centre, 81 91. Lejre. Smekalovs, T och S. 2004. Magnetic Survey in Gråfjell, Regionfelt Østlandet, Åmot kommune, HEdmark, Southern-Eastern Norway. Opublicerad rapport från Physical Institute of St. Petersburg State University. Stene, K. (red.), Rundberget, B., Hill, D.J.A. och Amundsen, T. 2005. Årsrapport 2004. Gråfjellsprosjektet. Arkeologiske utgravinger i Gråfjellområdet og ved Rena elv, Åmot kommune, Hedmark. Kulturhistorisk museum, Universitetet i Oslo. 41
Analystabeller Tabell 6. Mikrosondanalyser av oxid- och silikatfaser i slagger från Jfp 8/T och Jfp 13/J, från Gråfjell, Hedmark, Norge. Förkortningar: gl = glas, bulk = analys av lfera faser vanligtvis olivin, wüstit och glas på en yta som är ca 60 60 mikrometer stor. Krom och koppar har också ingått i analysrutinen men har inte detekterats i proven. Prov An.nr Fas SiO 2 TiO 2 Al 2 O 3 FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O P 2 O 5 Summa 100.722 1a1 bulk 23,74 0,18 6,75 55,16 6,00 0,21 1,44 0,69 1,60 1,18 96,97 100.722 2a1 bulk 24,53 0,22 5,22 54,63 6,92 0,32 1,25 0,58 1,23 1,10 96,01 100.722 3a1 bulk 24,66 0,23 5,51 53,56 8,62 0,19 1,11 0,81 1,43 0,83 97,03 100.722 4a1 bulk 25,15 0,22 5,27 51,57 8,83 0,47 1,11 0,54 1,47 0,85 95,57 100.722 5a1 bulk 23,88 0,21 5,30 56,34 8,26 0,37 0,92 0,21 0,94 0,82 97,29 200.550 1a1 gl 41,60 0,37 21,96 0,41 21,4 0,31 5,93 0,38 4,17 0,03 96,56 200.550 1a3 bulk 37,51 0,28 19,38 0,37 25,71 0,57 4,96 0,68 4,17 0,04 93,67 Tabell 7. Mikrosondanalyser av metallfaser i prov från Jfp 13/J, från Gråfjell, Hedmark, Norge. Värden angivna med 0 innebär att ämnet inte är detekterat. Prov An.nr Fas Mg Si P S V Mn Fe Co Ni Cu Summa 200.550 1b1 perlit 0 0,01 0,65 0 0 0,26 101,11 0,01 0,00 0 102,05 200.550 1b2 perlit 0,00 0 0,60 0,03 0 0,40 99,10 0,06 0 0 100,18 200.550 1b3 järnfosfid 0,02 0 12,55 0,00 0 0,80 85,24 0,03 0 0 98,65 42
Tabell 8a. Totalkemiska analyser för slagger, malmer och ugnsväggar från Jfp 8/T, Gråfjell, Hedmark, Norge. Den övre delen av tabellen presenterar huvudelementen i oxidform (i viktsprocent). Det totala järninnehållet ges som Fe 2 O 3. Den undre delen presenterar övriga element som metaller (i mg/kg). Analyser från Analytica AB, Luleå. Provtyp Malm Tappslagg Bottenslagg Primärslagg Tappslagg Bottenslagg Bottenslagg Tappslagg Anl. nr 100.667 100.643 100.681 100.667 100.667 100.643 100.643 Prov 100.680 100.690 100.694 100.703A 100.719 100.720A 100.721 100.723 SiO 2 16,8 16,5 25,4 10,3 19,7 23,1 25,2 24,2 TiO 2 0,0975 0,117 0,222 0,0709 0,185 0,219 0,229 0,203 Al 2 O 3 2,18 4,30 5,10 2,74 5,40 4,99 6,01 4,70 Fe 2 O 3 69,2 63,5 57,6 77,2 68,1 58,9 62,9 63,7 MnO 6,90 16,2 13,8 12,2 11,5 15,4 8,32 10,5 MgO 0,0906 0,380 0,466 0,304 0,509 0,567 0,502 0,371 CaO 0,135 1,07 1,30 0,685 0,768 0,848 1,08 1,14 Na 2 O 0,233 0,341 0,356 0,181 0,449 0,388 0,447 0,443 K 2 O 0,486 1,15 1,50 0,849 1,63 1,58 1,57 1,38 P 2 O 5 0,458 1,36 1,24 0,720 1,24 1,44 1,42 1,11 Glödförlust 3,40-600 -600-7,40-6,40-6,20-600 -5,80 Summa 100 98,9 101 97,8 103 101 102 102 Be <0.6 <0.6 <0.6 <0.5 <0.6 <0.6 <0.6 <0.6 Sc <1 1,31 2,26 <1 2,72 2,97 3,55 2,06 V 18,6 21,4 25,9 14,7 28,0 36,0 43,5 30,2 Cr 78,8 23,2 38,7 32,2 33,3 47,2 51,4 31,8 Co 77,6 16,1 12,1 63,8 33,5 39,6 11,6 11,7 Ni 30,5 43,0 38,7 28,3 24,3 42,0 15,9 23,6 Cu 24,0 116 34,2 12,1 22,4 18,2 22,7 23,3 Zn 142 31,5 79,5 35,9 46,4 39,3 33,8 106 Ga 15,8 30,1 22,3 22,5 21,6 25,5 17,9 18,2 Rb 17,2 31,3 40,1 27,6 44,4 44,8 44,2 35,8 Sr 29,2 159 123 130 180 195 99,9 99,3 Y 7,12 13,0 19,8 8,54 14,1 13,3 21,6 19,0 Zr 78,2 61,7 104 30,0 67,6 78,8 95,4 97,8 Nb 2,48 3,77 5,34 2,40 5,53 10,1 19,2 11,1 Mo 7,90 2,42 2,68 4,80 3,35 2,50 <2 <2 Sn 1,46 1,14 <1 <1 2,60 6,70 4,85 6,70 Ba 1180 4350 3690 2610 2760 3130 2270 2910 La 6,83 17,5 22,1 11,3 21,4 17,6 25,1 18,5 Ce 32,9 73,1 66,1 38,4 62,8 59,5 64,4 61,2 Pr 1,77 4,53 5,66 3,07 5,28 4,67 6,87 5,08 Nd 6,73 16,3 23,3 10,4 19,8 16,4 25,6 19,1 Sm 1,14 3,03 3,57 1,50 3,40 2,63 4,27 3,22 Eu 0,386 0,965 1,04 0,586 1,09 0,969 1,01 1,04 Gd 0,888 2,27 3,14 1,57 1,90 2,07 3,42 2,59 Tb 0,123 0,357 0,417 0,220 0,342 0,381 0,513 0,392 Dy 0,906 1,99 2,76 1,37 2,08 1,88 2,87 2,49 Ho 0,219 0,344 0,587 0,206 0,450 0,403 0,646 0,496 Er 0,811 1,45 1,90 1,01 1,72 1,90 2,19 1,92 Tm <0.1 0,157 0,277 <0.1 0,217 0,184 0,315 0,263 Yb 0,815 1,25 1,70 0,868 1,21 1,29 2,16 1,94 Lu 0,106 0,155 0,311 0,149 0,202 0,174 0,258 0,268 Hf 1,31 0,907 1,86 0,656 1,31 1,49 1,61 1,53 Ta 0,171 0,143 0,353 0,0727 0,345 0,266 0,278 0,373 W <0.3 <0.3 <0.4 <0.3 <0.3 <0.3 <0.4 <0.4 Th 1,66 3,35 3,45 2,41 4,25 3,74 4,12 3,39 U 0,397 0,575 0,787 0,454 0,863 0,765 0,943 0,836 43
Tabell 8b. Totalkemiska analyser för slagger, malmer och ugnsväggar från Jfp 13/J, Gråfjell, Hedmark, Norge. Den övre delen av tabellen presenterar huvudelementen i oxidform (i viktsprocent). Det totala järninnehållet ges som Fe 2 O 3. Den undre delen presenterar övriga element som metaller (i mg/kg). Analyser från Analytica AB, Luleå. Provtyp Primärslagg Bottenslagg Bottenslagg Gropslagg Bottenslagg Tappslagg Tappslagg Tappslagg Ugnsvägg Anl. nr 200.588 200.584 200.584 200.584 200.585 200.585 200.584 200.585 Slagghög Prov 200.591A 200.596A 200.596B 200.598 200.701A 200.702 200.703 200.717 200.513 SiO 2 16,8 23,0 21,0 18,4 25,0 22,2 22,2 21,2 79,0 TiO 2 0,0647 0,143 0,115 0,107 0,141 0,114 0,118 0,118 0,685 Al 2 O 3 3,49 5,45 4,92 2,93 6,69 4,86 3,54 5,04 11,2 Fe 2 O 3 82,9 73,0 68,9 77,9 68,7 87,1 73,7 75,3 6,26 MnO 1,87 8,06 7,32 5,20 1,72 1,97 5,52 1,47 0,105 MgO 0,199 0,361 0,333 0,259 0,287 0,247 0,285 0,262 0,474 CaO 1,12 1,15 1,14 1,18 2,16 1,38 1,30 1,50 0,134 Na 2 O 0,156 0,187 0,174 0,119 0,223 0,245 0,176 0,229 0,437 K 2 O 0,783 1,19 1,03 0,688 1,35 1,13 0,960 1,04 3,65 P 2 O 5 1,43 1,39 1,42 2,58 1,48 1,64 2,68 2,24 0,183 Glödförlust -700-6,30-6,60-6,50-600 -6,60-600 -6,80 0,900 Summa 102 108 99,8 103 102 114 104 102 103 Be 1,60 <0.6 <0.6 <0.5 8,45 2,88 0,621 2,66 1,55 Sc 2,76 3,39 1,99 <1 9,89 3,75 1,34 2,16 7,34 V 18,1 41,3 27,9 8,54 35,0 23,0 20,1 30,4 57,7 Cr 23,8 37,6 26,6 <10 21,4 34,7 27,4 24,2 106 Co 47,3 47,2 49,3 5,66 <6 17,9 8,17 22,9 <6 Ni <10 12,4 13,3 <10 <10 <10 12,4 <10 42,0 Cu 20,1 18,5 15,1 18,4 22,2 28,0 24,8 16,8 41,0 Zn 426 287 454 55,5 49,5 452 42,5 61,3 173 Ga 7,53 14,5 14,2 9,64 13,1 8,34 9,28 7,27 62,2 Rb 18,5 29,8 26,9 20,0 26,5 26,9 22,2 22,5 119 Sr 43,2 61,3 56,6 91,0 62,2 56,0 104 57,1 53,4 Y 56,0 28,0 30,3 17,1 460 78,0 23,2 48,2 30,6 Zr 71,5 92,6 79,1 62,2 233 113 81,4 105 355 Nb 1,93 10,9 2,67 2,07 3,68 2,91 3,22 3,04 10,7 Mo <2 <2 <2 2,81 <2 <2 2,95 <2 3,43 Sn <1 <1 <1 1,12 <1 <1 1,14 <1 4,74 Ba 678 1630 1370 1030 737 895 1210 643 822 La 28,2 17,1 16,1 9,66 189 39,5 13,2 23,7 31,1 Ce 112 87,9 78,3 33,0 573 160 36,4 77,7 65,0 Pr 8,66 4,97 5,18 2,94 68,4 13,2 3,93 7,35 8,49 Nd 38,3 20,5 20,8 11,3 306 54,5 16,6 31,6 32,2 Sm 8,33 4,10 3,87 2,19 65,6 11,1 2,35 5,88 6,20 Eu 1,61 0,184 0,342 0,0945 15,5 2,39 0,304 1,33 0,855 Gd 7,13 3,97 4,53 1,98 59,9 10,8 2,38 6,24 5,17 Tb 1,20 0,572 0,577 0,305 9,90 1,69 0,437 1,02 0,763 Dy 6,92 3,63 3,31 1,89 57,9 9,65 2,71 5,95 4,51 Ho 1,51 0,773 0,859 0,476 12,5 2,32 0,724 1,29 1,17 Er 4,53 2,51 3,41 1,51 37,1 6,63 1,63 4,74 3,07 Tm 0,675 0,395 0,439 0,203 5,59 0,974 0,354 0,514 0,402 Yb 5,02 3,09 2,76 1,62 39,0 7,17 1,61 3,86 3,22 Lu 0,743 0,436 0,456 0,281 5,76 0,999 0,298 0,748 0,497 Hf 0,921 1,76 1,67 0,925 3,77 1,91 1,68 1,70 7,77 Ta 0,178 0,255 0,249 0,181 0,237 0,136 0,0950 0,135 1,27 W <0.3 <0.4 <0.3 <0.3 0,516 <0.4 <0.3 <0.3 1,97 Th 3,83 4,35 3,90 2,02 12,6 6,13 2,70 4,68 5,17 U 1,31 1,17 1,05 0,547 6,67 1,84 0,658 1,87 3,18 44
Tabell 8c. Totalkemiska analyser för slagger och malmer från Jfp 18/T och rostningsplatser, Gråfjell, Hedmark, Norge. Den övre delen av tabellen presenterar huvudelementen i oxidform (i viktsprocent). Det totala järninnehållet ges som Fe 2 O 3. Den undre delen presenterar övriga element som metaller (i mg/kg). Analyser från Analytica AB, Luleå. Provtyp Slagg Slagg Malm Malm Malm Malm Malm Malm Malm Anl. nr Jfp18 Jfp18 Jfp18 Jfp18 RP3 RP4 Färsk RP5 RP6 Prov 201.137 Jfp18/2005 201.115 201.140 200.905 200.933 201.129F 201.261 201.321 SiO 2 9,69 18,6 3,24 4,03 51,2 11,4 33,8 17,2 36,3 TiO 2 0,0325 0,124 0,0049 0,00370 0,453 0,0579 0,516 0,294 0,486 Al 2 O 3 1,58 3,11 0,714 0,734 4,25 1,88 11,6 5,02 5,84 Fe 2 O 3 94,6 81,1 102 99,3 35,7 93,2 12,3 57,9 45,1 MnO 3,43 3,79 0,744 0,522 1,53 0,603 0,124 3,92 0,558 MgO 0,237 0,402 <0,02 <0.02 0,213 0,0633 0,730 0,207 0,306 CaO 0,707 0,82 0,165 <0.1 0,235 0,192 0,172 0,121 0,168 Na 2 O 0,154 0,25 <0,05 <0.05 0,622 0,190 0,549 0,299 0,637 K 2 O 0,461 1,12 <0,6 <0.06 1,27 0,362 1,90 0,488 1,10 P 2 O 5 0,933 1,22 1,11 1,27 0,289 1,03 0,270 0,503 0,373 Glödförlust -800-7,2-1,7-2,70 2,80 6,90 37,3 14,0 8,20 Summa 104 110,5 108 103 98,6 116 99,3 100 99,1 Be <0.5 2,2 2,99 1,64 <0.6 1,37 1,53 1,63 1,57 Sc <1 <1 <1 <1 2,02 <1 7,33 2,42 2,54 V <2 19,2 21,7 8,13 79,1 5,85 75,1 149 136 Cr 15,6 19,4 32,2 30,6 101 25,8 95,2 305 131 Co <5 9,53 22,9 15,9 32,4 7,58 7,92 174 47,2 Ni <10 13,6 17,6 26,6 43,7 <10 37,2 61,5 51,4 Cu 13,8 9,42 29,3 149 41,0 16,2 55,9 43,9 55,7 Zn <10 15 98,6 82,4 56,3 129 14,4 89,5 49,2 Ga 10,9 40,8 10,8 5,45 12,3 6,07 14,2 20,9 12,5 Rb 12,1 44,1 3,04 <2 35,9 11,7 63,4 16,9 31,9 Sr 38,5 52,3 5,17 4,60 40,1 14,3 28,5 18,1 32,1 Y 4,41 8,62 1,71 3,43 11,8 7,84 18,7 17,5 10,4 Zr 13,5 60,6 3,46 <2 284 37,1 99,3 102 202 Nb 5,53 6,71 4,35 8,56 21,9 2,05 14,0 9,76 21,9 Mo 2,32 5,95 9,1 14,2 10,7 5,07 5,28 12,7 15,2 Sn <1 24,2 3,07 3,36 5,61 <1 3,01 2,10 6,57 Ba 1430 1760 99,1 48,2 372 143 289 239 264 La 5,23 10,6 1,59 1,90 9,81 5,97 36,1 14,5 9,00 Ce 12,3 27,7 8,74 7,61 25,1 18,4 68,8 78,1 24,9 Pr 1,95 3,82 1,53 1,67 2,24 2,64 8,36 4,47 2,60 Nd 4,75 11,9 2,65 3,39 8,19 7,20 26,2 16,1 7,98 Sm 0,583 1,96 0,704 <0.4 1,70 1,59 4,91 2,38 1,04 Eu <0.04 0,298 0,0975 0,0814 0,292 0,276 1,04 0,614 0,176 Gd 0,396 0,975 0,474 0,871 1,11 0,906 3,26 2,06 1,15 Tb <0.1 0,241 <0.1 <0.1 0,223 0,107 0,605 0,475 0,217 Dy 0,708 1,26 0,306 0,434 1,16 1,12 3,26 2,56 1,30 Ho 0,235 0,325 0,106 0,249 0,386 0,338 0,567 0,583 0,313 Er 0,216 0,867 0,172 0,508 0,283 1,03 1,02 0,987 0,527 Tm 0,117 0,174 <0.1 0,167 0,137 0,159 0,146 0,223 0,168 Yb 0,452 1,15 0,301 <0.2 0,816 0,489 1,54 1,80 1,09 Lu 0,118 0,119 <0.04 0,0491 0,214 0,144 0,196 0,184 0,173 Hf 0,341 1,63 0,342 <0.1 4,04 0,616 1,74 1,77 3,73 Ta <0.05 0,379 <0,06 <0.06 0,524 0,0932 0,694 0,233 0,475 W <0.3 0,761 0,486 0,657 1,46 <0.3 1,33 0,436 1,74 Th 1,28 2,39 0,369 0,642 2,45 1,34 5,69 5,62 4,03 U 0,225 0,715 0,208 <0.04 0,924 0,272 2,18 2,41 1,23 45
Figurer Nedan följer bilder på ett urval av de analyserade slaggerna från Jfp 8/T, Jfp 13/J och Jfp 18/T från Gråfjell, Åmot kommune, Hedmark. Proverna presenteras i något eller flera av följande alternativ: hela, i tvärsnitt och i detalj med mikrofotografier. För de senare framgår förstoringsgrad av en skala i nedre vänstra hörnet. På de flesta mikrofotografierna finns tre olika faser; olivin, glas och wüstit. Olivin är ljust grå, långsmala, eller i enstaka fall kortprismatiska kristaller. Glas är den mörkaste fasen som är knappt urskiljbar mellan olivinkristallerna. Wüstit är den ljusaste, mestadels dendritiskt formade fasen. I några finns också magnetit, som har samma färg som wüstit men förekommer i kantigare former. Oregelbundet rundade, mörkare grå områden är hålrum. Figur 1a. Prov 100.690, tappslagg från ugn 100.667 på järnframställningsplats 8/T. Figur 1b. Prov 100.690, tappslagg från ugn 100.667 på järnframställningsplats 8/T. Delad. Figur 1c. Prov 100.690. Mikrobilden visar flera slaggflöden med varierande tjocklek och med tydligt markerade kontaktytor i form av ljusa magnetitzoner. Figur 1d. Prov 100.690. Detalj på några av kontaktytorna i föregående figur definierade av två horisontella ljusa band med magnetit. 46
Figur 2a. Prov 100.719, tappslagg från ugn 100.667 på järnframställningsplats 8/T. Slaggen har avtryck av stenar som den har stelnat mot. Figur 2c. Prov 100.719. Mikrofotot visar kontakt mellan slaggflöden med finkornigare kontaktytor, utan magnetitzon (jämför figur 1c 1d). Figur 2b. Prov 100.719, tappslagg från ugn 100.667 på järnframställningsplats 8/T. Delad. Figur 2c. Prov 100.719. Detalj på ytterkanten av ett slaggflöde (överst) som är betydligt finkornigare till följd av hastig avsvalning jämfört med mer centralt i slaggflödet (längre ner i bild). Figur 3b. Prov 100.720, bottenskålla från ugn 100.667 på järnframställningsplats 8/T. Delad. Figur 3a. Prov 100.720, bottenskålla från ugn 100.667 på järnframställningsplats 8/T. 47
Figur 3c. Prov 100.720. Slaggen är homogen i sin uppbyggnad, grovkornig och består huvudsakligen av olivinkristaller. Wüstit, i form av finkorniga dendriter, och en glasfas förekommer i betydligt mindre mängd. Figur 4a. Prov 100.721, bottenskålla från ugn 100.643 på järnframställningsplats 8/T. Figur 4c. Prov 100.721. Slaggen är homogen i sin uppbyggnad, grovkornig och består huvudsakligen av olivinkristaller. På bilden finns också en glasfas (något mörkare grå). Figur 4b. Prov 100.721, bottenskålla från ugn 100.643 på järnframställningsplats 8/T. Delad. Figur 4c. Prov 100.721. Detalj ur annan del av slaggen där olivinkristaller förekommer tillsammans med mindre mängder wüstit, hercynit och en glasfas. 48
Figur 5a. Prov 100.722, gropslagg från ugn 100.643 på järnframställningsplats 8/T. Delad. Figur 6a. Prov 100.723, tappslagg från ugn 100.643 på järnframställningsplats 8/T. Delad. Figur 6c. Prov 100.723. Slaggen är uppbyggd av flera tunna stränga med något varierande sammansättning. Respektive slaggflöde har kylts av mot en tidigare bildad slaggsträng. Figur 6b. Prov 100.723, tappslagg från ugn 100.643 på järnframställningsplats 8/T. Tvärsnitt som har analyserats. Figur 6d. Prov 100.723. Detalj på kontakt mellan två slaggsträngar från föregående figur. Gränsen markeras av en ljus koncentration av huvudsakligen magnetit 49
Figur 7a. Prov 100.703, primärsmidesslagg från bearbetningsgrop 100.681 på järnframställningsplats 8/T. Figur 7b. Prov 100.703. Slaggen är homogent uppbyggd, tämligen grovkornigt och domineras av dendritisk wüstit. Figur 8a. Prov 200.598, gropslagg från ugn 200.584 på järnframställningsplats 13/J. Figur 8c. Prov 200.598. Slaggen är tämligen homogen och grovkornig. Den består av dendritisk wüstit, olivinkristaller, hercynitkristaller och en glasfas. Figur 8b. Prov 200.598, gropslagg från ugn 200.584 på järnframställningsplats 13/J. Delad. Figur 8d. Prov 200.598. Detalj av ovanstående där de olika mineralen framträder tydligare. 50
Figur 9a. Prov 200.702, tappslagg från ugn 200.584 på järnframställningsplats 13/J. Figur 9b. Prov 200.702, tappslagg från ugn 200.584 på järnframställningsplats 13/J. Delad. Figur 9c. Prov 200.702. Slaggen är uppbyggd av ett flertal mindre slaggflöden som är finkorniga. Figur 9d. Prov 200.702. Detalj på slaggen i föregående figur som visar avgränsningen mellan två flöden med en tunn zon av magnetit. Figur 10a. Prov 200.717, tappslagg från ugn 200.584 på järnframställningsplats 13/J. Figur 10b. Prov 200.717, tappslagg från ugn 200.584 på järnframställningsplats 13/J. Delad. Figur 10c. Prov 200.717. Slaggen är uppbyggd av ett flertal mindre slaggflöden som är finkorniga, allra finkornigast i ytterkanterna. Magnetit saknas i kontakterna. Slaggen har stelnat i ugnsutrymmet. 51
Figur 11a. Prov 201.137, slagg från järnframställningspalts 18/T. Figur 11c. Prov 201.137. Slaggen är tämligen homogen i sammansättning och domineras av medelkornig wüstit. Den är uppbyggd av flera slaggsträngar men dessa är inte avkylda speciellt hastigt och kan endast diffust anas. Figur 11b. Prov 201.137, slagg från järnframställningspalts 18/T. Delad. Figur 12. Malmprover från järnframställningsplatser och rostningsplatser som valts för analys. Proverna beskrivs i Tabell 4. Notera deras olika färger Prover från vänster i övre raden.: 200.905, 200.933, 201.261, 201.321. Prover från vänster i undre raden: 100.680, 200.512, 201.140, 201.129F (färsk), 201.129R (rostad i laboratoriet). 52
100.680 200.512 200.905 200.933 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale D:\external\uppdrag\riks_av\feb05_100_680.RAW - File: feb05_100_680.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 39-1346 (*) - Maghemite-C, syn - Fe2O3 - Y: 100.18 % - d x by: 1. - WL: 1.54056-0 - I/Ic PDF 1.4 - Operations: Import 33-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 73.05 % - d x by: 1. - WL: 1.54056-0 - I/Ic PDF 2.4 - Y + 20.0 mm - D:\external\uppdrag\riks_av\feb05_200_512.RAW - File: feb05_200_512.raw - Type: 2Th/Th 29-0713 (I) - Goethite - Fe+3O(OH) - Y: 73.05 % - d x by: 1. - WL: 1.54056-0 - Operations: Displacement -0.250 Import 46-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 200.36 % - d x by: 1. - WL: 1.54056-0 - I/Ic PDF 3.4 - Y + 40.0 mm - D:\external\uppdrag\riks_av\feb05_200_905.RAW - File: feb05_200_905.raw - Type: 2Th/Th Operations: Displacement -0.135 Import Y + 60.0 mm - D:\external\uppdrag\riks_av\feb05_200_933.RAW - File: feb05_200_933.raw - Type: 2Th/Th Operations: Displacement -0.146 Import Figur 13. Röntgendiffraktogram med mätdata för prov 100.680 (svart kurva), 200.512 (röd), 200.905 (blå) och 200.933 (grön). De lodräta linjerna på olika positioner längs x-axeln i diagrammet visar teoretiska värden för de mineral som ingår i malmerna: maghemit (grön linje), hematit (röd), götit (svart) och kvarts (blå). 201.129F(svart) 201.129R(röd) 202.321(blå) 0 30 40 50 60 2-Theta - Scale D:\external\uppdrag\riks_av\feb05_201_129F.RAW - File: feb05_201_129f.raw - Type: 2Th/Th locked - Star 00-039-1346 (*) - Maghemite-C, syn - Fe2O3 - Y: 14.59 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Cubic - I/Ic PDF 1.4 - Operations: Displacement -0.700 Import 00-029-0713 (I) - Goethite - FeO(OH) - Y: 10.42 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Orthorhombic - Y + 20.0 mm - D:\external\uppdrag\riks_av\Feb05_201_129R.RAW - File: Feb05_201_129R.RAW - Type: 2Th Operations: Displacement -0.423 Import Y + 60.0 mm - D:\external\uppdrag\riks_av\feb05_202_321.RAW - File: feb05_201_321.raw - Type: 2Th/Th l Operations: Displacement -0.115 Import 00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 171.58 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Hexagonal - I/Ic PDF 3.4-00-033-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 16.67 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Rhombo.R.axes - I/Ic PDF 2 Figur 14. Röntgendiffraktogram med mätdata för prov 201.129F, 201.129R och 202.321. De lodräta linjerna på olika positioner längs x-axeln i diagrammet visar teoretiska värden för de mineral som ingår i malmerna: maghemit (grön linje), hematit (röd), götit (svart) och kvarts (blå). 53
201.140 20 30 40 50 60 2-Theta - Scale D:\external\uppdrag\riks_av\feb05_201_140.RAW - File: feb05_201_140.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 19.930 - End: 64.940 - Step: 0.100 - Step time: 8. s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: 3 s - 2-Theta: 19.930 Operations: Displacement 0.250 Import 00-039-1346 (*) - Maghemite-C, syn - Fe2O3 - Y: 116.89 % - d x by: 1. - WL: 1.54056-0 - I/Ic PDF 1.4 - S-Q 69.9 % - 00-033-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 72.92 % - d x by: 1. - WL: 1.54056-0 - I/Ic PDF 2.4 - S-Q 25.5 % - 00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 18.75 % - d x by: 1. - WL: 1.54056-0 - I/Ic PDF 3.4 - S-Q 4.6 % - Figur 15. Röntgendiffraktogram med mätdata för prov 201.140. De lodräta linjerna på olika positioner längs x-axeln i diagrammet visar teoretiska värden för de mineral som ingår i malmerna: maghemit (grön linje), hematit (röd), och kvarts (blå). 201.261 0 30 40 50 60 2-Theta - Scale D:\external\uppdrag\riks_av\feb2005_201_261.RAW - File: feb05_201_261.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 20.000 - End: 65.000 - Step: 0.100 - Step time: 8. s - Temp.: 25 C (Room) - Time Started: 3 s - 2-Theta: 20.00 Operations: Import 00-046-1045 (*) - Quartz, syn - SiO2 - Y: 137.50 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Hexagonal - I/Ic PDF 3.4 - S-Q 41.3 % - 00-033-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 37.50 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Rhombo.R.axes - I/Ic PDF 2.4 - S-Q 16.0 % - 00-039-1346 (*) - Maghemite-C, syn - Fe2O3 - Y: 58.33 % - d x by: 1. - WL: 1.54056 - Cubic - I/Ic PDF 1.4 - S-Q 42.7 % - Figur 16. Röntgendiffraktogram med mätdata för prov 201.261. De lodräta linjerna på olika positioner längs x-axeln i diagrammet visar teoretiska värden för de mineral som ingår i malmerna: maghemit (grön linje), hematit (röd), och kvarts (blå). 54
Figur 17a. Prov 100.705. Ugnsvägg från järnframställningsplats 8/T. Utsidan. Figur 17b. Prov 100.705. Ugnsvägg från järnframställningsplats 8/T. Insidan. Figur 18a. Prov 100.707. Ugnsvägg från järnframställningsplats 8/T. Utsidan. Figur 18b. Prov 100.707. Ugnsvägg från järnframställningsplats 8/T. Insidan. Figur 19a. Prov 100.745. Ugnsvägg från järnframställningsplats 8/T. Utsidan. Figur 19b. Prov 100.745. Ugnsvägg från järnframställningsplats 8/T. Insidan. 55
Figur 20a. Prov 200.513. Ugnsvägg från järnframställningsplats 13/J. Utsidan. Figur 20b. Prov 200.513. Ugnsvägg från järnframställningsplats 13/J. Insidan. Figur 21a. Prov 200.713. Ugnsvägg från järnframställningsplats 13/J. Utsidan. Figur 21b. Prov 200.713. Ugnsvägg från järnframställningsplats 13/J. Insidan. 56