Upparbetning och bearbetning av järn

UV UPPSALA RAPPORT 2008:18 GEOARKEOLOGISK UNDERSÖKNING Upparbetning och bearbetning av järn Dalarna, Orsa socken, Hansjö, fornlämning 407 Lena Grandin och Eva Hjärthner-Holdar G A L Geoarkeologiskt Laboratorium

UV UPPSALA RAPPORT 2008:18 GEOARKEOLOGISK UNDERSÖKNING Upparbetning och bearbetning av järn Dalarna, Orsa socken, Hansjö, fornlämning 407 Lena Grandin och Eva Hjärthner-Holdar A G L Geoarkeologiskt Laboratorium Upparbetning och bearbetning av järn 3

Riksantikvarieämbetet Avdelningen för arkeologiska undersökningar UV Uppsala Portalgatan 2A 754 23 Uppsala Växel: 010-480 80 30 Fax: 010-480 80 47 e-post: uvuppsala@raa.se e-post: fornamn.efternamn@raa.se www.arkeologiuv.se 2008 Riksantikvarieämbetet UV Uppsala Rapport 2008:18 ISSN 1654-7950 Utskrift Uppsala, 2008

Innehåll Abstract... 6 Sammanfattning... 6 Inledning... 7 Förutsättningar och bakgrund... 7 Syfte och frågeställningar... 7 Material och metod... 7 Material... 7 Metod... 7 Resultat... 8 F1, A2 Slaggvarp... 8 F2, 11 m NÖ om A1... 8 F3, 6 m NÖ om A1... 8 F4, A2 Slaggvarp... 8 F5, A2 Slaggvarp... 9 F7, 6 m NÖ om A1... 10 Tolkning och diskussion... 11 Referenser... 13 Administrativa uppgifter... 14 Figurer... 15 Upparbetning och bearbetning av järn 5

Abstract On commission by Britt-Marie Hägerman, Dalarnas Museum, the Geoarchaeological Laboratory has examined some slag, waste iron and ceramic samples found at an archaeological excavation in Orsa parish, Dalarna. Charcoal of pine from the slag heap was dated to the second half of the 13 th century. The examined slag and iron samples turned out to be more difficult to interpret than initially anticipated. Slags, that morphologically seem to be ordinary smithing slags, present a more complex image when analysed in detail. Their homogeneous features, in combination with presence of nonworked metallic iron with high carbon content, indicate some of the first parts of the iron production sequence. Either an iron rich in slag was remelted or the iron was decarburized in the finery process, although the later is less probable. The final answer to what processes that were performed can not be established only from the slag samples, but a further archaeological investigation covering a larger surface is suggested in which expected constructions in the processes are searched for. Sammanfattning På uppdrag av Britt-Marie Hägerman, Dalarnas museum har Geoarkeologiskt Laboratorium granskat slagger, järn och keramiskt material från en arkeologisk förundersökning av ett område, delvis inom RAÄ 407 i Hansjö, Orsa sn, Dalarna. Träkol av tall från det undersökta slaggvarpet har daterats till 1200-talet andra hälft. Slaggerna och järnet som GAL har undersökt har visat sig vara mer svårtolkade än vad man vid en första anblick kan föreställa sig. Det som till det yttre förefaller vara ordinära smidesslagger uppvisar i detalj en mer komplex bild. Slaggernas tämligen homogena uppbyggnad i kombination med förekomst av metalliskt järn med högt kolinnehåll som inte har smidits vidare tyder på ett relativt tidigt skede i processen där någon form av rensning behövt göras, antingen att minska slagghalten i järnet eller reducera järnets kolhalt, dvs. färskning. Det senare är dock mindre sannolikt. För att bättre förstå vilken eller vilka processer som har ägt rum inom området är det därför väsentligt att en större sammanhängande yta undersöks där man försöker finna anläggningar och konstruktioner som förväntas i de olika processerna. 6 UV Uppsala Rapport 2008:18. Geoarkeologisk undersökning

Inledning Förutsättningar och bakgrund Geoarkeologiskt Laboratorium (GAL) vid Riksantikvarieämbetet, UV Uppsala har fått en förfrågan från Britt-Marie Hägerman vid Dalarnas Museum att genomföra analyser av framförallt slagger från en arkeologisk förundersökning av ett område, delvis inom RAÄ 407 i Hansjö, Orsa sn, Dalarna. RAÄ 407 är i FMIS omnämnd som smideslämning med slaggförekomst. Vid den aktuella undersökningen påträffades slagger i ett tunt lager som dessutom innehöll bland annat kol/sot. Kol från en tallstam, med egenålder under 50 år, från slaggvarpet har daterats till 740±35 BP (Ua-36450), vilket ger en kalibrerad ålder på 1215 1300 e. Kr. Syfte och frågeställningar Undersökningen genomförs för att kunna avgöra om det är järnframställning och/eller smide, som ägt rum på platsen och gett upphov till slaggerna. Det är vidare intressant att se om man kan avgöra vilket av processleden inom smidet det handlar om; dvs. om det är primär- och/eller sekundärsmide. Material och metod Material Materialet som har sänts till GAL kommer från det undersökta slagglagret och består av 6 fyndposter, främst slagg men också temperaturpåverkat keramiskt material. Metod Materialet gås inledningsvis igenom okulärt då man söker efter drag som är typiska för de olika momenten i järnhanteringen. Genom att dela på slaggerna och titta på deras tvärsnitt kan vi få ut mer information om detaljer i process eller konstruktion. Metallografisk undersökning utfördes på 1 polerat prov av metalliskt järnet i påfallande ljus för att bedöma järnkvaliteten. I mikroskopet kan olika texturer, beroende på kemisk sammansättning och grad av bearbetning utläsas. Provet etsades med 2 % nitallösning. Metoden är användbar för att bedöma kolhalten i materialet, t.ex. om det är ett mjukt järn eller kolstål. Metoden kan också avslöja ett fosforinnehåll, vilket påverkar materialets hårdhets- och seghetsegenskaper. Även mängden och typen av slagginneslutningar kan studeras för att ytterligare kunna bedöma kvalitet och möjliga användningsområden. Några termer som används i detaljbeskrivningarna i resultatkapitlet är ferrit som är mjukt järn utan kolinnehåll, cementit som är en förening av järn och kol (Fe 3 C), och perlit som är en struktur uppbyggd av omväxlande ferrit och cementit. Generellt medför alltså en större mängd perlit en högre kolhalt och ett hårdare material. Ännu högre kolhalt fås i gjutjärn, med mer än 2% kol. Också i gjutjärnet kan en del detaljer ses, t.ex. grafitlameller som är Upparbetning och bearbetning av järn 7

tunna skivor av kol. En speciell struktur som kan bildas vid avsvalning i vitt gjutjärn är ledeburit som består av en blandning av cementit och perlit. Undersökningen genomfördes i ett Zeiss Axioskop 40A polarisationsmikroskop utrustad med en digitalkamera. Resultat Resultat i form av okulär granskning finns sammanställd nedan. Texten omfattar dels den information om fyndnummer och kontext som tillhandahållits av uppdragsgivaren, dels våra iakttagelser om former, avtryck, grad av magnetism och specifika karaktäristiska drag. Ett urval har delats för att få ytterligare information och för dessa beskrivs även tvärsnittens utseende och uppbyggnad. F1, A2 Slaggvarp Två slagger, båda delar av större. Total vikt 846 g. Den största är nästan hel; skålformad botten, plan överyta. Diameter ca 10 cm, tjocklek max 4 cm vikt 466 g. Enbart slagg i stycket. Lera på ytan, troligen mest sekundärt. Omagnetisk. I snitt framträder en homogen slagg med stora porer och enstaka inneslutna kolstycken (fig. 1). Den mindre är av samma typ, ursprunglig storlek osäker, tjocklek ca 5 cm. Omagnetisk. F2, 11 m NÖ om A1 Total vikt 15 g. Ett större stycke och små fragment från ursprungligen samma stycke. Plan botten, plan överyta. Diameter >7 cm, tjocklek 2,5 cm. Lerigt/sandigt skikt i botten. Omagnetisk. I tvärsnitt (fig. 2) syns en övergång från ett tunt skikt av bränd lera till ett dominerande skikt av smält lera. Endast den finkorniga delen har smält och de grövre kornen är osmälta. Ett litet område på den mest smälta delen är svagt magnetiskt. Det rör sig sannolikt om infodring. F3, 6 m NÖ om A1 Två långsmala fragment av sten/keramiskt material med smält yta. Total vikt 58 g. Ett av fragmenten har en koncentration av påsmält slagg. Omagnetisk. Infodring med slaggskikt. F4, A2 Slaggvarp Tre oregelbundna slaggklumpar, utan tydliga ytterkanter eller begränsningsytor. Trögfluten till fluten slagg. Totalt 633 g. Den största, 12 8 5 cm, vikt 320 g. Enstaka inneslutna kolstycken (fig. 3), ca 1,5 cm stora, på en sida, motstående sida är magnetisk. Den minsta slaggen är av liknande typ som den stora. I det delade tvärsnittet av denna syns en homogen slagg med inneslutna kolstycken och en stor mängd hålrum. Det mellanstora stycket innehåller även en komponent av smält lerigt (sandigt?) material. Lera som finns på ytan är sekundär. 8 UV Uppsala Rapport 2008:18. Geoarkeologisk undersökning

Figur 1. Slagg ur F1 med skålformad botten och plan överyta. I snitt framträder en homogen slagg med stora porer och enstaka inneslutna kolstycken. Figur 2. F2. I tvärsnitt syns en övergång från ett tunt skikt av bränd lera till ett dominerande skikt av smält lera. Endast den finkorniga delen har smält och de grövre kornen är osmälta. Figur 3. En av de oregelbundna slaggklumparna i F4 med inneslutna kolstycken. F5, A2 Slaggvarp I fyndposten ingår tre olika materialkategorier, totalt 1370 g. En utgörs av slagg, en av starkt magnetisk slagg (med järninnehåll?), och den tredje består av bränd och smält lera. 1) Fyra fragment av oregelbundna slagger, trögfluten till fluten. Total vikt 855 g. På den större slaggen kan en plan överyta (magnetisk) anas, för övrigt saknas tydliga begränsningsytor. Slaggerna är homogent uppbyggda. Enstaka kolfragment och avtryck finns i ytan och framträder

även i tvärsnitt på den delade slaggen som för övrigt är homogen i sammansättning. 2) Två oregelbundna rostiga fragment. Det minsta är oregelbundet avlångt, 5 2,5 2 cm. Total vikt 149 g. Magnetiskt, (järn och slagg?). I snitt framträder en oregelbunden koncentration av metalliskt järn med en del hålrum, och omgivet av slagg och/eller rost (fig. 4). En metallografisk analys av snittytan visar ett metalliskt järn som är omgivet av rost och där kolfragment kittats fast i rostskiktet. Järnet innehåller en del hålrum och även runt dessa har rost bildats. Slagg kan dock inte observeras i snittet. Järnet har rostat selektivt och antyder varierande texturer, med varierande mängd cementitlameller. Denna textur framträder tydligare när provet har etsats. Områden med perlit och cementitlameller avlöses av ytor med ledeburittextur där cementitlameller dominerar (fig. 5). Kolinnehållet är därmed genomgående tämligen högt i provet, men varierar något. Kornstorleken är tämligen hög och provet förefaller inte vara smitt i större utsträckning. Det större stycket är ett oregelbundet slaggstycke med rostig magnetisk koncentration. I det delade snittet syns en homogen slagg med ett centralt stråk av millimeterstora svampiga ansamlingar av metalliskt järn (fig. 6). 3) Tre stycken keramiskt material. Total vikt 366 g. Ett i det närmaste rektangulärt stycke av bränd lera, med ena sidan mycket plan och slät, troligen del av tegelsten. De två andra är högtemperaturpåverkad lera. Det större av dessa har en sida av smält lera den andra av grå- och rödbränd lera. Tvärsnittet av denna visar att den brända delen utgör det mesta av snittet och den smälta delen är tunnare (fig. 7). F7, 6 m NÖ om A1 Fragment av bränt keramiskt material, 815 g. Två tydliga begränsningsytor formar två sidor i en rektangulär form som antyder att det är en del av en större tegelsten. Figur 4. Det mindre magnetiska stycket i F5. I snitt framträder en oregelbunden koncentration av metalliskt järn med en del hålrum, och omgivet av slagg och/eller rost. Figur 5. Det metalliska järnet i F5 undersökt i mikroskop. Vid etsning framträder en textur som visar en tämligen hög, men något varierande kolhalt. 10 UV Uppsala Rapport 2008:18. Geoarkeologisk undersökning

Figur 6. Det större magnetiska stycket i F5 är ett oregelbundet slaggstycke bestående av en homogen slagg med ett centralt stråk av millimeterstora svampiga ansamlingar av metalliskt järn. Figur 7. Keramiskt material ur F5. Tvärsnittet visar att den brända delen utgör det mesta av snittet och den smälta delen är tunnare. Tolkning och diskussion I materialet från undersökningen i Hansjö som har granskats finns slagger, järnrika slagger och konstruktionsmaterial. Bland det senare ingår dels några större formade stenar av keramiskt material som sannolikt är delar av tegelstenar, dels mer oregelbundna fragment. De senare, bland annat i F2 och F5, består av bränd och smält lera, i något fall med ett tunt lager slagg på den smälta sidan. De är troligen del av infodring i den härd som har använts för att bearbeta järnet. Bland slaggerna finns de som är oregelbundna i formen, varav vissa med stora inneslutna kolstycken, medan andra har plana överytor och skålformade bottnar som är karaktäristiskt utseende för smidesskållor. I tvärsnitt ser man att båda slaggtyperna är homogena i sin uppbyggnad och innehåller kolstycken även mer centralt. Deras homogena uppbyggnad är karaktäristisk för tidiga processled i järnhantering och vissa av dem har yttre former som också skulle kunna komma från reduktionsprocessen i en blästugn. De slagger som har tydligare former är mer karaktäristiska för smidet. Smide kan dock göras i flera steg antingen rensning av en slaggrik råvara eller smide av föremål. De undersökta slaggerna är alla homogena i sin uppbyggnad vilket vanligen förknippas med tidiga skeden i smidesprocessen eller en långvarig process, möjligen vid smide av större föremål. Föremålssmide ger vanligen mer tydligt skiktade slagger, antingen av enbart slaggmaterial eller med inslag av annat, tillsatt material varför det är mindre troligt i detta sammanhang. I några av de magnetiska styckena fanns också järn, dels små svampiga koncentrationer mitt i en slagg, dels en något mer sammanhängande bildning. Den större ansamlingen av järn har genomgående en hög kolhalt även om kolhalten och dess textur varierar något. Järnets sammansättning och uppbyggnad antyder därmed ett ursprung ifrån en masugn men järnet förefaller inte vara helt avkolat, dvs. färskat, för smide. Oss veterligen finns det ingen masugn i omedelbar

12 UV Uppsala Rapport 2008:18. Geoarkeologisk undersökning närhet till denna anläggning vilket gör det mindre sannolikt att det rör sig om färskning av gjutjärn. Med tanke på den datering till främst 1200-tal som denna lokal har och att det är brukligt att färskningshärdarna ligger intill de tidiga masugnarna (se till exempel Lapphyttan i Norberg (Magnusson 1985: 21ff)) kan man med en viss säkerhet utesluta att det rör sig om färskning. Därmed är det troligast att järnet har sitt ursprung i blästprocessen eftersom kolhalter på denna nivå har noterats även i sådana sammanhang, bland annat på flera järnframställningsplatser i Dalarna från järnålder och framåt. Möjligheten med ett ursprung i en blästugn är dessutom speciellt aktuellt i Dalarna där blästugnar har använts långt fram i historisk tid. Exakt hur produkten från dessa mer sentida blästor såg ut är inte väl dokumenterat varför sådant behöver utredas mer innan vi med säkerhet kan avgöra det undersökta järnets ursprung. Slaggerna och järnet som GAL har undersökt har visat sig vara mer svårtolkade än vad man vid en första anblick kan föreställa sig. Det som till det yttre förefaller vara ordinära smidesslagger uppvisar i detalj en mer komplex bild. Slaggernas tämligen homogena uppbyggnad i kombination med förekomst av järn som inte har smidits vidare tyder på ett relativt tidigt skede i processen där någon form av rensning behövt göras, antingen att minska slagghalten i järnet eller reducera järnets kolhalt, dvs. färskning. Slagger från reduktion och omsmältning uppvisar även i mineralogisk uppbyggnad stora likheter med slagger från färskning varför enbart slaggmaterialet inte medger en enhetlig tolkning av processled. Därför är det av stor vikt att kombinera resultat från undersökningar och analyser av slagger och järn med arkeologiska undersökningar. Med tanke på att materialet kommer från upptagna schakt i en förundersökning är det svårt att få en fullständig överblick över området. För att bättre förstå vilken eller vilka processer som har ägt rum inom området är det därför väsentligt att en större sammanhängande yta undersöks där man söker efter anläggningar och konstruktioner som förväntas i de olika processerna. Förutom att försöka dokumentera en eventuell härd är det andra funktioner som kan ha lämnat spår även om de många gånger är otydliga. Dessutom bör man ha i åtanke att vatten kan ha använts som kraftkälla varför äldre mindre vattendrag också bör eftersökas.

Referenser Magnusson G. 1985. Lapphyttan An example of medieval iron production. I. Medival iron in society. Papers presented at the symposium in Norberg, May 6 10, 1985. Jernkontoret and Riksantikvarieämbetet, Jernkontorets forskning H34. Stockholm.

Administrativa uppgifter Riksantikvarieämbetets dnr: 424-02789-2008. Riksantikvarieämbetets projektnummer: 11051. Projektgrupp: Lena Grandin och Eva Hjärthner-Holdar 14 UV Uppsala Rapport 2008:18. Geoarkeologisk undersökning

Figurer Figur 1. Slagg ur F1 med skålformad botten och plan överyta. I snitt framträder en homogen slagg med stora porer och enstaka inneslutna kolstycken. Figur 2. F2. I tvärsnitt syns en övergång från ett tunt skikt av bränd lera till ett dominerande skikt av smält lera. Endast den finkorniga delen har smält och de grövre kornen är osmälta. Figur 3. En av de oregelbundna slaggklumparna i F4 med inneslutna kolstycken. Figur 4. Det mindre magnetiska stycket i F5. I snitt framträder en oregelbunden koncentration av metalliskt järn med en del hålrum, och omgivet av slagg och/eller rost. Figur 5. Det metalliska järnet i F5 undersökt i mikroskop. Vid etsning framträder en textur som visar en tämligen hög, men något varierande kolhalt. Figur 6. Det större magnetiska stycket i F5 är ett oregelbundet slaggstycke bestående av en homogen slagg med ett centralt stråk av millimeterstora svampiga ansamlingar av metalliskt järn. Figur 7. Keramiskt material ur F5. Tvärsnittet visar att den brända delen utgör det mesta av snittet och den smälta delen är tunnare. Upparbetning och bearbetning av järn 15