Rautakauden kivilaatikkouuni Iron Age stone slab box furnace Joni Karjalainen & Juuso Vattulainen
Johdanto Suomen rautakaudella (n. 500 ekr. 1150/1200 jkr.) yksi tärkeimmistä materiaaleista oli nimensä mukaisesti rauta ja sen valmistamiseen kehiteltiin erilaisia menetelmiä. Yksi näistä oli läpi rautakauden käytetty kivilaatikkouuni, joka rakennettiin yleensä liuskekivestä. Liuskekivi oli suhteellisen helppoa muokata ja savella suojattuna se kestää korkeitakin lämpötiloja. Tarvittavat materiaalit uunin rakentamiseen ovat savi, hiekka ja isot laakeat kivet seiniksi. Itse raudanvalmistukseen tarvitaan rautamalmia ja puuhiiltä. Raudan erottamiseen rautamalmista tarvitaan vähintään 1100 C lämpötila ja tämä saavutetaan puhaltamalla uuniin ilmaa palkeilla. Raudan erottamista malmista kutsutaan pelkistämiseksi, jolloin happipitoinen rauta luovuttaa happiatominsa hiilen palamiseen ja malmi pelkistyy puhtaaksi raudaksi. Pelkistämisen ohessa kaikki epäpuhtaudet erottuvat malmista ja muodostavat kuonaa, joka valuu sulana ulos uunista tai jää uunin pohjalle. Introduction In the Finnish Iron Age (c. 500 BC 1150/1200 AD) iron was one of the most important materials and there were various methods developed to make it. One of these methods was using a stone slab box furnace, which was built out of big slate stones. Slate is relatively easy to work and it could withstand high temperatures if it was lined with clay. The materials needed to build one of these box furnaces were clay, sand and big slate stones. For the iron smelting itself one needed iron ore and charcoal. To separate the iron from the ore temperatures of at least 1100 C are needed and this can be reached by pumping air into the furnace with bellows. The process of separating iron from the ore is called reduction, because the ore gives all its oxygen atoms for burning reducing the iron oxides into pure iron. During the reduction process most of the impurities are separated from iron and they form slag, which runs out from the furnace.
Ensimmäisenä raudanvalmistusta varten täytyy hankkia rautamalmia, jota Suomessa löytyy todella paljon järvistä ja soista. Järvi- ja suomalmia löytyy Suomen vesistöistä niin paljon, että sitä käytettiin pääasiallisena malmina aina 1800-luvun loppupuolelle asti. Tämän jälkeen sitä on louhittu kaivoksista ja järvimalmin käyttö on vähentynyt. Helpoin tapa hankkia järvimalmia on veneen ja malmihaavin avulla järvien pohjista. First, to make iron you need iron ore and in Finland the largest resources of iron ore come from lakes and bogs. There is so much of lake and bog iron ore that in Finland it was used as the main resource of iron all the way to the end of 19 th century. After that mined iron ore rose as the main ore and the use of lake iron ore decreased. The easiest way to obtain lake iron ore is with a boat and ore hand net from the bottoms of lakes.
Ennen kuin järvimalmia voidaan käyttää raudanvalmistuksessa, se täytyy kuivattaa ja sitten polttaa puhtaaksi kaikesta vedestä ja epäpuhtauksista. Tätä työvaihetta kutsutaan pasuttamiseksi. Pasuttamisen yhteydessä järvimalmi muuttuu magneettiseksi ja se saa punertavan värin, mikä helpottaa malmin erottamista pikkukivistä ja hiekasta. Before you can use lake iron ore in iron smelting, it has to be dried and then burnt clean of all the moisture and impurities. This process is called roasting. During roasting the iron ore becomes magnetic and it gains a reddish colour, which makes it easier to separate from the stones and sand.
Uunin rakentaminen aloitetaan kaivamalla kuoppa, jonka reunoille laakeat kivet asetellaan. Suomesta löydetyt laatikkouunit ovat yleensä olleet puolittain maan sisään rakennettuja, jotta lämpö pysyisi paremmin uunin sisällä. Kivet laitetaan mahdollisimman tiiviisti toistensa viereen, mutta raot voi paikata savella. Uunin eteen kaivetaan kuoppa uunista valuvaa kuonaa varten. Building the furnace is started by digging a pit, into which the stones are placed to line it. The box furnaces found in Finland have usually been dug partly underground to keep the heat inside the furnace. The stones are placed as tightly together as possible, but the gaps can be patched with clay. A smaller pit is dug in front of the furnace to allow slag to run into it.
Kivien asettelun jälkeen uunin sisusta vuorataan savella ja yläreunoja voi myös tasoittaa savella, jotta kansikivi asettuisi uunin päälle mahdollisimman tiiviisti. Tiivistämisen yhteydessä yhdelle pitkälle sivulle laitetaan paikoilleen ilmaputki, jonka kautta ilmaa puhalletaan uuniin palkeiden avulla. Kuvassa ilmaputki ei ole vielä paikoillaan, mutta sitä varten on jo rako valmiina. After placing all the stones to their place, the inside of the furnace is lined with clay to protect the stones from the heat. The upper edge of the furnace can also be levelled, so that the lid stone fits better to its place. During this phase an air pipe called tuyere is placed on one of the long sides. This is used to blow air into the furnace with bellows. In the picture, the air pipe is not in place yet, but you can see the gap prepared for it.
Kun uuni on valmis ja malmi on pasutettu, voidaan ryhtyä itse toimeen. Ensin uuni täytyy esilämmittää polttopuilla, jottei savi halkeile liikaa kuivumisen yhteydessä. Tämän jälkeen uuniin lisätään puuhiiltä ja kun lämpöä on sisällä tarpeeksi, voidaan ruveta lisäämään malmia uuniin. Lämpötilaa nostetaan puhaltamalla uuniin ilmaa palkeilla. Yksi sulatus saattaa kestää jopa kymmenen tuntia riippuen mm. uunin kestävyydestä ja tarvittavan raudan määrästä. When the furnace is ready and the iron ore is roasted it is time to start the smelt. First the furnace is dried with wood, so that the clay lining does not crack too much. Then charcoal is added into the furnace and when the temperature is high enough, you can start adding ore. Bellows are used to bring the temperature higher within the furnace. One smelt can take even ten hours depending on how well the furnace stands the heat and how much iron is needed.
Uunista tulevan liekin väri muuttuu osittain violetin väriseksi sitten, kun uunissa on tarpeeksi lämpöä. Se kertoo myös, että puhdasta rautaa alkaa muodostua uunin sisällä. Varsinkin pimeässä liekit saavat lähes maagisia ominaisuuksia värinsä vuoksi. The colour of the flame coming out from the furnace turns slightly purple, when the temperature is high enough. It tells that the reduction is happening inside the furnace and iron is given birth. The flames can be almost magical in their appearance especially in the darkness of the night.
Kun haluttu määrä rautamalmia on laitettu uunin sisään, voidaan uuni avata ja katsoa onko rauta muodostunut halutulla tavalla. Raudan erottaa kuonasta, koska se hehkuu lähes valkoisena tai kirkkaan keltaisena punaisen kuonan ja hiilen seassa. Raudan tunnistaa myös epätasaisesta pinnasta ja pesusienimäisestä ulkonäöstä. Tämän vuoksi uunista nostettavaa rautakimpaletta kutsutaankin nimellä rautasieni. When you have put enough ore into the furnace, it can be opened and you can see if there is iron inside. Iron can be identified from slag, because it glows almost white or bright yellow while slag and charcoal glow red. Iron can also be recognized from it uneven surface and sponge like appearance. That is why it is called iron bloom.
Rautasientä on hakattava heti uunista oton yhteydessä, jotta se saadaan tiivistettyä paremmin yhteen. Samalla pyritään myös puristamaan sienestä ulos vielä nestemäinen kuona. Rautasientä tulee puhdistaa takomalla vielä lisää ennen kuin siitä voidaan valmistaa työvälineitä tai muita esineitä. The iron bloom has to be beaten with a hammer while it is still hot from the furnace in order to compact it. At the same time the remaining liquid slag is squeezed out from the bloom. The iron bloom has to be purified by forging even more before it can be used to make tools or other objects.
Hyvällä tuurilla ja suunnittelulla rautasienen saa ulos yhtenä isompana kimpaleena. Meidän sienemme kuitenkin tuli ulos pienempinä kappaleina, jotka täytyy myöhemmin yhdistää toisiinsa takomalla. With good luck and planning the iron bloom can be removed in one big piece. Out bloom came put in smaller pieces, which have to be hammered together in a forge.
Parhaimmillaan laatikkouunilla saattaa päästä jopa yli 1400 C:n lämpötiloihin ja se riittää sulattamaan jopa kiveä. Tässä lämpötilassa raudan kappaleet alkavat myös hitsautua toisiinsa kiinni antaen puhtaampaa rautaa. It is possible to reach even temperatures above 1400 C and it is enough to melt even stone. In this temperature the pieces of iron start welding together giving more pure iron.