Ein geeignetes Gremium zur Überprüfung dieses Themas wäre eine Fachgruppe aus Experimentalarchäologen, historischen Metallurgen und Werkstoffwissenschaftlern.
Abstract
Dieses Dokument beschreibt die experimentelle Rekonstruktion einer historischen Eisenverhüttung im Rennofenverfahren (Schnittstelle Eisenzeit bis Mittelalter) in Cahircastle, Irland. Unter Verwendung von lokalem Raseneisenerz und einfachen Baustoffen (Lehm, Sand und zerkleinerte Altkeramik/Grog) wurde ein ca. 60 cm hoher Rennofen errichtet. Der Verhüttungsprozess basiert auf dem Prinzip der Reduktion von Eisenoxiden mittels Kohlenstoffmonoxid bei ca. 1300 °C. Durch kontinuierliche Chargierung von Erz und Holzkohle im Verhältnis 10:15 sowie gezieltem Schlackeabstich wurden zwei Luppen mit Massen von 2,25 kg und 2,2 kg erzeugt. Die anschließende Konsolidierung und werkstofftechnische Veredelung erfolgte durch mehrfaches Falten und Feuerschweißen im Schmiedefeuer, um ein homogenes, mechanisch belastbares und schmiedbares Eisenband zu gewinnen.
Wichtigste Punkte & Zeitstempel
0:01 Historischer Verhüttungskontext: Archäologische Belege zeigen, dass in Cahircastle, Irland, bereits vor ca. 1000 Jahren (sowie inselweit einige Jahrhunderte zuvor) Eisen nach eisenzeitlichen und mittelalterlichen Methoden im Rennofen verhüttet wurde.
0:38 Ofenkonstruktion: Errichtung eines ca. 60 cm hohen Ofenschachts aus Lehm, Sand und Grog (zerkleinerte Reste alter Öfen als Magerung). Die konisch zulaufende Form reduziert den Luftdruck nach oben hin, um das Verwehen feinkörnigen Erzes zu minimieren.
2:01 Ofenwand als Flussmittel: Der Verzicht auf hochfeuerfeste Spezialmaterialien ist prozessbedingt: Die kieselsäurehaltigen Ofenwände (Siliziumdioxid) müssen während des Brandes leicht schmelzen, um als Flussmittel das reduzierte Eisen vor erneuter Oxidation zu schützen.
3:20 Ausbringungsverhältnis: Ein Standard-Richtwert für den Prozess liegt bei ca. 15 kg Holzkohle zu 10 kg Erz, woraus im Idealfall ca. 2 kg schmiedbares Eisen resultieren.
3:38 Thermochemischer Reduktionsprozess: Bei ca. 1300 °C entzieht das durch die Verbrennung entstehende Kohlenstoffmonoxid ($CO$) dem Eisenoxid ($Fe_2O_3$) den Sauerstoff. Es entsteht gasförmiges Kohlendioxid ($CO_2$) und elementares, hochviskoses Eisen, das sich am Ofenboden als schwammartige Luppe absetzt.
6:35 Rohstoffbasis Raseneisenerz: Nutzung von natürlichem Raseneisenerz (Liminit), das durch bakterielle Ausfällung im Moor entsteht. Als hocheffizientes Alternativerz wird historischer Hammerschlag (Eisenoxid-Abplatzungen beim Schmieden) angeführt.
7:33 Ofenvorbereitung & Venturi-Effekt: Einbringen einer Lehm-Winddüse (Tuyere). Die Mündung des Blasebalg-Blasrohrs wird mit ca. 40 mm Abstand davor positioniert, um mittels Venturi-Effekt zusätzliche Umgebungsluft anzusaugen.
8:47 Chargierungsprozess: Kontinuierliches, schichtweises Befüllen des Ofens in Intervallen von 8 bis 12 Minuten mit jeweils 1 kg Gemisch (500 g Erz, 500 g Holzkohle), um eine gleichmäßige Absenkung im Schacht zu gewährleisten.
11:35 Schlackeabstich: Regelmäßiges Durchstoßen der Ofenbrust zur Ableitung flüssiger Silikatschlacke ("Lava-Fluss"). Dies verhindert das Verstopfen der Winddüse und ermöglicht den sofortigen Neustart einer Folgeschmelze im noch heißen Ofen.
13:27 Luppenextraktion (Schmelze 1): Ziehen der ersten, 2,25 kg schweren Luppe im glühenden Zustand. Die mechanisch instabile Schwammstruktur wird sofort mit Holzhämmern auf einem Holzblock vorverdichtet und anschließend auf dem Amboss mit Sledgehammern kompaktiert.
14:55 Folgeschmelze & "Grumps": Unmittelbarer Start der zweiten Schmelze im heißen Ofen unter Rückführung von Grumps (beim Kompaktieren abgeplatzte, eisenreiche Schlackestücke, ca. 0,5 kg), was zu einer zweiten Luppe von 2,2 kg führt.
17:22 Schmiedetechnische Veredelung: Rohluppen sind aufgrund von Gaseinschlüssen und Schlackebrüchen nicht direkt schmiedbar. Erst durch Erhitzen auf Schweißtemperatur (Weißglut), wiederholtes Teilen, Falten und Feuerschweißen werden Schlackenreste ausgepresst und ein homogenes Gefüge (Gärbstahl-Äquivalent) erzielt.
Glossar
Grog (Magerung/Schamotte): Zerkleinerte Reste bereits gebrannter Ton- oder Ofenkeramik. Wird dem feuchten Ton beigemischt, um die thermische Beständigkeit zu erhöhen, die Schrumpfung beim Trocknen zu verringern und Rissbildung zu verhindern.
Rennofen (Bloomery): Ein historischer Schachtofen zur Direktreduktion von Eisenerz ohne Verflüssigung des Eisens. Das Endprodukt ist kein flüssiges Roheisen, sondern ein fester Eisenschwamm.
Luppe (Bloom): Der beim Rennofenverfahren entstehende, schwammartige Körper aus festem Eisen, Schlacke und unverbrannter Holzkohle.
Raseneisenerz (Bog Ore): Ein sedimentäres Eisenerz (hauptsächlich Limonit/Brauneisenstein), das sich in feuchten Niederungen und Mooren durch biogeochemische Prozesse (Eisenbakterien) nahe der Oberfläche anichert.
Flussmittel (Flux): Ein Zuschlagstoff (hier das Siliziumdioxid der schmelzenden Ofenwand), der die Schmelztemperatur der unerwünschten Begleitgesteine (Gangart) senkt, damit diese als flüssige Schlacke abfließen können.
Hammerschlag (Forge Scale): Eisenoxidschichten, die beim Erhitzen und Schmieden von Eisen an der Luft entstehen und abplatzen. Besitzt einen sehr hohen Eisengehalt und eignet sich hervorragend zur erneuten Verhüttung.
Tuyere (Düsenstein/Tute): Eine hitzebeständige Düse aus Ton oder Metall, durch die Luft (Sauerstoff) mittels Blasebälgen in den Verbrennungsraum des Ofens geleitet wird.
Venturi-Effekt: Ein physikalisches Prinzip der Strömungsmechanik. Strömt ein Gas aus einer Düse an einer Öffnung vorbei, entsteht ein Unterdruck, der zusätzliche Umgebungsluft mitreißt.
Schlacke (Slag): Das glasige oder steinige Nebenprodukt der Verhüttung, das aus geschmolzenen Gesteinsbeimengungen des Erzes und der Ofenwand besteht.
Feuerschweißen (Forge Welding): Ein handwerkliches Pressschweißverfahren. Die zu verbindenden Eisenteile werden im Schmiedefeuer bis knapp vor den Schmelzpunkt (Weißglut, ca. 1200–1300 °C) erhitzt, zusammengefügt und durch Hammerschläge stoffschlüssig verbunden.
Grumps: Kleinere, eisenreiche Metall- und Schlackepartikel, die bei der ersten mechanischen Bearbeitung und Verdichtung der heißen Luppe abfallen.
Clinker (Schmiedeschlacke): Eine glasartige, schwere Schlackenscheibe, die sich im Schmiedefeuer am Boden (nahe dem Lufteintritt) durch das Schmelzen von Asche, Eisenoxiden und Flussmitteln bildet.