Starożytne żelazo cenniejsze niż złoto – technologia produkcji w dymarkach
Koło Naukowe Metalurgii Surówki i Stali działające w Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie w październiku 2011 roku rozpoczęło realizację grantu rektorskiego pt. „Rekonstrukcja starożytnego pieca dymarskiego typu kotlinkowego w myśl koncepcji powierzchni swobodnego krzepnięcia kloców żużlowych”. Na ziemiach polskich, zwłaszcza w rejonie Gór Świętokrzyskich, można znaleźć liczne ślady po piecach dymarskich. Piec dymarski nazywany również dymarką, w czasach starożytnych służył do produkcji żelaza z rud zawierających kilkanaście procent tegoż pierwiastka. Technologię dymarską datuje się na okres od II w. p.n.e. do V w. n. e. Do dnia dzisiejszego zachowały się tylko tzw. kloce żużlowe, będące produktem ubocznym w procesie dymarskim.
Technologia produkcji żelaza była pilnie strzeżoną tajemnicą. W tamtych czasach żelazo było cenniejsze niż złoto. Kto opanował ówczesną technologię produkcji żelaza ten miał władzę. Nie trzeba przekonywać o wyższości narzędzi wykonanych z żelaza nad tymi wykonanymi z brązu, kamienia czy drewna. Tajemnicę prawidłowego prowadzenia procesu dymarskiego zabrali do grobu ówcześni hutnicy-dymarze. Obecnie możemy postulować, w jaki sposób mógł być prowadzony proces tylko na podstawie wykopalisk archeologicznych. Wciąż odnajdowane są, tzw. piecowiska pełne kloców żużlowych. Niewątpliwie produkcja żelaza w tych miejscach odbywała się na skalę przemysłową.
Dymarka swoim wyglądem przypomina komin. Dymarki Świętokrzyskie charakteryzowały się wysokością ok. 160 cm z podstawą o średnicy ok. 50 cm. Zbudowane były z glinianych cegieł. Wsadem do dymarek jest ruda żelaza i węgiel drzewny oraz wdmuchiwane powietrze. Ruda żelaza jest nośnikiem utlenionego żelaza, węgiel drzewny – węgla, a powietrze – tlenu. Składniki te są niezbędne do zajścia reakcji chemicznych. Produktem głównym procesu dymarskiego jest łupka żelaza w postaci stałej, a produktami ubocznymi ciekły żużel i gazy wylotowe. Łupka żelaza charakteryzuje się dużą porowatością stąd jej nazwa żelazo gąbczaste.
Proces rozpoczyna się od rozpalenia węgla drzewnego w dolnej części pieca, którym następnie wypełnia się cały szyb. W miarę wypalania i ubytku wsadu szyb od góry uzupełnia się porcją rudy żelaza i węgla drzewnego w stosunku wagowym 1:1. Cały czas wdmuchiwane jest powietrze przez otwór usytuowany w ścianie dymarki u podstawy. Wymiana ciepła i masy w dymarce zachodzi w przeciwprądzie. Powietrze wdmuchiwane przez otwór nagrzewa się dzięki ciepłu spalania węgla drzewnego. Uchodząc w górę pieca oddaje ciepło do wsadu, a zawarty w nim tlenek węgla dopala się tlenem z redukcji tlenku żelaza.
CO + FeO ––> CO2 + Fe
Rozkład temperatury na przekroju pieca zmienia się i wynosi od ok. 1200C w okolicach otworu dyszowego do ok. 500 w górnej części pieca.
Dymarka jest pierwszą na świecie „jednorazówką” – po zakończeniu procesu, aby wyciągnąć łupkę żelaza należy rozbić piec. Nie nadaje się on do powtórnego użycia. Po wyciągnięciu rozgrzane do czerwoności żelazo wstępnie przekuwa się. Czynić to należy drewnianymi młotami. Drewno ogranicza straty ciepła, łupka żelaza dłużej więc utrzymuje ciepłotę, dzięki czemu łatwiej ją przekuć. Wielokrotne przekucie pozbawia łupkę porów, żużla, popiołu, niedopalonego węgla drzewnego i innych zanieczyszczeń. Ostateczny kształt narzędzia użytecznego wykonanego z żelaza dymarskiego nadają kowale.
Proces dymarski nadal skrywa wiele tajemnic. Członkowie Koła Naukowego Metalurgii Surówki i Stali kierując się mottem:
„Opowiedz mi, zaraz zapomnę.
Pokaż mi, może zapamiętam.
Pozwól mi dotknąć, a zrozumiem.”,
przy budowie pieca i prowadzeniu procesu dymarskiego nabrali doświadczenia metalurgicznego. Być może nawet udało się im wyjaśnić którąś z wielu tajemnic nierozumianych przez tysiąclecia.
