Jern og stål på vikingvis

Nordiske håndverksdager i Borre 1996

Av Arne Espelund

Det er klart at når man skal få folk til å leve seg inn i vikingtida hører jernvinna og smiing med. For smiing er det en kontinuerlig tradisjon tilbake til begynnelsen av jernalderen, sjøl om utgangsmaterialet var annerledes før enn nå.

Før var det slaggholdig "blåster- eller fellujern", framstilt i små ovner av myrmalm oppe i seterbeltet som var råmaterialet, mens det i dag er stål framstilt i flytende form og valset til plater og profiler ved meget store bedrifter. Også omfanget av konvensjonell smiing er bagatellmessig i forhold til før. I dag blir stål som valset halvfabrikat i stedet oftest skåret med oksygen-acetylenbrenner og sveiset sammen ved hjelp av elektrisk sveiseaggregat til ønsket produkt.

Det største bruddet for de lange linjene i smitradisjoner meldte seg først på 1950-tallet. Fra da av meldte forfallet seg for tusenvis av små gards-smier landet rundt. Men maskinsmiing er det fortsatt mye av. En skiftenøkkel og en hammer er jo typiske smidde produkter, framstilt ved såkalt senkesmiing i rødvarm tilstand og i form av masseproduksjon. Bilkarosserier blir formet ved pressing i kald tilstand, - det er jo også en form for smiing.

For jernvinna derimot har vi ikke lenger en tradisjon, slik at det er vanskelig uten videre å fatte hva arbeidet innebar. Bare i overlevert norrøn litteratur vitner begrepene rauðasmidja og rauðasmiður om at også sjølve framstillinga av jernet var et arbeid, som krevde spesialister. Rauða sto en gang for myrmalm, men er som ord gått ut av bruk (ifølge I. Aasen). 

Det fins imidlertid i tallrike stedsnavn som Raudmyra o.s.v. I gardsnavn, slik som Rud kan det forveksles med ordet for rydning. Navnet rød på norsk for fargen og ruda på de fleste slaviske språk for malm vitner om slektskap med rauða innenfor et større språklig fellesskap. Ordet smed hadde for øvrig et mye videre innhold før enn nå (på islandsk står nå f.eks. prent-smiðja for trykkeri), - allikevel har vi jo både versesmed og renkesmed i behold i norsk dagligspråk, i hvert fall blant eldre.

For å få til tidstypisk jernvinne-aktivitet siste sommer i Borre når en starter opp utenfor en tradisjon kunne en støtte seg til ulike kilder: 1) resultater av arkeologiske utgravinger 2) metallurgisk teori 3) nyere skriftlige kilder.

Det er grunn til å framheve verdien i Ole Evenstads kildeskrift, altså punkt 3) ovenfor. Denne bonden og lensmannen i Åmot - Stor-Elvdal leverte inn manuskriptet sitt til Det kgl. Landhuusholdnings Selskab i København i 1782 og fikk det trykt i 1790. For arbeidet sitt fikk han selskapets 2. gullmedalje. Vel fortjent, synes vi i dag, for det er det beste kildeskriftet om den nyeste jernvinna, som ennå var i bruk i grensetraktene på begge sider av Kjølen og enkelte andre steder på hans tid. 

 [ Toppen av siden ]

Nyere arkeologiske studier har vist at metoden ble innført bare et halvt hundreår etter Svartedauden i 1349. Plutselig var den i gang i Nord-Østerdalen, uten at vi vet noe om opprinnelsen. Den største tettheten for funn av slike ovnsanlegg er påvist i Alvdal (vel 100 anlegg), de fleste trolig fra 1600-1700-tallet.

Kildeskriftet forteller oss at prosessen hadde et komplisert satsvis forløp, for å bruke metallurgisk terminologi. Fire trinn på veien fra ved og røsta myrmalm til ferdig jern og slagg er vist i fig. 1 a-d. Vi ser at ved blir stablet loddrett i den kremmerhus-liknende ovnen til langt over kransen, den får brenne til trekol og så settes malm til (manuskriptet forteller at det skjer i tre omganger med 12 l, 8 l og 4 l). Til slutt skyves jern og slagg bort fra bleståpningen og tas opp med spade. Blåsebelgene brukes, først svakt, så raskere mot slutten.

Det viser seg at forløpet ved smelting, uttrykt med enkle ord og gjenskapt i våre dager, kan tolkes ut ifra metallurgiske krav uten at en kan vente at noen ville ha klart å gå den motsatte vei: Fra teori til de løsningene "Evenstadprosessen" står for. Dermed er vi ved et av paradoksene for jernvinna: Forfedre uten vår detaljkunnskap klarte å skape en helhetlig og vellykket prosess, mens vi med detaljkunnskap har vansker med å lage en slik helhet.

Litt mer om de metallurgiske kravene - punkt 2 ovenfor: Vi må selvsagt først etablere et forbrenningssystem før noen produksjon av jern kan foregå. Vi trenger en ovn og trekol for å produsere varm, CO-holdig gass.

Det første kravet er reduksjon, som vi må forestille oss som en overgang fra Fe2O3 i røsta myrmalm via Fe3O4 og FeO til metallet Fe.

Men i en ovn fylt med trekol kan vi knapt komme over ca. 1200 grader C , mens den jernkvaliteten vi ønsker smelter først over 1400 grader C.. Derfor dannes metallet som små fragmenter, som må sintre sammen før vi kan få noe som kan handteres med smitang. Nå er det slik at jern i fast tilstand løser noe karbon, til stede som trekol eller CO-rik gass. Litt karbon kan være bra - i området ca. 0,4-0,7 prosent blir jernet faktisk herdbart eggstål. Men ved rundt 1 prosent C i metallet blir det så hardt at smeden knapt kunne smi det. Av erfaring fra utgraving vet vi at slikt jern ofte ble vraket. Å unngå for høyt C-innhold var slett ikke enkelt. En slagg, dannet av SiO2 fra sandpartikler og med mye FeO ville forhindre for sterk "karburisering" av jernet.

Til slutt må slaggen separeres fra det faste jernet ved at den smelter og renner ned eller til siden. Dette krever en slutt-temperatur på rundt 1150 grader C.

Det mest vanlige problemet ved eksperimentell smelting er at temperaturen tilsynelatende ikke blir høy nok mot slutten, slik at det ikke blir flyt på slaggen. Dette kan imidlertid også skyldes at det er fjernet for mye FeO fra slaggen, slik at den er blitt SiO2-rik og tungtsmeltende. I Evenstad-prosessen hindrer en utarming av slaggen ved at noe malm blir satt til helt mot slutten, når det er lite trekol tilbake i ovnen og mye av tilsatsen alt foreligger som metall. Dette er min tolkning av et enkelt, men prinsipielt viktig trekk ved smeltinga.

Jeg har tillatt meg å bruke ei ku med fire mager som en god analogi til de metallurgiske kravene. Kua har et forbrenningssystem og produserer mjølk og møkk, ikke helt ulikt jern og slagg.

 [ Toppen av siden ]

Det viser seg at mageinnholdet hos kua passerer porsjonsvis fra vomma via nettmagen, bladmagen og løpen. "Prosessteknisk" er dette en meget god og prinsipielt enkel løsning. Kua bekymrer seg da heller ikke for fordøyelsen, så lenge den blir godt fôret av bonden.

Vi skulle gjerne hatt en tilsvarende serie med reaktorer for framstilling av blåsterjern. Den ovnen som karakteriserer vikingtida kan imidlertid forlede oss til å tro at det var enkelt å lage smibart jern i en operasjon. Det arkeologiske materialet som representerer sjølve ovnen består nemlig som regel bare av rødbrente bruddstykker av leire, magret med f.eks. sand. De ligger i slaggvarpet sammen med tallrike nokså flate stykker av slagg, som er svart, ganske tung og har et ormliknende mønster på overflaten. Av ovnen er ofte bare "foten" i bakkenivå tilbake: Det er en fordypning med indre diameter ca. 30 cm. Rundt ovnen finner vi ofte kantheller. De var stilt på høykant på tre sider. Jordsmonnet er svart av trekolstøv, og ofte finner vi ei grop brukt for trekolbrenning like i nærheten.

Det er klart at trekol og røsta malm ble satt til ovnen, og at slagg ble tappa gjennom et lite hull ved sida av blestinntaket. En prinsippskisse av anlegget er vist i fig. 3. Ved rundspørring hos arkeologer som har studert denne ovnstypen har jeg fått høre at alle er enige om at blåsterjernet ble tatt med tang opp gjennom pipa. Det veide rundt 8 kilo og ble umiddelbart testet i rødvarm tilstand med et øksehogg. Slike jern er det funnet ganske mange av i Telemark (Martens 1979), ikke ved produksjonsplassene, men heller ved transportveger.

Da jeg kom til Borre i år for å lage jern var ovnen bygd og blåsebelgene klare, takket være innsats fra Ragnar Larsen og andre medhjelpere. Jeg var med på to forsøk, mens det ble kjørt noen forsøk etter at jeg dro. Som råstoff ble det brukt (røsta) myrmalm fra Elverum og grilltrekol merket PG.

 [ Toppen av siden ]

Jeg valgte å gå inn for et vektforhold på 1:1, men å øke malmmengden mot slutten (slik som hos Evenstad) for å sørge for flyt/oksyderende evne i slaggen. I forsøk B1 ble det brukt 9 kilo malm og 8 kilo trekol for et forsøk som varte vel 4 timer. Smedene endte opp med en bit på ca. 370 gram metall, vurdert som godt smibart.

I forsøk B2 økte vi malmmengden, slik at forholdet ble 1 kilo malm til 3/4 kilo trekol. Etter ca. 2 timer smelting ble det tatt ut 2,25 kilo blanding av slagg og metall, med ukjent mengde metall. Denne gangen ble det litt flyt på slaggen.

I forsøk B3 ble malmmengden ytterligere økt, noe som tilsynelatende førte til større utbytte. Denne gangen ble det forsøkt å grovsmi jernet med en "lurk", d.v.s. det ble banket med en trestokk inne i ovnen. Når jernet ble lagt på toppen av trekolskiktet virket dette meget logisk og var dessuten enkelt å gjennomføre. Det kan hende at vi dermed har forklaring på hva lurkejern står for. Begrepet er kjent fra regnskaper i middelalderen. Kanskje det var et tilsvarende grovsmidd jern, nokså flatt og uten stor andel slagg.

På dette tidspunktet forlot jeg jernsmelterne. Tilsynelatende hadde dette en god virkning på arbeidet med ovnen (!). Det ble nemlig dagen etter smeltet med åpent tapphull. Hvis jeg kan stole på mine informanter, så førte dette til at slaggen rant ut av ovnen uten større problemer. Selv ville jeg ha kviet meg for en slik praksis fordi en risikerer at blestlufta bare går ut gjennom tappehullet, og dessuten at jern som skulle ha blitt til metall følger med slaggen ut av ovnen i form av oksyd. På den annen side kan dette være en måte å unngå utarming og smeltepunkt-forhøyning for slaggen på. Til slutt var ovnen så medtatt at en måtte avslutte denne serien med forsøk.

For en total vurdering må en si at vi fikk mange gode erfaringer. Sjøl har jeg komme til at hyppig tapping av slagg eller sogar et åpent tapphull kan være den måten er oppnår det ønskede resultatet på.

Skulle disse forsøkene ha vært vitenskapelige, så skulle de nok ha vart lengre. En burde oppnå en viss regularitet, og måle blant annet luftmengder, slik at en dermed kan sette noenlunde presise data på papiret. En burde dessuten ha utført massebalanser for råstoffer og produkter. For å komme så langt måtte vi imidlertid ha hatt bedre vær eller i det minste tak over hodet, en klar strategi, penger til analyser og mer måleutstyr.

Sjøl hadde jeg stort utbytte av smeltinga. Jeg synes at lurkejern som begrep har fått et meningsfullt innhold. Dessuten kan hyppig tapping av slagg stå for en løsning på kvalitetsproblemet for jernet: Både et tilstrekkelig lavt C-innhold og akseptabel slaggrenhet. Om utbyttet blir sammenliknbart med hva vi kjenner til for middelalderens smelting er ennå et åpent spørsmål.

Jeg vil slutte med å takke alle aktører for god innsats og godt humør, både før, under og etter jernsmeltinga. "Smil mens jernet er varmt"!

Kilder:

Evenstad, O., 1790: Afhandling om Jern-Malm, som findes i Myrer og Moradser i Norge, og Omgangsmaaden med at forvandle den til Jern og Staal. København. Faksimile Trondheim 1960. Ny, transliterert utgave med bakgrunn v/ A. Espelund i 1992.

Narmo, L.-E., 1991: Jernvinna i Gausdal og Valdres - et fragment av middelalderens økonomi. Hovedfagsoppgave i arkeologi. Historisk museum, Bergen

Om forfatteren:

Arne Espelund er født i 1929, og er bl. a. utdannet ingeniør-metallurg ved NTH. Fra november har han vært professor i metallurgi ved Metallurgisk Institutt, NTNU i Trondheim.