Żelazo w piecu dymarskim nigdy nie było płynne. Z pieca wychodziła gąbczasta bryła przesycona żużlem, którą trzeba było rozgrzać i wykuć, żeby zamieniła się w kawałek metalu. W samych Górach Świętokrzyskich archeolodzy doliczyli się ponad pół miliona takich pieców.
Piec, w którym żelazo nigdy nie było płynne
Wsad szedł do szybu warstwami: rozdrobniona ruda i węgiel drzewny. Węgiel spalał się do tlenku węgla, a ten odbierał tlen z tlenków żelaza. Redukcja rusza wprawdzie już około 680 stopni, ale dopiero powyżej 900 stopni biegnie w tempie, które ma sens.
W piecach doświadczalnych temperatura przy dolnej dyszy, czyli przy wlocie powietrza, wynosiła zwykle około 1050 stopni. Wytopy udawały się w przedziale od 950 do 1125 stopni. Żelazo topi się około 1550 stopni, więc przez cały czas pozostawało stałe. Topił się natomiast żużel, czyli stop tlenków żelaza z krzemionką. Spływał do jamy wykopanej pod szybem i tam zastygał.[1]
Gdyby żelazo przejęło zbyt dużo węgla, zrobiłaby się z niego surówka. Najniższą temperaturę topnienia ma surówka z 4,3 procentami węgla, około 1130 stopni, a to temperatura w piecu dymarskim osiągalna. Taka surówka spłynęłaby razem z żużlem. Dlatego bryły żelaza rzadko miały powyżej 0,8 procent węgla. Taki stop zaczyna topić się dopiero koło 1475 stopni i w piecu zostaje.
Łupka przyklejała się do ściany
Zredukowane cząstki metalu zlepiały się w porowatą bryłę. Muzealnicy z Nowej Słupi nazywają ją łupką, a pokaz wytopu kończy się rozbiciem pieca i próbą wydobycia tej właśnie bryły.[2]
Łupka nie opadała na dno. Przywierała do ściany szybu tuż pod dyszą, na wysokości wlotu powietrza, i tam zbierała się większość zredukowanego metalu. W jej porach siedział żużel i resztki węgla, więc bryła kruszyła się przy kucie na zimno. Kowal musiał ją wielokrotnie rozgrzewać i uderzać młotem, wyciskając zanieczyszczenia. Dopiero po przekuciu powstawał zwarty kawałek metalu.
Eksperyment, w którym metal się kruszył
W 2006 roku piec wzorowany na świętokrzyskim przepracował 38 kilogramów rudy i 40 kilogramów węgla drzewnego. W jamie znaleziono blok żużla ważący około 12 kilogramów oraz kawałki żelaza o łącznej masie 4 kilogramów. Były kruche, próba kucia na zimno kończyła się niepowodzeniem. Dopiero wielokrotne nagrzewanie i powolne uderzanie młotem dało zwarty sześcian metalu. Jego struktura pod mikroskopem okazała się podobna do grompów, czyli grudek żelaza z żużlem, które archeolodzy wykopują na dawnych stanowiskach.[3]
Drugi piec, wyższy i z innym rozwiązaniem jamy, nie dał nawet tego. Żelazo zostało rozproszone w żużlu jako drobne kulki, zbyt kruche, żeby je kuć prostymi metodami kowalskimi. Autorzy zapisali wprost, że wyniki eksperymentów są w dużej mierze kwestią przypadku, a odtworzenie dawnego bloku żużla wypełniającego jamę się nie udało.
Żelazo odchodzi od żużla
Siedem lat później, w Starachowicach, próba wypadła lepiej. Piec o szybie wysokości około 120 centymetrów przerobił 40,6 kilograma rudy i około 50 kilogramów węgla w ciągu sześciu godzin. Dało to 3,65 kilograma żelaza, w tym trzy kilogramy czystego metalu bez żużla, oraz blok żużla ważący około 40 kilogramów. Najważniejsza różnica polegała na końcowej fazie: płynny żużel spływał do jamy i oddzielał się od bryły. Autorzy podkreślili, że tym razem żelazo od bloku żużla oddzieliło się całkowicie, podobnie jak w starożytnych piecach.[4]
Drugi piec tego samego dnia pracował z naturalnym ciągiem powietrza i zawiódł. Temperatura przy dyszy spadła, proces przerwano po kilku godzinach, a w jamie zaczynał dopiero powstawać blok żużla. Margines jest więc wąski: ten sam pomysł, inna wysokość szybu i inna liczba otworów, a wynik się rozjeżdża.
Krajobraz z ponad pół miliona pieców
Obszar o największym zagęszczeniu pieców w Górach Świętokrzyskich zajmuje od 800 do 1000 kilometrów kwadratowych. Archeolodzy doliczyli się tam około ośmiu tysięcy stanowisk i ponad 550 tysięcy pieców. Karpy żużla, które po nich zostały, ważą czasem do 120 kilogramów, a łączną produkcję żelaza szacuje się na około 11 tysięcy ton. Ceramika i monety datują ten przemysł na okres od około 100 roku przed naszą erą do 350 roku naszej ery, a analizy izotopowe węgla drzewnego z żużla mieszczą się w przedziale od 300 roku przed naszą erą do 400 roku naszej ery. Żużel nie był z pieca usuwany: spływał na dno jamy i tam zostawał, co tłumaczy, dlaczego archeolodzy znajdują zwarte bloki, a nie rozsypane odpady.[5]
Analiza żużli z czterech miejsc w Górach Świętokrzyskich pokazała przy tym, że warunki w piecach były zaskakująco podobne. Temperatura topnienia żużla wynosiła od 1150 do 1200 stopni, a lepkość stopu była niska, co ułatwiało oddzielanie metalu od odpadu.
Podzielenie szacowanej produkcji przez liczbę pieców daje średnio około 20 kilogramów żelaza na jeden piec. To rachunek na dużym zaokrągleniu, ale pokazuje rząd wielkości. Jeśli przenieść wydajność z eksperymentu w Starachowicach, na 20 kilogramów metalu trzeba by przerobić ponad dwieście kilogramów rudy.
Piec dymarski był więc urządzeniem do robienia gąbki, nie do lania metalu. O tym, co z niej wyjdzie, decydowała nie temperatura w szybie, a cierpliwość kowala, który wyciskał z bryły żużel, aż zostawało żelazo.
Źródła
- Wealden Iron Research Group, „Experimental Bloomery 4: The smelt”, strona organizacji badającej dawne hutnictwo w Weald, odczytana 29 października 2026. https://www.wealdeniron.org.uk/experimental-bloomery-ironmaking/exp-smelt
- Muzeum Starożytnego Hutnictwa Świętokrzyskiego w Nowej Słupi, „Dymarki w Nowej Słupi”, odczytane 29 października 2026. https://www.muzeum-nowaslupia.pl/kategorie/dymarki
- Mirosław Karbowniczek, Władysław Weker, Ireneusz Suliga, „Experimental metallurgical process in a slag pit bloomery furnace”, euroREA 6/2009 (EXARC), odczytane 29 października 2026. https://exarc.net/sites/default/files/exarc-eurorea_6_2009-experimental_metallurgical_process_in_a_slag_pit_bloomery_furnace.pdf
- Andrzej Przychodni, Adrian Wrona, „Event Review: 1st Bloomery Seminar, Starachowice 2013”, EXARC Journal 2014/1, opublikowane 15 lutego 2014, odczytane 29 października 2026. https://exarc.net/sites/default/files/2025-10/Event%20Review_%201st%20Bloomery%20Seminar%2C%20Starachowice%202013%20_%20The%20EXARC%20Journal.pdf
- Krzysztof Kupczak, Rafał Warchulski, Aleksandra Gawęda, Jan Janiec, „Bloomery iron production in the Holy Cross Mountains (Poland) area during the Roman period: conditions during the metallurgical process and their uniformity between locations”, Heritage Science, opublikowane 8 maja 2024, odczytane 29 października 2026. https://doi.org/10.1186/s40494-024-01266-6
- Zdjęcie: Polimerek, „Nowa Słupia Centrum piece”, Wikimedia Commons, licencja CC BY-SA 3.0, kadr do 16:9 i zmniejszenie do 1200 × 675. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nowa_S%C5%82upia_Centrum_piece.jpg
