Peleburan Besi Rawa dalam Tungku Bloomery — Dari Bijih hingga Besi Tempa

Pilih tanah yang datar dan kering, berjarak minimal 5 meter dari bangunan atau bahan yang mudah terbakar. Tungku memancarkan panas yang intens dan menghasilkan asap tebal selama berjam-jam. Bersihkan area dengan radius 3 meter hingga tanah terbuka. Hindari area dataran rendah tempat angin terhalang — aliran udara alami membantu kerja bellows.

Galilah lubang berbentuk mangkuk sedalam 30 cm dan berdiameter 40 cm. Perapian ini mengumpulkan terak selama peleburan dan menopang poros tungku di atasnya. Padatkan dinding lubang dengan kuat. Jika tanahnya berpasir, lapisi lubang dengan lapisan tanah liat setebal 2 cm untuk mencegah runtuh.

Campurkan tanah liat tahan api dengan pasir halus dan jerami yang dicincang dengan perbandingan kurang lebih 3:1:0,5 berdasarkan volume. Pasir menambah ketahanan termal dan mengurangi retak akibat penyusutan. Jerami terbakar selama pembakaran, meninggalkan pori-pori yang menyerap kejutan termal — tanpa itu, dinding tungku retak saat dipanaskan. Uleni campuran hingga benar-benar merata, tambahkan air hingga mencapai konsistensi yang kaku namun mudah dibentuk, mirip adonan roti.

Bangun poros silindris yang berpusat pada lubang perapian. Bangun ke atas menggunakan gulungan tebal atau lempengan campuran tanah liat, dengan setiap lapisan setebal 5-8 cm. Dimensi target: diameter dalam 30 cm, tinggi 60-80 cm, dengan dinding setebal 5-8 cm. Jaga bagian dalam tetap halus dan dinding serata mungkin. Sisakan celah dekat dasar (10 cm di atas permukaan tanah) untuk bukaan tuyere — jangan tutup lubang ini.

Tuyere adalah saluran masuk udara tempat moncong bellows masuk ke dalam tungku. Bentuk bukaan melingkar dengan diameter 5-7 cm, diposisikan 10 cm di atas dasar poros. Miringkan sedikit ke bawah (sekitar 15 derajat) agar hembusan udara mengarah ke pusat perapian. Tuyere dapat berupa lubang yang menembus dinding, atau tabung tanah liat terpisah yang dimasukkan ke dalam dinding. Pastikan moncong bellows pas dengan rapat tetapi dapat dilepas.

Biarkan tungku kering dengan udara selama minimal 24 jam. Jika waktu memungkinkan, 2-3 hari lebih baik. Pengeringan yang cepat menyebabkan retak. Setelah permukaannya kering, nyalakan api kecil di dalamnya (kayu bakar kecil dan beberapa batang kayu) dan jaga selama 2-3 jam untuk menguapkan kelembapan dari dinding. Tambah ukuran api secara bertahap. Uap yang keluar dari dinding adalah hal yang normal — retakan dapat ditambal dengan tanah liat segar. Tungku harus benar-benar kering sebelum peleburan penuh, karena jika tidak, ada risiko pengelupasan eksplosif akibat uap yang terperangkap.

Sebelum dilebur, bijih harus dipanggang dengan api terbuka. Sebarkan gumpalan bijih besi rawa yang telah dikeringkan di atas tumpukan kayu bakar yang menyala dan jaga api tetap besar selama 1-2 jam. Pemanggangan menghilangkan air yang terikat secara kimia dari limonit (FeOOH → Fe₂O₃ + H₂O), sehingga bijih terhidrasi berubah menjadi besi oksida anhidrat. Warna bijih berubah dari cokelat ocher menjadi merah tua atau ungu-hitam. Bijih yang telah dipanggang lebih berpori dan lebih cepat tereduksi di dalam tungku.

Setelah dingin, pecahkan bijih panggang menjadi potongan berdiameter 1-2 cm menggunakan palu di atas permukaan batu yang rata. Fragmen yang lebih kecil memperlihatkan lebih banyak permukaan ke gas pereduksi di dalam tungku, sehingga secara signifikan meningkatkan hasil besi. Buang debu bubuk apa pun — debu tersebut menyumbat aliran udara. Pilah dan sisihkan sekitar 5 kg bijih panggang yang telah dihancurkan.

Pecah arang kayu keras (lump charcoal) menjadi potongan seragam berukuran 2-3 cm. Ukuran yang konsisten memastikan aliran udara yang merata melalui kolom tungku — potongan yang terlalu besar menciptakan titik dingin, sementara debu menghambat tarikan udara. Siapkan sekitar 15 kg arang yang sudah dipotong ukurannya. Rasio arang terhadap bijih untuk besi rawa (bog iron) kira-kira 3:1 berdasarkan berat — Anda membutuhkan bahan bakar jauh lebih banyak daripada bijih.

Isi poros tungku dengan kayu bakar dan arang, lalu nyalakan dari bagian atas. Biarkan tungku terbakar bebas selama 30-60 menit hingga dinding bagian dalam berpendar oranye. Langkah ini menaikkan dinding tahan api secara bertahap ke suhu operasi, sehingga mencegah retak akibat kejut termal. Tungku siap untuk peleburan ketika Anda dapat melihat panas oranye-merah memancar dari bukaan tuyere.

Pasang mulut bellows ke dalam lubang tuyere. Tutup celah apa pun di sekitar mulut dengan tanah liat basah untuk mencegah kebocoran udara. Mulai pompa bellows dengan kecepatan stabil 60-80 tarikan per menit. Hembusan udara paksa memperkuat pembakaran di dalam tungku, menaikkan suhu dari sekitar 800°C (draft alami) menjadi 1100-1300°C (draft paksa). Anda akan mendengar tungku bergemuruh ketika hembusan udara mulai bekerja.

Dengan bellows dipompa dan tungku pada panas penuh, tambahkan arang hingga mengisi poros. Kemudian tambahkan muatan bijih pertama — sekitar 500 g bijih panggang yang telah dihancurkan, disebar merata di atas arang. Segera tutup dengan lapisan arang setebal 5 cm. Bijih turun perlahan melalui kolom arang, melewati zona reduksi tempat karbon monoksida melepaskan oksigen: CO + Fe₂O₃ → Fe + CO₂.

Setiap 10-15 menit, tambahkan satu lagi muatan bijih 500 g diikuti arang untuk menjaga poros tetap penuh. Arang terus terbakar, sehingga kolom akan turun. Pertahankan ritme yang konsisten: isi muatan, pompa, isi muatan, pompa. Proses peleburan memerlukan 3-5 jam pengisian terus-menerus, tergantung pada jumlah bijih. Biarkan bellow terus bekerja tanpa henti; bahkan jeda sebentar akan menurunkan suhu di bawah ambang reduksi.

Setelah 1-2 jam pengisian, terak cair mulai terbentuk di dapur peleburan. Terak adalah campuran kaca dari besi silikat (fayalit, Fe₂SiO₄) yang memisahkan diri dari besi logam. Terak dapat mengalir dari dasar tungku sebagai cairan kuning-oranye yang berpijar, atau menggenang di lubang dapur. Jika terak menyumbat tuyere, gunakan penjepit atau batang panjang untuk membersihkannya. Terak yang mengalir adalah tanda baik — artinya tungku cukup panas dan reduksi berjalan dengan baik.

Setelah semua muatan bijih ditambahkan, lanjutkan memompa bellows selama 30-60 menit lagi. Pembakaran terakhir ini memadatkan partikel besi menjadi satu bloom di dasar tungku. Bloom terbentuk tepat di atas kolam terak, tempat partikel besi yang telah tereduksi saling menyatu pada suhu tinggi tanpa meleleh sepenuhnya. Hentikan bellows ketika muatan arang terakhir telah terbakar habis hingga level tuyere.

Pecahkan bagian depan tungku di bagian dasar menggunakan penjepit dan palu. Tungku bloomery umumnya hanya sekali pakai — poros dikorbankan untuk mengakses bloom. Masukkan penjepit bertangkai panjang dan keluarkan bloom yang berpijar. Bloom akan berupa massa kasar, berpori menyerupai spons, tidak beraturan, berpendar oranye-putih, dan dipenuhi serpihan arang serta terak yang terperangkap. Tangani dengan sangat hati-hati — bloom bersuhu 1000°C+ dan terak dapat memercik.

Segera pindahkan bloom yang membara ke permukaan batu datar atau landasan (anvil). Pukul dengan palu besar menggunakan pukulan yang mantap dan merata. Setiap pukulan akan memeras cairan terak yang terperangkap (yang memercik sebagai percikan api panas — kenakan pelindung). Partikel besi menyatu di bawah pengaruh gabungan panas dan tekanan. Putar bloom di antara pukulan agar semua sisinya terkerjakan. Jika suhunya turun di bawah panas oranye, panaskan kembali di api arang sebelum melanjutkan. Ulangi hingga bloom memadat menjadi batang (billet) yang padat dan kurang lebih berbentuk batang.

Setelah bloom dipadatkan menjadi batang padat, celupkan ke dalam ember berisi air. Pendinginan yang cepat mengunci besi dalam keadaan hasil pengerjaannya. Periksa permukaannya — bloom besi yang baik menunjukkan warna abu-abu metalik keperakan dengan serat butiran yang terlihat pada tepi patahan. Muatan bijih 5 kg yang khas menghasilkan 500-1500 g besi bloom yang dapat digunakan (hasil 10-30% adalah normal untuk besi rawa). Besi tempa ini sekarang dapat ditempa menjadi alat, senjata, paku, atau perkakas besi lainnya.