Membangun Tungku Bloomery dan Melebur Besi — Zaman Besi

Rancangan: Tungku Poros

Bloomery adalah poros tinggi yang menciptakan kolom reduksi — bijih dan arang dimasukkan dari atas, udara ditiupkan dari bawah, dan bloom besi terkumpul di dasar.

Spesifikasi

• Tinggi: 80-120 cm, ukuran yang umum untuk tungku percobaan kecil (cerobong yang lebih tinggi memberi gas lebih banyak waktu untuk mereduksi bijih)
• Diameter dalam: 25-35 cm
• Tebal dinding: 10-15 cm (campuran tanah liat/pasir, sama seperti tanur)
• Tuyere: pipa tanah liat berlubang beberapa sentimeter, masuk menembus dinding dekat dasar, di atas cekungan tungku, dan miring ke bawah ke arah tengah. Tinggi dan sudutnya berbeda-beda di antara rancangan tungku yang sudah teruji, jadi ambil dari satu rancangan terdokumentasi, jangan mencampur angka
• Lengkung pengeluaran (opsional): bukaan di dasar untuk mengeluarkan bloom, ditutup tanah liat selama peleburan

Konstruksi

1. Buat alas tanah liat bundar dengan cekungan dangkal seperti mangkuk (dasar tungku). Di sinilah bloom terbentuk.
2. Gunakan teknik pilin (coil) dari Blueprint 02, dibuat lebih tinggi.
3. Pasang pipa tuyere (pipa tanah liat) menembus dinding pada ketinggian yang ditentukan rancangan pilihanmu, di atas dasar tungku.
4. Biarkan kering beberapa hari sampai seminggu atau lebih, tergantung cuaca. Bloomery lebih tebal daripada tanur dan butuh waktu kering lebih lama.
5. Matangkan dengan api yang makin lama makin panas (protokol sama seperti Blueprint 02).

Persiapan Bijih

1. Panggang bijih di api terbuka selama beberapa jam. Ini mengusir air dan sebagian pengotor, mengubah oksida terhidrasi, dan membuat bijih batuan lebih mudah dihancurkan.
2. Hancurkan bijih panggang sampai sebesar kemiri/hazelnut (1-2 cm). Jangan terlalu halus — udara harus bisa mengalir.
3. Cuci bijih yang sudah dihancurkan untuk membuang tanah liat dan pengotor ringan.

Peleburan (6-10 jam)

1. Pemanasan awal: Isi bloomery dengan arang lalu nyalakan. Biarkan menyala dengan ububan (bellows) sekitar satu jam, sambil menambah arang, sampai seluruh poros panas.
2. Muatan pertama: Masukkan satu muatan arang yang ditimbang, lalu satu muatan bijih yang ditimbang di atasnya. Timbang muatannya, jangan menaksir dari tebal lapisan: sepanjang peleburan, arang dan bijih dipakai dalam berat yang kurang lebih sama, dan arang menjaga suasana tetap mereduksi.
3. Muatan berikutnya: Setiap kali kolom sudah turun satu muatan, tambahkan lagi muatan arang lalu bijih dari atas.
4. Ububan — TERUS-MENERUS: Dua orang bergantian, atau ububan kerja ganda. Pasokan udara tidak boleh berhenti: tanpa udara tiupan, tungku cepat dingin.
5. Pengeluaran terak: Terak cair (kaca cair pada ~1200 °C) berkumpul di atas bloom. Jika tungku punya lubang sadap, buka secara berkala untuk mengalirkan terak. Jika tidak punya, terak tetap di dasar tungku, jadi dasar tungku harus cukup dalam agar terak tidak naik sampai tuyere dan menyumbat udara.
6. Lama: 6-10 jam operasi tanpa henti. Peleburan selesai saat semua bijihmu sudah diproses.

Apa yang Terjadi di Dalam

Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂    (pada ~800-1200 °C)

Karbon monoksida (dari arang) mereduksi oksida besi menjadi besi logam. Namun, tidak seperti tembaga, besi tidak pernah meleleh — besi terbentuk sebagai partikel padat yang menyatu menjadi massa seperti spons (bloom) yang berada di genangan terak cair.

Mengeluarkan Bloom

1. Keluarkan bloom di akhir peleburan selagi masih pada suhu las; paling mudah dipadatkan saat itu juga, dan bisa dipanaskan ulang nanti.
2. Jika ada lengkung pengeluaran: pecahkan segel tanah liatnya dan tarik bloom dengan tang.
3. Jika tidak ada: pecahkan bagian bawah tungku untuk mengeluarkan bloom. (Tungku boleh dikorbankan — banyak bloomery bersejarah hanya sekali pakai.)

Yang Seharusnya Kamu Lihat

Massa kasar dan berpori — dari peleburan kecil sering kira-kira sebesar jeruk bali besar (grapefruit) — cokelat kemerahan sampai abu-abu gelap, seperti spons, dengan terak kaca terperangkap di mana-mana. Inilah bloom-mu.

Pemadatan (Langkah Penting)

Bloom mentah penuh terak, serpihan arang, dan rongga. Bloom harus dipalu selagi panas untuk memeras keluar pengotor dan menyatukan partikel besi:

1. Kerjakan bloom pada suhu las — kuning terang sampai putih kekuningan — dan panaskan ulang di perapian tempa setiap kali mendingin.
2. Letakkan di landasan dan mulai dengan pukulan ringan: bloom yang baru keluar rapuh dan bisa hancur. Pukul lebih keras saat sudah menyatu — terak menyembur sebagai percikan dan tetesan. Ini spektakuler dan berbahaya; pakai pelindung mata dan jauhkan orang lain.
3. Setelah padat, potong, lipat, dan las lagi untuk memurnikannya lebih jauh. Bersiaplah untuk banyak kali pemanasan.
4. Setiap pengelasan menutup lebih banyak rongga dan mengeluarkan lebih banyak terak.
5. Setelah pemadatan, kamu punya batang kasar besi tempa.

Rantai Inovasi Lengkap

Kamu kini telah menelusuri jalur kayu → arang → tanur → tembaga → perunggu → besi. Setiap langkah dibangun di atas langkah sebelumnya. Setiap langkah membutuhkan pengetahuan yang terus bertambah. Beginilah inovasi bekerja — bukan sebagai penemuan terpisah, melainkan rantai yang saling terhubung, di mana setiap kemampuan memungkinkan kemampuan berikutnya.

Apa Selanjutnya

Besi bloom-mu bisa dipakai tetapi lunak. Inovasi berikutnya dalam rantai:

• Karburasi: bungkus besi dengan arang dan panaskan berjam-jam → karbon berdifusi masuk → baja (lebih keras)
• Penyepuhan (quenching): panaskan baja sampai merah, celupkan ke air → terbentuk martensit → sangat keras tetapi getas
• Temper: panaskan ulang baja yang disepuh ke suhu tertentu (warna temper biru sekitar 300 °C) → mengorbankan sedikit kekerasan demi ketangguhan yang jauh lebih besar
• Las pola (pattern welding): lipat dan las bersama baja dengan kadar karbon berbeda → baja las pola (sering keliru disebut "Damaskus")

Masing-masing akan menjadi blueprint berikutnya di Jalur Inovasi.