Pagtunaw ng Bog Iron sa Bloomery Furnace — Mula sa Ore hanggang Wrought Iron

Pumili ng patag at tuyong lupa na hindi bababa sa 5 metro mula sa anumang istraktura o nasusunog na materyales. Naglalabas ng matinding init ang pugon at nagbubuga ng makapal na usok nang ilang oras. Linisin ang 3-metrong radius hanggang sa hubad na lupa. Iwasan ang mga mababang lugar kung saan hinaharangan ang hangin — ang natural na draft ay nagpupuno sa bellows.

Hukayin ang isang hugis-mangkok na hukay na 30 cm ang lalim at 40 cm ang diyametro. Ang hurnong ito ang nangongolekta ng slag habang nagaganap ang pagtunaw at sumusuporta sa baras ng pugon sa itaas. Idikit nang mahigpit ang mga dingding ng hukay. Kung buhangin ang lupa, takpan ang hukay ng 2 cm na patong ng luwad upang maiwasan ang pagguho.

Paghaluin ang refractory clay, pinong buhangin, at tinadtad na dayami sa proporsyong humigit-kumulang 3:1:0.5 ayon sa volume. Nagdaragdag ang buhangin ng thermal resistance at nababawasan nito ang shrinkage cracking. Nasusunog ang dayami habang nagpapaputok, at nag-iiwan ito ng mga butas na sumisipsip ng thermal shock — kung wala ito, nababitak ang pader ng hurno kapag pinainit. Masahing mabuti ang halo hanggang maging pare-pareho, at magdagdag ng tubig hanggang sa makuha ang matigas ngunit madaling hubugin na consistency, katulad ng masa ng tinapay.

Gumawa ng silindrikong tsimenea na nakasentro sa hukay ng apuyan. Magtayo paitaas gamit ang makapal na lubid o patag na piraso ng pinaghalong luwad, na ang bawat patong ay may kapal na 5-8 cm. Target na sukat: 30 cm ang panloob na diyametro, 60-80 cm ang taas, at 5-8 cm ang kapal ng mga dingding. Panatilihing makinis ang loob at hangga't maaari ay pantay ang mga dingding. Mag-iwan ng puwang malapit sa ibaba (10 cm sa itaas ng antas ng lupa) para sa bukana ng tuyere — huwag isara ang butas na ito.

Ang tuyere ay ang pasukan ng hangin kung saan pumapasok ang nguso ng bellows sa pugon. Bumuo ng bilog na pagbubukas na 5-7 cm ang diyametro, na nakaposisyon 10 cm sa itaas ng base ng shaft. Ikiling ito nang bahagya pababa (mga 15 degrees) upang tumama ang daloy ng hangin sa gitna ng hearth. Ang tuyere ay maaaring butas sa dingding, o hiwalay na tubong luwad na ipinasok sa dingding. Tiyakin na ang nguso ng bellows ay kasya nang mahigpit ngunit maaaring tanggalin.

Hayaang matuyo sa hangin ang hurno nang hindi bababa sa 24 na oras. Kung may sapat na panahon, mas mabuti ang 2-3 araw. Ang mabilisang pagpapatuyo ay nagdudulot ng mga bitak. Kapag tuyo na ang ibabaw, magsindi ng maliit na apoy sa loob (panggatong at ilang piraso ng kahoy) at panatilihin ito nang 2-3 oras upang alisin ang kahalumigmigan sa mga dingding. Unti-unting dagdagan ang laki ng apoy. Normal ang singaw na lumalabas sa mga dingding — ang mga bitak ay maaaring lagyan ng bagong luwad. Dapat ganap na tuyo ang hurno bago ang buong pagtutunaw, dahil kung hindi ay may panganib ng pasabog na pagkabasag dulot ng nakulong na singaw.

Bago matunaw, kailangang ihaw ang ore sa bukas na apoy. Ikalat ang mga tuyong bog iron nodule sa ibabaw ng nagliliyab na panggatong na kahoy at panatilihin ang malakas na apoy sa loob ng 1-2 oras. Inaalis ng pag-iihaw ang kemikal na nakagapos na tubig mula sa limonite (FeOOH → Fe₂O₃ + H₂O), binabago ang hydrated ore tungo sa anhydrous iron oxide. Nagbabago ang kulay ng ore mula ochre-brown tungo sa madilim na pula o purple-black. Ang inihaw na ore ay mas maporos at mas mabilis mabawasan (reduce) sa furnace.

Kapag lumamig na, basagin ang inihaw na ore sa mga piraso na may lapad na 1-2 cm gamit ang martilyo sa patag na ibabaw ng bato. Ang mas maliliit na piraso ay naglalantad ng mas malaking surface area sa mga reducing gas sa loob ng furnace, na lubhang nagpapabuti sa ani ng bakal. Itapon ang anumang pulbos na alikabok — nakakabara ito sa daloy ng hangin. Ihiwalay at itabi ang humigit-kumulang 5 kg ng dinurog at inihaw na ore.

Basagin ang hardwood lump charcoal sa mga pantay na piraso na 2-3 cm ang lapad. Ang pare-parehong laki ay tinitiyak ang pantay na daloy ng hangin sa loob ng column ng hurno — ang malalaking piraso ay lumilikha ng mga malamig na bahagi, habang ang alikabok ay humahadlang sa draft. Maghanda ng humigit-kumulang 15 kg ng uling na may tamang laki. Ang ratio ng uling sa ore para sa bog iron ay humigit-kumulang 3:1 ayon sa timbang — mas maraming gatong ang kailangan mo kaysa sa ore.

Punuin ang shaft ng furnace ng panggatong at uling at sindihan mula sa itaas. Hayaang masunog nang malaya ang furnace nang 30-60 minuto hanggang mag-alab ang kulay kahel ang mga panloob na dingding. Unti-unting pinapataas ng hakbang na ito ang temperatura ng refractory walls hanggang sa operating temperature, upang maiwasan ang mga bitak dahil sa thermal shock. Handa na ang furnace para sa smelt kapag makikita mo ang kulay kahel-pulang init na nagliliwanag mula sa tuyere opening.

Ikabit ang nozzle ng fole sa tuyere opening. Sealan ang anumang puwang sa paligid ng nozzle gamit ang basang luwad upang maiwasan ang pagtagas ng hangin. Simulan ang pagpisil sa fole sa tuloy-tuloy na bilis na 60-80 strokes kada minuto. Ang pinilit na sopro ng hangin ay nagpapalakas sa combustion sa loob ng furnace, na nagpapataas ng temperatura mula sa humigit-kumulang 800°C (natural draft) patungong 1100-1300°C (forced draft). Maririnig mo ang paghugong ng furnace habang nagiging epektibo ang sopro ng hangin.

Habang umaandar ang bellows at nasa buong init ang pugon, lagyan ng uling hanggang mapuno ang shaft. Pagkatapos, idagdag ang unang karga ng mineral — humigit-kumulang 500 g ng dinurog na inihaw na mineral na ikinalat nang pantay sa ibabaw ng uling. Agad itong takpan ng isa pang 5 cm na patong ng uling. Dahan-dahang lulubog ang mineral sa haligi ng uling, dadaan sa reduction zone kung saan inaalis ng carbon monoxide ang oxygen: CO + Fe₂O₃ → Fe + CO₂.

Tuwing 10-15 minuto, magdagdag ng isa pang 500 g na karga ng ore na susundan ng uling upang mapanatiling puno ang shaft. Patuloy na nasusunog ang uling, kaya bumababa ang column. Panatilihin ang pare-parehong ritmo: karga, pump, karga, pump. Kailangan ng smelt ang 3-5 oras ng tuloy-tuloy na pagkakarga depende sa dami ng ore. Panatilihing tumatakbo ang bellows nang walang tigil — kahit ang maikling paghinto ay magpapababa ng temperatura sa ibaba ng reduction threshold.

Pagkatapos ng 1-2 oras na pagkakarga, nagsisimulang mabuo ang likidong slag sa hearth. Ang slag ay isang salamin-tulad na halo ng iron silicates (fayalite, Fe₂SiO₄) na naghihiwalay mula sa metallic iron. Maaari itong umagos mula sa ibaba ng furnace bilang isang nagliliwanag na orange-dilaw na likido, o mag-ipon sa hearth pit. Kung hinaharangan ng slag ang tuyere, gumamit ng sipit o mahabang patpat para linisin ito. Ang umaagos na slag ay magandang senyales — ibig sabihin, sapat na ang init ng furnace at gumagana ang reduction.

Matapos maidagdag ang lahat ng karga ng mineral, ipagpatuloy ang pagbomba ng bellows sa loob pa ng 30-60 minuto. Ang huling pagsunog na ito ay nagsasama-sama ng mga partikulo ng bakal sa iisang bloom sa ilalim ng pugon. Ang bloom ay nabubuo sa itaas mismo ng slag pool, kung saan ang mga nabawasang partikulo ng bakal ay nagdidikit sa mataas na temperatura nang hindi ganap na natutunaw. Itigil ang bellows kapag ang huling karga ng uling ay nasunog na hanggang antas ng tuyere.

Basagin ang harapan ng pugon sa may base gamit ang sipit at martilyo. Ang mga bloomery furnace ay karaniwang ginagamit nang isang beses lamang — ang shaft ay isinasakripisyo upang maabot ang bloom. Abutin gamit ang mahabang hawakang sipit at kunin ang nagniningas na bloom. Ito ay magiging magaspang, parang espongha, hindi regular na masa na kulay orange-puti ang kinang, puno ng mga piraso ng uling at nakakulong na slag. Hawakan nang may matinding pag-iingat — ang bloom ay 1000°C+ at maaaring magsaboy ang slag.

Agad ilipat ang nagliliyab na bloom sa patag na batong slab o ibabaw ng anvil. Hampasin ito ng sledgehammer gamit ang matatag at pantay na mga palo. Bawat hampas ay pumipiga sa nakulong na likidong slag (na nagsasabog bilang mainit na mga spark — magsuot ng proteksyon). Ang mga iron particle ay nagdidikit sa ilalim ng pinagsamang epekto ng init at presyon. Paikutin ang bloom sa pagitan ng mga palo upang magtrabaho sa lahat ng gilid. Kung lumamig ito sa ibaba ng orange na init, painitin muli sa apoy ng uling bago magpatuloy. Ulitin hanggang ang bloom ay maging siksik, halos hugis-bar na billet.

Kapag napagsama na ang bloom sa isang solidong bar, patigasin ito sa isang balde ng tubig. Ang mabilis na paglamig ay nagpapatatag sa bakal sa kanyang napanday na estado. Suriin ang ibabaw — ang magandang bloom na bakal ay nagpapakita ng kulay pilak-abuhing metaliko na may nakikitang fibrous na grain sa mga nabaling gilid. Ang tipikal na 5 kg na ore charge ay nagbubunga ng 500-1500 g ng magagamit na bloom iron (karaniwan ang 10-30% na ani para sa bog iron). Maaari na ngayong panday ang wrought iron na ito upang maging kagamitan, armas, pako, o anumang iba pang kasangkapang bakal.