تصهير حديد المستنقعات في فرن البلومري — من الخام إلى الحديد المطاوع

اختر أرضًا مستوية وجافة تبعد عن أي مبنى أو مادة قابلة للاشتعال مسافة لا تقل عن 5 أمتار. يُشع الفرن حرارة شديدة ويُنتج دخانًا كثيفًا لساعات. أزِل الأتربة والنباتات في نطاق قطره 3 أمتار حتى تصل إلى الأرض العارية. تجنب المناطق المنخفضة التي تُحجب عنها الرياح، فالسحب الطبيعي للهواء يكمل عمل المنفاخ.

احفر حفرة على شكل وعاء بعمق 30 سم وقطر 40 سم. يجمع هذا الموقد الخبث أثناء الصهر ويدعم مدخل الفرن أعلاه. اضغط جدران الحفرة بإحكام. إذا كانت التربة رملية، فبطّن الحفرة بطبقة من الطين سمكها 2 سم لمنع الانهيار.

امزج الطين المقاوم للحرارة مع رمل ناعم وقش مقطع بنسبة تقريبية 3:1:0.5 حسب الحجم. يضيف الرمل مقاومة حرارية ويقلل من تشققات الانكماش. يحترق القش أثناء الحرق تاركاً مسامات تمتص الصدمة الحرارية — ومن دونه يتشقق جدار الفرن عند التسخين. اعجن الخليط جيداً حتى يصبح متجانساً، مع إضافة الماء للوصول إلى قوام متماسك وقابل للتشكيل يشبه عجينة الخبز.

قم ببناء مدخنة أسطوانية مركزها في حفرة الموقد. ابنِ للأعلى باستخدام ملفات سميكة أو ألواح من خليط الطين، بحيث يكون سمك كل طبقة 5-8 سم. الأبعاد المستهدفة: قطر داخلي 30 سم، وارتفاع 60-80 سم، مع سماكة جدران 5-8 سم. حافظ على سطح داخلي أملس وعلى أن تكون الجدران متساوية قدر الإمكان. اترك فجوة بالقرب من القاعدة (10 سم فوق مستوى الأرض) لفتحة الأنبوب الهوائي (التويير) — لا تُغلق هذه الفتحة.

الـ tuyere هو مدخل الهواء حيث يدخل فوهة المنفاخ إلى الفرن. شكّل فتحة دائرية بقطر 5-7 سم، على ارتفاع 10 سم فوق قاعدة المدخنة (الشفت). أمِلها قليلاً نحو الأسفل (حوالي 15 درجة) بحيث يصطدم تيار الهواء بمركز الموقد (الهيرث). يمكن أن يكون الـ tuyere ثقباً يخترق الجدار، أو أنبوباً طينياً منفصلاً يُدخل في الجدار. تأكد من أن فوهة المنفاخ تتناسب بإحكام لكن يمكن نزعها.

اترك الفرن يجف في الهواء لمدة 24 ساعة على الأقل. إذا سمح الوقت، فإن 2-3 أيام أفضل. يؤدي التجفيف السريع إلى التشقق. بمجرد أن يجف السطح، أشعل نارًا صغيرة داخله (حطب التشعيل وبضع عيدان) وحافظ عليها لمدة 2-3 ساعات لطرد الرطوبة من الجدران. زد حجم النار تدريجيًا. البخار المتصاعد من الجدران أمر طبيعي — يمكن ترقيع الشقوق بطين طازج. يجب أن يكون الفرن جافًا تمامًا قبل الصهر الكامل، وإلا فإنه يتعرض لخطر التقشر الانفجاري بسبب البخار المحبوس.

قبل الصهر، يجب تحميص الخام في نار مكشوفة. انشر عقيدات الحديد المستنقعي المجففة على فراش من حطب مشتعل وحافظ على نار قوية لمدة 1-2 ساعة. يؤدي التحميص إلى طرد الماء المرتبط كيميائيًا من الليمونيت (FeOOH → Fe₂O₃ + H₂O)، محولًا الخام المائي إلى أكسيد حديد لا مائي. يتغير لون الخام من البني المغري إلى الأحمر الداكن أو الأرجواني المسود. الخام المحمّص أكثر مسامية ويُختزل أسرع في الفرن.

بعد أن يبرد، كسّر الخام المحمص إلى قطع بعرض 1-2 سم باستخدام مطرقة على سطح حجري مستوٍ. فالشظايا الأصغر تعرض مساحة سطح أكبر للغازات المختزلة داخل الفرن، مما يحسّن إنتاجية الحديد بشكل كبير. تخلّص من أي غبار مسحوق، فهو يسد تدفق الهواء. افرز واحتفظ بنحو 5 كجم من الخام المحمص المسحوق.

كسّر فحم الخشب الصلب إلى قطع متجانسة بعرض 2-3 سم. يضمن الحجم المتساوي تدفقاً متجانساً للهواء عبر عمود الفرن، إذ تُحدث القطع الكبيرة نقاطاً باردة، بينما يعيق الغبار السحب الهوائي. حضّر نحو 15 كجم من الفحم المقطّع. تبلغ نسبة الفحم إلى الخام لحديد المستنقعات تقريباً 3:1 بالوزن، أي أنك تحتاج إلى وقود أكثر بكثير من الخام.

املأ مجرى الفرن بالحطب والفحم وأشعله من الأعلى. دع الفرن يحترق بحرية لمدة 30-60 دقيقة حتى تتوهج الجدران الداخلية بالبرتقالي. تعمل هذه الخطوة على رفع جدران المقاومة للحرارة تدريجياً إلى درجة حرارة التشغيل، مما يمنع تشققات الصدمة الحرارية. يكون الفرن جاهزاً للصهر عندما ترى حرارة برتقالية مائلة إلى الأحمر تشع من فتحة الtuyere.

أدخل فوهة المنفاخ في فتحة الكير (التويير). أحكم سد أي فجوات حول الفوهة بالطين المبلل لمنع تسرب الهواء. ابدأ بتشغيل المنفاخ بمعدل ثابت يبلغ 60-80 ضربة في الدقيقة. يعمل تيار الهواء المضغوط على تعزيز الاحتراق داخل الفرن، فيرفع درجة الحرارة من نحو 800 درجة مئوية (السحب الطبيعي) إلى 1100-1300 درجة مئوية (السحب القسري). ستسمع هدير الفرن عندما يبدأ تيار الهواء بالتأثير.

مع تشغيل المنفاخ والفرن على أقصى حرارة، أضف الفحم النباتي لتعبئة المدخنة بالكامل. ثم أضف الشحنة الأولى من الخام — نحو 500 غرام من الخام المحمّص والمطحون موزعة بالتساوي فوق الفحم. غطِّها فورًا بطبقة أخرى من الفحم سمكها 5 سم. ينزل الخام ببطء عبر عمود الفحم، مارًا بمنطقة الاختزال حيث يجرد أول أكسيد الكربون الأكسجين: CO + Fe₂O₃ → Fe + CO₂.

كل 10-15 دقيقة، أضف شحنة أخرى من الخام بوزن 500 غ يليها الفحم للحفاظ على امتلاء المدخنة. يحترق الفحم باستمرار، لذا ينخفض عمود الشحن. حافظ على إيقاع ثابت: شحن، ضخ، شحن، ضخ. يتطلب الصهر من 3 إلى 5 ساعات من الشحن المستمر حسب كمية الخام. أبقِ المنفاخ يعمل دون انقطاع، فحتى التوقف القصير يخفض درجة الحرارة إلى ما دون عتبة الاختزال.

بعد ساعة إلى ساعتين من الشحن، يبدأ الخبث السائل بالتكوّن في الموقد. الخبث هو خليط زجاجي من سيليكات الحديد (فايالايت، Fe₂SiO₄) ينفصل عن الحديد المعدني. قد يتدفق من قاعدة الفرن على شكل سائل برتقالي مصفر متوهج، أو يتجمع في حفرة الموقد. إذا سدّ الخبث الفوهة (التويير)، استخدم ملقطًا أو عصًا طويلة لإزالته. تدفق الخبث علامة جيدة، فهذا يعني أن الفرن ساخن بما يكفي وأن عملية الاختزال تعمل.

بعد إضافة جميع شحنات الخام، استمر في تشغيل المنفاخ لمدة 30-60 دقيقة أخرى. يعمل هذا الاحتراق النهائي على تجميع جزيئات الحديد في كتلة واحدة (بلوم) في قاع الفرن. تتكون الكتلة الحديدية مباشرةً فوق بركة الخبث، حيث تلتحم جزيئات الحديد المختزلة ببعضها عند درجة حرارة عالية دون أن تنصهر تمامًا. أوقف المنفاخ عندما يحترق آخر شحنة من الفحم حتى يصل إلى مستوى الفوهة (التويère).

اكسر الجزء الأمامي من الفرن عند القاعدة باستخدام الملقط والمطرقة. أفران البلوميري عادةً ما تُستخدم مرة واحدة فقط، إذ يُضحّى بالمدخنة للوصول إلى الكتلة الإسفنجية (البلوم). امدد يدك بملقط طويل المقبض واستخرج الكتلة المتوهجة. ستكون كتلة خشنة، إسفنجية، غير منتظمة الشكل، ومتوهجة باللونين البرتقالي والأبيض المائل للحرارة، ومليئة بشظايا الفحم وخبث محتجز. تعامل معها بحذر شديد، فالكتلة تبلغ 1000°م أو أكثر، وقد يتطاير الخبث.

انقل الكتلة الحديدية المتوهجة فورًا إلى لوح حجري مسطح أو سطح السندان. اضربها بمطرقة ثقيلة بضربات ثابتة ومتساوية. كل ضربة تعصر السائل الخبثي المحتجز (الذي يتطاير على شكل شرارات ساخنة — ارتدِ واقيًا). تلتحم جزيئات الحديد معًا تحت التأثير المشترك للحرارة والضغط. أدر الكتلة بين الضربات لتشكيل جميع جوانبها. إذا برد الحديد إلى ما دون الحرارة البرتقالية، أعد تسخينه في نار الفحم قبل المتابعة. كرر ذلك حتى تتراص الكتلة وتصبح قضيبًا كثيفًا يقارب شكل العارضة.

بمجرد أن تُدمج الكتلة الإسفنجية (البلوم) في قضيب صلب، أخمدها في دلو من الماء. يؤدي التبريد السريع إلى تثبيت الحديد في حالته المشغولة. افحص السطح — يُظهر حديد البلوم الجيد لونًا رماديًا فضيًا معدنيًا مع حبيبات ليفية مرئية على الحواف المكسورة. تُنتج شحنة خام نموذجية تزن 5 كجم ما بين 500 و1500 غرام من حديد البلوم القابل للاستعمال (نسبة إنتاج تتراوح بين 10% و30% أمر طبيعي لحديد المستنقعات). يمكن الآن طرق هذا الحديد المطاوع لصنع الأدوات والأسلحة والمسامير أو أي أدوات حديدية أخرى.