สร้างเตาถลุงแบบบลูมเมอรีและถลุงเหล็ก — ยุคเหล็ก

การออกแบบ: เตาทรงปล่อง

เตาบลูมเมอรีคือปล่องสูงที่สร้าง คอลัมน์รีดิวซ์ — ใส่แร่และถ่านจากด้านบน เป่าลมเข้าจากด้านล่าง และบลูมเหล็กจะสะสมที่ก้นเตา

ข้อกำหนด

• ความสูง: 80-120 ซม. ขนาดที่พบบ่อยของเตาทดลองขนาดเล็ก (ปล่องที่สูงกว่าให้เวลาแก๊สรีดิวซ์แร่ได้นานขึ้น)
• เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน: 25-35 ซม.
• ความหนาผนัง: 10-15 ซม. (ส่วนผสมดินเหนียว/ทราย เหมือนเตาเผา)
• ท่อลม (tuyère): ท่อดินเหนียวที่มีรูกว้างไม่กี่เซนติเมตร เจาะผ่านผนังใกล้ก้นเตา เหนือแอ่งเตา และเอียงลงไปทางกึ่งกลาง ความสูงและมุมแตกต่างกันไปในแบบเตาที่ผ่านการทดสอบแล้ว จึงควรเอาจากแบบที่มีเอกสารเพียงแบบเดียว แทนที่จะผสมตัวเลขจากหลายแหล่ง
• ช่องโค้งสำหรับนำบลูมออก (ไม่บังคับ): ช่องเปิดที่ฐานไว้นำบลูมออก ปิดด้วยดินเหนียวระหว่างการถลุง

การก่อสร้าง

1. สร้าง ฐานดินเหนียวทรงกลม ที่มีแอ่งตื้นคล้ายชาม (แอ่งเตา) ที่นี่คือที่บลูมก่อตัว
2. ใช้ เทคนิคขดเส้นดิน (coil) จาก Blueprint 02 ก่อให้สูงขึ้น
3. ติดตั้งท่อลม (ท่อดินเหนียว) ผ่านผนังที่ความสูงตามแบบที่คุณเลือก เหนือแอ่งเตา
4. ปล่อยให้แห้ง ตั้งแต่หลายวันถึงหนึ่งสัปดาห์หรือนานกว่า ขึ้นกับสภาพอากาศ เตาบลูมเมอรีหนากว่าเตาเผาจึงต้องใช้เวลาแห้งนานกว่า
5. เผาบ่มด้วยไฟที่ร้อนขึ้นทีละน้อย (ขั้นตอนเดียวกับ Blueprint 02)

การเตรียมแร่

1. คั่ว แร่บนไฟเปิดสักสองสามชั่วโมง ช่วยไล่ความชื้นและสิ่งเจือปนบางส่วน เปลี่ยนออกไซด์ที่มีน้ำ และทำให้แร่หินทุบง่ายขึ้น
2. ทุบ แร่ที่คั่วแล้วให้ได้ ขนาดเมล็ดเฮเซลนัท (1-2 ซม.) อย่าละเอียดเกินไป — ลมต้องผ่านได้
3. ล้าง แร่ที่ทุบแล้วเพื่อกำจัดดินเหนียวและสิ่งเจือปนเบา ๆ

การถลุง (6-10 ชั่วโมง)

1. อุ่นเตา: เติมถ่านไม้ให้เต็มเตาแล้วจุดไฟ ปล่อยให้ลุกพร้อมเครื่องสูบลม (bellows) ราวหนึ่งชั่วโมง เติมถ่านเรื่อย ๆ จนทั้งปล่องร้อน
2. การป้อนครั้งแรก: ใส่ถ่านที่ชั่งแล้วหนึ่งชุด แล้วใส่แร่ที่ชั่งแล้วหนึ่งชุดทับด้านบน ชั่งน้ำหนักแต่ละชุดแทนการกะจากความหนาของชั้น: ตลอดการถลุง ถ่านและแร่ใช้ในน้ำหนักใกล้เคียงกัน และถ่านช่วยรักษาบรรยากาศให้เป็นรีดิวซ์
3. ป้อนต่อเนื่อง: ทุกครั้งที่คอลัมน์ยุบลงหนึ่งชุด ให้เติมถ่านแล้วตามด้วยแร่อีกชุดจากด้านบน
4. เครื่องสูบลม — ไม่หยุด: สองคนผลัดกัน หรือเครื่องสูบลมแบบทำงานสองทาง ลมต้องไม่ขาด: ถ้าไม่มีลมอัด เตาจะเย็นลงเร็วมาก
5. การระบายตะกรัน: ตะกรันหลอมเหลว (แก้วเหลวที่ ~1200 °C) สะสมอยู่เหนือบลูม ถ้าเตามีรูระบาย ให้เปิดเป็นระยะเพื่อปล่อยตะกรันออก ถ้าไม่มี ตะกรันจะค้างอยู่ในแอ่งเตา แอ่งจึงต้องลึกพอที่ตะกรันจะไม่ขึ้นมาถึงท่อลมจนปิดทางลม
6. ระยะเวลา: ทำงานต่อเนื่อง 6-10 ชั่วโมง การถลุงเสร็จเมื่อคุณใช้แร่หมดแล้ว

สิ่งที่เกิดขึ้นภายใน

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

คาร์บอนมอนอกไซด์ (จากถ่าน) รีดิวซ์เหล็กออกไซด์เป็นเหล็กโลหะ แต่ต่างจากทองแดง เหล็ก ไม่เคยหลอมเหลว — มันก่อตัวเป็นอนุภาคของแข็งที่เชื่อมติดกันเป็นก้อนพรุนคล้ายฟองน้ำ (บลูม) ซึ่งจมอยู่ในแอ่งตะกรันเหลว

การนำบลูมออก

1. นำบลูมออกเมื่อจบการถลุง ขณะที่ยังอยู่ที่ความร้อนระดับเชื่อม อัดให้แน่นทันทีจะง่ายที่สุด และยังนำไปเผาใหม่ภายหลังได้
2. ถ้ามีช่องโค้ง: ทุบดินที่ปิดไว้แล้วใช้คีมดึงบลูมออก
3. ถ้าไม่มีช่องโค้ง: ทุบส่วนล่างของเตาเพื่อนำบลูมออก (เตาถือเป็นของสิ้นเปลือง — เตาบลูมเมอรีในประวัติศาสตร์จำนวนมากใช้ครั้งเดียว)

สิ่งที่คุณควรเห็น

ก้อนหยาบพรุน — จากการถลุงขนาดเล็กมักมีขนาดราว เกรปฟรุตลูกใหญ่ — สีน้ำตาลแดงถึงเทาเข้ม คล้ายฟองน้ำ มีตะกรันลักษณะแก้วติดอยู่ทั่วทั้งก้อน นี่คือ บลูม ของคุณ

การอัดให้แน่น (ขั้นตอนสำคัญ)

บลูมดิบเต็มไปด้วยตะกรัน เศษถ่าน และโพรง ต้อง ตีขณะยังร้อน เพื่อบีบสิ่งเจือปนออกและเชื่อมอนุภาคเหล็กเข้าด้วยกัน:

1. ทำงานกับบลูมที่ ความร้อนระดับเชื่อม — เหลืองสว่างถึงขาวอมเหลือง — และเผาใหม่ในเตาช่างตีเหล็กทุกครั้งที่มันเย็นลง
2. วางบนทั่งและ เริ่มด้วยการตีเบา ๆ: บลูมที่เพิ่งออกมาเปราะและอาจแตกกระจาย ตีแรงขึ้นเมื่อมันเริ่มยึดกันได้ — ตะกรันพุ่งออกเป็นประกายไฟและหยด น่าตื่นตาและอันตราย สวมแว่นป้องกันและให้ผู้ชมอยู่ห่าง ๆ
3. เมื่อแน่นแล้ว ให้ตัด พับ และเชื่อมซ้ำเพื่อทำให้บริสุทธิ์ยิ่งขึ้น เตรียมใจว่าต้องเผาหลายรอบ
4. การเชื่อมแต่ละครั้งปิดโพรงมากขึ้นและไล่ตะกรันออกมากขึ้น
5. หลังอัดแน่นแล้ว คุณจะได้แท่งหยาบของ เหล็กดัด (wrought iron)

ห่วงโซ่นวัตกรรมครบถ้วน

ตอนนี้คุณได้ไล่เส้นทาง ไม้ → ถ่านไม้ → เตาเผา → ทองแดง → สำริด → เหล็ก แล้ว แต่ละขั้นตั้งอยู่บนขั้นก่อนหน้า แต่ละขั้นต้องอาศัยความรู้ที่สะสมมา นวัตกรรมทำงานเช่นนี้ — ไม่ใช่สิ่งประดิษฐ์ที่แยกขาดจากกัน แต่เป็นห่วงโซ่ที่เชื่อมโยงกัน ซึ่งแต่ละความสามารถเปิดทางให้ความสามารถถัดไป

อะไรต่อไป

เหล็กบลูมของคุณใช้งานได้แต่ยังอ่อน นวัตกรรมถัดไปในห่วงโซ่:

• การเติมคาร์บอน (carburization): ห่อเหล็กในถ่านแล้วเผาหลายชั่วโมง → คาร์บอนแพร่เข้าไป → เหล็กกล้า (แข็งขึ้น)
• การชุบแข็ง (quenching): เผาเหล็กกล้าจนแดงแล้วจุ่มน้ำ → เกิดมาร์เทนไซต์ → แข็งมากแต่เปราะ
• การอบคืนตัว (tempering): อุ่นเหล็กกล้าที่ชุบแล้วซ้ำจนถึงอุณหภูมิที่กำหนด (สีอบคืนตัวสีน้ำเงินราว 300 °C) → ยอมเสียความแข็งไปเล็กน้อยเพื่อความเหนียวที่มากขึ้นมาก
• การเชื่อมลวดลาย (pattern welding): พับและเชื่อมเหล็กกล้าที่มีคาร์บอนต่างกันเข้าด้วยกัน → เหล็กกล้าเชื่อมลวดลาย (มักถูกเรียกอย่างไม่ถูกต้องนักว่า "ดามัสกัส")

แต่ละอย่างจะเป็น blueprint ในอนาคตบนเส้นทางนวัตกรรม