Mellem formidling og forskning – jern, jernudvinding og BBC2 på Herning Museum

Artikel sendt til Midtjyske Fortællinger 2012 - Museum Midtjylland


På optagelse med BBC2 - til højre udsendelsens fortæller:
Neil Oliver
 

I februar 2012 udvandt vi jern af myremalm på Herning Museum. Det foregik i to graders varme. Med byger af slagregn og vindstød på op til 20 m/s – vejrforhold, som ingen jernalderbonde med respekt for sig selv og sit håndværk ville have arbejdet under. Men denne jernudvinding var bestilt og betalt af BBC2, hvor produceren Jon Eastman havde brug for en kort sekvens om jernudvinding til TV-produktionen Vikings.
På trods af de ulige odds mellem formidling og forskning lykkedes det os at blive klogere på de jernudvindingsovne, som Herning Museum har udgravet i Stenbjerg-kvarteret i Snejbjerg. Forsøget sandsynliggjorde nemlig, at ovnene ikke altid har haft to, men også kan have haft tre, lufthuller i skakten. Og samtidigt opdagede vi – da vi udnyttede tiden mellem optagelserne – hvor nemt det er at pimpe ovnen med en både flot og holdbar rød farve. En lervælling blandet op med myremalm åbnede vores øjne for, at det slet ikke er sikkert, at alle jernalderens ovne var brune eller grå. Hvorfor ikke også røde? Samtidigt viste den kraftige vind os, hvor let ovnen kan trækkes uden brug af kunstig blæst – men at processen så er vanskelig at kontrollere. Måske brugte smeltemestrene ikke altid blæsebælge, der pustede luft ind i ovnen – men udvandt i stedet jern, når det blæste og anvendte så tørv til at begrænse lufttilførslen?
Så på trods af, at forsøget i 2012 alene var tilrettelagt ud fra formidlingsmæssige overvejelser, så fik vi ét reelt forsøgsresultat og to nye spørgsmål til overvejelse. Og det var slet ikke så dårligt.


Jern af myremalm
I Danmark fremstillede man jern af myremalm fra begyndelsen af jernalderen (fra omkring år 500 f. Kr.) til langt op i middelalderen (til omkring år 1550 e. Kr.) og landskaberne omkring Herning og Silkeborg har nogle særdeles interessante fund af jernudvindingsovne fra såvel den tidligste som den seneste tid. Men gennem alle de totusind år, hvor bønderne udvandt jern af den midtjyske myremalm, var de kemiske processer, der fandt sted inde i jernudvindingsovnen, de samme. Det var ovnens form og forholdene omkring den, der ændrede sig. For modsat den bonde, der udvandt jern i Snejbjerg i den første del af jernalderen, så havde bonden i middelalderens Vinderslev gennem generationer tilpasset og effektiviseret processen efter de tilgængelige råstoffer og lokale traditioner.



Myremalm i spand

Ved den gamle jernudvinding smeltede jernet aldrig. Jernet var hele tiden fast. Fra det blev gravet op som myremalm (jernoxid = Fe2O3) til det blev taget ud af ovnen (jern = Fe), renset og smedet til redskaber og våben. Jern smelter først omkring 1538oC. Og fordi jernet aldrig smeltede i de gamle ovne, så er jern helt anderledes end alle andre metaller i oldtiden, for de har alle sammen har været flydende på et eller andet tidspunkt i deres ”liv”. Genstande af jern er således ikke støbt og af blandet, flydende metal, men smedet sammen, stykke for stykke.
Hvis man skærer en gammel kniv eller et gammelt sværd over og kigger på tværsnittet under et mikroskop, kan man se, hvor mange stykker jern det er sat sammen af. Nogle gange er det et enkelt. Andre gange tre, fire eller fem. Måske fordi smeden kun havde små stykker jern – eller fordi han ville fremstille et redskab med helt specielle egenskaber og derfor kombinerede forskellige typer af jern: hårdt, sejt, blødt og smukt.

Tværsnit af kniv, der er smedet af tre stykker jern

Man kan også se svejsningerne mellem de forskellige stykker jern. En rutineret smed lagde en svejsning, der nu kun ses som et skift i materialet. Det var ham, der stod på de store handelspladser ved Hedeby eller Birka og smedede den ene kniv efter den anden gennem en hel sæson. Mens en mindre rutineret smed – den bonde, der smedede et par knive til sig selv og en god ven en gang i mellem – ofte lagde mere slaggefyldte svejsninger, der ikke hæftede helt så perfekt. Svejsningernes kvalitet kan altså være et fingerpeg om smedens evner.
Man kan også sætte forstørrelsen på mikroskopet yderligere op og kigge ind i de enkelte stykker jern. For inde i det gamle jern ligger der småbitte slagger, der er fulgt med fra udvindingsprocessen. De små slaggers kemiske sammensætning kan betragtes som et ”fingeraftryk” af sammensætningen i den myremalm, der blev anvendt til udvindingen. I Danmark arbejder man med at herkomstbestemme jernet på baggrund af disse små slagger, der så sammenlignes med den kemiske sammensætning i myremalm og i slagger fra jernudvindingspladser. På den måde kan man, i den ideelle verden, finde ud af, hvorfra myremalmen til et bestemt stykke jern i et sværd eller en kniv stammer.
Men jern var ikke bare jern. I jernalder, vikingetid og middelalder arbejdede smeltemestre og smede helt bevidst med forskellige kvaliteter af jern. Generelt gælder det, at myremalmsjern – modsat moderne jern, der tilsættes alle mulige stoffer for at gøre det slidstærkt, slagfast eller rustfrit – er meget rent. Myremalmsjern indeholder faktisk kun to fremmedstoffer: kulstof og fosfor. Så overordnet må myremalmsjern kunne inddeles i tre kvaliteter. Rent jern, kulstofjern og fosforjern.
Rent jern (med under 0,1 % kulstof eller fosfor) var den mest almindelige jernkvalitet. Det er blødt og nemt at smede og mange knive fra den tidlige jernalder er smedet af rent jern, ligesom nagler, søm og spænder er – og vikingetidens stigbøjler. Jernalderens ringbrynjer er også fremstillet af rent jern, med her er jernet ikke smedet, men trukket som tynde tråde. Og der skal trækkes mange, mange meter jerntråd, før man har nok til ringene i en brynje, der kan dække kroppen.
Kulstofjern (med op til 0,8 % kulstof) forekommer allerede i knivene fra før Kr. f. i Danmark, men kommer først systematisk i anvendelse i de danske vikingetidssmedjer. Især i knivene – for vikingerne havde forkærlighed for knive smedet af tre lag jern: to lag blødt jern med et lag kulstofjern i midten. Det er en optimal knivkonstruktion. En sådan kniv kan slides og slibes i det uendelige uden at tabe skær. Kulstofjern er hårdt og kan gøres endnu mere hårdt ved hærdning. Når smeden hærder jernet i en kniv, varmer han den gradvist op ved at lægge dens ryg på en rødglødende jernklods for så derefter at dyppe knivbladet i vand eller olie.
Fosforjern (med op til 0,9 % fosfor) er spændende, fordi man altid får en hel del fosforjern, når vi udvinder jern af myremalm fra Danmark. Det gør man ikke, hvis man udvinder jern af bjergmalm, sømalm eller af hæmatit. Fosforjern er hårdt som kulstofjern, men det er koldskørt, så man må ikke slå for længe på det. Ved smedeforsøg i Lejre har vi også fundet ud af, at det er "fedtet" og derfor nemt at svejse. Dertil får det en smuk sølvhvid farve, når det ætses med for eksempel urin og er således perfekt til mønstersvejsning. Mange af de frankiske sværdklinger er sandsynligvis smedet af jern med meget fosfor. Så fosforjern kan udmærket være grunden til, at især de midtjyske bønder levede godt af at producere jern. Det må have været en eftertragtet vare.

Forsøg med udvinding af jern fra myremalm
I Danmark er der foretaget adskillige forsøg med udvinding af jern fra myremalm. Mange er udført af spejdere, aftenskolehold eller på landets oplevelsescentre, hvor jernudvinding og smedning er aktiviteter, der trækker et stort besøgstal. Veldokumenterede eksperimenter, der er udført ud fra klare videnskabelige problemstillinger, er tidligst foretaget af civilingeniør Robert Thomsen på Varde Staalværk, men også i Sagnlandet Lejre er der gennem adskillige år eksperimenteret med jernudvinding og med smedning af myremalmsjern.
Ved et typisk jernudvindingseksperiment anvendes ler, træ og myremalm. Først brændes en del af træet til trækul i en mile. Så bygges ovnen med en grube, der er dækket af en cylinderformet skakt af ler magret med halm og myremalmen ristes på et åbent bål, ganske som det er beskrevet i slutningen af 1700-tallet af storbonden Ole Evenstad fra Østerdalen i Norge. Ved ristningen gennemgår myremalmen en række fysiske og kemiske ændringer, der er til gavn for den efterfølgende reduktionsproces. Således fordamper vandet og alle organiske bestanddele forkuller. Derved øges porøsiteten. Ristet myremalm kan let knuses i de valnøddestore stykker, der er den mest hensigtsmæssige størrelse i ovnen, og myremalmens kemiske sammensætning er ændret fra en dårligt defineret mineralblanding til en relativt veldefineret blanding af hæmatit, goethit og magnetit10. Ristet myremalm er mørk rødbrun, porøs, let og magnetisk.

Ristningsbål i museets have

Ved selve udvindingen forvarmes ovnen med brænde. Derefter fyldes den med trækul og ristet myremalm og temperaturen øges ved kunstig eller naturlig blæst. Når temperaturen er steget til nær 1200oC, og myremalmen gradvist er nået ned i ovnskaktens meget varme område omkring lufthullerne, begynder slaggen at flyde og jernet dannes som en fast masse. Der fyldes trækul og ristet myremalm i ovnen gentagne gange – ofte i vægtforholdet 1½:1 eller 1:1. Afhængigt af ovntype og procesforløb kan udvindingen vare mellem 10 og 30 timer og når den indstilles, ligger det færdige jern som en eller flere slaggefyldte klumper inde i ovnen. Ofte i ovnens varmeste zoner nær lufthullerne.

Martin Winther Olesen borer forsigtigt tre huller i ovnskakten

Første gang, der blev udvundet jern på Herning Museum, var i 2007 da Arne Jouttijärvi arbejdede i museets have sammen med en gruppe børn. Og et par år senere rekonstruerede Michael Nissen en af ovnene fra Stenbjerg-kvarteret i Snejbjerg og udvandt jern i den. Det var fundamentet af denne ovn, der stadig stod i haven i februar 2012 og da tiden var knap og ovntypen uden betydning for BBC-optagelserne, besluttede vi at bygge videre på den. Men den lange periode udsat for vind og vejr havde sat sit præg på ovnruinen, ligesom vinterens kulde havde dybfrosset den. Så først blev den forsigtigt tøet op i en varmekasse, så vi kunne bygge videre på den uden fare for, at den ville falde sammen.
Skønt jernudvindingsovnene fra Snejbjerg er usædvanligt velbevarede og veldokumenterede, ved man ikke meget om ovnenes konstruktion over jordniveau. Men museumsinspektør Martin Winter Olesen havde under udgravningen ved flere lejligheder iagttaget tre områder med kraftig slaggeafsmeltning inden for ovnkappen - et i hver side og et på bagsiden13. En tilsvarende fordeling af slaggen er også tydelig på det præparat, der står i museets udstilling. Og da slaggeafsmeltningen inde i ovnen altid er størst, hvor temperaturen er højest, kunne fordelingen på tre områder tyde på, at der ikke kun var de to lufthuller, som ovnen normalt rekonstrueres med, men også et tredje lufthul på bagsiden af ovnens skakt. Det måtte efterprøves. Samtidigt besluttede vi at bygge skakten højere end på de hidtidige rekonstruktioner af ovnene fra Snejbjerg, fordi vi ikke disponerede over blæsebælge med den fornødne volumen. Vi håbede, at den øgede skorstenseffekt ville kunne kompensere for de meget små blæsebælge. Efter sammenlagt 20 arbejdstimer var rekonstruktionen bygget.
Myremalmen hentede vi i Guldforhoved. Den var fast, lysebrun med mørke striber af mangan og ganske små og få lommer af sand. Det var en fin kvalitet og vi kasserede meget få stykker. I alt 68½ kg blev slået til hånd- og hovedstore stykker og ristet på et åbent bål i omkring 5 timer. Af den ristede myremalm anvendte vi 18½ kg, men lod 34 kg ligge, hvilket svarer til et vægtsvind ved ristningen på omkring 24 %.

Myremalmen blev hentet i Guldforhoved

Udvindingen varede 13 timer og 45 minutter. Vejret først på dagen var forholdsvist tørt, men eftermiddagen var præget af stadigt tiltagende regnbyger og temperaturen lå omkring +2oC. På grund af blæsten, der havde vindstød på op til 20 m/s, føltes det meget koldt. Alligevel var der ingen problemer med at øge temperaturen i ovnen så snart vi begyndte at anvende trækul efter forvarmningen med brænde. I alt brugte vi omkring 3 m3 brænde dels til ristningsbålet men også til den meget lange opvarmning af ovnen, da vi timede udvindingen til BBC-holdets ankomst. Desuden brugte vi 32 kg lidt uens trækul, hvor vi anvendte de største først. Termometer benyttedes ikke, da vi aflæste temperaturen på flammernes farve og på lydene inde i ovnen. Der blev lagt ristet myremalm i ovnen seks gange.
Under arbejdet i haven fandt vi et par poser med myremalm, der var indsamlet på udgravningen på Hvidhøjgård og fik den idé, at blande denne meget røde, pulveragtige myremalm i lervællingen, som vi med jævne mellemrum strøg over ovnskakten. Resultatet var, at skakten fik en dækkende, rustrød farve, der viste sig holdbar ikke alene til brændingen, men også lang tid senere.



Ovnskakten males med myremalmen fra Hvidhøjgård


Vi behøvede ikke at have bekymret os om de små blæsebælge. Den kraftige blæst gav os ingen vanskeligheder med at komme op i temperatur, men der imod problemer med at styre temperaturen og især med at reducere den. Efter omkring 8 timers arbejde var flammen over ovnen hvidgul, hvilket tydede på, at temperaturen i ovnen var ved at blive for høj og der derfor var fare for, at jernet ville brænde i stedet for at samle sig. Med et stykke tørv foran hvert lufthul reducerede vi lufttilførslen og snart blev flammen tydeligvis mere gullig. På samme måde kunne vi, da først det ene hullerne efter 10 timer og sidenhen alle hullerne begyndte at slagge til, fjerne tørven og på den måde øge lufttilførslen og dermed temperaturen. De små blæsebælge lagde vi kun frem, når TV-optagelserne krævede det.
Efter næsten 14 timers brænding afsluttede vi processen. Dels på grund af mørket og vejret, men også fordi BBC2 ønskede det. Ærgrelsen over at afslutte en jernudvinding, der var godt i gang, blev rigeligt opvejet i det første morgenlys: nede i ovnen lå tre tydelige slaggeafsmeltninger. En bagtil og en i hver side. Ganske som der gjorde i et par af ovnene fra Stenbjerg-kvarteret i Snejbjerg.


Optagelse med meget små blæsebælge

Så på trods af, at jernudvindingen i 2012 alene var tilrettelagt ud fra formidlingsmæssige overvejelser, så fik vi faktisk et helt reelt forskningsresultat. Desuden lærte vi at styre jernudvindingsprocessen. Ikke ved at tilføre luft, som det hidtil er gjort, men ved at reducere lufttilførslen. Og så er vi blevet nødt til at genoverveje, om fortiden virkelig var så brun og grå, som vi ofte forestiller os den var – det kunne jo være, at det ikke alene var jernudvindingsovnene, som man malede med myremalm.



Aftenbillede af ovnen i blæst