Ireneusz Suliga

Próba metalurgicznej weryfikacji archeologicznej koncepcji K. Bielenina „powierzchni swobodnego krzepnięcia” starożytnych kloców żużlowych, na podstawie kloca z Kowalkowic, gm. Waśniów

Streszczenie

Praca stanowi metalurgiczną weryfikację tez zawartych w koncepcji „powierzchni swobodnego krzepnięcia” prof. K. Bielenina (K. Bielenin 1998-1999, 2002, 2005 Koncepcja dotyczy ostatniej fazy procesu redukcji i etapu formowania kloca żużlowego. Implikacje obserwowanej na licznych klocach „równej na ogół powierzchni żużla, na której widzimy stan swobodnego zakrzepnięcia”(K. Bielenin 2002,15) sformułował Profesor w 12 punktach, które można podzielić na hipotezy dotyczące postaci łupki żelaznej i miejsca jej położenia w szybie pieca dymarskiego oraz na hipotezy dotyczące kloca żużlowego. Wśród tych ostatnich, szczególną uwagę autora zwróciła hipoteza jednorazowego spustu żużla do kotlinki piecowej oraz jego wcześniejsze oddzielenie od łupki żelaznej, zalegającej zapewne powyżej powierzchni utworzonego kloca, co skłoniło autora do podjęcia próby weryfikacji tez prof. K.Bielenina.

Założono, że kloc żużlowy uformowany w sposób zgodny z powyższymi tezami będzie krystalizować z dużej masy ciekłego żużla, wypełniającego relatywnie chłodną kotlinkę. Jego makrostruktura powinna być zatem ukształtowana w sposób typowy dla odlewów w zimnej wlewnicy, wykazując zróżnicowanie wielkości i kierunkowości krystalitów na jego przekroju oraz segregację faz na przekroju kloca.
Obiektem prezentowanych badań były kloc żużla z Kowalkowic, gm Waśniów( nr inw. 523/1) o średnicy 32x30cm, wysokości 21cm i wadze 52 kg. Kloc był luźnym znaleziskiem w warstwach dymarsko-osadniczych, z okresu wczesno-rzymskiego i został sklasyfikowany jako kloc średniej wielkości, z małych piecowisk nieuporządkowanych (K. Bielenin 1992)

Kloc przecięto pionowo, na całej wysokości. Przeprowadzono obserwacje makrostruktury kloca na powierzchniach przekrojów oraz badania mikrostruktury, składu chemicznego i fazowego na próbkach penetracyjnych Ø10x35mm, pobranych z osi kloca i jego powierzchni bocznej. W badaniach zastosowano technikę mikroskopii optycznej, mikroskopii skaningowej, mikroanalizy rentgenowskiej oraz dyfrakcyjnej rentgenowskiej analizy fazowej.

Obserwacje makroskopowe struktury krystalicznej przekrojów kloca wskazują, że krystalizacja kloca następowała w sposób ciągły, w całej objętości żużla wypełniającego kotlinkę. Brak jest dowodów na stopniowe ściekanie żużla do kotlinki i etapową krystalizację. Wypływka żużla w kanale dokotlinkowym krystalizowała równocześnie z klocem i wykazuje z nim ciągłość strukturalną. Na przekroju widoczne są przekroje licznych pęcherzy gazowych oraz resztki węgla drzewnego, rudy i materiałów polepy. Przy ściankach kotlinki żużel przereagował z lessem, tworząc stopy z układu FeO-Al2O3-SiO2.

Badania próbek penetracyjnych wskazują na segregację niżej topliwych przed frontem krystalizacji, przebiegającej w całej masie kloca, od ścianek bocznych i dna kotlinki, do jego środka.
Zaobserwowano ponadto skupiska metalicznego żelaza w środkowej części kloca, w postaci sieci otoczek pęcherzy gazowych i resztek węgla drzewnego. Fazę żelaza uznano za wynik wtórnej redukcji skladników żużla: fajalitu Fe2SiO4, lub wiustytu FeO, przy udziale reduktora w postaci tlenku węgla CO i węgla drzewnego

Powyższe badania mają charakter badań wstępnych i zostaną pogłębione szczegółową analizą zmian strukturalnych na przekroju kloca, jak również poszerzone na inne obiekty reprezentujące starożytne hutnictwo świętokrzyskie.

Podpisy pod rysunkami

Ryc. 1. Górna powierzchni kloca z Kowalkowic z widocznymi płaszczyznami przekroju
Fig.1. The upper surface of the block from Kowalkowice with visible cross-sections



Ryc.2. Powierzchnia przekroju A-A kloca żużlowego z Kowalkowic, Mikrostruktura i wyniki analizy chemicznej w mikroobszarze (A –Al2O3, S –SiO2, K-K2O, C-CaO, F-Fe2O3)

Fig.2. The cross-section surface A-A of the slag block from Kowalkowice. Microstructure and microanalysis results