Hitze von der Seite, Hitze von vorn

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Trockenübungen mit den Blasebälgen: T Chabert und P. Süßer spielen sich aufeinander ein.

Dank Windstille und einer großzügigen Wässerung des umliegenden Areals über die laboreigene Regenwasserzisterne konnte heute nun doch der Ofen nach Mitterberger Vorbild angefeuert werden. Während dessen erhielten alle Teilnehmerinnen und Teilnehmer die Möglichkeit, die Bedienung der Blasebälge und das richtige Zusammenspiel miteinander zu üben. Sobald zwischen den Düsen 1000 °C erreicht waren, wurden die Blasebälge jedoch für den Ofen selbst benötigt, sodass alle direkt die Gelegenheit hatten, das Geübte im Ernstfall anzuwenden.

Sobald zwischen den Düsen die 1200 °C erreicht wurden, wurde der Ofen bis zum Rand mit Holz gefüllt. Nach kurzer Zeit wurden die ersten Kellen Erz auf das Holz gestreut. Anschließend wurden immer Holz und Erz aufgelegt, begleitet von gelegentlichem Verdichten der Holzkohle. Um auch dem letzten Erz ausreichend Zeit zum Schmelzen zu geben, wurde nach der Platzierung der letzte Kelle Erz der Ofen noch ca. 2 Stunden weiter befeuert.

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Schmelzmeisterin E. Hanning befreit die Düsen von Schlacke und geschmolzener Ofenwand. An den Blasebälgen K. Mittelstädt (hinten) und T. Chabert (vorn).

Im Gegensatz zu unserem ersten Versuch wurden Temperaturen jenseits der 1500 °C erreicht, was ein nachhaltiges Abschmelzen der Ofenwand bedeutete und damit für die Schmelzmeisterin E. Hanning schon sehr früh im Prozess einigen Aufwand um die Düsen von Schlacke und Ofenwand freizuhalten.

Doch nicht nur den Schmelzmeistern wurde es während des Versuches ordentlich warm. Temperaturen von fast 40 °C ließen auch die Arbeiter an den Blasebälgen kräftig ins Schwitzen kommen. Viel trinken, guter Sonnenschutz sowie ein häufiges Auswechseln der Blasebalg-Bediener hatten daher oberste Priorität während des Versuches.

Um das Ergebnis zu sehen, bedarf es etwas Geduld. Erst morgen Nachmittag wird die restliche Holzkohle nieder gebrannt und der Ofen so weit abgekühlt sein, dass die Ofenwand abgetragen und die überschüssige Holzkohle entfernt werden kann.

Let the Smelting begin 2.0 – Now, even smeltier

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P. Süßer refreshing the clay-lining of the furnace walls

Author: Philip Süßer

Yesterday the big day had come, the first group of volunteers arrived and were ready to fire up some ovens. After the obligatory introduction and health and saftey instructions, the preparations could begin. Wood chopping, ore grinding and furnace lining – all of us were fully engaged.

With all that said and done, we are not yet sure whether we will be able to take our freshly built furnace for a ride tomorrow. The Heat and the absence of rain might force us to postpone the experiment….

Die Erzperimente starten – jetzt aber richtig

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P. Süßer erneuert die Lehmauskleidung des Ofens.

Gestern war es endlich soweit. Die ersten Helferinnen und Helfer kamen an. Nach den obligatorischen Belehrungen ging es an die Vorbereitungen für die Versuche. Holz hacken, Erz zerkleinern, Ofen auskleiden – es gab viel zu tun!

Allerdings ist noch völlig offen, ob wir morgen den Ofen überhaupt anfeuern können. Die hohen Temperaturen und der fehlende Regen könnte dafür sorgen, dass wir das Experiment verschieben müssen…

Die Erzperimente starten!

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E. Hanning gibt eine Portion Erz in den Ofen während S. da Zilva und T. Rose die Blasebälge bedienen.

In der letzten Juniwoche war es endlich soweit: Einer der beiden Öfen wurde in Betrieb genommen! Ein Teil des gerösteten Erze wurde nach und nach zusammen mit Holz in den vorgeheizten Ofen gegeben. Wir saßen für ca. 3,5 Stunden an den Blasebälgen und erreichten mehr als 1400 °C vor den Düsen. Während der Ofenreise wurde fast 240 kg Holz verfeuert. Nachdem wir die Arbeit an den Blasebälgen beendet hatten, dauert es noch einen Tag, bis die verbliebene Holzkohle so weit abgekühlt war, dass man sie aus dem Ofen entfernen konnte. Erst nach einem weiteren Tag war auch der Schlackenklotz ausreichend abgekühlt. Als wir ihn aus dem Ofen holten, hatten die Ofenwände aber noch immer eine für kalte Winternächte kuschelige Temperatur. Wir zerschlugen den Schlackenklotz um den Kupferstein von der Schlacke zu trennen. Obwohl die Temperaturverteilung im Ofen nicht optimal war, erreichten wir eine sehr gute Trennung des Kupfersteins von der Schlacke.

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S. da Zilva schaut aufmerksam nach den Tiegeln in der Feuergrube. E. Hanning and T. Rose sitzen an den Blasebälgen.

Während der Ofen abkühlte gruben wir innerhalb von zwei Stunden eine Feuergrube und kleideten sie mit Lehm aus. In dieser Grube sollten die Experiment mit dem Malachit-Erz ablaufen. Die Grube wurde vorsichtig erhitzt um den Lehm zu trocknen. Während dieser Zeit formten wir die Schmelztiegel und legten sie an den Rand der Feuergrube zum trocknen. Nach ein oder zwei Stunden wurde in dieser ein Holzkohlebett erzeugt, in das anschließend mit Erz und Holzkohle gefüllten Tiegel gestellt wurden. Besonderes Augenmerk legten wir darauf, dass die Tiegel jederzeit mit Holzkohle überdeckt waren. Sonst würde der Luftsauerstoff das geschmolzene Erz sofort oxidieren und wir würden kein Kupfer erhalten. Nach ca. 20 min war es dann soweit, das Erz war geschmolzen. Wir schreckten die Tiegel in einem Eimer voll Wasser ab. Sofort sahen wir den rötlichen Glanz des Kupfers und wussten, dass wir erfolgreich Kupfer erzeugt hatten.

Let the smelting begin!

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E. Hanning places a batch in the ofen while S. da Zilva and T. Rose operate the bellows.

In the last week of June, the great moment had finally come: One of the furnaces was operated for the first time! A batch of roasted ore was  little by little placed in the preheated furnace, alternated with layers of wood. We operated the bellows about 3.5 hours and reached more than 1400 °C in front of the tuyeres. During this furnace campaign,  nearly 240 kg of wood were consumed. After the bellows stopped, it took one day until the remaining charcoal had cooled down enough to remove it. The slag cake took another day to cool down. And even then the furnace walls had the cozy temperature for an oven in cool winter nights. We crushed the slag cake and separated the matte from the slag. Although the temperature distribution within the furnace was less than ideal, separating the matte from the slag was  easier than expected.

 

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S. da Zilva carefully watching on the crucibles in the fire pit while E. Hanning and T. Rose are on the bellows.

During cooling of the furnace we took two hours to dig a fire pit and lined it with clay to use for the experiments with malachite ore. We heated the pit slowly to dry the clay. During this time we prepared crucibles of different shape and placed them on the margin of the fire pit to dry. After one or two hours we established a bed of charcoal in the pit and filled the crucibles with ore and charcoal. The crucibles were placed in the center of the fire pit and special care was taken that they were permanently surrounded by glowing charcoal. This was important because otherwise the oxygen from the air will oxidize the melted ore immediately and we won’t be able to produce copper. After about 20 min the ore in the crucible was molten. We quenched the crucibles in a pot of water revealing the shiny red of the copper in some of them, indicating our successful conversion of the malachite.

Vorbereitungen #2

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E. Hanning arbeitet an der Kiessschicht vor den Öfen.

Im Juni sorgten wir für eine höhere Arbeitssicherheit an den Öfen. Wir gruben eine Arbeitsplattform hinter den Öfen, um sicher an den Öfen stehen und laufen zu können. Damit die Bediener der Blasebälge mehr Platz haben, haben wir den Bereich vor den Öfen erweitert.
Außerdem wurden die Teile für die ledernen Blasebälge aus Häuten ausgeschnitten und mit einer Ahle zusammengenäht. Die Lehm-Düsen wurden ebenfalls vorbereitet und in einem elektrischen Ofen gebrannt.

Preparations #2

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E. Hanning working on the pebble layer in front of the furnaces.

In June, we enhanced the surrounding area of the furnaces for safer working conditions. We installed a working platform behind the furnaces to allow a secure stand during the smelting. Additionally, we widened the trench before the furnaces to give the bellow operators more space. The bellows were made from leather, cut from a complete hide and sewn with an awl. We also prepared the clay tuyeres and burned them in an electric furnace.

Rösten

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Der glühende Röststapel in der Nacht.

Wir errichteten aus dem zerkleinerten Erz mit Holz einen Röststapel. Nach dem Anzüden des Röststapels legten wir mehrfach zusätzliches Holz auf und ließen ihn fast zwei Tage lang brennen. Allerdings sahen wir anhand der Temperaturen im Inneren des Stapels, dass der Schwefel die Röstreaktion selbstständig am Laufen hielt. Wir waren völlig überrascht, dass wir die Reaktion auf Grund von bevorstehenden Feiertagen sogar beenden mussten. Niemand von uns hatte gedacht, dass wir es schaffen würden, einen Röststapel zu errichten, bei den die Röstreaktion derart lange selbstständig weiterläuft.

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Schwefelausblühungen auf Holzkohle.

Der starke Geruch von Schwefel war dabei unser ständiger Begleiter. Am schlimmsten war er während der Dokumentation des Röststapels, als in einigen Bereichen im Inneren des Stapels die Reaktion durch den Kontakt mit Luftsauerstoff erneut Fahrt aufnahm.

Das Ergebnis waren wunderschön abgegrenzte Rösterzstücke mit einem unreagierten Kern und einem deutlichen Rand aus reagiertem, durch Eisenoxide rotverfärbtem Erz.

Roasting

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The glowing roasting pile at night.

We stacked the crushed ore with wood to a roasting pile. After lighting the pile we added multiple new layers of wood and let it burn nearly two days. From the temperature in the center of the roasting pile we saw that the sulfur kept the roasting reaction going by itself. We were utterly surprised that we even had to stop the reaction due to upcoming holidays. Nobody of us thought we would be able to build the pile a way that the desulfurization kepp going on by itself for that long.

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Sulfur efflorescence on charcoal.

The strong smell of the sulfur permanently accompanied us during this time and getting even wors during the documentation when some parts in the center of the roasting pile came in contact with oxygen and started to react again.

The result were beautifully zoned roasted ore pieces with an unroasted core and a clear rim of reacted, reddish iron oxides.

Vorbereitungen #1

Die Vorbereitungen für die Experimente begannen im frühen April und sollten etwa zwei Monate dauern. Während der ersten Tage wurden das Röstbett gebaut und unter den wachsamen Augen von Sam die Gruben für die Öfen ausgehoben. Mit Hilfe von Lehmmörtel wurden die Ofenwände aufgemauert und die Öfen mit Lehm ausgekleidet. Überraschenderweise dauerte der Bau der Öfen und des Röstbettes nur drei Tage, obwohl es nicht leicht war, in den Ausschuss der ehemaligen Steinbrüche zu graben.

Sam überwacht T. Rose beim Dokumentieren der Ofengruben.

Anschließend begannen wir mit der Zerkleinerung des Erzen. Eine Tätigkeit perfekt für den Abbau von Agressionen, vor allem solchen, die durch die unglaublich zähen Erzstücke aufkamen, bei denen Erz und Gangmaterial eng miteinander verwachsen sind. Insgesamt zerkleinerten wir ca. 140 kg Erz.