Týden v josefovské kovárně aneb kterak bezprizorní nováčci pozoruhodná zjištění učinili...

Především pro jistého horlivého geologa (D.T.), jenž by nejraději neustále tavil neznámé rudy, vyráběje tak ať už železné houby či jen struskové ‚čižmy‘, nebyly předpoklady na květnový Josefov 2018 zrovna nadějné. Ostravským kolegům z VŠB-TU Báňské pod vedením Doc. Z. Tomana se nepovedlo sehnat jednu z posledních plánovaných experimentálních rud ze švédské Kiruny, aby bylo posléze ve Vídni stran strusek zase co drtit, mlít a rentgenovat, a tamější přístroje jen nečinně nestály. Navíc nastala i drobná uhelná krize vlivem jeho nadměrné spotřeby během předchozího roku, kdy pro udržení hutnických procesů v chodu po celý týden bylo nyní nutno dokonce předčasně vyhrnout uhlí strhnutím již zuhleného vrcholu ještě hořícího milíře.
Pro kovářské účely se dřevěného uhlí spotřebuje výrazně méně nežli na tavby v kusové peci. Přenechali jsme tedy s kolegy Bohumilem Horákem a později dorazivším Martinem Hrubým většinu hutnických orgií s místní rudou učňům z Česka, Norska i Chorvatska pod vedením Ondřeje Merty, a rozhodli se namísto letos nepřítomných kovářů zastat jejich funkci, a vyzkoušet si zpracování surové železné houby na kovový polotovar. Je pozoruhodné, kolik zajímavých zjištění bylo učiněno již během této naší první kovářské kampaně...

Výheň v provozu

Již v úterý jsme se s Bobem vrhli na opravu, respektive rekonstrukci výhně, z níž zbyl pouze kamenný sokl. Ten se ukázal být o něco nižší, než by si záda vzrostlého člověka přála, což spravily dvě vrstvy cihel lepené kaolínem, jež měla naštěstí v přebytku keramická kolegyně Alžběta Netopilová. Získaná vodorovná plocha a zároveň dno budoucí výhně se takto ocitla ve výšce, kdy lze pracovat již ve zcela vzpřímené poloze. Po sestavení čelní svislé stěny s přívodem vzduchu z cihel slepených spraší jsme se rozhodli ponechat druhou svislou stěnu neslepenou, což umožňuje měnit šířku topeniště. Po kratší debatě s josefovským vrchním mistrem (po staročesku 'Hauptmeisterem') O. Mertou bylo rozhodnuto použít pro dmychání jeden z velkých jednočinných hutnických měchů, navzdory horší charakteristice ohřevu materiálu kvůli dodávce vzduchu do výhně v podobě pulzů místo souvislého proudu.

Takhle prosí muži...
Stavba základu výhně
Hotová výheň antického vzhledu
Dmýchání vzduchu do výhně

Další den jsme již mohli uvést celé zařízení do provozu. Brzy se objevil první problém – k dispozici bylo pouze nadrcené uhlí, míněné pro tavby v kusových pecích. Úlomky uhlí byly povětšinou tak lehké, že některé byly unášeny dmýchaným vzduchem pryč z výhně. Ohnivá fontána sršící z výhně poněkud antického vzhledu, jíž jsme proto přezdívali ‚foggia di Napoli‘ (neapolská výheň), takto svým chováním vskutku připomínala Neapoli blízkou notoricky známou sopku Monte Vesuvio, kdy nyní ovšem žhavé úlomky nepadaly na Pompeje, nýbrž na naše holé hlavy. Spotřeba uhlí byla rovněž významná. Naštěstí kusy nového hrubého uhlí, vyhrabané z milíře po dvou dnech, tento jev díky své vyšší hmotnosti znemožnily.

Abychom to měli ještě složitější, rozhodli jsme se namísto boraxu pro svařování použít coby tavivo břečku z hlíny z Babic nad Svitavou granitického charakteru, podobně jako to dělají Japonci. Zeminu jsme nabrali z hromady u výkopu na jednom staveništi poblíž obecního fotbalového hřiště, se svolením a konsternovaným pohledem majitele stavby.

Jako výchozí materiál k překování jsme dostali dvakrát naseklou lupu. Tu jsme namočili do hliněné břečky, ohřáli na svařovací teplotu a začali ji kovat na střed. Po asi třech ohřevech jsme se rozhodli zkusit svařit ony dva záseky pro získání jednolité hrudy kovu, což se ovšem nepovedlo. Již v této fázi se jevilo, že tavenina z naší hlíny je příliš vazká, a neplní tak roli taviva, zatékajícího do úzkých štěrbin určených ke svaření, tak jako by se dalo očekávat od standardně užívaného boraxu. Navíc je dosti složité až nemožné dodávat nové tavivo na povrch kovu v horkém stavu. Dochází k okamžitému vývinu páry, jenž odmrští materiál pryč, a povrch kovu zůstane čistý. Pro tuto chvíli jsme tedy rozhodli v této fázi ideu svaření opustit, rozdělili jsme houbu na tři kusy podél stávajících záseků a kovali každý kus zvlášť.

Před každým procesem svařování, například pro eliminaci vznikajících trhlin při následné transformaci na hranol, bylo nutno omočit daný kus kovu v hliněné břečce ve vychladlém stavu a poté jej zase znovu ohřát až na svařovací teplotu za náležitě zvýšené spotřeby uhlí. Při svařovací teplotě bylo možno se činit tak po dobu dvou až tří ohřevů, počemž pro eventuelní pokračování bylo opět nutno nechat kus vychladnout a znova jej obalit. I při střídání všech tří kusů byly časové prodlevy významné. Pokud to řešili tímto způsobem, byli naši předci nuceni zpracovávat alespoň 10-15 kusů kovu zaráz, kdy některé chladly pro obalení, a jiné byly již opět ohřívány. K našemu nováčkovskému úžasu však nyní svařování fungovalo, dokonce se nám několikrát povedlo eliminovat vznikající trhliny vedoucí napříč hranolem! Dost možná i proto, že roli taviva hrály i roztavené struskové vměstky v kovu samotném... Přílišnému praskání jsme předcházeli kováním ‚na kant‘, srážeje pravoúhlé hrany, odkud se trhliny povětšinou šíří.

Tímto způsobem jsme byli schopni celkem bez problému, a pouze s cca. jedním či dvěma dodatečnými cykly svařování, když se nějaká ta trhlinka objevila, získat tři ploché kusy stejné šířky, jeden z každého ze tří původních kusů houby, jež jsme hodlali svařit k sobě coby třívrstvý paket. Svázali jsme je k sobě po slícování kováním jediným dostupným drátem, obalili za studena v naší hliněné břečce, a ohřáli na požadovanou teplotu. Na kovadlině bylo opět jasně vidět vazký charakter námi použitého taviva. Ani po druhém pokusu se však materiál nespojil. Proč, to se ukázalo až po zchladnutí – použitý drát držící paket pohromadě byl měděný – a měď, jak známo, znemožňuje svařitelnost oceli. Při ohřevu pronikla tavenina z drátu do svarových mezer, a tím byl osud našeho pokusu zpečetěn. Nedostatek vhodných kleští pro držení plocháčů pohromadě během ohřevu bez nutnosti je svázat nás přiměl pro tentokrát opustit tento plán.

Zpracování houby
Ohřívání kovu ve výhni
Kování hranolu na plocháč
Kovové plocháče získané překováním houby
Zhutňování železné houby z kusové pece
Spící Bob

Samy o sobě, s výjimkou jednoho lehce spáleného, ale železné plocháče přežily relativně zachovalé. Proto jsme se rozhodli přejít k dalšímu testu, a to sice pokusu zpracovat, bez jakéhokoliv překládání a svařování přeložených vrstev na sebe, polovinu jednoho z plocháčů (toho připáleného) na malý nožík. Brzy, bez jakéhokoliv náznaku trhlin, jsme získali hranolek o průřezu cca. 10*10 mm, na němž jsme zhotovili špici. Navzdory své tenkosti se ani tato neulomila, jak by to jeden s tímto domněle háklivým materiálem čekal, a ani po překování na tenký plochý základ čepele, ne o mnoho silnější než 3 milimetry, materiál neselhal. Až teprve při finálním ladění ostří za lokálně příliš nízké kovací teploty (650°C) se objevily dvě trhliny. Tvar samotného finálního výkovku je spíše podivný. Mé rozhodnutí přenechat zhotovení konečného vzhledu nožíku někomu umělecky zdatnějšímu něžli já vedlo k získání tělesa záměrně tvarovaného jako ploché písmeno S, jakýsi druh nožosrpu.

Kování prvotního hranolu pro výrobu nožíku
Skica výsledného výkovku

Nyní se možná leckterý zkušený kovář královsky baví, představuje si dva až tři ‚zajíčky‘ (takto se říká nováčkům ve Francii) urputně bušící do paketu proteklého mědí, jimž právě vrtá hlavou, proč to nejde svařit. Případně si nás živě představuje, kterak vztekle lijeme hliněnou břečku na žhavý kus železa, a ono to stále ne a ne přilnout.

Navzdory těmto roztomilým excesům ale naše prvotní činění i výsledný produkt, byť ještě velmi nedokonalý, nastínily množství velmi zajímavých historickotechnologických skutečností a otázek. V hrubých rysech zní první zákonitost celkem jasně – čím horší kovář, tím musí mít kvalitnější železnou houbu/lupu, aby něco vykoval. S tím ale souvisí jedna velmi stěžejní otázka – je možné přímo z dostatečně kvalitní houby/lupy vykovat hotový produkt, bez všeho toho monohonásobného překládání a mnohočetného svařování? Několik logických úvah, ale i historických faktů a dokonce záběrů v některých dokumentech poukazuje na to, že ano, a dokonce se tak stále děje!

Zkušení evropští kováři, mysle povětšinou na zbraně - meče a brnění - namítnou, že to bez dostatečné homogenizace prvotního materiálu, co se rozložení uhlíku i snížení podílu struskových vměstků týče, nejde. Mají pravdu – v rámci zbroje. U tenkých kusů oceli, jimiž se buší do jiných tenkých kusů oceli, či na něž rány dopadají (meče, brnění) je kvalita vskutku nejvyšší prioritou - vždyť jde o zdraví! Opakovaným překládaním a svařováním materiálu až při 1200°C však dochází k odhoření podstatné části železa během ohřevů ve výhni, a to i z více než tří čtvrtin (Pleiner 2010, Rehder 2006). Po dlouholetém úsilí moc dobře víme, do jaké míry je samotný proces získání železné houby časově i surovinově náročný, kór pokud si dotyčný navíc vyrábí i vlastní dřevěné uhlí. V historických dobách byl navíc ceněn hlavně materiál, nikoliv lidská práce. Na základě tohoto faktu lze spekulovat, zdali je stejná jakost materiálu jako na meč za takových hrozných ztrát výchozí suroviny a úsilí žádoucí i pro výrobu například prosté motyky či okovu na pluh, nebo jiných předmětů denní potřeby, které netrpí prudkými nárazy o jiný kus oceli a navíc mají povětšinou větší tloušťku (sekery, motyky, koňské podkovy, atd). Koneckonců – všichni také nenosíme kalhoty z drahého kevlaru náročného na výrobu, i když by to plně zamezilo prodírání daného kusu oděvu v rozkroku i jinde, k velké radosti majitele... Ale jistě takové kvalitní předměty vlastní například někteří členové armády, kde se na cenu tolik nehledí...

Nabízí se domněnka, že paralelně s tímto přirovnáním existovaly v minulosti přinejmenším dvě jakosti oceli – zbrojní a užitková, kdy u první byla kvalita žádána nade vše navzdory její vysoké ceně, která pokryla i ony významné ztráty (jako u vojska i dnes), zatímco u druhé kategorie, jenž měla sloužit coby nástroje běžného lidu, se hledělo spíše na úsporu materiálu (mnohem méně ohřevů ve výhni) a rychlost výroby, i za cenu poněkud horší kvality výsledného produktu, jenž byl ale cenově dostupnější. Možnost přímého překování houby v hotový produkt by i velmi dobře odůvodnila, jak lidstvo vůbec na možnost zpracování železa přišlo – muselo to jít i jednoduše, jinak by s naprostou počáteční neznalostí nového materiálu nikoho samotná koncepce jeho tvarování kováním ani nenapadla ...

Závěrečná část dokumentu o výrobě železa v Burkina Faso, jejž jsem předtím viděl nesčetněkrát ( https://www.youtube.com/watch?v=RuCnZClWwpQ ), v tomto duchu najednou upoutala moji pozornost... Je možno jednoznačně pozorovat, že proces výroby zamýšlené motyky z kusu velmi kvalitní husté houby se odehrává přímočaře, dokonce na její povrch před ohřevem na svařovací teplotu kováři žádné tavivo či ochranný materiál neaplikují. Po několika cyklech kování houby při svařovací teplotě na začátku pro svaření v ní obsažených pórů, kdy zjevně jako tavivo funguje v pórech obsažená struska, a posléze, podobně jako u nás, příležitostném provaření ještě v průběhu pozdější fáze výroby, je kovář schopen zhotovit kvalitní pěknou motyku. Ztráty vlivem odhoření materiálu rozhodně nedosahují výrazné úrovně. Možná vida toto video, uskutečnil stejný počin i holandský kovář Thijs van de Manakker, který ze své nepříliš velké houby přímočaře vykoval břit na pravěký pluh ( https://www.youtube.com/watch?v=F3rjjpuhCLI&t=1165s ). Mimochodem, právě trojice starších videí o tavbě železa a zpracování houby z rukou tohoto člověka mě vůbec k danému tématu v roce 2012 přivedla. Američan Lee Sauder ( www.leesauder.com ), produkující příležitostně ze svých hub pedagogicky hodnotné hybridní polotovary podobné čepu, u nichž ‚hlavička‘ je původní zachovalá část houby, z níž je ovšem již část materiálu vytažena coby estetický hranol, se v daném případě nějakým překládáním a rafinací též nezabývá. Náš vlastní podivný nožosrp/srponůž, vzniklý přímým tažením hranolu z houby, je dalším dokladem toho, že přímé zpracování houby na hotový produkt je vskutku možné, je-li tato dosti hustá a kvalitní...

Ano, mechanické vlastnosti takto nahrubo zpracovaného materiálu jsou jistě horší než u homogenizované oceli na výzbroj. Ale zde vyvstává další otázka, již bude nutno v budoucnosti detailně prozkoumat – o kolik horší? Je rozdíl navzdory očekávání opravdu tak extrémní?

Částečně vykovaný kus houby

Další zjištění se týkají užití ‚přírodního taviva‘ pro svařování v ohni namísto boraxu. Je evidentní, že samotná hlína má vysoký bod tání a tavenina posléze výraznou vazkost. Evidentně je nutný přídavek dalšího taviva do směsi, jako kandidát se díky svému složení nabízí dřevný popel. Aplikace taviva na povrch kovaného kusu je problematická. Navzdory nastíněnému zpracovávání střídaje vícero kusů, ponechávaje vždy materiál vychladnout pro aplikaci kapalného taviva, možná není jediná varianta. Polévání za horka ale v našem případě nikdy nevedlo k vytvoření souvislé vrstvy na povrchu výkovku. Spíše vznikne silná nehomogenní krusta, jenž posléze brání řádnému prohřátí kovu uvnitř. Z těchto peripetií, jež budeme nuceni v budoucnu vyřešit, mimojiné jasně plyne, proč je borax mezi kováři tak oblíben – na rozdíl od naší hlíny se naopak na žhavý kus oceli nalepuje, a coby velmi řídká kapalina smáčí jeho povrch a zatéká i do nejužších štěrbin, kde efektivně rozpouští okuje. Není třeba nechávat kov pro aplikaci taviva vychladnout a svařování se stává hračkou.

Navzdory tomu, že užití boraxu někteří berou jako moderní, možná částečně paďourský počin, není jasné, nakolik je jeho použití pro svařování oceli vskutku novodobou záležitostí. Již i samotný původní arabský název ‚buraq‘, znamenající ‚bílý‘, implikuje, že byla daná surovina užívána, a to již před 6000 lety. A to jistě ne pouze k hubení mravenců, nýbrž již tehdy jako velmi potentní tavivo, například pro keramické glazury vysokého lesku (Wisniak 2005). Někteří japonští kovářští mistři, zhotovující ony mediálně zprofanované japonské meče tradičními způsoby, se užití dané látky též nijak neštítí. Zatímco paket vysokouhlíkaté oceli, zvané ‚tamahagane‘, jenž bude tvořit plášť budoucího meče, je vskutku zvenčí obalován podobnou břečkou, již jsme používali i my, na plochy jednotlivých kousků ke spojení je někdy sypán prášek, jenž, zdá se, pění a vylučuje vodní páru. Náležitý záběr je vidět těsně po desáté minutě v následujícím z četných dokumentů na dané téma ( https://www.youtube.com/watch?v=2WkWNDDrQO4&t=759s ).

Z množství výše uvedených námětů jasně plyne, kolik je před námi kovářskými ‚zajíčky‘ do budoucna práce, zkoumání a učení se. Býti na úplném začátku má ale jednu pozitivní stránku pro úvahy o tom, co je vlastně vše možné – nejsme zatíženi případnými stereotypními přístupy a názory, jenž jsou tradovány mezi kováři. Jestli taková mylná dogmata existují či ne, a co je vlastně v rámci transformace železné houby na hotový produkt vše možné, prozradí až další zkušenosti. Takže snad brzy opět v kovárně!

Pleiner R. (2010): Iron in Archaeology. The European Bloomery Smelters. 400 stran,
ISBN 978-8086124261

Rehder J.E. (2006): The Mastery and Uses of Fire in Antiquity. McGill-Queen's University Press,
244 stran, ISBN 978-0773530744

Wisniak J. (2005): Borax, Boric acid, and Boron – From exotic to commodity. Indian Journal of
Chemical Technology, 12, 488-500

Galerie: