19 Abstract: PIECE DYMARSKIE Z POKRZYWNICY, STAN. 1, GM. PAWŁÓW, WOJ. ŚWIĘTOKRZYSKIE W ŚWIETLE BADAŃ ARCHEOLOGICZNYCH, METALURGICZNYCH I MINERALOGICZNYCH

MATERIAŁY ARCHEOLOGICZNE XLI, 2016

SZYMON ORZECHOWSKI, IRENEUSZ SULIGA, JOANNA TRĄBSKA, BARBARA TRYBALSKA

PIECE DYMARSKIE Z POKRZYWNICY, STAN. 1, GM. PAWŁÓW, WOJ.

ŚWIĘTOKRZYSKIE W ŚWIETLE BADAŃ ARCHEOLOGICZNYCH, METALURGICZNYCH I MINERALOGICZNYCH

Abstract:

Bloomery slag which is the main and usually the only source for research on the prehistoric iron smelting, is more and more often the subject of detailed metallurgical analyses. However, they are very rarely carried out for particular sections of a slag block, entirely ignoring its relations to the object in which it was created i.e. the pit. An unprecedented operation of cutting out several bloomery furnaces with the surrounding base, conducted during the 1990 on the Przeworsk culture site from the period of Roman influence in Pokrzywnica, Świętokrzyskie Voivodeship, allowed for carrying out thorough metallurgical and mineralogical analyses of one of those objects, in conditions resembling those in a laboratory. Not only the chemical and phase compo- sition of slag in various places of the block was determined, but also – thanks to comparative research – the ranges of temperatures in the furnace pit were established. Observation of the well-preserved devices suppor- ting ventilation of the furnace, so-called tuyeres, also allowed for forming many conclusions concerning their role during the smelting process.

Key words: Ancient Metallurgy in the Świętokrzyskie Mountains, metallurgical and mineralogical rese- arch, slag-pit furnace, Przeworsk culture

Wstęp

Dobór odpowiednich materiałów oraz zastoso- wanie optymalnych procedur przy pobieraniu i prze- chowywaniu próbek archeologicznych może mieć decydujące znaczenie dla jakości uzyskanych wyni- ków badań analitycznych. W trakcie prac terenowych nie zawsze można jednak zgromadzić odpowiednich specjalistów, którzy na miejscu i w profesjonalny sposób mogliby zadecydować skąd i jakie próbki należy zabezpieczyć do badań. Jeśli nawet udaje się zebrać odpowiedni zespół, to pośpiech towarzyszący z reguły tego typu pracom nie sprzyja optymalnym wyborom – zarówno w zakresie przedmiotu, jak i za- stosowanej metody preparowania. Pozyskanie obiek- tu archeologicznego w całości, wraz z otaczającym je podłożem i zabezpieczenie go w miejscu zbliżonym

do warunków laboratoryjnych, stwarza szczególną okazję do jego kompleksowej analizy, przy zacho- waniu wszelkich wymogów metodycznych. Udało się tego dokonać w przypadku zespołu pieców dy- marskich pozyskanych w połowie lat dziewięćdzie- siątych ubiegłego wieku w trakcie badań stanowiska z okresu wpływów rzymskich w Pokrzywnicy w woj.

świętokrzyskim.

Prezentowane opracowanie to także przykład

harmonijnej i konstruktywnej współpracy przed-

stawicieli różnych dziedzin nauki. Archeologia, jak

żadna z dyscyplin humanistycznych, uzależniona jest

od współdziałania z naukami ścisłymi. Charakter źró-

deł, którymi się zajmuje, wręcz wymusza sięgnięcie

po niedostępne dla niej samej możliwości analizy,

jakie stwarzają najnowsze dokonania takich dziedzin

jak np.: chemia, mineralogia, czy metaloznawstwo.

Szczególnie w zakresie rekonstrukcji dawnych proce- sów technologicznych współpraca ta staje się nieod- zownym wymogiem każdego dobrze przygotowanego programu badawczego. Wpisany w kanon badań ar- cheologicznych wymóg kompleksowej analizy źródeł jest jednak nader często tylko pozornym działaniem.

Trudno oprzeć się wrażaniu, że wiele ze specjalistycz- nych badań zostało zleconych bez głębszej refleksji nad ich celowością i przydatnością dla wyjaśnienia określonego problemu, stając się tylko dodatkiem le- gitymizującym interdyscyplinarny charakter danego opracowania. Wynika to najczęściej z braku bezpo- średniej współpracy pomiędzy przedstawicielami różnych dyscyplin, którzy wprawdzie wykonują swoją pracę rzetelnie, ale bez pełnego zrozumienia oczeki- wań i racji drugiej strony. Wspólne działania kończą się z reguły na włączeniu wyników specjalistycznych analiz do podstawowego opracowania w formie aneksu.

Brak refleksji na temat uzyskanych wyników, co niestety widać w dużej części takich opracowań, świadczy o zamykaniu się autorów w ramach swoich wąskich specjalności. Niechęć do przyswojenia sobie przynajmniej podstaw wiedzy innej dyscypliny skut- kuje niemożnością postawienia odpowiednich pytań i odpowiedniego zinterpretowania i wykorzystania otrzymanych wyników. Uwaga ta odnosi się zarówno do archeologów, jak i przedstawicieli współpracują- cych z nimi środowisk reprezentujących nauki ścisłe, co często czyni ideę badań interdyscyplinarnych martwym postulatem. W przedstawionym artykule autorzy podjęli próbę zbliżenia się do postulowanego wyżej modelu współpracy, wykorzystując w możliwie szeroki sposób wyniki przeprowadzonych badań, któ- re w całości zostały uwzględnione w ogólnej analizie.

W polskich badaniach archeometalurgicznych jest to pierwsze tak pogłębione i kompleksowe studium obiektu metalurgicznego.

Badania archeologiczne

Starożytne hutnictwo świętokrzyskie znane jest przede wszystkim dzięki dużym stanowiskom produk- cyjnym grupującym setki pieców dymarskich, tworzą- cych regularne układy, znane pod nazwą piecowisk uporządkowanych (Bielenin 1992, 91-96). Rzadziej mówi się o małych warsztatach, liczących od kilku do kilkudziesięciu pieców, które nie wykazują celowego zorganizowania przestrzeni produkcyjnej i określane są w związku z tym jako tzw. piecowiska nieuporząd- kowane. Według K. Bielenina (1992, 191) w Górach Świętokrzyskich mogło pracować ok. 1 500 takich warsztatów. Grupowały one blisko 20 000 pieców, a ich zdolność produkcyjną szacuje się łącznie na 350-400 ton żelaza. Na obszarze świętokrzyskiego centrum hutniczego mogło funkcjonować ponad- to ok. 4 500 piecowisk uporządkowanych, a liczba

wszystkich pieców przekraczała, według cytowanego badacza, nawet 400 000. Nowsze szacunki, opracowa- ne na podstawie szczegółowych badań powierzchnio- wych, które objęły około 80% obszarów hutniczych, zakładają przeprowadzenie ponad 555 000 wytopów.

Ich docelowa liczba może być zatem jeszcze wyższa i oceniana jest na 600 000-650 000 (Orzechowski, Wichman 2006, 87-88; Orzechowski 2013, 250).

Nie ulega wątpliwości fakt, że ogromna więk- szość pieców pracowała w ramach dużych warsztatów uporządkowanych, jednak rola piecowisk nieuporząd- kowanych w całokształcie produkcji hutniczej tego regionu wydaje się być niesłusznie marginalizowana.

Przyjmuje się, że ilościowy stosunek piecowisk upo- rządkowanych do nieuporządkowanych kształtował się na poziomie 3:1 (Bielenin 1992, 191-192). Choć szacunki te oparte są na reprezentatywnej próbie blisko 120 rozpoznanych wykopaliskowo piecowisk, to o takim stosunku ilościowym obu typów warszta- tów mogły decydować także względy związane z ich wykrywalnością. O wyborze stanowiska do badań wykopaliskowych decyduje zazwyczaj ilość materiału zabytkowego na powierzchni, co niewątpliwie promu- je zespoły złożone z dużej liczby pieców. Mniejsze warsztaty są w związku z tym trudniejsze do loka- lizacji i tym samym rzadziej eksplorowane. Należy w związku z tym przypuszczać, że udział piecowisk nieuporządkowanych w globalnej produkcji święto- krzyskiego centrum hutniczego mógł być większy, niż pierwotnie zakładano.

Doskonałym przykładem na potwierdzenie ta- kiego założenia jest stanowisko nr 1 w Pokrzywnicy, gm. Pawłów, woj. świętokrzyskie, skąd pochodzą wspomniane na wstępie piece dymarskie. Wśród 11 zarejestrowanych tam piecowisk, gdzie odkryto łącz- nie 466 pieców dymarskich, przynajmniej 5 należy uznać za warsztaty nieuporządkowane, a pozostałe 6 wykazywały znaczne nieraz zaburzenia klasyczne- go dwuciągowego układu (por. Orzechowski 2006, Ryc. 12, 47). Przedmiotem tego opracowania jest zespół pieców oznaczony numerem 2/1995, stamtąd bowiem pochodzą obiekty poddane szczegółowym badaniom metaloznawczym i mineralogicznym.

Kompleks stanowisk kultury przeworskiej z okresu wpływów rzymskich w Pokrzywnicy, w któ- rego skład wchodzi osada i kilkadziesiąt warsztatów – piecowisk dymarskich, znajduje się w samym cen- trum świętokrzyskiego okręgu hutniczego, ok. 9 km na północny-wschód od Pasma Łysogór, w dolinie rzeki Pokrzywianki, dopływu Kamiennej (ryc. 1).

Interesujące nas piecowisko położone jest na obrzeżach rozległej osady badanej ratowniczo w związku budową zbiornika wodnego „Wióry” (Bie- lenin et al. 1996, 356-366; Orzechowski 2006, 43-59;

2007, 92-93). Były to pierwsze, zakrojone na tak

dużą skalę, badania wykopaliskowe na stanowisku

osadniczo-produkcyjnym w tym regionie. W trakcie

9 kampanii, przeprowadzonych w latach 1993-2002, przebadano obszar o łącznej powierzchni blisko 32 arów (ryc. 2). Należy podkreślić, że prowadzone tam prace, obok typowych materiałów osadniczych, dostarczyły niezwykle ważnych informacji na temat tzw. postredukcyjnych faz procesu metalurgicznego, które umykały dotąd uwadze badaczy (por. Suliga et al. 2004).

Omawiany zespół pieców dymarskich nr 2 (wy- kop 11/95), tworzył niewielkie piecowisko nieupo- rządkowane. Ulokowano je na stoku lessowego cypla o ekspozycji wschodniej, tuż ponad terasą zalewową doliny Pokrzywianki (ryc. 2). Prace wykopalisko- we przeprowadzono w 1995 r. i brał w nich udział św. p. Prof. Kazimierz Bielenin. W stropowej partii obiektów hutniczych odkryto nieliczne ułamki mało charakterystycznej, ręcznie lepionej ceramiki z okre- su wczesnorzymskiego, reprezentujące raczej jego rozwiniętą fazę (B2). Są to w zdecydowanej więk- szości formy grubościenne, w części chropowacone, określane potocznie jako tzw. ceramika kuchenna (tabl. 1). Zespół jest zatem starszy od znajdującej się powyżej osady, z młodszego i późnego okresu rzymskiego (Orzechowski 2010). Należy wiązać go raczej ze starszą – wczesnorzymską fazą zasiedlenia tego terenu, którą uchwycono w głębi wysoczyzny, w trakcie badań prowadzonych w latach 2000-2002 (por. Orzechowski 2014).

Osłonięto pozostałości 18 kotlinek pieców dy- marskich tworzących małe piecowisko nieuporząd- kowane. Były one zgrupowane na powierzchni ok.

12 m

, w trzech lub czterech niewielkich zespołach, liczących od 3 do 6 pieców, które odpowiadały naj- prawdopodobniej kilku prowadzonym w różnym czasie kampaniom produkcyjnym (ryc. 3). Poza bar- dzo zniszczoną jamą o bliżej nieokreślonej funkcji, która znajdowała się w zachodniej części piecowiska, nie stwierdzono innych obiektów pomocniczych związanych z prowadzeniem procesu metalurgicz- nego. Odkryta jama nawiązuje formą do podobnych struktur towarzyszących zazwyczaj piecom i jest określana w literaturze jako tzw. jama przypiecowi- skowa (por. Bielenin 1992, 133). Nie można jednak wykluczyć, że pierwotnie mogły znajdować się tutaj także inne napowierzchniowe lub nieznacznie tylko zagłębione w podłoże obiekty, takie jak składy rudy i węgla drzewnego czy prażaki rudy, które ze względu na duże nachylenie stoku mogły zostać zniszczone przez erozję.

Poszczególne kotlinki reprezentowały różne od- miany pieców – od zbliżonych do typu „Kunów 1”, do form określanych jako tzw. ”kotlinka świętokrzy- ska 1”. Średnica najmniejszej z nich nie przekraczała 28 cm (piec nr 13), podczas gdy największa (piec nr 17) mierzyła ok. 45 cm. Pozostałe mieściły się w prze- dziale 35-40 cm, uznawanym za typową dla tego re- gionu wielkość pieca. Podane wymiary odpowiadają

wewnętrznym średnicom kotlinek i takie ich wielko- ści zostały zaznaczone na zbiorczym planie piecowi- ska. Stan zachowania poszczególnych pieców nie był jednak jednakowy. Część z nich przetrwała na pozio- mie stropu, część tylko w partii przydennej. Należy przy tym pamiętać, że w strefie wysokich temperatur, panujących w górnej części jamy, powstaje z reguły charakterystyczne przepalenie gruntu. Szczegól- nie wyraźnie występuje ono w podłożu lessowym i jest często mylone z intencjonalną wylepą ścianek kotlinki. Niektórzy badacze wliczają strefę wypału do średnicy jamy kotlinkowej, co powoduje nieuza- sadnione przeszacowanie wielkości pieców. Z kolei obiekty zachowane tylko w partii przydennej, gdzie wypał ścianek bocznych nie był tak intensywny, są z reguły pozbawione tej strefy. Chcąc zatem uniknąć sztucznie powstałych różnic, wszystkie obiekty zosta- ły zaznaczone w oparciu o ich wewnętrzne średnice, z zaznaczeniem warstwy przepalenia calca linią prze- rywaną (ryc. 3).

Warto też wspomnieć, że w niektórych piecach – w tym w obiektach przeznaczonych do ekspozycji, przetrwały całkowicie (nr 1) lub częściowo (nr 13 i 14) zachowane dolne partie szybów. Do ich budowy użyto gliny wyraźnie różniącej się składem od lesso- wego calca. Podstawa szybu została w tym przypad- ku wkopana w podłoże, tworząc rodzaj fundamentu na którym posadowiono naziemną część pieca. Na tej podstawie wydzielono ostatnio nowy rodzaj po- łączenia stopy szybu z kotlinką, określany jako typ Pokrzywnica (por. Orzechowski 2013, Ryc. 3:5, 119- 120). Tylko w dwóch przypadkach (piece nr 1 i 15) zachowały się nienaruszone kloce żużla, inne jamy kotlinkowe zawierały tylko luźny rumosz żużlowy, bądź dolne – uszkodzone partie kloców.

Część pieców wyposażona była w doskonale zachowane kanały kotlinkowe. Stwierdzono je aż w 9 przypadkach (piece nr 1, 2, 3, 4, 5, 8, 12, 13, 14), co stanowi swoisty rekord na tak małym piecowisku. Nie były to tylko proste poszerzenia właściwych jam kot- linkowych, lecz niezależne kanały łączące powierzch- nię terenu z dolną, wkopaną w ziemię częścią pieca.

Kazimierz Bielenin kilkakrotnie nawiązywał do tych elementów konstrukcyjnych, nie poświęcając im jednak odrębnego opracowania (por. Bielenin 1973, 56; 1983, 55-56; 1992, 72-73). Badacz ten wyróżnił 3 typy kanałów: łukowaty, ukośnie wcięty, oraz pro- stopadle wcięty, które dla uproszczenia proponujemy określać jako (odpowiednio) typy: A, B i C (ryc. 4).

Typ A, o regularnym łukowatym kształcie, posiadał

wlot poza granicami kotlinki, a jego zakończenie

dochodziło do jej partii przydennej. Odmiany B i C,

to nieznacznie tylko różniące się między sobą bocz-

ne poszerzenia kotlinki w formie mniej lub bardziej

widocznego występu, do których wpływał żużel,

tworzący z klocem jedną całość. Wprawdzie zasady

funkcjonowania i rola tych urządzeń w piecach typu

kotlinkowego były ostatnio przedmiotem szczegóło- wych opracowań, lecz w kontekście świetnie zacho- wanych pieców z Pokrzywnicy, które przyniosły cały szereg nowych ustaleń na ten temat, warto wrócić do tego tematu (por. Orzechowski 2011; 2013, 110-117).

Kanał kotlinkowy nie był powszechnie stosowa- ny w rejonie Gór Świętokrzyskich. Jego obecność stwierdzono dotychczas zaledwie na 15 spośród 127 badanych stanowisk – łącznie w 66 piecach. Sześć dalszych kloców ze śladami stosowania tych elemen- tów konstrukcyjnych, to tzw. znaleziska luźne, bez pewnego kontekstu. Nie stwierdzono wyraźnych pre- ferencji terytorialnych w rozmieszczeniu pieców z ka- nałami, przy czym większość lokuje się w północnej i północno-wschodniej części okręgu.

Poza Pokrzywnicą stwierdzono zaledwie 37 pieców zaopatrzonych w ten interesujący element konstrukcyjny - przy czym, w niemal w połowie przy- padków, reprezentują one wydzielony typ A. Piece zaopatrzone w kanał typu B i C odkryto in situ tylko na 6 stanowiskach, pozostałe to tak zwane znaleziska luźne. Należy przypuszczać, że ich liczba była jednak znacznie większa, przy czym ze względu na zły stan zachowania większości badanych stanowisk, gdzie rejestrowano zazwyczaj dolne partie kotlinek, znale- zienie ich było bardzo trudne.

Warto zaznaczyć, że obecność omawianych ka- nałów stwierdzono dotąd prawie wyłącznie na pieco- wiskach nieuporządkowanych. Jedynym, jak dotąd, typowym piecowiskiem uporządkowanym o dwóch ciągach czwórek (2X4), gdzie zastosowano takie roz- wiązania, jest stanowisko Łomno 23 (Bielenin 1966, 168). Nie można jednak wykluczyć, że część kloców zaklasyfikowanych jako znaleziska luźne może właś- nie pochodzić z dużych piecowisk.

Kanał kotlinkowy umożliwiał przede wszystkim doprowadzenie powietrza do dolnej części pieca.

Niezależnie od niego istniał oczywiście podstawowy system dmuchu przez otwory umieszczone w szybie.

Przyjmuje się, że kanały te usprawniały wentylację pieca głownie w fazie jego suszenia, wygrzewania i ewentualnie w pierwszym etapie redukcji. W trakcie wytopu ulegały bowiem zalaniu przez żużel i przesta- wały pełnić tę funkcję. W pewnych przypadkach, co wielokrotnie stwierdzono w piecach na Mazowszu, odprowadzano dzięki nim nadmiar żużla z kotlinki, który na zasadzie naczyń połączonych mógł wpłynąć do takiego kanału. Pogląd o ich blokowaniu przez żużel jest w pełni uzasadniony tylko w odniesieniu do kanałów typu B i C, podczas gdy typ A, jak po- świadczają to piece z Pokrzywnicy, mógł funkcjono- wać przez cały czas pracy pieca. Do takich wniosków upoważnia nas analiza budowy obiektów nr 1, 13 i 14.

Wymienione piece zaopatrzone były w regularne, za- chowane na długości ok. 40 cm, łukowato ukształto- wane kanały o średnicy ok. 15 cm, sięgające niemal do samego dna kotlinki pieca. W odróżnieniu od

klasycznej formy typu A, gdzie górna partia kanału znajdowała się w pewnej odległości od krawędzi kot- linki, część omawianych kanałów miała wyloty bez- pośrednio przy zewnętrznej ściance szybu (ryc. 5).

Niezgodność to jest jednak tylko pozorna, gdyż w zaproponowanym przez K. Bielenina (1983, 55, Abb. 8) schemacie nie uwzględniono grubości szy- bu. W przypadku kotlinki nr 1 z Pokrzywnicy, gdzie zachowała się wkopana w ziemię podstawa szybu, widać wyraźnie, że jego ujście było znacznie bliżej części naziemnej pieca.

W żadnym z kanałów nie stwierdzono obecno- ści żużla, co dowodzi, że były one drożne aż do końca wytopu. Profil pieca nr 1, jak również plastycznie wy- eksplorowane kanały pieców nr 13 i 14, dowodzą, że są one zachowane w całości, a ich wloty wyznaczają w przybliżeniu ówczesny poziom użytkowy piecowi- ska. Fakt, iż w trakcie prowadzenia wytopu nie zo- stały w jakikolwiek sposób mechanicznie uszkodzone i zablokowane przez żużel sugeruje, że ich rola nie ograniczała się tylko do wstępnej fazy procesu reduk- cji. Wprawdzie we wszystkich analizowanych przy- padkach kloc żużla zablokował górną partię kotlinki, pozostawiając jednak wolną przestrzeń przy jej dnie, dzięki czemu strefa połączenia kotlinki z kanałem mogła pozostawać drożna (ryc. 5).

Jeszcze jeden szczegół wymaga zasygnalizowa- nia, otóż stwierdzono, że kanały w poszczególnych zgrupowaniach pieców posiadały w przybliżeniu analogiczną orientację w stosunku do stron świata.

W jednym przypadku skierowane były na południe, z niewielkim odchyleniem na południowy-zachód, w drugim na wschód. Trudno jednoznacznie inter- pretować zaobserwowaną prawidłowość i wymaga to dalszych badań oraz potwierdzenia jej przez nowe odkrycia. Jest jednak bardzo prawdopodobnie, że takie ich usytuowanie oddaje różne warunki anemo- metryczne panujące podczas poszczególnych cyklów produkcyjnych, co pośrednio potwierdza tezę o ist- nieniu kilku, pracujących w różnym czasie zgrupo- wań pieców (ryc. 3).

Zupełnie inny charakter mają kanały pozosta- łych typów stwierdzone tylko w dwóch piecach (nr 8 i 12), odkrytych na omawianym stanowisku, do których wpłynął żużel. Negatywowe odlewy kana- łów kotlinkowych typu B i C prezentują zawsze ten sam rodzaj dobrze upłynnionego żużla. Szczególnie w kanałach typu B widać bardzo wyraźne jego war- stwowanie odpowiadające kolejnym wypływom żużla z kotlinki. Najbardziej przekonywującym wydaje się być stwierdzenie, że warstwy te odpowiadają poszcze- gólnym porcjom upłynnionego żużla spływającego do kotlinki. W dobrze zachowanych kanałach można doliczyć się nawet kilkunastu tego rodzaju warstw.

Warstwowanie to posiada niekiedy kontynuację

w miejscu styku odlewu kanału z właściwym klocem

żużla, ale nie jest widoczne w jego przekroju.

Idea zastosowania kanału kotlinkowego jest ewidentnym przykładem szukania nowych rozwiązań technicznych mających na celu usprawnienie procesu wytopu. Należy jednak zaznaczyć, że próby te wiążą się z wczesnym etapem działalności produkcyjnej okręgu świętokrzyskiego i tylko sporadycznie stoso- wano je na dużych piecowiskach uporządkowanych.

Porównania makroskopowej struktury żużla tworzą- cego się w piecu zaopatrzonym w kanał kotlinkowy z żużlem z obiektów pozbawionych tego elementu nie wykazały uchwytnych różnic w jego charakterze.

Można na tej podstawie dojść do dosyć zaskakującej konkluzji, że piece wyposażone w kanały kotlinkowe reprezentują względnie niższy poziom wiedzy tech- nicznej i umiejętności starożytnych hutników niż ich mniej złożone konstrukcyjnie odpowiedniki pozba- wione tego elementu. Ich zastosowanie nie musiało być konsekwencją wdrożenia postępowych rozwiązań technicznych, a raczej rezultatem pewnych ograni- czeń, które wymusiły takie rozwiązania. Zrezygnowa- nie z tego typu urządzeń w obiektach reprezentują- cych szczytową fazę rozwoju hutnictwa żelaza kultury przeworskiej wskazuje na wyeliminowanie pewnych braków, które zmuszały hutników do stosowania tych dosyć pracochłonnych i często skomplikowanych roz- wiązań technicznych. Regularna kotlinka, w której powstawał doskonale upłynniony kloc żużla, świadczy o mistrzowskim opanowaniu bardzo skomplikowane- go procesu. Prowadzenie wytopu w piecach pozbawio- nych różnego rodzaju elementów wspomagających, jakimi bez wątpienia były kanały kotlinkowe, świad- czy o geniuszu pradziejowego hutnika dymarskiego, o czym wielokrotnie wspominał K. Bielenin.

Na marginesie warto wspomnieć, że podobne kanały znane są również z terenu drugiego co do wielkości okręgu metalurgicznego na ziemiach pol- skich, na zachodnim Mazowszu. Występują one tam znacznie częściej niż w Górach Świętokrzyskich, są z reguły znacznie większe od świętokrzyskich i często tworzą rodzaj odrębnego zbiornika magazynującego część żużla poza właściwą kotlinką (ryc. 6). Na róż- nych stanowiskach stwierdzono ich obecność w 10 do 25% odkrytych pieców. Zdaniem S. Woydy sta- nowią one dowód na stosowanie dmuchu sztucznego w tym rejonie (Woyda1977, 31-32).

Pozyskanie obiektu

Mając na uwadze doskonały stan zachowania części pieców odkrytych na omawianym piecowisku, już w trakcie ich eksploracji podjęto starania o prze- niesienie kilku z nich w całości, razem z otaczającym je podłożem, z przeznaczeniem do szczegółowych badań oraz przyszłej ekspozycji muzealnej. Dzięki przychylności władz Okręgowej Dyrekcji Gospodar- ki Wodnej w Warszawie, która to instytucja przez wiele lat finansowała badania w Pokrzywnicy, ta

skomplikowana operacja okazała się możliwa. Udało się wyciąć blok lessu o wymiarach w przybliżeniu 1,5 m x 1,5 m i wysokości 1,15- 0,8 m oraz wadze ok.

3-4 ton, zawierający doskonale zachowane kotlinki 4 pieców dymarskich (nr 1, 13, 14, 15) (ryc. 3). Dwie z nich zostały wcześniej wyeksplorowane plastycznie (nr 13, 14), jedną przecięto profilem (nr 1) - uzyskując pełny przekrój kotlinki w której tkwił nieuszkodzony kloca żużla oraz baza szybu i wreszcie kolejny piec zostawiono w stanie nienaruszonym (nr 15) (ryc. 7).

Warto przy tej okazji pokrótce opisać zastoso- waną metodę ich wydobycia. Wykorzystując dużą spoistość miejscowego lessu, obkopano blok ziemi w formie regularnego prostopadłościanu, w którym znajdowały się wytypowane piece, a następnie pod- cięto jego podstawę, umieszczając tam metalową płytę, która zabezpieczyła dno eksponatu. Po spię- ciu podstawy z podobnymi płytami umieszczonymi z czterech stron bloku, powstała skrzynia, która mo- gła być podniesiona przy pomocy dźwigu i przewie- ziona we wskazane miejsce (ryc. 8). Po wielu perype- tiach – najpierw umieszczono go na terenie osiedla eksploatacyjnego „Wióry” w Kałkowie, następnie zdeponowano na kilka miesięcy w Państwowym Muzeum Archeologicznym w Warszawie, eksponat przekazano na stałe do Muzeum Przyrody i Techniki

„Ekomuzeum” im. Jana Pazdura w Starachowicach.

Doskonale zachowany obiekt stwarzał dogodne warunki do podjęcia szczegółowych interdyscypli- narnych badań. Po wielu konsultacjach opracowany został program badań analitycznych. Wzięli w nim udział autorzy tego opracowania reprezentujący trzy ośrodki akademickie: Instytut Historii Uniwersytetu Jana Kochanowskiego w Kielcach, Akademię Górni- czo-Hutniczą w Krakowie oraz Instytut Archeologii Uniwersytetu Rzeszowskiego. Dzięki środkom Muze- um Przyrody i Techniki w Starachowicach i dofinan- sowaniu Ministra Kultury i Dziedzictwa Narodowego w ramach programu operacyjnego „Dziedzictwo Kul- turowe, priorytet: Ochrona Zabytków Archeologicz- nych, projekt nr 2323/DZ/2006–MCh”, przeprowa- dzono w 2006 r. szczegółowe badania metalurgiczne i mineralogiczne jednego z najlepiej zachowanych pieców (nr 1). Po pobraniu próbek obiekt poddano zabiegom konserwatorskim, polegającym na zespo- leniu kruchych ścianek kotlinek pieców dymarskich i zabezpieczeniu całego bloku ziemi dla potrzeb ekspozycyjnych. Prace te przeprowadził Władysław Weker z Państwowego Muzeum Archeologicznego w Warszawie (ryc. 9).

Mając swobodny dostęp do całej kotlinki in situ

oraz wychodzącego z niej kanału, można było pró-

bować określić przedziały temperatur występujących

na różnych poziomach w tej części pieca. Porówna-

nie wyników badań mineralogicznych przepalonego

lessu występującego zarówno na poziomie kanałów

kotlinkowych, jak również w ściankach właściwej

kotlinki ze składem i charakterem żużla z analogicz- nych poziomów na klocu, stwarza nowe możliwości poznawcze w tym zakresie. Ma to kapitalne znacze- nie dla rekonstrukcji warunków cieplnych w kotlince oraz w kanale kotlinkowym, a tym samym dyskutowa- nego obecnie w literaturze problemu odprowadzania żużla ze strefy redukcji. Z kolei badania struktury, składu chemicznego i fazowego żużla z różnych po- ziomów kloca pozwalają określić warunki formowa- nia kloców żużlowych w kotlince. Wyniki tych badań zostaną szczegółowo omówione w dalszej części na- szego opracowania.

Badania struktury, składu chemicznego i fazowego kloca żużla z pieca nr 1

Próbki do badań metalurgicznych pobrano z różnych miejsc kloca żużlowego: strefy zwartego żużla w jego górnej części, powierzchni bocznej, strefy w dolnej części (soplowej), oraz ze skrzepu na dnie kotlinki. Poza tym, wykonano analizę żużla w pobliżu ścianki kotlinki, na jej połączeniu z pod- stawą pieca. Na ryc. 10 pokazano miejsca pobrania próbek (czerwone znaczniki).

Pobrane próbki zostały poddane badaniom na mikroskopie optycznym AXIO Imager M1m, mikro- skopie skaningowym HITACHI S-3500N z mikroana- lizatorem EDS NORAN 986B-1SPS, oraz dyfrakcyj- nej rentgenowskiej analizie fazowej na dyfraktometrze HZG-4. Badania mikroskopowe prowadzono na zgła- dach wykonanych z badanego materiału, a analizę dyfrakcyjną na próbkach sproszkowanych.

Wyniki badań

Mikrostruktury próbek żużli, zarejestrowane na mikroskopie skaningowym, w elektronach rozproszo- nych BSE, zestawiono na ryc. 11. Miejsce do badań wybrano na podstawie obserwacji mikrostruktury metodą mikroskopii optycznej. Przy wyborze kiero- wano się reprezentatywnością obserwowanego obsza- ru dla badanej próbki.

Głównym składnikiem strukturalnym próbki żużla pobranej z powierzchni kloca były jasno-szare pasma. Ciemno-szare przestrzenie między tymi pasmami wypełniały drobne dendryty i jasno-szare składniki, w postaci igieł (ryc. 11a, b). W próbce pobranej z wydatnych nierówności na powierzch- ni kloca widoczne są też jasno-szare, grube pasma oraz drobne dendryty i eutektyki w przestrzeniach międzykrystalicznych (ryc. 11c). Można uważać, że struktura tej strefy kloca jest jednorodna, a różnice w wielkości poszczególnych składników związane są z szybszym chłodzeniem nierówności utworzonych na powierzchni kloca przez żużel spływający z szybu pieca. Jasno-szare ziarna zidentyfikowano mikro- analitycznie jako fajalit Fe₂SiO₄, zaś ciemno-szarą

osnowę jako fazę z układu FeO-Al₂O₃-SiO₂ – mulit Al₆Si₂O₁₃. Drobne dendryty w przestrzeniach mię- dzykrystalicznych są hercynitem FeAl₂O₄.

W mikrostrukturze próbki reprezentującej stre- fę zwartego żużla, górnej części kloca, dominowały jasno-szara osnowa i ciemno-szare obszary w prze- strzeniach międzykrystalicznych (ryc. 11d). Na tle ca- łej mikrostruktury widoczne były duże, jasne dendry- ty, równomiernie rozmieszczone w obserwowanym obszarze, a w obszarach ciemno-szarych widoczne były drobne jasne krystality. Jasne dendryty są wisty- tem FeO, a jasno-szara osnowa próbki jest fajalitem Fe₂SiO₄. Drobne ziarna w przestrzeniach międzyden- drytycznych to hercynit – FeAl₂O₄, widoczny na tle fazy z układu FeO-Al₂O₃-SiO₂ – mulitu Al₆Si₂O₁₃.

W próbce żużla pobranej z luźnych sopli jasno- -szary składnik strukturalny wypełniał prawie całą strukturę, a jedynie lokalnie można było zaobser- wować gniazda drobnych dendrytów na tle ciemno- -szarej osnowy. Jasno-szare ziarna lokalnie zawierały obszary ciemniej zabarwione. Ponadto obserwowano duże jasne dendryty, rozmieszczone równomiernie na tle jasno-szarej osnowy, jak i ciemno-szarych gniazd z drobnymi jasnymi wydzieleniami. Podobnie jak w próbce z części litej, jasne dendryty widoczne w strukturze próbki nr 3 można zidentyfikować jako FeO, jasno-szarą osnowę jako Fe₂SiO₄, a ciemno-sza- rą osnowę w przestrzeniach międzykrystalicznych jako mulit Al₆Si₂O₁₃. Ciemne obszary są stopem z układu Al₂O₃-SiO₂-K₂O – leucytem KAlSi₂O₆.

W mikrostrukturze próbki nr 4 można wyróżnić 3 składniki strukturalne: jasną osnowę, jasno- i ciem- no szare ziarna. Osnowę stanowi fajalit Fe₂SiO₄, jas- no-szare ziarna to mulit Al₆Si₂O₁₃, natomiast ciemno- -szare – leucyt KAlSi₂O₆.

Luźne sople, wypełniające dolną część kotlinki (ryc. 11d), miały strukturę analogiczną do mikro- struktury próbek z części litej (ryc. 11c). Osnowę stanowił jasno-szary składnik strukturalny (fajalit Fe₂SiO₄), z ciemno-szarym składnikiem w przestrze- niach międzyziarnowych (mulit Al₆Si₂O₁₃), wypeł- nionych drobnymi ziarnami hercynitu FeAl₂O₄. Na tle takiej mikrostruktury rozmieszczone były jasne dendryty wistytu FeO.

Mikrostruktura skrzepu żużlowego na dnie kotlinki, zaprezentowana na ryc. 12 jest analogiczna do struktur zwartej części kloca żużlowego. Osnowę próbki stanowił jasny składnik strukturalny (fajalit Fe₂SiO₄), w którym widoczne są rozległe ciemno-sza- re obszary (mulit Al₆Si₂O₁₃), lokalnie z jasnymi ziar- nami hercynitu FeAl₂O₄. W próbce pobranej z górnej części skrzepu widoczny jest także wistyt FeO.

Mikrostrukturę próbki pobranej ze ścianki kot-

linki w pobliżu górnej powierzchni kloca pokazano

na ryc. 13. Próbka miała, w porównaniu do pozosta-

łych, zupełnie inną postać. Na tle jasnej osnowy wi-

doczne są rozległe ciemno-szare, porowate wtrącenia.

Wyniki mikroanalizy rentgenowskiej

W tabeli 2 zestawiono wyniki mikroanalizy rent- genowskiej badanych próbek.

Średni skład chemiczny próbek żużla pobranych z różnych miejsc kloca wskazuje na jego jednorodność chemiczną. Żużel składa się z formie tlenkowej z:

Fe₂O₃ – 62,22%, SiO₂ – 27,77%, Al₂O₃ – 5,17% i K₂O – 2,06%. We wszystkich przypadkach w skład żużla wchodzi K₂O, w ilości ok. 2%. Na powierzchni kloca i w pobliżu dolnej części kanału kotlinkowego żużel wzbogacony był w Al₂O₃. Są to więc wartości typowe dla starożytnych kloców żużlowych z regionu święto- krzyskiego (Bielenin 1992, 66; Suliga 2006a, 169).

Średnie składy chemiczne próbek zestawiono w trójkącie składów Gibbsa – ryc. 14. Na potrójnym wy- kresie, ze względów metodycznych, zsumowano zawar- tości SiO₂ i K₂O, traktując sumę jako zawartość SiO₂.

Otrzymane wyniki wskazują na analogiczny skład żużla w próbkach z powierzchni kloca (nr 2 i 3). Niewielkie zróżnicowanie składu wynika z miej- sca ich pobrania. Próbka z pobliża ścianki kotlinki zawiera nieco więcej SiO₂ i Al₂O₃. Drugą grupę sta- nowią próbki żużla ze strefy zwartej kloca i skrzepu na dnie kotlinki. Skład chemiczny skrzepu jest zbli- żony do średniego składu części zwartej. Zaznacza się zróżnicowanie składu chemicznego kloca między powierzchnią, częścią środkową i częścią soplową (por. Suliga 2006b, 267; Bielenin, Suliga 2008, 53- 58). Próbka pobrana ze ścianki kotlinki jest stopem z układu Al₂O₃-SiO₂.

Wyniki dyfrakcyjnej rentgenowskiej analizy fa- zowej, przytoczone w tabeli 3 wskazują, że podstawo- wym składnikiem fazowym badanych żużli jest fajalit.

Powszechnie występuje również hercynit FeAl₂O₄.

W części próbek (nr 4, 6-8) stwierdzono obecność wi- stytu FeO, nasilającą się w próbkach pochodzących z głębi kloca oraz krzemionki SiO₂ i mulitu Al₆Si₂O₁₃.

Ilość krzemionki jest niska w części zwartej kloca żużlowego (próbka nr 4), a wysoka w pobliżu ścianek kotlinki i w samej ściance. Mulit występuje w prób- kach pobranych z wnętrza kloca (nr 4, 5), nie wy- stępuje zaś w próbkach pochodzących z powierzchni kloca (nr 2, 3). Metaliczne żelazo stwierdzono jedy- nie w próbce ze ścianki kotlinki (nr 1).

Badania mineralogiczne kotlinki pieca dymarskiego nr 1 z Pokrzywnicy

Określenie temperatury przepalenia lessowych ścianek dolnej części pieca dymarskiego, tzw. kotlinki oraz towarzyszącego mu kanału, ewidentnie widocz- nego dzięki ich pomarańczowej barwie i utwardze- niu, może pomóc w interpretacji przebiegu procesu uzyskiwania żelaza. Precyzyjne określanie tempera- tur oddziałujących na obiekty i przedmioty złożone głównie z komponentów ilastych i mułkowych nie jest

jednak zadaniem łatwym. Wpływ na przemiany struk- tury pierwotnego surowca ma bowiem nie tylko ilość oddziałującego ciepła, ale także czas, skład mineralny składników pierwotnych, obecność topników, atmo- sfera i stabilność prowadzenia procesu, rodzaj opału, dynamika przepływu gazów i zapewne inne czynniki.

Sposobem stosowanym najczęściej dla określenia wysokości oddziałującej temperatury w odniesieniu do najbliższej analogii, jaką jest ceramika archeolo- giczna (bądź inne obiekty, jak np. piece) to analiza przemian termicznych składników – rzadziej obser- wowane są przemiany morfologii (Rice 2005).

Metodą, jaką przyjęto dla rozwiązania tego prob- lemu, jest analiza stopnia zdeformowania składników lessu budującego ściany tej części pieca, zwłaszcza minerałów ilastych. Minerały ilaste ulegają przemia- nom morfologicznym i fazowym w czasie przepa- lania; to znane mineralogom i ceramikom zjawisko znalazło zastosowanie także w badaniach archeome- trycznych. W niniejszej pracy wykorzystano je także w skonstruowaniu „termometru ilastego” dla lessu ze ścian obiektu hutniczego z Pokrzywnicy.

Cele niniejszych badań są następujące: określe- nie temperatury (ilości ciepła) oddziałującej na ścian- ki pieca dymarskiego, określenie składu surowca ze- wnętrznej i wewnętrznej górnej części podstawy pieca

„kołnierza” oraz, w miarę możliwości stopnia jego przepalenia, określenie składu materiału z dna kotlin- ki pieca, spod kloca żużla tzw. „skrzepu” oraz, w mia- rę możliwości stopnia jego degradacji termicznej.

Materiał, metody i rezultaty badań

Badaniom poddano piec nr 1 ze stanowiska archeologicznego w Pokrzywnicy, gm. Pawłów, woj.

świętokrzyskie. Dla rozwiązania postawionych wyżej problemów przyjęto dwa kierunki badań: a) prze- analizowano cechy lessu z przepalonych ścian pieca dymarskiego oraz kanału kotlinkowego; b) takim sa- mym badaniom poddano surowy less z calca otaczają- cego piec, a następnie wyniki badań porównano z mi- krostrukturą lessu przegrzanego eksperymentalnie w piecu laboratoryjnym - w przedziałach temperatur od 200 do 700ºC, co 100 stopni, i w 900ºC, w atmo- sferze utleniającej. Pobrano także próbki z „kołnie- rza” i „skrzepu”. Miejsca pobrania prób zaznaczono na ryc. 15 i zestawiono w tabeli 4. Skład fazowy żużla został przedstawiony w rozdziale dotyczącym badań metalurgicznych.

Do badań mikrostruktury i cech składu che- micznego wykorzystano mikroskop skaningowy Nova Nano SEM 200 FEI Company z mikroanaliza- torem Oxford EDAX. Próbki były napylane grafitem.

Analizę składu fazowego przeprowadzono metodą

spektroskopii w podczerwieni w technice pastylki

KBr na spektrometrze Bruker Equinox 55. Analiza

została wykonana przez mgr M. Jakus.

Less ze ścianek kotlinki i kanału

Próbki ze ścianek obiektu zostały przebadane metodą spektroskopii w podczerwieni dla porówna- nia ich składu fazowego ze składem fazowym lessu eksperymentalnie przepalonego (por. Aneks oraz tabela 5). Tutaj, podobnie jak w próbkach lessu przegrzewanego, w składzie fazowym rejestruje się obecność smektytu, kwarcu i słabo uporządkowanych faz Si-Al-OH. Próbki L1 i L2 są do siebie podobne i przypominają widma lessu surowego i przepalonego poniżej 500ºC (por. tabela 5, ryc. 38). W próbce L3 obserwuje się wyostrzenie pasma 661 cm

, co wynika z porządkowania struktury faz Si-Al-OH. Odmienne jest widmo próbki L7, w której zanikają pasma 916 i 1010 cm

pochodzące od faz Si-Al-OH oraz pasma 3620 i 3695 cm

od pasm grup OH (Adamo et al.

2010; Błaszczak et al. 1993; Galen 1985; Moencke 1963-6; Stoch 1974).

Obraz SEM próbki L1 pochodzącej ze ścianki kanału kotlinkowego, tuż przy jego wylocie (ryc. 16) ujawnia zbitą ale mało ziarnistą strukturę, przynaj- mniej w porównaniu z surowym i eksperymentalnie przepalonym lessem (por. Aneks). Widoczne są pole- wowe, amorficzne skupienia faz, w których duży udział mają węglany (ryc. 17-19). Na Ryc. 18 zarejestrowano obecność „szkieletu” wapiennego mikroorganizmu.

Obok węglanu wapnia pojawia się tu siarczan wapnia – gips lub anhydryt. Glinokrzemiany charakteryzują się typowym dla lessu składem (ryc. 19).

Obraz próbki L6 pochodzącej ze środkowej części ścianki kotlinki wskazuje na obecność dużej ilości minerałów blaszkowych w porównaniu z les- sem surowym (ryc. 20). Widmo EDS ujawnia wysoką koncentrację glinu (ryc. 21), co wynika z obecności kaolinitu lub wodorotlenków glinu lub innych faz za- wierających ten pierwiastek.

W mikrostrukturze próbki L2, również pocho- dzącej ze środkowej części kanału kotlinkowego za- znacza się, z kolei, mniejsza ilość faz blaszkowych.

Glinokrzemiany grupują się jako nieregularne skupie- nia (ryc. 22-23).

Materiał z dna kotlinki,

„skrzep” pod klocem żużla

Skupienia pochodzące z dna pieca są makrosko- powo ciemnoszare, twarde i kruche. W obrazie SEM materiał ten ujawnia swoją złożoność. Na ryc. 24 widoczne są nieregularne, łuskowate i zbite, krypto- krystaliczne lub amorficzne skupienia. Pory występu- jące w tej strukturze są nieregularne. W składzie che- micznym zaznacza się obecność głównie krzemionki i glinokrzemianów (ryc. 25). Warto odnotować także obecność niewielkiej ilości fosforu i wapnia. Tylko na widmie przedstawionym na ryc. 27 można odczytać proporcję P/Ca, jest ona większa od 1. Z naszych

niepublikowanych badań wynika, że jest to proporcja charakterystyczna dla związków fosforu pochodzenia roślinnego. Na ryc. 26 znajduje się obraz fragmentu szczątka roślinnego (drewna?), w którego składzie chemicznym zaznacza się obecność fosforu i wap- nia (ryc. 27). Wyższa koncentracja wapnia wynika z obecności tego pierwiastka w węglanach lub innych solach wapnia. Przy większych powiększeniach struk- tura „skrzepu” ujawnia swój dendrytyczny charakter (ryc. 28). Dendryty złożone są najprawdopodobniej z glinokrzemianu żelaza, w mniejszej ilości także magnezu i potasu (zwraca uwagę bardzo wysoka koncentracja glinu) oraz fosforanu wapnia, choć inne konfiguracje mogą być tu także możliwe. Koncentra- cja glinu i substancji C jest tutaj zmienna (ryc. 29-31).

Podstawa szybu, „kołnierz”.

Struktura koncentrująca się w górnej części pieca jest makroskopowo biała i białoszara, ziemista, krucha. W obrazie SEM morfologia próbki L8 przy- pomina morfologię lessu (ryc. 32). Ciekawszy jest natomiast skład chemiczny: obok glinokrzemianów zaznacza się obecność fosforu i wapnia. Proporcja P/

Ca jest mniej więcej równa jeden, ale wapń może być też składnikiem glinokrzemianu (ryc. 33).

W próbce L9 zaznacza się mniejsza ziarnistość, widoczne są struktury o charakterze polew (ryc. 34- 36). Skład chemiczny odzwierciedla obecność faz glinokrzemianowych, prawdopodobnie zamorfizo- wanych, na co wskazuje stosunek Si/Al. Tutaj także obecny jest fosfor i wapń (ryc. 21). Są miejsca, w któ- rych koncentruje się żelazo (ryc. 37). „Polewowa”

(skorupowa) struktura może być rezultatem oddzia- ływania czynników hipergenicznych ale może także wynikać z termicznego zamorfizowania minerałów budujących „kołnierz” (por. morfologię i skład fazowy XRD lessu przepalonego w 900ºC; Aneks: ryc. 13-16).

Charakterystyka próbek ze ścian kotlinki pieca dymarskiego oraz kanału kotlinkowego i szacunkowa temperatura ich przepalenia

Próbki pochodzące ze ścianek kotlinki i towarzy-

szącego mu kanału (ryc. 15) pod względem składu

fazowego są tożsame z próbkami lessu, tzn. występu-

je w nich kwarc, skaleń, smektyt i inne wymienione

fazy. Różnią się jednak proporcją składnika ilastego

i ziarnistego. W próbce L1 pochodzącej z górnej czę-

ści kanału zaobserwowano dużą ilość komponentu

ilastego, ponadto zarejestrowano większą niż gdzie

indziej ilość węglanów i siarczanów. Prawdopodobne

jest, że mamy do czynienia z gliną lessową, lessem

wzbogaconym w sposób naturalny w składniki ilaste

gliny lessowej. Jak pokazują nasze badania ceramiki

z okresu wpływów rzymskich, jest to bardzo dobry

surowiec garncarski, (Trąbska et al. 2008). Obecność

węglanu (zapewne wapnia) i siarczanu (przypuszczal- nie także wapnia) może być wynikiem naturalnej kon- taminacji. Jednak, zwłaszcza węglan wapnia, działa już w niskich temperaturach, tj. około 600ºC jako top- nik ułatwiający spiekanie i homogenizację składników (Trąbska 2015). W obrazie SEM obserwujemy częś- ciową ziarnistość i częściowe struktury amorficzne,

„polewowe” (ryc. 36). Być może mamy do czynienia nie z naciekami substancji hipergenicznych, a z częś- ciowym termicznym zunifikowaniem struktury?

Widmo FTIR nie ujawnia jednak żadnych przemian termicznych (tabela 5, ryc. 38). W związku z tym należy raczej skłonić się do koncepcji wtórnego (hi- pergenicznego) pochodzenia węglanów i siarczanów.

Próbki L2 i L6 pochodzą ze środkowych części kotlinki oraz kanału. Również w próbce L6 zaob- serwowano dużą ilość minerałów ilastych w porów- naniu do szkieletu ziarnowego, co sugeruje użycie gliny lessowej. Wysoka koncentracja glinu, jaką tu- taj zarejestrowano (ryc. 21) wskazuje na mineralne pochodzenie tego pierwiastka z faz typu Al-O(OH) lub z popiołów roślinnych, lub ze skutków działań naturalnych kolonii grzybów prostych (powołujemy się na wyniki naszych badań ceramiki archeologicz- nej, w której takie kolonie występowały (Trąbska et al. 2014). Obecności współczesnych grzybni nie stwierdzono. Zatem duża ilość glinu jest efektem na- turalnych procesów, organicznych i nieorganicznych, zaobserwowanych tylko w tej próbce lub wskazuje na użycie w czasie budowania pieca – jakiejś substancji, która mogłaby ów pierwiastek uruchomić i skoncen- trować. Kwestia ta mogłaby być poddana dalszym badaniom. W próbce L2 ilość glinokrzemianów jest mniejsza. Pokrój tych faz w próbce L1 jest dość nie- regularny, podobnie w próbce L2. Przypominają one pokrojem obraz lessu przepalonego w temperaturze 600ºC lub wyższej (ryc. 16, 17, 22, 23 vs. Aneks:

ryc. 9). Mniej zmieniona jest struktura glinokrzemia- nów w próbce L6 (ryc. 20 vs. Aneks: Rrc. 9).

Na widmach FTIR umieszczono informację o próbkach L1, L2, L3 i L7 (por. ryc. 38). Próbki reprezentowane przez widma próbek L1 i L2 są mało zmienione termicznie. Bardziej zmienione są prób- ki reprezentowane przez widma L3 i L7. Dla prób pobranych blisko powierzchni prawdopodobne jest odbudowanie struktury faz glinokrzemianowych po upływie długiego czasu i pod wpływem ekspozycji na normalne warunki wilgotności i temperatury. Nie można także wykluczyć kontaminacji tych prób infil- trującymi współczesnymi minerałami ilastymi. Stąd rozbieżność danych z obrazu SEM i informacji płyną- cej z widm FTIR dla prób L1 i L6. Naszym zdaniem należy założyć, że materiał próby L1 uległ wpływowi temperatury równej lub wyższej 600ºC, podobnie jak materiał próbki L2 i L3. Mikrostruktura próbki L6 wskazuje na niewielki wpływ zmian termicznych, około 400ºC lub nieco niższych.

Wnioski i uwagi ogólne

Struktura materiału z dna kotlinki, tzw. skrzepu jest niejednorodna. Obecne są tutaj obszary zbite, złożone z krzemionki i glinokrzemianu magnezu, porowate (ryc. 24, 25), o charakterze żużlu. Obecne są także zwęglone roślinne szczątki, pozostałości po węglu drzewnym (?) oraz puste przestrzenie (negaty- wy) po szczątkach wypalonych (ryc. 26-28). Sugeruje to dostęp tlenu, zapewniający spalenie części źdźbeł i drewienek. Z popiołami roślinnymi współwystępują związki żelaza oraz wapnia i fosforu. Stosunek P/Ca jest równy 1 lub nieco wyższy od 1: trudno wyroko- wać o źródle fosforu, nie wiadomo bowiem czy wapń wchodzi wyłącznie w jego związek, czy także w fazy glinokrzemianowe. W „skrzepie” występują także dendrytyczne skupienia o interesującym składzie chemicznym: krzemianu lub glinokrzemianu i bar- dzo wysokiej koncentracji glinu, żelaza oraz fosforu i wapnia. Skład fazowy został przedstawiony w roz- dziale dotyczącym cech żużla (Suliga, w tym tomie).

Z dotychczasowych badań różnego rodzaju żużli me- talurgicznych wynika, że skład fazowy wchodzących w nie substancji może być bardzo nietypowy (por.

Heinmann et al. 2001).

Materiał „skrzepu” uległ przemianom termicz- nym, a obecność dendrytycznych skupień sugeruje temperatury zbliżone do 900ºC lub wyższe. Silnie zmienione są także glinokrzemiany – wskazuje na to kształt widma w podczerwieni (ryc. 24).

„Kołnierz” – materiał z podstawy pieca

Surowiec „kołnierza” jest prawdopodobnie gliną lessową – więcej jest tu składników ilastych niż ziarno- wych (ryc. 18-23). Mikrostruktura glinokrzemianów wskazuje na wpływ temperatury powyżej 600ºC (por.

Aneks: ryc. 9-12). W składzie chemicznym zaznacza się obecność niewielkiej ilości fosforu. Nie ma jednak przesłanek dla oceny jego pochodzenia: czy wprowa- dzono go tu jako topnik, czy jest pozostałością po pro- cesie hutniczym (np. Heimann et al. 2001), czy może jest naturalnym składnikiem lessu.

Podsumowanie wyników badań

Wypreparowane i zabezpieczone wraz z otacza- jącym je podłożem piece dymarskie z Pokrzywnicy umożliwiły nieograniczoną w czasie obserwację szczegółów konstrukcyjnych ich budowy i działania, a także przeprowadzenie specjalistycznych analiz me- talurgicznych i mineralogicznych ukierunkowanych na określenie charakteru i składu chemicznego żużla oraz jego oddziaływania na podłoże ziemne.

Obecność kanałów kotlinkowych, związana

raczej ze starszą fazą rozwoju hutnictwa świętokrzy-

skiego, wskazuje na szereg ograniczeń, z którymi

borykali się pradziejowi hutnicy prowadzący wytop w relatywnie prostych, a jednocześnie bardzo trud- nych w obsłudze obiektach hutniczych. Wprawdzie piece wyposażone w te urządzenia stanowią zaledwie promil wśród liczącej setki tysięcy grupie tego typu obiektów znanych z terenów kultury przeworskiej, to ich stosowanie świadczy o podejmowanych próbach usprawnienia tego procesu. Na szczególną uwagę za- sługuje zwłaszcza kanał typu A, którego obecność po- twierdzono na piecowisk nr 2 w Pokrzywnicy aż w 6 przypadkach. W odróżnieniu od typów B i C, które były tylko prostymi poszerzeniami kotlinki i można było je drążyć nawet w trakcie prowadzenia wytopu, kanały typu A wykonywane zawsze z dużą starannoś- cią, stanowiły zapewne ważny element wspomagają- cy i ułatwiający proces wytopu. Można traktować je jako dodatkowe źródło wentylacji pieca. Umożliwiały doprowadzenie powietrza do kotlinki, niezależnie od podstawowego systemu dmuchu znajdującego się w części szybowej pieca. Fakt, że nie ulegały zalaniu żużlem czy zniszczeniu w trakcie wielogodzinnego procesu, może świadczyć o ich wykorzystywaniu nie tylko na etapie wygrzewania pieca czy wstępnego etapu procesu, ale również w kolejnych jego fazach związanych z upłynnianiem żużla.

Żużel występujący w piecu nr 1 utworzył w stro- powej partii kotlinki zwarty kloc, który zajmował w przybliżeniu ok. 1/3 jej głębokości. Niżej miał on formę ażurowej struktury złożonej z luźnych sopli i skrzepów, które sięgały niemal do dna jamy kotlin- kowej. Na samym dnie powstał rodzaj „poduszki”

zbudowanej z popiołu, resztek niespalonego węgla drzewnego oraz drobnych żużli soplowych. Decydu- jący wpływ na taki układ masy żużlowej w kotlince miał zapewne omawiany kanał przez który do jamy dostawało się powietrze, dzięki któremu znajdujący się tam materiał opałowy – najprawdopodobniej węgiel drzewny, mógł całkowicie się wypalić. W przy- padku braku takiego kanału, co znamy zwłaszcza z pieców typu Kunów, reprezentujących starszy hory- zont chronologiczny, niespalony węgiel drzewny po- zostawał w kotlince, tworząc rodzaj korka na którym zawieszał się stosunkowo niski kloc żużla. Znacznie zmniejszało to wydajność pieca, którego kotlinka nie mogła przyjąć większej ilości żużla. Kanał kotlinko- wy pozwalał wyeliminować to ograniczenie, umożli- wiając przy okazji lepsze obtopienie kloca od dołu i spłynięcie większej ilości żużla na dno. Problemy te zostały skutecznie rozwiązane w późniejszej fazie rozwoju świętokrzyskiego centrum hutniczego, gdzie na piecowiskach uporządkowanych piece nie były wyposażone w tego typu urządzenia, a żużel ście- kał mimo to na dno obiektu (szczelnie wypełniając kotlinkę).

Szereg ciekawych wniosków dostarczyły także obserwacje mineralogiczne. Wstępne badania ścia- nek kotlinki oraz towarzyszącego jej kanału ujawniły,

że zostały one najprawdopodobniej wyłożone gliną lessową, surowcem o składzie fazowym niemal toż- samym ze składem lessu, wzbogaconym dodatkowo w składniki ilaste. Wskazują na to, podwyższone w stosunku do składu naturalnego calca, ilości kom- ponentu ilastego w postaci glinokrzemianów. Stwier- dzono tam także obecność węglanów i siarczanów.

Nie można wykluczyć, że ich obecność jest wynikiem procesów naturalnych, ale bardziej prawdopodobne jest ich wtórne (hipergeniczne) pochodzenie. War- stwa tego wyłożenia była zapewne bardzo cienka – w przeciwnym razie uległaby odwarstwieniu od naturalnej ścianki lessowej. Można założyć raczej, ze powstała na drodze obmazywania ścianek kotlinki i kanału rozwodnioną glinką lessową w celu ich wy- równania i zabieg ten nie miał raczej na celu utworze- nie regularnej warstwy izolacyjnej.

Z gliny lessowej zbudowany został także tzw.

„kołnierz”, utożsamiany z podstawą szybu, co potwierdza większa ilość składników ilastych niż ziarnistych. W materiale, z którego go zbudowano, znajduje się również wapń i fosfor. Trudno jednak określić czy jest to rezultat naturalnej kontaminacji, czy celowych zabiegów.

Przeprowadzone badania mineralogiczne po- zwoliły również określić rozkład temperatur działa- jących w tej części pieca. Temperatura oddziałująca na ścianki kanału była równa lub wyższa niż 600ºC.

W samej kotlince, w zależności od głębokości, zare- jestrowano różne wartości temperatury. Punkt po- miaru znajdujący się w połowie jej głębokości (nr 6) wskazywał na temperaturę rzędu ok. 400ºC, podczas gdy na dnie pieca, w obrębie tzw. poduszki złożonej ze żużlowych skrzepów, popiołu i węgli drzewnych, sięgała ona nawet 900ºC. Wskazuje to na swobod- ny przepływ powietrza w tej strefie, który był moż- liwy tylko dzięki drożnemu przez cały czas procesu kanałowi.

Wysokie temperatury stwierdzono również na ściankach górnej – stropowej partii kotlinki. Punkt pomiarowy nr 9 wskazuje na temperaturę ok. 600ºC, a nr 7 nawet 900ºC. Na takie przegrzanie ścianek wskazuje m.in. obecność struktur o charakterze po- lew, które można spotkać na wewnętrznych ściankach szybu – w strefie otworów dmuchowych, gdzie panują najwyższe temperatury. Pod wpływem gorąca nastę- puje proces zeszkliwienia (witryfikacji) glinianego szybu w postaci różnobarwnego zeskorupienia gliny.

Badania mikrostruktury oraz składu fazowego żużli pozwoliły z kolei sformułować następujące wnioski. Stwierdzono, że skład chemiczny i struktura badanego kloca są typowe dla starożytnych kloców żużlowych z regionu świętokrzyskiego. Średni skład próbek wskazuje na jego jednorodność chemiczną.

Żużel składa się z formie tlenkowej z: Fe₂O₃ – 62,22%,

SiO₂ – 27,77%, Al₂O₃ – 5,17% i K₂O – 2,06%. Zazna-

cza się jednak zróżnicowanie składu chemicznego

i struktury między próbkami pobranymi z różnych miejsc powierzchni kloca, co uzasadnione jest wa- runkami jego krystalizacji w kotlince pieca. Odnosi się to do jego powierzchni górnej, środkowej i dolnej.

Podstawowym składnikiem fazowym badanych żużli jest oczywiście fajalit Fe

SiO

, ale powszech- nie występuje również hercynit FeAl

O

, oraz wistyt FeO (nr 4, 6-8), którego ilość wzrasta w próbkach pochodzących z głębi kloca. Stwierdzono również obecność krzemionki SiO

i mulitu Al

Si

O

. Ilość krzemionki jest niska w części zwartej kloca żużlo- wego (próbka nr 4), a wysoka w pobliżu ścianek kot- linki i w samej ściance. Mulit występuje w próbkach pobranych z wnętrza kloca (nr 4, 5), nie występuje zaś w próbkach pochodzących z jego powierzchni (nr 2, 3). Warto również zaznaczyć, że metaliczne żelazo stwierdzono jedynie w próbce ze ścianki kot- linki (nr 1).

Relacje między składem chemicznym i mikro- strukturą skrzepu na dnie kotlinki i części zwartej kloca wskazują, że kanał kotlinkowy spowodował wypalenie paliwa wypełniającego dno kotlinki i w konsekwencji nastąpiło obtopienie wcześniej

ukształtowanego kloca i uformowanie skrzepu na dnie kotlinki.

Przedstawione wyniki badań pozwoliły przede wszystkim na odtworzenie warunków termicznych panujących w kotlince pieca dymarskiego, co miało zapewne istotny wpływ na skład chemiczny i struktu- rę fazową zmagazynowanego tam żużla. Potwierdziły również rolę kanału kotlinkowego jako ważnego urzą- dzenia usprawniającego proces upłynniania żużla.

Uniwersytet Jana Kochanowskiego w Kielcach Instytut Historii, ul. Świętokrzyska 15, Kielce Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej al. Mickiewicza 30, Kraków Uniwersytet Rzeszowski, Instytut Archeologii

ul. Moniuszki 10, Rzeszów Akademia Górniczo-Hutnicza Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska al. Mickiewicza 30, Kraków

WYKAZ SKRÓTÓW MA Materiał Archeologiczne, Kraków.

50 lat badań S. Orzechowski, I. Suliga (red.), 50 lat badań nad starożytnym hutnictwem świętokrzyskim. Arche- ologia – Metalurgia – Edukacja, Kielce 2006.

LITERATURA Adamo I., Ghisoli C., Caucia F.

2010 A contribution to the study of FTIR spectra of opals, Journal of Mineralogy and Geochemi- stry 187/1, 63-68.

Błaszczak K., Sikora W., Stuss W.

1993 Badania spektroskopowe w podczerwieni smek- tytów z dolnośląskich zwietrzelin bazaltowych, Prace Specjalne Polskiego Towarzystwa Mi- neralogicznego 4.

Bielenin K.

1966 Badania nad starożytnym hutnictwem świę- tokrzyskim przeprowadzone w 1964 r., MA 7, 159-177.

1973 Dymarski piec szybowy zagłębiony (typu kotlin- kowego) w Europie starożytnej, MA 14, 5-101.

1983 Der Rennfeuerofen mit eingetieftem Herd und seine Formen in Polen, Offa 40, 47-61.

1992 Starożytne górnictwo i hutnictwo żelaza w Gó- rach Świętokrzyskich, wyd. 2, Kielce.

Bielenin K., Mangin M., Orzechowski S.

1996 La sidérurgie ancienne et l’exploitation minière dans les Montagnes Sainte-Croix (Petite Polog- ne) II. Ateliers, habitat, chronologie, Dialogues d’Histoire Ancienne 22/1, 327-373.

Bielenin K., Suliga I.

2008 The ancient slag-pit furnace and the reduction process in the light of a new archaeological concept and metallurgical research, Metallurgy and Foundry Engineering 34/1, 53-78.

Galen W. E.

1985 Instrumental Methods of Chemical Analysis, New York.

Heimann R. B., Kreher U., Spazier I., Wetzel G.

2001 Mineralogical and chemical investigations of

bloomery slags from prehistoric (8

century

BC to 4

Century AD) iron production sites in

Upper and Lower Lusatia, Germany, Archaeo-

metry 43/2, 227-252.

Moencke H.

1963-6 Mineralspektren, I–III. Berlin.

Orzechowski A.

2014 Zachodnia część stanowiska osadowego w Po- krzywnicy, pow. starachowicki, stanowisko 1.

Praca magisterska (maszynopis w archiwum In- stytutu Archeologii Uniwersytetu Łódzkiego).

Orzechowski M.

2010 Osada z młodszego i późnego okresu rzym- skiego w Pokrzywnicy, stan. 1, gm. Pawłów, woj. świętokrzyskie. Praca magisterska (ma- szynopis w archiwum Instytutu Archeologii Uniwersytetu Jagiellońskiego).

Orzechowski S.

2006 Wyniki najnowszych badań na stanowiskach osadniczych i produkcyjnych świętokrzyskiego centrum hutniczego, [w:] 50 lat badań, 33-72.

2007 Zaplecze osadnicze i podstawy surowcowe staro- żytnego hutnictwa świętokrzyskiego, Kielce.

2011 The canal-pit and its role in the bloomery process: the example of the Przeworsk culture furnaces in the Polish territories, [w:] I. Hošek, H. Cleere, L. Mihok (red.), The archaeometal- lurgy of iron. Recent developments in archaeolo- gical and scientific research, Praha, 41-54.

2013 Region żelaza. Centra hutnicze kultury przewor- skiej, Kielce.

Orzechowski S, Wichman T.

2006 Badania powierzchniowe na obszarze święto- krzyskiego centrum hutniczego – próba osza- cowania liczby stanowisk produkcyjnych, [w:]

50 lat badań, 75-90.

Rice P.

2005 Pottery analysis as a sourcebook, Chicago.

Stoch L.

1974 Minerały ilaste, Warszawa.

Suliga I.

2006a Dotychczasowe próby rekonstrukcji starożyt- nego procesu metalurgicznego w kotlinkowych piecach dymarskich z regionu świętokrzyskiego, [w:] 50 lat badań, 163-174.

2006b Próba metalurgicznej weryfikacji koncepcji archeologicznej K. Bielenina „powierzchni swo- bodnego krzepnięcia” starożytnych kloców żuż- lowych, na podstawie kloca z Kowalkowic, gm.

Waśniów, MA 36, 267-272.

Suliga I., Orzechowski S., Góra M., Cieśla W.

2004 Żużle miseczkowate ze starożytnego centrum hutniczego w Górach Świętokrzyskich, Hutnik 71/10, 512-517.

Trąbska J.

2015 Mikrostrukturalne przesłanki dla oceny pocho- dzenia i przetworzenia czerwonych surowców żelazistych („ochr”) na przykładzie wybranych stanowisk paleolitycznych, Rzeszów.

Trąbska J., Trybalska B., Bytnar K.

2008 The Roman period pottery in mineralogical and petrographical study - Przeworsk Culture settlement from Jarosław, [w:] A. Błażejewski (red.), Ceramika warsztatowa w środkowoeuro- pejskim Barbaricum, Wrocław, 111-120.

Trąbska J., Gaweł A., Trybalska B., Walanus A.

2014 Ceramological research on pottery from Staro- siedle, site 3, [w:] Z. Kobyliński (red.), Staro- siedle in the Lubusz Land: Prehistoric and Early Medieval Settlement, Warszawa, 487-504.

Woyda S.

1977 Ein Eisenverhüttungszentrum der vorrömischen

Eisenzeit und der römischen Kaiserzeit in der

Umgebung von Warschau, [w:] Eisenverhüttung

vor 2000 Jahren archäologische Forschungen in

der Volksrepublik Polen, Düsseldorf, 27-35.

ORZECHOWSKI SZYMON, SULIGA IRENEUSZ, TRĄBSKA JOANNA, TRYBALSKA BARBARA

Bloomery furnaces from Pokrzywnica, site 1, Pawłów dis., Świętokrzyskie Voivodeship, in the light of archaeological, metallurgical and mineralogical research

Summary

During the rescue excavations conducted in 1995 on the site no 1 from the period of Roman influence in Pokrzywnica, Pawłów dis., Świętokrzysk- ie Voivodeship, a set of 4 bloomery furnaces together with the surrounding base was prepared and preserved. Currently, they constitute a part of an exhibition displayed in the Museum of Nature and Technology in Starachowice.

The objects belonged to a small set of 18 bloomery furnaces known as the so-called ‘unorga- nised’ slag-pit furnace cluster. In the neighbourhood there is a large production settlement from the early and younger Roman period, on the outskirts of which several dozens of bloomery ironworks were registered. 11 slag-pit clusters were identified during excavations, and altogether 466 slag-pit furnaces were discovered. Acquiring a few very well preserved ob- jects allowed for observing the construction details of their structure for unlimited time, as well as carrying out specialist metallurgical and mineralogical analy- ses aimed at determining the character and chemical composition of slag and its impact on the ground.

The slag-pit cluster no 2 from Pokrzywnica is characterised by a particularly frequent occurrence of the so-called tuyeres. As many as 9 furnaces were equipped with extremely interesting construction elements. They were deliberately made canals which connected the pit to the ground surface. They aided the main blowing system located in the lower section of the shaft. Three kinds were distinguished, defined as A, B and C types. Particular attention should be pain to the A type canal which, unlike the others, was not merely a simple widening of the pit, but also a carefully made construction element connecting its bottom with the ground surface, at the base of the shaft. The fact that they were not filled with slag or destroyed in the course of the long smelting process, confirms that they were used not only at the stage of heating the furnace, or the initial stage of smelting, but also in its subsequent stages relating to liquefying slag.

The well-preserved furnace no 1 fitted with the type A canal underwent a detailed analysis. In the ceiling section of the pit slag congealed into a compact block which occupied approximately 1/3 of its depth. Lower, it changed into an openwork structure consisting of loose “icicles” and coagulum which reached almost to the bottom of the pit. At the very bottom there was a kind of “coagulum” built

from ash, remains of unburnt charcoal and small slag icicles. Such an arrangement of the slag mass in the pit must have been significantly influenced by the above mentioned canal through which air was forced into the pit, thanks to which the fuel there could burn down completely. During the older development stages of the ancient metallurgy in the Świętokrzyski region this method was used to increase the pit ca- pacity. Unburnt charcoal lying even up to half the pit height caused the block to rest on it, which consid- erable lessened the output of the furnace whose pit could not hold more slag. The pit canal allowed for eliminating that limitation while making it possible to better melt the bottom of the block and enabling a larger amount of slag to flow to the bottom of the pit.

Those problems were effectively solved in ‘organised’

slag-pit furnace clusters where furnaces were not equipped with such devices nevertheless slag flowed to the bottom of the object.

Mineralogical research of the pit walls and the accompanying canal indicate that they might have been lined with “loess clay”. It is confirmed by the amount of the argillaceous component in the form of aluminosilicates higher than in the natural undis- turbed layer, as well as the presence of carbonates and sulphates. The lining layer must have been very thin – otherwise it would have detached from the natural loess wall. It can be assumed that it was made by smearing the walls of the pit and the canal with watered-down loess clay in order to smooth tem out, and the treatment was not really aimed at creating a regular insulation layer.

The so-called “collar”, identified with the shaft base, was also built from the “loess clay” which is confirmed by a larger amount of argillaceous than granular components in the material from which it had been built. It also contains calcium and phos- phorus. However, it is difficult to determine whether it is a result of natural contamination, or of deliberate treatment.

The carried out mineralogical research allowed

for determining temperature distribution in this part

of the furnace. In order to obtain reliable data, a se-

ries of experiments were carried out allowing for con-

structing so-called “thermometers”. Raw loess from

the site was burnt in the oxidising atmosphere, within

temperatures ranging between 200 and 700ºC, every

100 degrees and in 900ºC. Obtained results were

used to determine temperature ranges in particular parts of the pit. On this basis it was found out that the temperature affecting the walls of the pit and the accompanying canal was generally equal to or higher than 600ºC. Only the measuring point located at the half of its depth (no 6) indicated the temperature of app. 400ºC. At the bottom of the furnace, within the so-called pillow consisting of slag coagulum, ash and charcoal, it reached even 900ºC. That implies a free circulation of air in this zone, which was possible only owing to the unobstructed pit canal throughout the whole process.

High temperatures were also observed on the walls of the upper – ceiling section of the pit. The measuring point no 9 indicated the temperature of app. 600ºC, and no 7 even 900ºC. Such overheating of walls is confirmed by e.g. the presence of glaze-like structures which can be found on the internal walls of the shaft.

In turn, research of micro-structure and the phasic composition of slag indicated its chemical ho- mogeneity. Slag in its oxide form consists of: Fe₂O₃ – 62,22%, SiO₂ – 27,77%, Al₂O₃ – 5,17% and K₂O – 2,06%. However, the chemical composition and structure vary between samples taken from different

places on the block surface, which is justified by the conditions of its crystallisation in the furnace pit.

Those differences are particularly visible on its upper, middle and lower surface.

The basic phasic component of analysed slag is naturally fayalite (Fe₂SiO₄), but also hercynite FeAl₂O₄ is commonly encountered, as well as wüstite FeO (no 4, 6-8) whose amount increases in samples obtained deep within the block. The presence of sili- ca SiO₂ and mullite (Al₆Si₂O₁₃) was also confirmed.

The amount of silica is low in the compact section of the slag block (sample no 4), and high in the vicinity of the pit wall and the wall itself. Mullite occurs in the samples taken from the inside of the block (no 4, 5), and does not occur in the samples taken from its surface (no 2, 3). It is also worth noticing that metallic iron was found only in the sample from the pit wall (no 1).

Relations between the chemical composition

and the micro-structure of the coagulum at the bot-

tom of the pit and the compact section of the block

indicate that the tuyere led to burning out of the

fuel filling the pit bottom and, as a consequence, the

previously formed block started melting and forming

a coagulum on the bottom of the pit.

Tab.1. Piece dymarskie z kanałami kotlinkowymi, wg K. Bielenina z uzupełnieniami S. Orzechowskiego.

Uwaga. W zestawieniu nie uwzględniono kilku kloców z Muzeum w Nowej Słupi o nieznanym pochodzeniu Table 1. Bloomery furnaces with pit canals, acc. to K. Bielenin, supplemented by S. Orzechowski (NB. The list does not take into account several blocks of unknown origins from the Museum in Nowa Słupia)

Lp. Nazwa stanowiska Liczba kotlinek na piecowisku W tym z kanałem kotlinkowym typu:

A B C

1. Baszowice luźny kloc żużla 1 - -

2. Chmielów, stan. 4 54/55 - 2 -

3. Kunów, stan. 1 (wyk. 3) 29 9 - -

4. Krzemionki, stan.? 3 3

5. Łomno, stan. 23 82 1 - -

6. Marcinków, stan. 1 7 - - 1

7. Mirogonowice, stan. 1 25 6 - -

8. Podchełmie (ŚPN), stan. 1 luźny kloc żużla - - 1

9. Pokrzywnica, stan.1 Piecowisko nr 2 Piecowisko nr 3 Piecowisko nr 4 Piecowisko nr 5 Piecowisko nr 7 Piecowisko nr 8

18 140 25 33 39 (?) 42 (?)

luźny kloc żużla

7 - - - - - -

2 (?) 10 (?) 1 3 1 2 1

- - 1 - - - -

10. Pokrzywnica, stan. 1 luźny kloc żużla - 1 -

11. Skały, stan. 2 13 1 1 -

12. Skarżysko Kamienna (Łyżwy) luźny kloc żużla - 2 -

13. Worowice, stan. 1 51 1 - -

14. Wronów luźny kloc żużla 1 - -

15 Wykus, stan.1 Piecowisko nr 1 Piecowisko nr 2 Piecowisko nr 4

20 17 (?) 6 (?)

- - -

3 2 1

- 1 -

Razem: 568 30 32 4