Výroba a zpracování železa do 18.století

V období keltského osídlení mělo z technického hlediska bezesporu největší význam hutnictví železa, které se teprve v průběhu laténského období rozvinulo natolik, že tuto epochu lze nazývat dobou železnou. Ve středním laténském období byly malé hutě. Zato v mladé laténské fázi už byly zakládány celé hutnické dílny s několika redukčními pecemi a vyhřívačkami. Tyto hutě vesměs pracovaly v otevřených osadách, jen v menším měřítku se železo hutnilo přímo v tehdejších oppidech. Mladolaténské železářské pece měly svéráznou konstrukci, která byla zřejmě dílem východních nebo severovýchodních keltských hutníků. Východokeltská redukční pec měla nadzemní šachtu z víceméně žáruvzdorné hlíny, na jejímž úpatí nebyl umístěn otvor pro vsazení hliněné diznové cihly, do níž se zasouvalo ústí dmýchacího měchu. Zhruba polovina výšky pece byla vyhloubena do země. Tento kotlovitý tvar sloužil jako recipient strusky, neboť pece tohoto typu nebyly opatřeny výpustí. Železo vznikalo v podobě krystalitů, ale valná část přešla do strusky. Zbytek ulpěl v ústí nístěje těsně pod úrovní dmýchání jakožto tzv.železná houba, zatímco struska protekla jejími póry a vytvořila v nístěji charakteristický struskový slitek. Po prolomení části šachty se houba odsekala, struska se buď odstranila nebo se v nístěji ponechala, jestliže pec už dosloužila. Tento postup se označuje jako přímá výroba železa. Je to původní způsob hutnění železa, kdy redukční teploty nepřesahují asi 1400°C. Konečným produktem, který se vylamuje z pece, je železo v těstovitém tvaru, které je kujné. Železná houba plná strusky se musela znovu rozžhavit a důkladně překovat. Tento pochod se prováděl v tzv. vyhřívačkách. Po této úpravě se železo zpracovávalo v kovárnách, v té době umístěných ve značném počtu v oppidech. Keltské kovářství lze hodnotit jako velmi vyspělé. Řemeslníci měli k dispozici poměrně dokonalé pracovní nářadí, které poznali od Řeků a Etrusků (Kovadliny, kladiva, pilníky, nýtovačky) a jehož formy se velmi rychle vytříbily.
V době germánských kmenů se nejvýrazněji projevila keltská technologická tradice v železářském hutnictví, které přejalo takřka beze změny východokeltskou polozahloubenou pec. Její princip se rozšířil během prvních čtyř století do všeho germánského prostředí a udržel se tam až do konce doby stěhování národů. Kovářství zůstalo sice důležitým oborem, neboť zásobovalo germánské družiny zbrojí, ale nebylo na tak vysoké úrovni jako kovářství keltské.
Za slovanského osídlení se už objevují velké hutě s bateriemi 2 až 24 výtečně konstruovaných redukčních pecí, zabudované do země. Výzkum hutě v Želechovicích ukázal, že v pecích výborně izolovaných, opatřených až 3mi druhy žáruvzdorných materiálů a přizpůsobených umělému dýchání šikmou větrnou formou, se mohly s úspěchem zpracovávat poměrně těžko tavitelné rudy. Struska se z těchto pecí vypouštěla. Kovárny byly stále odloučeny od hutnické prvovýroby a z velké části se nacházely v sídlištích městského typu.
Nově používaným nástrojem byly rotační brusky.
V počátcích feudálního období se výroba rozšířila do malých hutí, které zásobovaly zpravidla jen feudální dvorce nebo hradiště. Získávání rudy se omezilo jen na sběr či kopání na výhozech ložisek, kde byla ruda zvětralá a snadno tavitelná. Podle archeologických výzkumů se u nás v období od 11. do 13. století uplatňovaly jámové výhně s umělým dmýcháním větru a struskovou výpustí. Vítr se dmýchal do pece měchy, ústícími do dyzen, které byly zasazeny do stěny pece. Pece byly jámovité prohlubně různých rozměrů, dosahující hloubky až 1 m a průměru až 3 m. Později začali používat naši hutníci i šachtové pece. Na základě nálezů se soudí, že se používalo vápence jako struskotvorné přísady, který snižoval bod tání strusky a zvyšoval tedy její tekutost. Jámová pec této doby pracovala při nízké teplotě (asi do 1300°C), takže redukce rudy byla nedostatečná a polovina železa zůstala ve strusce. Zato však železo získané, bylo velmi čisté. Hutníci této doby, se nazývali rudníci a železníci, byli nesvobodní a patřili panovníkovi nebo klášteru, pro které pracovali na jejich dvorci nebo ve vesnici. V tomto období dosahují vrcholu zbrojířská řemesla. Všechna zbrojířská řemesla se vydělila postupně z kovářství a používala i tytéž nástroje, teprve později se objevily některé specializované.
V období vrcholného feudalismu (13. – 16.st.) bylo k zvládnutí vyspělejší báňské techniky třeba havířů se speciálními znalostmi a se zájmem o práci, a proto nebyli spoutáni poddanskými svazky a získali značné svobody. Poněvadž hlubinné dolování bylo nákladné a nepřinášelo okamžitý zisk, bylo třeba do báňského podnikání většího kapitálu, který zpravidla neměl jednotlivec, nýbrž společnost několika podnikatelů, těžařstvo. Těžařstva byla v této době složena převážně z příslušníku patriciátu. Těžařstvo mělo propůjčeno ložisko jako dočasné vlastnictví, patřil mu důl, těžařské a odvodňovací zařízení a nářadí, kterým pracovali havíři a pomocní dělníci, financovalo dolování, tj. na svůj náklad razilo a udržovalo hlavní díla, zajišťovalo těžbu, odvodňování a větrání. Havíři byli jen zčásti námezdnými dělníky, většinou měli od těžařů propůjčenou část dolu a z dobyté rudy odváděli těžařům určitý podíl. Námezdnými dělníky byli pomocní dělníci, z nichž nejpočetnější byli hašplíři pracující u vrátku. S rozvojem hospodářství stoupala i spotřeba železa pro potřeby zemědělství na venkově i pro řemesla ve městech. Proto jsou malé jámové pece nahrazovány šachtovými pecemi hliněnými nebo kamennými s dmycháním větru měchem. O stoupajícím významu železa svědčí i zmínky pramenů ze 13. st. o železných dolech. Železná huť, tak jak můžeme sestavit její obraz na základě pramenů ze 14. – 16. st., sestávala z kusové peci zvané dýmačka, z vyhřívačky, šmelcovny, bucharu a puchýrny. Dýmačka byla kusová pec, stavěná z kamene až na dolejší část přední pecní stěny, hruď peci, která byla hliněná. Hruď se vylamovala a vzniklým otvorem se vytahovala železná hrouda. Vnitřek pece se vymazával směsí hlíny hertové a uhelného mouru téměř po každé tavbě. U našich dýmaček se dmýchal vzduch dvěma měchy, které ústily do jedné formy. Měchy byly umístěny ve zvláštním přístavku zvaném lednice a byly poháněny vodním kolem. Ruda a uhlí se sypaly pecním otvorem, nad kterým byl komín odvádějící plyny vzniklé hořením. Teplota v nístěji mohla dosáhnout asi 1300°C, což vedlo k lepšímu svaření železa v hroudu a k jeho zvýšenému nasycení uhlíkem. Železná hrouda se vylamovala z hertu, neboli nístěje, železným sochorem a vytahovala řetězem a velkými kleštěmi zvanými váha nad hertem. Vylamováním poškozená vystýlka pece se musela vždy znovu upravit a proto musel být k dispozici dostatek hertovní hlíny. Z vylomené hroudy se nejprve otloukla struska dřevěnými kladivy a vytlačila se zní kováním struska uvízlá uvnitř hroudy. Hrouda se rozdělovala v menší kusy, které se po vyhřátí v kovářské výhni zvané šmelcovna vykovávali pod kladivem na základní druhy železa. Základním druhem železa byl šín, tj. ploché železo, anebo štáf, tj. železo tyčové. Šíny a štáfy se vážily a prodávaly na svazky. V době přímé výroby železa vyráběli železné zboží téměř výhradně kováři ve městech a na vesnicích. Běžným kovářským zbožím byly různé druhy seker, zemědělského zboží apod. To všechno bylo tzv. bílé dílo, zatímco kování koní a vozů bylo dílo černé. Kováři ve městech se začali specializovat podle druhu vyráběného zboží, a tak již ve 14. st. známe u nás pilaře, lopatáře, dráteníky, mečíře apod. Kováři však dovedli vyrábět i umělecké výtvory, jakými byly mříže, kování na nábytek, zámky, klepadla, ale i zdobení brnění a zbraní rytím a vykládáním zlatem a stříbrem. Speciálními výrobky byly meče, sudlice, halapartny, nože a jiné, z drátů se pletla brnění a z plechů se tepaly pancéře. Výchozím materiálem pro některé výrobky byl plech a drát. Plechy se původně vykovávaly ručně. S plechaři se u nás setkáváme spíše zřídka, a proto se plech původně většinou dovážel. I drát se vyráběl dlouho jen v malém množství ve městech. Hromadnou výrobu představovaly hřebíky, jejichž spotřeba byla značná vzhledem k tomu, že dřevo bylo jak základním materiálem pro výrobu mnoha náčiní, tak i stavebním materiálem. Vyráběli se z dobrého železa tak, že se vykoval nejdříve drát příslušné tloušťky a z toho se dlátem odsekávaly jednotlivé kusy, stavěly se do prohlubně v kovadlině a vykovala se hlava. U nás byly vyráběny městskými kováři.
V období 16. – 18. st. se hutnictví železa, na rozdíl o od hutnictví barevných kovů, převratně mění. Změna spočívala v tom, že přímá výroba kujného železa v dýmačkách byla vystřídána výrobou nepřímou, tj. výrobou surového železa ve vysoké peci. Toto železo se zvýšeným obsahem uhlíku bylo tekuté, dalo se slévat a po odstranění většiny uhlíku oxidací ve zkujňovací výhni získalo vlastnosti železa kujného. Vysoká pec se do českých zemí dostala zcela vyvinuta, byla sem přenesena a nevznikla vývojem z české dýmačky. Zásluhu o její zavedení u nás má Jindřich Kašpar, který přišel patrně z Belgie r. 1593. Nová technologie se ve středních Čechách rychle šířila. Všechny hutě sestávaly většinou ze stejných objektů,tj. z vysoké pece, zkujňovací výhně s kladivy, z dýmačky, kovárny a pomocných budov. Chod vysokých pecí je v podstatě nepřetržitý, probíhá v dlouhodobých kampaních. Proto železárna nového typu vyžadovala dostatečné zásoby rudy a uhlí, větší počet dělníků, kteří pracovali ve směnách, čili větší kapitál. Na takový podnik nestačili již drobní hamerníci a vzhledem ke změnám, k nimž došlo v průběhu třicetileté války, byla to u nás pozemková vrchnost, která se zmocnila železářství a učinila je zpravidla součástí lesního hospodářství. Přesto, že se podstatě zvýšila spotřeba železné rudy, nedošlo k nějakému výraznějšímu zlepšení a zefektivnění dobývacích způsobů. I nadále se udrželo jen dobývání povrchové nebo mělkými šachticemi do úrovně spodní vody. Úprava rudy spočívala v jejím praní a drcení. Rudní zásyp do vysoké pece sestával zpravidla ze směsi zvolené tak, aby tavba byla co nejvýhodnější. Produktem vysoké pece je surové železo, struska a kychtové plyny. Vzdušný kyslík dmýchaný do nístěje, spaluje uhlí vzhledem k vysoké teplotě u forem na kysličník uhelnatý, který redukuje rudu na železo. Jde tedy o redukci nepřímou, a poněvadž je to reakce exotermická, spotřeba paliva ve vysoké peci je menší než v peci kusové. Vyšší teplota je také příčinou toho, že do železa přejde větší množství uhlíku a vzniká tak slévatelná surovina. Vedle uhlíku přecházejí do surového železa i jiné prvky (síra, fosfor), které je třeba s většinou uhlíku odstranit zkujňováním, což se provádělo ve zvláštní výhni. Kyselá vysokopecní struska obsahovala nezredukovanou rudu a částečky železa, proto se drtila a vypíralo se z ní železo. Takto získané železo se přidávalo k surovému železu při zkujňování. Často se struska přetavovala ve výhních zvaných v 17. st. dýmačky. Od tohoto způsobu se v 18. st. upustilo, protože se zlepšila vysokopecní technologie a cena uhlí stoupala. Zkujňování surového železa se provádělo ve výhních, zvaných frišfajery. Ke každé výhni příslušelo několik kladiv, poháněných vodním kolem. Původní výhně byly vyloženy litinovými deskami a vzduch se do nich vháněl koženými měchy. Při zkujňování šlo o to, aby se snížil obsah uhlíku a aby se odstranil fosfor, síra a jiné škodlivé příměsi. Zkujňovacích způsobů byla celá řada, u nás se používalo tzv. kujnění napouštěcí. To se skládalo z tavení a vyhřívání, vylamování, napouštění a vykovávání, výrobkem bylo svářkové železo. Nístěj se vysypala uhelným mourem, na něj přišla vrstva strusky a na tu kusy surového železa, mezi železo a ústí formy se dalo dřevěné uhlí. Když bylo vše připraveno, zapálilo se uhlí a při mírném dmýchání začalo železo měknout. Pochod se řídil tak, aby bylo železo těstovité a nevznikala řídká tavenina. Takto připravená těstová hmota se po vypouštění nebo stažení strusky rozlomila na několik kusů a řádně promísila, vylamování se provádělo někdy i vícekrát. Po vylamování byla surovina zbavena většiny uhlíku a struska byla tuhá. Poté se hmota nadzdvihla, vyhrábla se struska a pod železo se podsunulo uhlí. Proud vzduchu se zesílil, aby oxidace proběhla do konce a železné zrno se začalo oddělovat od strusky. Nato se začalo s napouštěním, spočívalo v tom, že se železnou tyčí v železné hmotě sháněly hrudky železa, aby se navařily na tyč. Vzniklá palička se kovala, aby se zní odstranila struska a znovu se dala do výhně k navaření dalšího železa. Vzniklá palice se vykovala na tyčové železo. Kladiva užívaná k vykování tyčí byla dvojího druhu, a to buď kladivo nadhazovací (jednozvratná páka), nebo chvostové (dvojzvratná páka). Při vykovávání tyčí se železo stále polévalo vodou, aby bylo hladké. Kujné železo se měřilo na váhu.