Enne seda, kui malmi hakati 18. sajandi lõpul laialdasemalt tootma, oli üks olulisemaid raua-süsinikusulameid teras. Terast on inimkond tundnud juba alates 2. aastatuhandest eKr, mil seda toodeti muistses Anatoolias ja Lähis-Idas. Kuna teras on süsinikuvabast rauast märksa kõvem, on seda läbi ajaloo kasutatud erinevate terariistade valmistamisel, olgu need noad, kirved, vikatid, mõõgad või muud töö- ja tapariistad, kirjutavad Tartu Ülikooli arheoloogia nooremteadur Kristo Oks ja arheoloogia teadur Ragnar Saage.

Siiani ei ole kohalikku terasetootmist Eestis veel uuritud ja pole kindel, millal see täpselt alguse sai, kuid loodetavasti võimaldab Tartu Ülikoolis äsja alguse saanud doktoritöö vastata nii sellele kui ka paljudele teistele küsimustele. Terase kui materjali ja selle tootmise üksikasjade paremaks mõistmiseks on suurepärane meetod eksperimentaalarheoloogia.

Terase valmistamiseks on mitmeid meetmeid. 12. sajandi alguses pani benediktiini munk Theophilus kirja terase tootmisviisi, milles rauatükk kaetakse searasvaga, mähitakse seejärel kitsenahka ja kuumutatakse ääsitules tund aega. Selle protsessi käigus ühineb loomsest lisandist pärit süsinik raua aatomitega ja tekib teras.

Arheoloogiaajakirja Tutulus selle aasta numbrist saab lugeda ka eksperimentaalarheoloogiast, rauatootmisest, tekstiilidest ja luudest, aga ka näiteks rabalaipadest tehisaru kasutusvõimalustest arheoloogias. Lisaks leiab ajakirjast ka iga-aastase välitööde ülevaate ja kahe raamatu tutvustused.

Teine meetod on raua ümbersulatamine väikeses ahjus, kus raua aatomitega ühineb söe põlemisel vabanev süsinik. Aastal 1790 kirjeldas Ole Evenstad, kuidas norralased soomaagist rauda sulatavad ja väikest ümbersulatusahju kasutavad. Seejuures toob ta välja, et madala põhjaga ahi sobib raua töötlemiseks, samas kui kaks korda sügavamas ahjus (põhi õhutuslõõrikust umbes viis sentimeetrit allpool) saab toota terast.

Ilmselt on tegemist väga vana meetodiga, sest juba 4. sajandil eKr kirjeldab Aristoteles sarnast protsessi, mille eesmärk on puhastada rauda ja toota terast.

Rauast teraseks mitmel moel

Möödunud aasta juulikuus kogunesid Rõuge muinastalus taas ajaloohuvilised käsitööentusiastid ja Tartu Ülikooli tudengid, et veeta neli suvepäeva Ööbikuoru kaldal. Suurim ettevõtmine oli terase tegemine kahe eelkirjeldatud meetodiga. Selleks ehitati kaks sarnast teraseahju: üks sepikotta ääsi kohale ja teine sepikoja kõrvale (pilt 1). Ahjude siseläbimõõt oli 25–27 ja kõrgus ligi 27 sentimeetrit, mis on tavalisest sulatusahjust märksa väiksem (pilt 2).

Ristlõige teraseahjust: 1 – õhutusava; 2 – maapind; 3 – karburiseeriv tsoon kolde põhjas. Sepikotta ehitatud ahju põhi oli punktiirjoonega samal kõrgusel, õhutusavast ligi 2,5 sentimeetrit madalamal. Autor/allikas: Kristo Oks

Sepikotta ehitatud ahjus püüdsime väiksemaid rauatükke üheks kokku sulatada, kuid see ei õnnestunud – ahjus olid peale katset needsamad tükid, mis ennegi. Ahi osutus põhjast liiga ovaalseks ning õhutuslõõrik suunas õhuvoolu kõrgemale ja mitte ahju keskmesse, mille tulemusel ei saavutatud soovitud temperatuuri. Õue ehitatud ahi oli eelnevast tolli jagu sügavam, et luua ahju põhja karburiseeriv tsoon, kus toimub raua rikastumine süsinikuga.

Esmalt prooviti selles ahjus terase tegemist raua ümbersulatamise meetodil: ahi täideti söega ning peale söe süttimist lisati kaks raudklotsi (u 2,5 × 3,5 × 5 cm), mis ajapikku kuumenesid ja vajusid allapoole.

Terase tegemist katsetati ka Theophiluse kirjeldatud meetodil. Selleks saeti sarnastest raudklotsidest viis seibi, millest neli kaeti searasvaga, neist omakorda pooled mähiti metsseanahka ja teised vanasse nahkrihma. Viies seib jäeti kõrvale kontrollprooviks. Peale loomse orgaanika lisamist kaeti tombud saviga ja saadud pallikesed jäeti ööseks kuivama.

Järgmisel päeval pandi need sarnaselt eelmisele meetodile ahju sütele, kuni need allapoole vajusid ja kuumuse käes hõõguma hakkasid. Katse alguses purunes üks neljast katsekehast ja rasv voolas välja. Ilmselt oleks savipalle pidanud pikemalt kuivatama ja jälgima, et nende pealispind ei oleks rasvaga koos, kuna see pärsib savist niiskuse väljumist. Peale tunnipikkust lõõtsadega kuuma hoidmist võeti katsekehad koldest välja. Hõõguv savikiht koputati alasikivil lahti ja rauatükid jäeti õhu kätte jahtuma.

Tartu Ülikooli arheoloogia laboris tehtud metallograafiline analüüs näitas, et mõlemad katsetatud meetodid terase tegemiseks kandsid vilja. Ümbersulatatud raudklotsidest võetud ühe proovi äärealad olid rikastunud süsinikuga ja muutunud teraseks, mille süsinikusisaldus on üle 0,8 protsendi. Proovi keskosas domineeris seevastu pehmem raud.

eisel proovil oli süsinik tunginud proovi keskossa ja pehme raud oli servaaladel. Theophiluse kirjeldatud meetodil tehtud terase proovides olid süsinikuga rikastunud pigem servaalad ja üldine süsinikusisaldus oli esimese meetodi tulemustest väiksem (pilt 3). Paiguti oli süsinik läinud ka sügavamale ja esile kerkisid väiksemad laigud, kus ei olnud üldse süsinikku.

Theophiluse meetodil valmistatud teras. Mikroskoobifotol on näha rauatüki ristlõike servaalal suurenenud süsinikusisaldust ja keskme pool pehmemat rauda. Autor/allikas: Kristo Oks

Uued teadmised rauasulatuskatsetest

Peale terase tegemise jätkasime 2025. aasta suvel rauasulatuse eksperimentidega. Võib julgelt öelda, et need katsed olid murrangulised, kuna need lõid vankuma meie arusaama šlaki rollist rauatootmise käigus. Šlakk ehk räbu on rauasulatuse ajal ahjus tekkiv kõrvalsaadus, mis aitab väikestel maagist taandatud rauaosakestel üheks suureks pätsiks ühineda.

Kui varasemate aastate katsed olid edukad ainult siis, kui ahjust voolas kogu sulatuse ajal välja ohtralt šlakki, siis sel suvel tehtud katsetel juhtus kaks täiesti uudset olukorda. Esiteks panime juunikuus Lätis Araišis ahju Palmse lähedalt korjatud rauamaaki. Sulatus kulges tavapäraselt ja ahjust pidi korduvalt välja laskma hästi voolavat šlakki (pilt 4).

Rauasulatuskatse Lätis Araišis 2025. aasta suvel. Ahi Rūsiņš annab välja palju šlakki. Autor/allikas: Jānis Meinerts

Ahju avades siis oli seal aga mitte kuigi muljetavaldav rauatükk, mis sepistamisel kiirelt kahanes ja sellest jäi järgi vaid ligi 200 grammi rauda. Hilisem analüüs laboris näitas, et rabeduse oli põhjustanud liigne süsinik ehk olime tootnud malmi.

Juulikuus tegi Mart Paadik Metsakivil rauasulatuse, mille käigus olime tunnistajaks vastupidisele tulemusele. Peamiselt kasutas ta Jõgevamaalt Pedassaarelt korjatud maaki, mida täiendasime Tallinna Botaanikaaia maagiga. Kogu sulatuse jooksul lasime šlakki ahjust välja vaid korra ja olime juba mures, et ahjus on midagi valesti.

Kolde avades leidsime selle seest aga hiiglasliku rauatüki, mida sepistati umbes kolm tundi ja tulemuseks oli kaks tihedat kangi, mis kaalusid kokku 3,7 kilogrammi. See oli esimene sulatus, kus tekkis nii vähe šlakki. Iga uus rauamaak ja rauasulatus õpetavad meile midagi uut metallurgia kohta. Sel suvel õppisime, et šlakirohkus ei ole hea tulemuse garantii ja eeltingimus raua tekkimiseks.

Tartu Ülikooli arheoloogia nooremteadur Kristo Oks ja arheoloogia teadur Ragnar Saage. Autor/allikas: Erakogu

Kuula ka intervjuud Ragnar Saage saatest “Labor”, küsis Priit Ennet.