Vad är järn?
Järn är ett metalliskt grundämne (symbol i det periodiska systemet: Fe) med en smältpunkt på 1150 grader celcius och uppåt.
Det är det fjärde mest spridda grundämnet i jordskorpan, men det finns i form av järnmalm och inte i form av användbar metall. Järnmalm finns i olika former och ser ut som sten. Det är en blandning av järn, syre och andra element, blandat med sand och lera.
Bild, till höger: malm som bryts från klockgropar i Wilsontown.
För att göra en användbar metall måste ett järnverk göra sig av med de oönskade beståndsdelarna i denna blandning och behålla så mycket av järnet som möjligt, vilket ger en renare metall.
Järnframställningsprocessen utvecklas
Järnframställning nådde Storbritannien från Europa och Mellanöstern omkring 450 f.Kr. Vid denna tid behövde processen endast järnmalm, träkol och lera. Vattenkraft användes för att driva bälgar och hammare från 1200-talet, och masugnen introducerades på 1400-talet i Belgien.
Kol användes där det fanns tillgång till timmer, men i områden utan mycket skog var kol ett möjligt bränsle för masugnarna. Kol innehåller vanligtvis svavel, vilket innebär att järn som tillverkas med kol som bränsle också kommer att innehålla svavel. Detta är bra för gjutjärn men inte användbart för smidesjärn.
Koks är en renare form av kol och innehåller inget svavel. Den tillverkas genom att kol delvis förbränns. Koks användes i masugnar för första gången 1708, och Wilsontown Ironworks använde koks som bränsle till sina masugnar från första början.
Receptet för att göra järn
Männen som arbetade i laddningshuset vid masugnarna skulle ha varit de kanske skickligaste arbetarna vid järnverket. De skulle inte vara lokala och kanske inte ens skotska. Det var deras uppgift att se till att rätt mängd av de olika ingredienserna tillsattes vid rätt tidpunkt i masugnarna – stora ugnar som användes för att koka upp järnblandningen.
Masugnarna skulle i idealfallet vara i drift 24 timmar om dygnet, sju dagar i veckan. De blåstes bara ut när reparation och underhåll krävdes.
Inredienserna för att göra användbart järn var kalksten, järnsten, koks och luft. Koken är bränslet och järnstenen tillhandahåller järnmalmen. Järnstenen rostas först i kalcineringsugnar, som ligger bredvid masugnarna, för att avlägsna föroreningar. Luften, eller blåsten, blåstes in i masugnen av kraftfulla ångmaskiner. (Man använde kall luft fram till 1828, då man i Wilsontown upptäckte att varm blåst gav bättre kvalitet på järnet).
Luft behövs för att hålla blandningen brinnande inne i ugnen. Kalksten tillsätts eftersom den förenar sig med orenheterna i järnmalmen, den fungerar som ett flussmedel. Denna blandning av kalksten och orenheter kallas slagg, den var inte önskvärd och avlägsnades från masugnarna genom att man öppnade en kran som slaggen flödade ut ur när den hade flutit upp till toppen av blandningen.Diagram över masugnen i Wilsontown
När blandningen hade värmts upp under den tid som krävdes och slaggen hade tappats bort, öppnades en kran i botten av masugnen så att det smälta järnet kunde strömma ut ur den. Det skulle tillåtas rinna ner i förberedda sandbäddar, så kallade grissbäddar, där det skulle stelna. Det var på detta sätt man tillverkade grisjärn, som kallades så eftersom arrangemanget av grisbäddarna sades likna en sugga med utfodrande smågrisar.
Inuti en masugn
När råjärnet hade tillverkats i masugnarna skulle en del av det sedan föras till raffinaderierna, därefter till smedjan och valsverket.
Raffinerierna
Det fanns två blåsraffinaderier i Wilsontown där tackjärnet först utsattes för en luftstöt för att bränna ut en del av orenheterna innan det puddlades. Raffinaderierna skulle ha legat nära den plats där järnet kom ut från masugnen och var lämpligt placerade för att järnet skulle kunna föras över kulverten till smedjan för puddling. Efter raffinering kyldes metallen i en cistern eller ett vattentråg.
Smedjan
Detalj från smedjan i WilsontownEn smedja är en byggnad där metall värms upp och formas.
Denna byggnad uppfördes för första gången 1790/1 efter ritningar som upprättats av John Rennie, som arbetade som ingenjör för Boulton och Watt vid den tiden. Den stod på andra sidan kulverten från masugnarna. I dess centrum stod ett maskinhus med två ångmaskiner år 1810, en enkelkraft och en dubbelkraft. En av dessa maskiner var begagnad, den hade köpts från King and Queen Foundry i Rotherhithe som vid den tiden ägdes av Gardner, Manser & Co. Den började troligen arbeta i smedjan i Wilsontown i augusti 1791.
Smedjan innehöll ursprungligen helvehammare, kedjor och finerier för raffinering av järn, men denna metod blev olönsam. Så efter att John Wilson Snr & Sons tog över installerade de ny utrustning som omfattade en ångmaskin, puddlingugnar och 2 nya hammare, de förändrade möjligen också byggnaden.
År 1810 gav motorerna nu kraft för att driva 3 skindelhammare och en draghammare. I smedjan fanns vid denna tid också 10 puddlingugnar, 2 bollningsugnar och en kaferi.
Iron skulle föras till smedjan från raffinaderierna och omarbetas i puddlingugnarna för att bränna ut (huvudsakligen) kol. Därefter värmdes det nu råa smidbara järnet upp på nytt i en bollningsugn eller en kafori innan det hamrades (shingelades) för att avlägsna skal och slutligen drogs det ut till blooms för att föras till valsverken. Detta kan kräva ett antal ”uppvärmningar”. Därför måste raffinering, puddling, hamring och slutligen valsning ske i nära anslutning till varandra.
Hamrarna var av två typer – helve och tilt. För shingling var de av helve-typ och fungerade med kammar från axeln som lyfte nosen (hammarändan) direkt med en knutpunkt säkrad i den andra änden. Detta fungerade långsammare än tilthammaren, men gav ett tyngre slag. Kipphammaren användes för att rita och gav ett snabbare men mildare slag. I den här typen låg punkten i mitten; genom att trycka ned svansen lyftes hammaränden i motsatt ände genom den hävstångseffekt som utövades genom punkten.
Förflyttning av järnet inom smedjan skedde med hjälp av skottkärror, en fyrhjulig och tre tvåhjuliga vagnar längs ”skottkärrsbanor” av gjutjärn. Det fanns 14 vattenlådor (boshes) runt smedjan för att kyla arbetsredskapen.
Valsverket
Detaljer från valsverket i WilsontownEtt valsverk är en fabrik för att forma metall genom att låta den passera mellan par av valsar.
Valsverket låg bredvid smedjan i norr. Innan de togs in i valsverket vägdes blooms från smedjan. Valsverket verkar ha byggts omkring 1802-1804 och beskrevs som öppet med stenpelare med lämpliga intervaller och valv mellan dem. På grund av den stora ytan som täcktes stöddes taket internt av gjutjärnspelare och hade troligen takstolar av smidesjärn som var knutna till väggarna med hjälp av väggplattor. Interna smala gjutjärnspelare skulle ha möjliggjort förflyttning av material inuti; liksom smedjan var golvet lagt med gjutjärnsplattor för att förhindra skador när järn förflyttades.
Kvarnen drevs av en enkelverkande ångmaskin med ett massivt svänghjul med en diameter på 24 fot. Kvarnmotorn var placerad centralt så att de tre paren med handelsstångsvalsar kunde ligga på ena sidan av huvuddriften och de tre paren avsedda för vanligt arbete (pannplåt, plåt och bågar) på den andra sidan. På denna sida fanns också ett par bultvalsar med skär som arbetade från en excentriker. En svarv för att vrida tillbaka valsarna till rätt (valsarna tenderade att slitas ojämnt) drevs också från motorn.
En inventarieförteckning från 1813 förtecknar utrustning som 100 tänger och krokar som skulle ha använts för att dra järnet mellan övergångarna. Mellan varje pass måste järnet värmas upp på nytt och det fanns ugnar för detta ändamål. Efter valsningen monterades det färdiga järnet på två buntbänkar som vägde över ett halvt ton vardera, men det fanns också en lång träbänk för samma ändamål: möjligen var den avsedd för pannplåtar som kanske lättare skulle kunna repas.
Vad tillverkade man i Wilsontown?
Det finns ingen kundförteckning tillgänglig för Wilsontown Ironworks, men vi vet att det finns en eller två kunder, t.ex. Richard Crawshay, som köpte stångjärn. Wilsons sålde sitt järn genom järnhandlare som hade stora lager, som James Pillans i Leith. Vi vet att järn från Wilsontown gick till lagerlokaler i Leith, Glasgow och London.
Produkterna var:
- Råjärn – såldes till andra gjuterier
- Gjutjärnsprodukter som t.ex. hagel (4-18 pund) för kanoner, axlar, rör
- Stångjärn / smidesjärn / handelsstång
- Blod – köps av andra järnbruk / gjuterier
- Pannplåtar och andra plåtar
- Gjutjärn – t.ex. för tunnor
- Plåtjärn
- Stångjärn
- Ballast till fartyg
- Särskilda produkter för lokal försäljning
- Spikstänger – för att kunna användas i den lokala marknaden. sålda till en järnhandlare i Edinburgh
