موضوع مقاله: آهنگری کاتالان | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # آهنگری کاتالان | مقدمه: آهنگری کاتالان مجموعه‌ای از فرآیندهای فنی است که با هدف تولید آهن از طریق کاهش مستقیم سنگ معدن طراحی شده‌اند؛ در این روش برخلاف کوره بلند، نیازی به مرحله‌ی ذوب نیست. | ## بخش 1: آهنگری کاتالان | پس از کاهش سنگ معدن، توده‌ی به‌دست‌آمده که به آن massé گفته می‌شود، تحت عملیات کوبش و فشرده‌سازی (شینگلینگ) قرار می‌گیرد تا ناخالصی‌ها از آن جدا شوند. اصطلاح "آهنگری کاتالان" هم به فناوری به‌کاررفته در این فرآیند اشاره دارد و هم به ساختمانی که این عملیات در آن انجام می‌شود. با وجود نامش، این نوع آهنگری تنها محدود به منطقه‌ی کاتالونیا نبود، بلکه از قرن هفدهم تا نوزدهم در نواحی کوهستانی مانند آلپ، توده مرکزی فرانسه و پیرنه، و حتی توسط نخستین مهاجران آمریکایی به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گرفت. این سنگ‌ معدن‌ها در کوره‌هایی ابتدایی قرار می‌گرفتند که به صورت گودال‌های دایره‌ای شکل در زمین حفر و با گل رس ساخته می‌شدند. سوخت اصلی این کوره‌ها زغال چوب بود و با دو دمنده‌ی چرمی (بلوئر دستی) فعال می‌شدند. در این فرآیند، سنگ معدن تحت تأثیر حرارت و فشار به توده‌ای آهنی و انعطاف‌پذیر به نام "بور" (burr) تبدیل می‌شد. این روش ابتدایی را "فورج دستی" می‌نامیدند و معمولاً در نزدیکی محل استخراج سنگ معدن احداث می‌شد. هنگامی که رگه‌ی سنگ معدن تمام می‌شد یا دسترسی به زغال چوب دشوار می‌گردید، فلزکاران محل را ترک کرده و در نقطه‌ی دیگری مستقر می‌شدند، در حالی که بوته‌ها و توده‌های سرباره را پشت سر باقی می‌گذاشتند. مصرف زیاد زغال چوب در این فرآیند نقش مهمی در تخریب جنگل‌های پیرنه داشت؛ مسئله‌ای که بعدها به بروز درگیری‌های متعددی منجر شد. به مرور زمان، این درک به‌وجود آمد که آسیاب‌های آبی — که پیش‌تر برای آرد کردن غلات یا به حرکت درآوردن اره‌ها به‌کار می‌رفتند — می‌توانند برای کوبش فلز نیز مورد استفاده قرار گیرند. در این سیستم، دو چرخ‌آب وجود داشت: یکی برای به حرکت درآوردن دمنده‌ها (بلوئرها) و دیگری برای راه‌اندازی چکش مکانیکی. نوآوری‌ای که بعدها به مشخصه‌ی اصلی آهنگری کاتالان تبدیل شد، نخستین بار در اوایل قرن هفدهم در ایتالیا پدید آمد. در حدود نیمه‌ی همان قرن، این روش به پیرنه فرانسه رسید و به‌سرعت در سراسر این منطقه کوهستانی گسترش یافت. ابزار و ویژگی‌ها ترومپ هیدرولیکی یکی از ویژگی‌های شاخص آهنگری کاتالان، نیاز به اختلاف ارتفاع نسبتاً زیاد آب است—در حدود ۷ تا ۱۰ متر. آب از ارتفاع به درون مخزن چوبی‌ای به نام پیشه‌رو (paicherou) هدایت شده و از آن‌جا به پایین، از طریق لوله‌ای عمودی به نام شفت جریان می‌یابد. در بخش بالایی این لوله، سوراخ‌هایی با زاویه مایل ایجاد می‌شوند که نقش مکنده دارند و هوا را به داخل می‌کشند. دهانه شفت توسط گوه‌های متحرکی از پایین باز و بسته می‌شود که امکان تنظیم جریان آب را فراهم می‌کنند. انتهای پایینی شفت به یک محفظه چوبی بزرگ با شکل ذوزنقه‌ای ختم می‌شود که به آن جعبه باد (wind box) گفته می‌شود. آب وارد جعبه باد می‌شود و روی یک سطح نیمکت‌مانند که با صفحه‌ای سنگی محافظت شده، تخلیه می‌گردد. هنگام سقوط آب، هوا از طریق لوله‌های مکش به درون کشیده می‌شود و مخلوطی از آب و هوا به جعبه باد وارد می‌شود. هوای فشرده‌شده سپس از طریق کانالی چهارگوش که به آن مرد نگهبان یا Sentinel گفته می‌شود، عبور کرده و از طریق نازل به بخش بالایی جعبه آتش هدایت می‌شود. این سامانه، که با الهام از خرطوم طراحی شده، یک راه‌حل خودکار و پایدار برای تهویه محفظه احتراق فراهم می‌آورد که می‌توان با تغییر شدت جریان آب، آن را به‌دقت تنظیم کرد. | ## بخش 2: آهنگری کاتالان | کوره یکی دیگر از ویژگی‌های بارز آهنگری کاتالان، دمش هوا از طریق ترومپ بر روی کوره‌ای باز و کم‌ارتفاع است. در نتیجه، آهنگری کاتالان با کوره‌ی پیشرفته‌ دیگری در همان دوره به نام اشتوک‌اوفن (Stückofen) تفاوت دارد؛ زیرا در اشتوک‌اوفن، بارگذاری سنگ معدن تا دهانه‌ی دودکش انجام می‌گرفت، در حالی که در آهنگری کاتالان این‌گونه نبود. یکی از دیواره‌های آن با زاویه‌ای مایل نسبت به زمین ساخته شده و محل اصلی آتش (کوره‌ی ذوب) در نقطه‌ی تلاقی دو دیوار قرار دارد. سنگ‌هایی که اطراف بوته را نگه‌می‌دارند معمولاً از سنگ‌آسیاب‌های فرسوده یا سنگ‌های ساب هستند که به‌منظور جلوگیری از تجمع آب و رطوبت به‌کار می‌روند. دیواره‌ی کوتاه‌ترِ اطراف بوته، به شکل طاقی ساخته شده و در آن دریچه‌ای تعبیه شده تا نازل متصل به جعبه باد از آن عبور کند. بوته، که یکی از اجزای اصلی کوره‌ی کاتالان به شمار می‌رود، دارای سطوح داخلی مشخص و نام‌گذاری‌شده‌ای است. وجه جلویی آن که به "دست" (hand) معروف است، زمانی که از روبه‌رو به کوره نگاه می‌کنیم، در سمت چپ قرار دارد. پایه‌ی کوره از مصالح بنایی ساخته شده و سایر وجوه با صفحات ضخیم آهنی پوشیده شده‌اند. این صفحه‌ی میانی به عنوان تکیه‌گاه اهرم‌هایی عمل می‌کند که کارگران با استفاده از آن‌ها، توده‌ی massé (آهن خام) را بالا می‌کشند. این اتصال (که به آن plie گفته می‌شود) بر روی پایه‌هایی محکم از دو طرف تکیه داده شده است که اغلب از سنگ‌های بزرگ یا حتی سر چکش‌های قدیمی ساخته شده‌اند. چکش چکش مورد استفاده برای کوبیدن توده‌ی آهن خام (massé)، اصلی‌ترین ابزار آهنگری کاتالان به شمار می‌رود. چرخ به یک محور چوبی استوانه‌ای متصل است که بر روی محیط آن تعدادی بادامک (cam) تعبیه شده‌اند. وظیفه‌ی این بادامک‌ها گرفتن انتهای چکش است—بخشی که به‌صورت عمودی و متحرک بر روی یک محور نصب شده است. وقتی چکش به ارتفاع مشخصی رسید، بادامک آن را رها می‌کند و چکش با نیروی وزن خود به پایین سقوط کرده و ضربه وارد می‌کند. سندان، جایی که چکش به آن برخورد می‌کند، در مرکز خود یک قطعه‌ی فلزی قابل تعویض به نام پایل دارد. به همین ترتیب، سر چکش نیز یک توده‌ی فلزی سنگین است، اما بخش تحتانی آن که با سندان تماس دارد نیز قابلیت تعویض دارد تا متناسب با نوع عملیات آهنگری تنظیم شود. ریتم ضربات چکش توسط میزان و شدت جریان آب که روی چرخ می‌ریزد کنترل می‌شود؛ بنابراین، آهنگر می‌تواند با تنظیم دبی آب، سرعت و قدرت ضربات را به‌طور دقیق تحت کنترل داشته باشد. ساختار آهنگری کاتالان معماری و چینش کارگاه آهنگری کاتالان (Catalan forge) به‌طور معمول یک در کنار یک رودخانه یا جویبار با دبی (نرخ جریان) آب کافی و اختلاف ارتفاع مناسب (هد هیدرولیک) احداث می‌گردد. این انتخاب موقعیت، علاوه بر تأمین انرژی محرکۀ لازم، با در نظر گرفتن ملاحظات لجستیکی زمان خود، از جمله حمل‌ونقل سنگ آهن، زغال سنگ (یا زغال چوب) و نیز انتقال محصولات نهایی-که عمدتاً از طریق قاطر انجام می‌گرفت-صورت می‌پذیرفت. ظهور و گسترش طراحی مبتنی بر کورۀ شاخدار (Horn Forge) -که به دلیل شکل خاص داخلی آن به این نام خوانده می‌شد-انقلابی در این عرصه ایجاد کرد. این فناوری جدید منجر به بازطراحی، جابجایی یا ارتقای اساسی بسیاری از کارگاه‌های موجود شد؛ امری که شدیداً مشروط به پتانسیل‌های توپوگرافیک و جغرافیایی محل استقرار آن‌ها بود. سیستم آبرسانی و انتقال قدرت جریان آب ابتدا کانال‌کشی و سپس به دو حوضچۀ انشعابی هدایت می‌شود: ۱. | ## بخش 3: آهنگری کاتالان | ترومپه یک دستگاه هوای فشرده‌سازی هیدرولیک است که با استفاده از اثر ونتوری، هوا را در آب حل کرده و آن را به صورت حباب‌های ریز به داخل محفظۀ زیرین کوره (Wind box) تزریق می‌نماید. جعبه هوا که در پایۀ کورۀ شاخدار قرار دارد، هوای فشرده تولید شده توسط ترمپ را دریافت و از طریق یک نازل دمنده -که در دیواره‌ای عایق تعبیه شده است-با فشار به داخل کوره می‌دمد. انبارها و محوطه‌های جانبی: این بخش‌ها به دریافت، ذخیره و توزیع مواد اولیه (سنگ آهن، ذغال) و نیز انبار کردن محصولات نهایی اختصاص دارند. اتاق استراحت کارگران: در برخی کارگاه‌های بزرگتر، فضایی مجزا برای استراحت کارگران در نظر گرفته می‌شد که نشان‌دهندۀ توجه به ساعات کار طولانی و طاقت‌فرسا در این صنعت است. مطالعات متالورژیکی از دیدگاه علم مواد، این کوره‌ها قادر به تولید آهن چکش‌خوار با کیفیت نسبتاً خوب بودند. عمل کوبیدن مکرر توسط چکش‌های آبی، نه تنها شکل را اصلاح می‌کرد، بلکه باعث خروج سرباره و همگن‌تر شدن بافت میکروسکوپی فلز می‌گردید. این فناوری، نمونۀ بارزی از به‌کارگیری هوشمندانۀ انرژی پاک و تجدیدپذیر (آب) در صنایع پیش از انقلاب صنعتی به‌ شمار می‌رود. پرسنل و ساختار نیروی انسانی کارگاه آهنگری کاتالان، مطابق با اصول استاندارد، توسط یک تیم یا بریگاد هشت‌نفره از کارگران اداره می‌شد. تیم متخصصان (۴ نفر): سرکوره (Foyer): این فرد به عنوان ناظر ارشد عملیات یا سرپرست کارگاه عمل می‌کند. مسئولیت نظارت کلی بر فرآیند تولید، هماهنگی بین بخش‌ها و اطمینان از کیفیت نهایی محصول بر عهدۀ اوست. او بر ضربات چکش، دمای مناسب فلز برای آهنگری و شکل‌دهی نهایی توده آهن (massé) نظارت می‌کند تا از هدررفت ماده و انرژی جلوگیری شود. وظیفۀ اصلی آن‌ها خردایش و آماده‌سازی سنگ آهن با استفاده از چکش و همچنین کمک در جابجایی فلز داغ در طول فرآیند آهنگری است. پست‌های اداری و پشتیبانی: تأمین‌کننده (Garde-forge): مسئولیت تدارکات و لجستیک مواد اولیه، شامل خرید و حمل سنگ معدن و زغال‌سنگ (یا ذغال چوب) با کیفیت مناسب، بر عهدۀ این فرد است. منشی یا حسابدار (Clerk): این نقش اداری-مالی است و شامل نظارت بر موجودی مواد اولیه و محصولات، ثبت سفارشات، مدیریت فروش و انجام امور حسابداری کارگاه می‌گردد.. یک تیم هماهنگ قادر است با استفاده از ابزارهای مناسب، این توده را به صورت نیمه‌مکانیزه (با کمک سیستم چکش آبی) جابجا و پردازش کند. فرآیند تبدیل این توده آهن خام به یک محصول تجاری، شامل مراحل پتک‌کاری و آهنگری برای فشرده‌سازی، خروج سرباره و شکل‌دهی نهایی، حدود پنج ساعت به طول می‌انجامد. تنها پس از این فرآیند طولانی است که آهن به شکل شمش، تختال یا محصول نیمه‌ساخته‌ای مانند یک محور ابزار درآمده و برای عرضه به بازار آماده می‌شود. * قبل از جنگ فرانسه و پروس در سال ۱۸۷۰، دو دپارتمان «مرت» و «موزل» در مجموع تنها ۱.۴٪ از کل تولید فولاد فرانسه را به خود اختصاص می‌دادند. پیشرفت‌های بزرگ در حمل‌ونقل: همزمان با تحولات تکنولوژیک، پیشرفت‌های چشمگیر در شبکه‌های راه‌آهن و حمل‌ونقل این امکان را فراهم کرد که کالاهای تولیدی در کارخانه‌های بزرگ جدید (مانند کارخانه‌های لورن) به‌راحتی و با هزینه کم به دورترین نقاط کشور ارسال شوند. این امر مزیت محلی کارگاه‌های روستایی کوچک را که تنها بازارهای محدود اطراف خود را تأمین می‌کردند، به‌کلی از بین برد. ساختار نسبتاً ساده و نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه کمتر این کوره‌ها در مقایسه با کوره‌های بلند و کارگاه‌های بزرگ وابسته به آن‌ها، باعث شد این فناوری برای جامعهٔ در حال توسعۀ آمریکا مناسب باشد. | ## جمع‌بندی | این فرآیند در ایالات جنوبی آمریکا تا اواسط قرن نوزدهم میلادی (حدود سال ۱۸۵۰) همچنان مورد استفاده قرار می‌گرفت.