19
An Overview of Iron Provenance and Its Possible Extension to Crucible Steel Archaeometallurgy Meghna N. Desai 1 1 . National Institute of Advanced Studies, Indian Institute of Science Campus, Bengaluru, Karnataka 560 012, India (Email: [email protected]) Received: 06 August 2018; Revised: 19 September 2018; Accepted: 28 October 2018 Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6 (2018): 926944 Abstract: The methodologies in Iron provenance have shown the participation of several intricate parameters in the manufacturing of iron in bloomery furnace. These parameters have enabled a multidirectional examination of iron. Analytical evaluation of assemblages and artefact generated from smelting experiments have assisted in exploring the correlation between the assemblages. The contributing factors in the final composition of the iron artefact are studied through various scientific methods. The research over the years has shown considerable progress in fingerprinting iron artefacts. This study has attempted to compile an overview of methods implemented and inspecting the possibilities of extending these methods to crucible steel manufactured from insitu carburization. Keywords: Iron, Provenance, Archaeometallurgy, Crucible Steel, Wootz, Carburization, Smelting Introduction Investigating methodologies in iron provenance is an intriguing research among archaeological and the scientific community in recent years. The initial identification of iron provenance was mostly speculative with suggestive pieces of evidence followed by serious scientific investigations in the recent decades. Archaeological application of techniques like leadisotope analysis (Gale et al. 1990), its complementary use with strontiumisotope analysis (Degryse et al. 2007), analysis of slag inclusions (hereafter SIs) (Starley 1999; Leroy et. al 2011 etc.) and Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (hereafter LAICPMS) of trace elements (Devos et al. 2000) have been attempted in course developing various provenancing methods for ferrous artefacts. The future holds considerable potential in this field turning speculation and preliminary analysis into a concrete empirical methodology. The necessity of provenance prevails greatly for artefacts of iron and steel. Substantial methods have been developed over the last two decades in studying the origin of iron, barely any have been attempted for provenancing ancient steel. Provenance of such nature can assist not only in locating the source of production but as the studies have proven, it can assist in the understanding of the technological process (Navasaitis et al. 2009) and

An Overview of Iron Provenance and Its Possible Extension

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

 

An  Overview  of  Iron  Provenance  and  Its  Possible 

Extension to Crucible Steel Archaeometallurgy   

Meghna N. Desai1   

1.  National  Institute  of  Advanced  Studies,  Indian  Institute  of  Science  Campus, 

Bengaluru, Karnataka ‐ 560 012, India (Email: [email protected])   

 

Received: 06 August 2018; Revised: 19 September 2018; Accepted: 28 October 2018 

Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6 (2018): 926‐944  

 

Abstract:  The  methodologies  in  Iron  provenance  have  shown  the  participation  of  several  intricate 

parameters  in  the manufacturing of  iron  in bloomery  furnace. These parameters have enabled a multi‐

directional  examination  of  iron.  Analytical  evaluation  of  assemblages  and  artefact  generated  from 

smelting  experiments  have  assisted  in  exploring  the  correlation  between  the  assemblages.  The 

contributing  factors  in  the  final  composition  of  the  iron  artefact  are  studied  through various  scientific 

methods. The  research over  the years has  shown  considerable progress  in  fingerprinting  iron artefacts. 

This study has attempted to compile an overview of methods implemented and inspecting the possibilities 

of extending these methods to crucible steel manufactured from in‐situ carburization.  

 

Keywords:  Iron,  Provenance,  Archaeometallurgy,  Crucible  Steel,  Wootz, 

Carburization, Smelting   

 

Introduction Investigating  methodologies  in  iron  provenance  is  an  intriguing  research  among 

archaeological and the scientific community in recent years. The initial identification of 

iron provenance was mostly speculative with suggestive pieces of evidence followed 

by serious scientific investigations in the recent decades. Archaeological application of 

techniques  like  lead‐isotope  analysis  (Gale  et  al.  1990),  its  complementary  use with 

strontium‐isotope analysis  (Degryse et al. 2007), analysis of slag  inclusions  (hereafter 

SIs)  (Starley  1999;  Leroy  et.  al  2011  etc.)  and  Laser  Ablation  Inductively  Coupled 

Plasma Mass Spectrometry (hereafter LA‐ICP‐MS) of trace elements (Devos et al. 2000) 

have been attempted in course developing various provenancing methods for ferrous 

artefacts. The future holds considerable potential in this field turning speculation and 

preliminary  analysis  into  a  concrete  empirical  methodology.  The  necessity  of 

provenance prevails greatly  for artefacts of  iron and steel. Substantial methods have 

been developed over  the  last  two decades  in studying  the origin of  iron, barely any 

have been attempted  for provenancing ancient  steel. Provenance of  such nature  can 

assist not only in locating the source of production but as the studies have proven, it 

can assist in the understanding of the technological process (Navasaitis et al. 2009) and 

Desai 2018: 926‐944 

927 

in the authentication of artefacts. Often these studies lead to a promising provenance 

as seen  in  the case study of Manching (Schwab et al. 2006). Various experimental re‐

constructions were used  in  the  research  of  iron provenance  (Wang  and Crew  2009, 

Serneels  and  Crew  1997,  Crew  1991,  Charlton  2012  etc.)  to  create  reference  sets, 

isolating  variables  and  correlating  certain  ratios.  The  recent  questions  in  steel 

provenance  are  put  forward  by  identifying  counterfeits  of Viking  swords with  the 

engraving  “Ulfberht”  with  different  spellings.  These  swords  are  not  made  of 

hypereutectoid  steels. Viking  swords  (between  the  9th  and  11th  centuries CE) with 

“Ulfberht”  inscriptions  have  been  studied  by  metallography  and  are  made  of 

hypereutectoid  steels. This hinted at  the potential Baltic  sea‐Iranian  trade  route and 

the manufacture  of  this  steel  somewhere  in Central Asia  (Williams  2009). Merv,  in 

Central Asia, was a flourishing crucible steel industry between the 9th‐10th century CE 

(Feuerbach  2007)  and  the  trade  outlook  is  quite  possible  yet  only  a  supposition. 

Application of provenance techniques on archaeological remains from ancient crucible 

steel making  sites  can address  the questions of extraction, process and geographical 

location. The paper aims at presenting a review of iron provenance studies undertaken 

and its possible extension to studying crucible steel in India. The study has limited the 

discussion to the process and factors involved in the formation of crucible steel ingot 

from the ore.  

The  scientific  research  on  crucible  steel  in  Central  Asia  (Feuerbach  et  al.  1997; 

Papachristou and Rehren 2002 etc.),  India  (Rao et al. 1970, Bronson 1986, Verhoeven 

1987,  Lowe  1989,  Lowe  et  al.  1991,  B.  Prakash  1990,  Srinivasan  1994,  2009,  2017, 

Anantharamu et al. 1999, Balasubramaniam 2007 etc.), Sri Lanka (Juleff 1996) and Iran 

(Alipour  and  Rehren  2014)  has  given  promising  data  of  crucible  and  slags.  The 

questions  on  sourcing  of  raw  materials  and  reconstruction  of  the  accurate 

technological  process  still  remain  unanswered.  The  localization  of  manufacturing 

centres is put forth by ethnoarchaeological data (Jaikishan 2007, Srinivasan 2009) and 

archaeological probabilities of ore and fuel sources (Griffiths and Feuerbach 1999). A 

conclusive methodology is required for definite answers in provenancing crucible steel 

to the ore source. The task is challenging as the archaeometallurgical data is scarce and 

less  likely  to avail uniform smelting systems  (Blakelock et al. 2009)  from a particular 

site. The complex processes involved seek substantial archaeo‐chemical studies.   

Smelting Chemistry: Key Insights The recent research is focused in implementing conclusive methods for determination 

of the geological origin of the iron artefact by studying the chemical composition of its 

inclusions  (Blakelock  et al. 2009) and  trace  element analysis of  the ore,  slag and SIs 

(Table 1). The ore plays a key role in the manufacture of both iron and steel. Therefore, 

it  is essential  to establish with accuracy  the nature of ore used  in smelting  (Serneels 

and  Crew  1997).    The  idea was  conjectured  by  Verhoeven  stating  a  presence  of  a 

certain ore source efficient in making ingots for high‐ quality Damascus blades which 

was  eventually  exhausted  and  hence  the  wootz  steel  blacksmithy  declined 

(Verhoeven,  1998).  Whether  there  was  a  certain  uniformity  in  ore  source  and 

Table 1: Reviewed Provenance Literature for Iron 

Authors  Methodology incorporated Key Outputs of Research

von Bibra (1873)  Chemical  analysis  on  iron 

objects 

No  conclusive  results  due  to 

lack of technology 

R.  Pleiner  (1950‐

1967) 

Metallographic  analysis  to 

study  the  fabrication  process 

with chemical analysis 

Piakwoski  (1964, 

1976) 

Metallographic  features  + 

emission  spectrography; 

classification of slag inclusions 

Optical  classification  of  slags 

and put forth the correlation of 

carbon  and  phosphorus.  The 

technique was  innovative with 

slim  chances  of  overall 

application 

Arrhenius  (1967), 

Thalin (1967)  

Provenance  intended  using 

INAA, AES and AAS (referred 

Schwab 2006) 

Importance  of  INAA  on  iron 

artefacts 

Tylecote  (1970; 

1990) 

Suggested  application  of 

EPMA  (electron  microprobe 

analysis)  for  study  of 

inclusions;  highlighting  the 

study  of  trace/residual 

elements  in  fabrication 

techniques and ore source 

Gale  et  al  (1990), 

ZA Gale (1992),  

Lead  isotope  analysis  for 

provenance 

Low  Pb  content  of  iron 

artefacts,  LIA  has  not  been 

applied  extensively  to  study 

the  provenance  of  iron.  Lead 

does not participate in chemical 

fractionation  during  smelting 

(Further  inputs  see Degryse  et 

al. 2007, 2009) 

REM  Hedges  and 

CJ Salter (1979) 

Identification  of  elemental 

composition of slag  inclusions 

of  Iron  Age  Iron  bars  along 

with  Wavelength  dispersive 

technique  (WDX),  Also  see  S 

Paynter (2006) 

Seen  a  systematic  pattern  in 

slag inclusion composition. 

Dillmann  et  al. 

(1997) 

Microdiffraction  techniques 

along  with  a  photon 

microprobe 

Phase  identification  in  20μm 

size  of  Slag  inclusion  in  Iron 

artefacts. See Blakelock (2009). 

Desai 2018: 926‐944 

929 

Buchwald  and 

Wivel (1998, 2005) 

Attempt at establishing a  link 

between metal  phase,  its  slag 

inclusion  (slag  inclusion 

ratios)  using  optical 

microscopy  and  EDX. 

Univariate  histograms; 

bivariate plots.  

Slag  inclusion  ratios  of 

SiO2/Al2O3,  Al2O3/CaO  are 

used show potential. The study 

was able to differentiate Danish 

ores  from  Scandinavian 

artefacts.  Phosphorus  is  found 

in  high  concentration  in wood 

ashes,  P  content  in  slag 

depends  on  slag  acidity, 

furnace  temp  and  forging 

temp.  Comparison  of  oxide 

ratio distribution. 

Serneels and Crew 

(1997) 

XRF  by  Vincent  Serneels 

(1993)  see  also  Crew  and 

Salter  (1991), Wang and Crew 

(2009), Blakelock et al. (2009) 

Ratios  between  trace  elements 

in  iron  are  influenced  by 

forging/smithing process which 

can  be  used  for  ore 

fingerprinting.  

Starley 1999  Microanalysis  of  samples 

(inclusions  and  metal 

matrices)  using  SEM  based 

technology.  Metal  matrices 

were analysed by EDS 

Resulted  in  quantification  of 

elemental partitioning between 

two phases which reflected  the 

conditions  of  furnace/hearth. 

Highlighting  the  role  of 

partitioning  in  bloomery 

furnaces.  

Heinmann  et  al. 

(2000) 

Could  not  locate  the  original 

text (in German) 

Mn  can  substitute  Fe  in  slag, 

correlation between Mg and Ba 

can  indicate  ore  source 

(Schwab 2006) 

Devos et al. (2000)  LA‐ICP‐MS,  EPMA  for 

comparative  trace  element 

analysis 

Preliminary  analysis  of 

archaeological  objects  in 

Switzerland,  validation  of 

method with  low  carbon  alloy 

steel  and  cast  iron  based  on 

standard  references  (elemental 

composition). 

Dillman  and 

Balasubramaniam 

(2001) 

Microprobe  techniques  EDS, 

μXRD  and  μPIXE  (for 

sampling  localised  metal/slag 

content) 

 

Matching  the P composition of 

iron  pillar  with  other  ancient 

iron  with  P  content. 

Identifications  of  slag 

inclusions  as  wustite  and 

fayalite,  homogenous  slag 

inclusions 

ISSN 2347 – 5463 Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6: 2018  

930 

Coustures  et  al. 

(2003) 

Trace  elemental  analysis  of 

slag  inclusions  to  establish 

links  between  ore  and  iron 

bars  using  ICP–AES/MS  and 

LA– ICP–MS.  

 

Study  conducted  on  two  iron 

making  sites  in  France, 

development  in  graphical 

approaches,  graphical 

comparisons  of  linear 

relationships  between  trace 

elements  pairs  and  data 

matrices  of  known  data  sets. 

Incompatible  trace  elements 

remain homogenous regardless 

the kind of slags.  

Schwab  et  al. 

(2006) 

Metallography (Schwab 2002), 

SEM‐EDX,  electron 

microprobe,  Quantitative 

analysis  of  iron  matrix  and 

slag  inclusions  by WDS,  Ore 

samples by WD‐XRF, ICP‐AES 

and  AAS,  bulk  concentration 

of  iron  artefacts  by  ICP‐AES 

and  AAS,  lead  isotope  ratios 

of ores by ICP‐MS 

Major  elements  found  in  SIs 

have  no  correlation  with  ore‐

iron  chemistry.  Separation 

technique  incorporated  to 

prevent  interference  of  iron 

with lead isotope measurement 

in  Argon  plasma.  Logarithmic 

diagrams  used  in  illustrating 

trace  element  patterns  of  ores 

and  metals.  Certain  element 

ratios  not  changed  during 

smelting.  

Paynter (2006)  SEM‐EDS  on  smelting  slags 

from various parts of Britain, a 

data  sheet  of  analysed 

smelting  slags  from  previous 

studies,  calculation  of  FeO 

content  using  stoichiometry. 

Potential of smelting slag and 

slag  inclusions  using  data 

from Hedges and Salter (1979) 

Elaborate  details  on  ore  and 

types  of  ore,  types  of  wood 

used  for making  charcoal  and 

its  importance  in  smelting, 

temperature,  furnace  line 

interaction  with  high  grade 

ores  etc.  Since  slags  are 

abundantly  found  at 

archaeometallurgical  sites,  the 

study  finds  great  deal  of 

potential in provenance.   

Desaulty  et  al. 

(2008) 

ICP‐MS (wet acid digestion) + 

INAA  +  XRD  (phase 

determination  in  ores)+  SEM‐

EDS  (bulk  analysis  of 

heterogeneous samples) 

Disadvantages  of  INAA,    Co, 

(Ni), Rb, Cs, Ba, La, Ce, Sm, Eu, 

Yb, Hf, Th, U  in  the ores,  slag 

and  Iron  can  be  successfully 

determined. Ni could be due to 

use  of  Ni  sampler  in  INAA. 

Use  of  Pt.  cones  to  limit  Ni 

contamination.  

Desai 2018: 926‐944 

931 

Degryse  et  al. 

(2003), (2007) 

Lead  and  Strontium  isotope 

analyses  by  TIMS  (Thermal 

ionization  mass 

spectrometry).  ID‐TIMS  for Sr 

concentrations  and  Pb 

contents  using  respective 

enriched tracer solutions. 

Iron  artefacts  can  be 

determined  by  Sr‐isotopes 

which  complements  the 

limiting  factors  of  Pb‐isotope 

and with greater  certainty  and 

precision.  Capable  to 

differentiate  chronological 

groups of  iron provenance and 

source  of  raw  material. 

Identifying  Camoluk  as  a 

promising  ore  source  for 

unidentified  ore  source  in 

Degryse (2007). 

Dillman  and 

Héritier (2007) 

SEM‐EDS  (SI  composition), 

quantification of oxygen  from 

elemental composition 

Perform  analyses  of  numerous 

artefacts,  followed  by 

metallographic  inspection. 

Introduction  to  Non‐Reduced 

Compounds  and  their 

unchanged  ratios  with  same 

ores.  NRC  ratios  seem  to 

indicate  a  common  origin.  See 

Dillman et al. (2005). 

Wang  and  Crew 

(2009) 

Compositions  of  metals  and 

Slag  inclusions  using  SEM‐

EDX  (three  experimental 

knives,  one  blade  from 

Krakow. See Crew (1991) 

The phosphorus  content  in  the 

metal is not a representation of 

its  ores.  Partitioning  of  P 

between  metal  and  slag  is 

affected by the blowing rate.  

Blakelock  et  al. 

(2009) 

Studies of SI and slag measure 

by  SEM‐EDS,  metallography 

(iron  samples), bivariate plots 

used.  Materials  from  Crew 

(1991)  selected  for  bulk 

chemical analysis. 

Al2O3/SiO2,  Al2O3/MgO, 

Al2O3/K2O,  and  Al2O3/CaO 

ratios were  lower  in  the object 

SI  compared  to  tap  smelting 

slag.  Case  study  at  Hammeh 

and Tel Beth Shemesh. Objects 

made  in  different  smelting 

systems  had  a  possible 

comparison  between  their 

Al2O3/SiO2  ratios.  Composition 

of SIs  is closest to the smelting 

slag 

Navasaitis  et  al. 

(2010) 

Elemental  composition  of  ore 

and slag by OES, iron by SEM‐

WDS, metallography 

Discussion on segregation of S, 

Co,  As,  P.  Use  of  controlled 

smelting operations to facilitate 

reduction of S and P. 

ISSN 2347 – 5463 Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6: 2018  

932 

Leroy et al. (2012)  Elemental  composition  using 

SEM‐EDS.  Bulk  composition 

using  (Desaulty  2008): 

INAA+ICP‐MS,  data  sets 

implemented,  multivariate 

methods  incorporated  to 

compare elemental signatures 

Needs collection and  treatment 

of  large data which will enable 

better  discrimination  with 

provenance.  The  method  has 

the potential  to authenticate of 

a  known  provenance  and  the 

scope  for  trace  elemental 

analysis  along  with 

multivariate  analyses  in  this 

area of study.  

Charlton  et  al. 

(2012) 

Bulk  composition  analysis 

using  SEM‐EDS,  MS‐EXCEL 

(computing data), R 2.11.1 

Exploring  chemical  signatures 

between  bloomers  slag  and  SI 

in  iron.  Oxide  ratios, 

comparison of MnO and TiO2. 

The  literature  that was written  in  languages  other  than  English, whose  translation 

could  not  be  found was  omitted  for  this  review  bearing  in mind possible  errors  in 

translation and incorrect interpretation.   

processing  is unclear. Some of  the earlier studies on  iron archaeometallurgy  in  India 

has highlighted ore beneficiation1  (Hegde 1973). Similar methods of ore preparation 

were adopted  in Nur,  Iran during  the making of cast  iron  (Craddock 2007). The ore 

depending on  its source of origin accounts  for 77.5%‐100% of  the composition of  the 

slags and slags derive bulk of its composition from the ore, but the slag composition is 

also dependent on ceramics and fuel ash (Crew 2000). The contents of the ceramics are 

exchanged when the slag attacks the inner furnace walls and tuyeres (Veldhuijzen and 

Rehren  2007, Charlton  et  al.  2012).   According  to Coustures  et  al,  the  trace  element 

composition  when  altered  by  clay  and  charcoal,  the  variability  is  small  and  the 

correlation coefficient is acceptable (Coustures et al. 2003). The ash content of charcoal 

will not affect the crucible steelmaking but will affect the wrought iron manufactured 

prior to the making of the steel.   

Studies have been carried out in establishing the relationship of SIs with smelting slags 

and  ore  from  archeometallurgical  sites.  Chemical  and  phase  compositions  of  these 

inclusions were  studied  for  fingerprinting  (Hedges  and  Salter  1979,  Buchwald  and 

Wivel 1998, Madsen and Buchwald 1999, Héritier et al. 2013). Using trace elements for 

provenance studies require a careful selection of elements used. Their concentrations 

may be insignificant, but, they can possibly play a role in altering the microstructure of 

a metal and its properties (Navasaitis et al 2009). Establishing a simple relationship of 

trace  element  concentrations  in  ores,  slags  and  artefacts  is  not  accurate  because  of 

chemical  fractionating,  NRCs  (Non‐reduced  compounds),  their  distribution  and 

refining  treatment  of  the  artefact.  The  preference  of  elements  depending  on  their 

affinities  for metal or slag or  the other can be estimated  from Richardson‐Ellingham 

diagrams  (Serneels 1993, Schwab et al. 2006). The elements  that are siderophile  trace 

elements like Co, Ni, Cu or As are the most important trace elements in bloomery iron 

Desai 2018: 926‐944 

933 

(Navasaitis et.al; 2009) are mostly reduced to metal and depleted from smelting slags 

(Serneels and Crew 1997). Lithophilic elements along with some iron enter the slag.   

In this case it becomes incorrect to compare just the siderophile elements with the iron 

ore  and  the post‐smelting metal  shows  an  enhancement  (Wang  and Crew,  2009)  in 

siderophile elements compared  to  the ore. The  trace elements are also  influenced by 

refining and working making it difficult for identification of ore source (Serneels and 

Crew,  1997).    With  more  refinement  during  forging  the  rate  of  newer  SIs  rises 

(Dillmann and L’ Héritier, 2007) The research on fractionation of trace elements in the 

bloomery  smelting  is  still  unclear  (Schwab  2006).  Incompatible  trace  element 

concentration  in all ore  types  remain  constant and homogenous  in  slag whereas  the 

chemical  signature  of  starting  ore distributed  to  various  slag  types  is Ba/Sr, Rb/Cs, 

Zr/Hf, Zr/Th and Hf/Th (Coustures et al. 2003).   

During  an  experimental  smelt  carried  out  in  Lithuania  (Navasaitis  et  al.  2009)  the 

resulting iron showed high phosphorus content whereas in antiquity, though, the iron 

was smelted from high phosphorus ores (bog ores) the smelters were able to produce 

good quality iron. It is quite possible that smelters found a way to control phosphorus 

content either by addition of flux or other possibilities of ore and charcoal chemistry 

that may have been overlooked.    

In making  of  crucible  steel  through  in‐situ  carburisation  the  role  of  charcoal  and 

furnace  lining  can  be  neglected  as  the  crucible  provides  a  closed  environment. 

However,  crucible  lining  may  interfere  with  the  wrought  iron.  The  use  of  high 

refractory clay (Lowe 1989, Srinivasan 2007) in making the crucible can withstand high 

temperatures,  may  not  show  any  exchange  of  composition  but  only  undergo 

vitrification.  Such  clays  are  reported  from Konasamudram  (Phani  2014),  Telangana 

(18°44’N, 78°31’E). It is unclear at this stage whether the slag inclusions are present in 

the  wrought  iron  introduced  in  the  crucible  for  steelmaking  and  the  extent  of 

consolidation that was carried out for the bloomery iron. If the glassy slag is present in 

the wrought  iron  in high carburised sections and  in all steel,  it shows elevated  trace 

element concentration (Schwab et al. 2006).  

From  the  same  ore  type;  different  slag  compositions  are  produced  at  different 

temperatures (Lychatz and Janke 2000, Schwab et al. 2006). It is quite possible that the 

distribution  of  elements,  the  rate  of  distribution, NRCs  and  volatile  impurities  are 

solely depended on  the  temperature. This could aid  in answering wasteful primitive 

iron smelting (Hegde 1973) and high amounts of iron in the slag. Lower temperatures 

in  the furnace or anywhere within the furnace have  the weakest redox reactions and 

due to this the slag shows greater proportions of FeO plus other reducible compounds 

(Charlton  et  al.    2012).  This  lack  of  higher  temperature  attainment  could  result  in 

Dhatwa2  (Hegde  1973)  smelting;  the wastage  of  iron.  It  is  extremely  important  to 

understand  the  thermodynamics  of  the  furnace  and  the  progression  of  its CO/CO₂ 

ratios (Prakash 1991).  

ISSN 2347 – 5463 Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6: 2018  

934 

Crucible  Steel:  Possibilities  in  Establishing  the  Relationship 

between Ore‐ingot (In‐situ Carburisation) Crucible steelmaking was  incorporated  in order to completely melt the wrought  iron 

and homogenise carbon content allowing slag particles to float on the surface for easy 

removal, manufacturing a high carbon steel with negligible inclusions (Anantharamu 

et  al.  1999).  Two  different  kinds  of  processes3  are  known  through  travelogues  and 

scholarships on  the manufacture of wootz steel, whereas one  is known  to mention a 

direct smelting of steel from the ore (Schwarz 1901, Verhoeven 1998). This discussion 

is  limited  to  the  in‐situ carburisation process of wootz making. The  thermo‐chemical 

reactions within  the  crucibles  are  completely  independent  of  the  furnace  fuel  and 

furnace lining. The crucible lining could play a contributing factor in the slag and the 

ingot chemistry, however, the refractory nature of crucible may change the interaction 

dynamics which will be dealt with in another study. Comparisons of Indian crucibles 

already  has  been  attempted  with  those  found  in  Ferghana  valley  (Rehren  and 

Papachristou 2003). Crucibles at Merv were found to contain prills and residual charge 

present  in  crucible  slag  (Feuerbach  2007).  Similar  observations  were  made  Mel‐

Siruvalur (Srinivasan 1994, 2009 and 2017) and Hyderabad (Lowe 1989). The analysis 

of these prills representing the ingot is still under speculation. The ingots are scarcely 

available for analysis and few studies have been published on the characterization of 

ingot  making  it  difficult  to  comment  on  the  nature  of  inclusions  (if  any)  and 

segregations.  Verhoeven  (1998)  mentions  wootz  ingots  showing  microsegregation 

from which  the Damascus blades were  forged. The  ingot analysed by Smith  (Smith 

1960)  showed  a  composition  of  1.34% C  and  the  etching  of  the  ingot  cross‐section 

revealed a dendritic pattern.   

The Damascus sword analysed showed varying carbon percentage (Santos et al. 2015). 

The pattern was due  to  the microsegregation  of  an  impurity  element. Considerable 

impurity  levels of P, Mn, S and Si were found  in Damascus steels and the pattern of 

Smith’s  ingot  resulted  possibly  due  to  the  microsegregation  of  Phosphorus 

(Verhoeven,  1987).  Such  patterns  in microsegregation  can  be  used  as markers  for 

provenance, but,  since  the  ingot data  is  limited  this method may prove challenging. 

Moreover, phosphorus  (above 0.1%) promotes  the  formation of cementite  (Brian and 

Gilmour,  2001)  and  its  role  in band  formation of  crucible  steel  artefact  still  remains 

inconclusive  (Barnett  et  al.  2009).  There  is  an  ore  and  artefact  characterization 

attempted at Ghattihosahalli by Sambasiva Iyer  in 1898‐9 reporting  traces of sulphur 

and phosphorus in the hematite ore. Later, in 1990s samples of wrought iron, a piece 

of steel (from an ingot?) and slags were characterized. A sample from the edge of the 

piece  of  steel  which  seemed  like  an  ingot  was  collected  by  Anantharamu  to  be 

examined in Edmonton and another sample from the interior was examined at GML, 

Bangalore.  The  carbon  content  was  not  homogenous.  The  carburisation  only 

penetrated  the  outer  regions  (0.69% C)  that  lowered  the melting point  of  steel. The 

interior was  still  solid wrought  iron with  its  original  carbon  content  (no  solid  state 

reduction took place). The metallographic structure of a section from centre was found 

Desai 2018: 926‐944 

935 

to be of  ferrite grains with  streaks of pearlite with  less phosphorus  content. Similar 

results were  reported by Rao et.al  for an  ingot  from Salem of  composition 0.45% C, 

higher at the surface than at the centre (Verhoeven 1987).   

The  study  of  crucibles  by Rao  et  al. mentioned  the presence  of  cristobalite  (a  silica 

polymorph at high temperatures), which is strong evidence in favour of crucible steel 

furnaces  attaining  the  temperatures  above  1400°C  debunking  the  temperature 

argument  in  crucible  steel  furnaces.  The  ingot  failed  in  attaining  carburisation‐ 

possibly  due  to  faults  in  lid  or  the  crucible.  The material  technology  for making 

crucibles, baking and  the presence of rice husk  inclusions was more or  less common 

across the south Indian crucible steel making sites (Lowe 1989, Srinivasan 1994). It  is 

important  to note  that  charge had  to be  completely molten  for  the  air blast  to  stop 

(Verhoeven 1987). Wherever, the charge failed to melt completely, the crucibles were 

rejected  (Voysey  1832; Heath  1839  and Coomaraswamy  1956). An  iteration  of  such 

precision  could  aid  in  provenancing  of  crucible  steel  samples.  Complex  annealing 

process  and working  techniques were  incorporated  post  the  formation  of  the  ingot 

which will  be dealt with  elsewhere.  (Voysey  1832; Heath  1839;  Schwarz  1901).  It  is 

evident that the formation of bloomery iron in the furnace is depended heavily on the 

maintenance  of  temperature  conditions  and  formation  of  iron  referred  in  the 

Boudouard  equilibrium.  Following  reversible  equations  show  the  altering  CO/CO2  

ratios at different  temperatures. At  temperature, after 1300°C more  than 99% of CO2 

will convert  into CO (Figure 1). At around 750‐800°C, Iron converts  to  Iron oxide,  in 

order  to melt  the  slag,  the  temperatures must  be  increased  to  somewhere  between 

1200°C‐ 1300 °C.   

3Fe2O3+CO ⇔ 2Fe3O4+CO2 

Fe3O4+CO ⇔ 3FeO+CO2 

FeO+CO ⇔ Fe+CO2 

2CO ⇔ C+CO2 

 

Factors other  than  temperature  that affects  the  ingot chemistry  include  the bloomery 

iron composition and  the composition of carbonaceous matter  that  is placed  inside a 

crucible. The extent of smithing of bloomery iron into wrought iron and its C% needs 

to be  identified before heating  it  is crucible  is crucial  to understand. The role of slag 

inclusions (SIs) and their participation in ingot chemistry can then be commented. The 

secondary smithing of bloom involved heating in a forge hearth to 1100‐1200°C. Mix of 

silica sand and iron ore powder (iron oxide?) was sprinkled on the bloom to increase 

the fluidity of slag, once the slag was fluid the bloom was taken out to be forged (hot 

forging) and  these  steps were  repeated until all  the  slag was  removed, pores of  the 

metal were  closed  and  the  target  density was  acquired  (Prakash  1991). During  the 

secondary smithing, a considerable amount of metal  is  lost to oxidation. An oxidised 

layer forms on the metal surface as it is being worked. Addition of flux like sand rich 

in silica facilitates the formation of fayalite slag and removal of Iron oxide (Blakelock 

2009). The  imperfections of  secondary  smithing may  introduce  secondary  inclusions 

ISSN 2347 – 5463 Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6: 2018  

936 

(Blakelock 2009) which may be overlooked  in wootz production  if  the wrought  iron 

does not undergo secondary smithing. The microstructure of the refined wrought iron 

showed  some  inclusions  and  certain  porosity  (Prakash  2011).  It  is  possible  that  the 

production of wootz ingots was independent of the wrought iron content and its SIs. 

Complete melting of contents  inside  the crucible and  the separation of slag  from  the 

molten  iron  facilitated  a  good  quality  hypereutectoid  steel  free  of  inclusions 

(Anantharamu et al. 1999).    

 Figure 1: Fe‐C‐O Equilibrium Diagram: Boudouard’s Equilibrium 

(Yingxia Qu et al. 2015)  

Amongst  the data provided  (Prakash  1991) on  analysis of wootz  steel objects,  there 

appears to be an uncombined carbon of 0.31%  in one of the object4. The formation of 

smelting slag both  from bloomery  furnace and  the crucible need  to be characterized. 

The  likeliness  of  finding  the  data  from  one  site  is  slim,  however, Konasamudram, 

Ghattihosahalli  and  Dhatwa  (for  iron)  show  promising  data  if  the  theoretical 

assumption  of  technical  processes  stay  uniform.  The  following  equation  can  be 

considered  for  studying  the  final  composition  of  the  ingot  which  a  treatment  of 

wrought iron with the carbonaceous matter to form a wootz ingot.  

Cingot   = (W+B+Lc)‐(V+S)   

[Assuming no  flux  (F) was added. Glass as a  flux was mentioned  to be used  in  co‐

fusion process (Voysey 1832)]. 

Desai 2018: 926‐944 

937 

Where Cingot   =  chemical  composition  (major  and minor  elements+segregation) of  the 

ingot, W= wrought iron composition (smelted from a previous bloomery process), B= 

composition of carbonaceous matter, Lc = the exchange with crucible lining, V= volatile 

impurities and S= crucible slag. (See L and V)5.  

Figure 2: Factors Involved in Manufacture of Crucible Steel through in‐situ 

Carburisation  

Trace  elemental  analysis  of  ratios  by  LA‐ICP‐MS  (rare  earths  and  siderophile 

elements) of elements does have certain potential  in  the provenance of crucible steel 

(Figure  2).  However,  until  the  chemical  fractionation  and  element  affinity  is 

completely understood; it cannot be the only conclusive method for analysis. LA‐ICP‐

MS  facilitates  direct  solid  sampling  and  avoids  the  contamination  risk  in  solid 

sampling.  Both  ICP‐MS  and  INAA  are  suitable methods  for macroscopic  analysis 

(Desaulty et al. 2008; Leroy et al. 2012). Metallography, beyond a doubt, has proved 

useful  in  understanding  the  technological  processes  and  in  this  case,  with 

microsegregation.  Ion  beam  techniques  like PIXE  (Particle  Induced X‐ray Emission) 

and  INAA  can aid  in  comparative analysis, both  techniques are  expensive but non‐

destructive.  The  non‐destructive  characterisation  of  Damascus  blade  by  Santos  et 

al.(2015)  using  PIXE  showed  the  same  results  as  those  reported  by  Peterson  et  al. 

(1990) using destructive analysis on the swords. The former showed the independence 

of  sword  hardness  from  the  carbon  content  and  a  vital  role  of  elements  in  low 

concentrations  (<100  ppm)  like  Mn,  Cr,  Ni  and  Cu  in  the  formation  of  crystal 

structures. Although,  it  is not  in  the  interests  of  this paper  to  establish  connections 

between  ingot  and  Damascus  blades  due  to  the  extensive  forging  and  refining 

parameters  that  demand  consideration.  However,  establishing  an  ore‐ingot 

relationship will prove useful for further artefact provenance. XRD (X‐Ray Diffraction) 

and  pXRD  (Powder  X‐Ray  Diffraction)  can  be  used  in  identifying  phase  change 

(Desaulty et al. 2008) in the ore and slag. Lead isotope data from the peninsular region 

ISSN 2347 – 5463 Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6: 2018  

938 

of India is scanty and due to this lack of database, the radiogenic isotope methods can 

be inconclusive (Srinivasan 2013). Lead and strontium isotope analysis need thorough 

understanding of geochemistry of Indian ores in order to be proposed for this study.  

Conclusion Provenance of iron and steel is crucial to understanding of ferrous archaeometallurgy. 

It is an amalgamation of several technologies like those of ore beneficiation, refractory 

ceramics,  refining  and  forging,  thermo‐chemical  perspectives  and  human  skill.  The 

simulations and reconstructions of the archaeometallurgical processes have paved the 

way  for  generating  data  sets  of  known  parameters  aiding  in  the  understanding 

chemical  fractionation  and  ore,  slag  and  artefact  correlation.  Ion  beam  techniques 

complemented with spectrometry methods can show promising results, however, trial 

and  errors  of  newer methods must  continue. The  study  of  iron provenance  is  both 

challenging and exhausting. These studies are essential to understand the economy of 

the ancient world,  their  technology and  trade networks. A provenance study of  iron 

and steel needs to be commenced systematically  in the Indian  iron and steel context, 

acknowledgement  of  its  challenges  and  aim  at overcoming  them using  advances  in 

modern  science.  A  review  of  the  techniques  for  iron  and  larger  overview  of 

influencing factors for manufacture of wootz steel ingots are mentioned in this paper 

in a hope  to explore  them eventually, stepwise,  through upcoming studies. Since  the 

data  and  resources  are  limited;  implementation  of  collaborative  studies  will 

accumulate better results.  

Acknowledgements The  author would  like  to  acknowledge  the  contributions  of  all  the  archaeologists, 

archaeo‐scientists, metallurgists  and material  scientists  in  provenance  of  iron,  data 

compilation  and  analysis,  experimentation  and  analysis  of  ancient  iron,  steel  and 

ceramics.  The  author  would  also  like  to  thank  Prof.  Sharada  Srinivasan  for  her 

encouragement and inputs and along with Prof. Kenoyer for giving an opportunity to 

participate in iron and wootz steel smelting experiments.  

Notes 1 (Roasting‐ removal of water, CO2 and other volatile components) used in the conversion of  limonite 

and hematite, increasing its iron oxide content, porosity and easy pulverisation for reduction.  

2 An early historical site in Gujarat.  

3 Co‐fusion  process  and  in‐situ  carburisation.  (See:  Lowe  1989,  Srinivasan  1994,  Srinivasan  and 

Griffiths 1997, Feuerbach 2007, Craddock 2007).  

4 This reaction has been used in producing graphite as well as producing carbon nanotubes (Dai et. al 

1996). The crucibles were highly graphitized (Prakash 1991).  

5 The variables ‘V’and ‘Lc’ ʹ(changed from furnace line ‘L’ by adding a subscript ‘c’) are left to be same 

as given in the Cslag equation by Charlton et al. (2012) to avoid confusion. 

Desai 2018: 926‐944 

939 

References Alan, Williams. (2007). Crucible steel in medieval swords, In Metals and Mines, Eds. D. 

Hook, P.Craddock S. La Niece,  (London: Archetype Press with  the British 

Museum)  233‐241. 

Balasubramaniam, R; and Dillmann, P.  (2001). Characterization of ancient Indian iron 

and  entrapped  slag  inclusions  using  electron,  photon  and  nuclear 

microprobes, Bulletin of Material Science, 24(3), 317‐322. 

Barnett, M.R.; Balasubramanian, R; K,Vinod; MacRae, C.  (2009). Correlation between 

microstructure  and  phosphorus  segregation  in  a  hypereutectoid Wootz 

steel, Journal of Material Science, 44, 2192‐2197. 

Bibra,  von.  (1873). Über  alte Eisen und Silberfunde  (Old  iron  and Silver  artefacts,  trans.). 

Nuremberg. 

Biswas, A. K. (2001). Minerals and their exploitation in ancient and pre‐modern India, 

Metallurgy in India: A Retrospective, 1‐24. 

Biswas, Arun Kumar.  (1994).  Iron and Steel  in Pre‐Modern  India‐ A Critical Review, 

Indian Journal of History of Science, 579‐610. 

Bronson,  B.  (1986).  The  making  and  selling  of  wootz‐a  crucible  steel  of  India, 

Archaeomaterials 1(1), 13‐51 

Brown  R,  J.C;  and  Milton  M,  J.T.  (2005).  Analytical  techniques  for  trace  element 

analysis: an overview, Trends in Analytical Chemistry, 24(3), 266‐274. 

Buchwald, V.F; and Wivel, H. (1998). Slag analysis as a method for the characterization 

and provenancing of ancient  iron objects, Materials Characterization, 40, 73‐

96. 

C.  Salter;  and P. Crew.  (1997). High Phosphorus  Steel  from Experimentally  Smelted 

Bog  Iron, Abstracts: Early  Ironworking  in Europe, archaeology and experiment, 

83‐84. 

C.S,Smith. (1960). A History of Metallography, The Development of Ideas on the Structure of 

Metals before 1890, (Chicago: University of Chicago Press). 

Coustures, M.P; Beziat D; and F, Tollon. (2003). The Use of Trace Element Analysis of 

Entrapped Slag Inclusions to Establish Ore‐Bar Iron Links: Examples from 

Two  Gallo‐Roman  Iron‐making  Sites  in  France  (Les  Martys,  Montagne 

Noire, and Les Ferrys, Loiret), Archaeometry 45(4), 599‐613. 

Craddock, P. T. (2007). Cast Iron: The Elusive Feedstock of Crucible Steel, Indian Journal 

of the History of Science, 593‐607. 

Craddock,  P.T.  (2003). Cast  Iron,  Fined  Iron, Crucible  Steel:  Liquid  Iron  in Ancient 

World, Mining and Metal Production Through the Ages, 231‐257. 

Crew,  Peter.  (1991).The  experimental  production  of  prehistoric  bar  iron,  Historical 

Metallurgy, 25, 21‐36. 

Degryse P., Schneider, J;  Kellens, N;  Waelkens, M;  Muchez, Ph. (2007).  Tracing The 

Resources Of Iron Working At Ancient Sagalassos (South‐west Turkey): A 

Combined Lead And Strontium Isotope Study On Iron Artefacts And Ores,  

Archaeometry, 75‐86. 

ISSN 2347 – 5463 Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6: 2018  

940 

Degryse P., Ph. Muchez; S. Six; and M. Waelkens. (2003). Identification of ore extraction 

and metalworking in ancient times: a case study of Sagalassos (SW Turkey),  

Journal of Geochemical Exploration,  77, 65‐80. 

Demortier,  Guy.  (2005).  Ion  Beam  Techniques  for  the  Non‐destructive  Analysis  of 

Archaeological Materials,  X‐Rays for Archaeology, 67‐100. 

Desaulty,  Anne‐Marie;  Clarisse,  Mariet;  Philippe,  Dillman;  Jean‐Louis,  Joron;  and 

Fluzin, Philippe. (2008). A provenance study of iron archaeological artefacts 

by  Inductively  Coupled  Plasma‐Mass  Spectrometry  multi‐elemental 

analysis, Spectrochimica Acta Part B, 63, 1253‐1262. 

Desaulty,  Anne‐Marie;  Philippe,Dillmann;    Maxime,  LʹHéritier;  Clarisse,  Mariet; 

Bernard, Gratuze; Jean‐Louis, Joron;  Philippe, Fluzin. (2009). Does it come 

from the Pays de Bray? Examination of an origin hypothesis for the ferrous 

reinforcements  used  in  French medieval  churches  using major  and  trace 

element analyses,  Journal of Archaeological Science (36),  2445‐2462. 

E.,  Blakelock; Marcos, Martinón‐Torres; Harald, A. Veldhuijzen;  Tim Young.  (2009). 

Slag inclusions in iron objects and the quest for provenance: an experiment 

and a case study, Journal of Archeological Science 36, 1745‐1757. 

Feuerbach, Ann.  (2006). Crucible Steel: Production and  Identification,  In Make all sure 

the  conservation  and  restoration  of  arms  and  armour,  by  Edited  by  Robert 

Douglas Smith, 12‐17. (Leeds: Basiliscoe Press). 

Feuerbach, Ann. (2007). Production and Trade of Crucible Steel in Central Asia.ʺ Indian 

Journal of History of Science, 42 (3), 319‐336. 

Feuerbach, Anna Marie. (2004). Crucible Steel in Central Asia: Production, Use and Origins. 

London: University of London. 

Grant, Kenneth J., George, L. Paul; and James,A.OʹNeill. (1991). Quantitative Elemental 

Analysis  of  Iron Ore by Laser‐Induced Breakdown  Spectroscopy, Applied 

Spectroscopy, 45 (4), 701‐705. 

Griffiths, D; and Feuerbach, A.  (1999). Early  Islamic manufacture of  crucible  steel  at 

Merv, Turkmenistan, Archaeology International. 3, pp 36‐38.  

Heath, J.S. (1839). On Indian Iron and Steel, Journal of Royal Asiatic Society, 5, 390‐397. 

Hegde, K. T. M.  (1973). A Model  for Understanding Ancient  Indian  Iron Metallurgy, 

Man, Vol.8, No.3, 416‐421. 

Hellen C. Santos; Nemitala, Added; Tiago, F. Silva; C. L, Rodrigues.  (2015). External‐

RBS, PIXE  and NRA  analysis  for  ancient  swords, Nuclear  Instruments and 

Methods in Physics Research B 345, 42‐47. 

Hongjie,Dai; Andrew G Rinzler;  Pasha, Nikolaev; Andreas,Thess; Daniel T. Colbert; 

Richard  E,  Smalley.  (1996).Single‐wall  nanotubes  produced  by  metal‐

catalyzed disproportionation of carbon, Chemical Physics Letters, 260(3), 471‐

475. 

J.D., Verhoeven, A.H,Pendray and W.E,Dauksch.(1988).The Key Role of  Impurities  in 

Ancient Damascus Steel Blades, Journal of Metals, 58‐64. 

James, Allen;  and  Brian, Gilmour.  (2001).Persian Steel: The Tanavoli Collection  (Oxford 

Studies in Islamic Art) 1st Edition (Oxford: Oxford University Press). 

Desai 2018: 926‐944 

941 

Jonas, Navasaits; Ausra,Selskiene; and Gintautas, Zaldarys. (2010). The Study of Trace 

Elements in Bloomery Iron, Materials Science 16 (2), 113‐118. 

Juleff, Gill.  (1996). An ancient wind‐powered  iron  smelting  technology  in Sri Lanka, 

Nature Vol. 379, 60‐63. 

Lang,  J.  (2017). Paper  for  special  issue on Aspects of Ancient Metallurgy, As Roman 

iron and steel: A review, Materials and Manufacturing Processes, 1‐10. 

Lowe, T.L. (1989). Refractories in high‐carbon iron processing: A preliminary study of 

Deccani wootz‐making  crucibles, Ceramics  and Civilization. Cross‐Craft  and 

Cross‐Cultural Interactions in Ceramics 4 , (eds.) Mc. Govern, P.E; Notis, M.D; 

Kingery W.D,: American Ceramic Society, 237‐242. 

Lychatz, B; and Janke,D. (2000). Experimental simulation of the early Iron smelting (in 

German), Work and research reports sächs Bodendenkmaipflege, 42, 287‐306. 

Maxime,  LʹHéritier;  Dillmann,  Philippe;  Aumard,  Philippe;  Fluzin,  Sylvain.  (2013). 

Iron? Which  iron? Methodologies  for metallographic  and  slag  inclusion 

studies  applied  to  ferrous  reinforcements  from  Auxerre  Cathedral,  The 

World  of  Iron,  (eds)  Jane Humphris  and Thilo Rehren,  (  London  : Archetype 

publications), 409‐420. 

Michael F, Charlton; Eleanor, Blakelock; Marcos,Matrinón‐Torres; Tim, Young. (2012). 

Investigating the production provenance of iron artifacts with multivariate 

methods,  Journal of Archeological Science 39, 2280‐2293. 

 N.H, Gale; and Z.A, Stos‐Gale. (1991).Lead Isotope Studies in the Aegean (The British 

Academy  Project),  Proceedings  of  the  British Academy,  vol.  77 Oxford:  The 

British Academy, 63‐108. 

P.Dillmann, P; Populus; P, Chevallier; P,  Fluzin; G, Béranger;  and A,  Firsov.  (1997). 

Microdiffraction  coupled with X‐ray  fluorescence microprobe  application 

in archaeometry, Journal of Trace Microprobe Techniques, 15(3), 251‐62. 

Papachristou, O; and Thilo, Rehren (2003). Similar like White and Black: a comparison 

of Steel‐making Crucibles from Central Asia and  the Indian Subcontinent, 

In Man and Mining  (Mensch and Bergbau), by G. Koerlin, G  Steffens  and  J 

Cierny (eds.) T. Stöllner, (Bochum: Deutsches Bergbau‐Museum), 393‐404. 

Paynter, S. (2006).Regional Variations In Bloomery Smelting Slag of the Iron Age And 

Romano‐british Periods, Archaeometry, 48(2), 271‐292. 

Phani, Rameshchandra. (2014). Mineral Resources of Telangana State, India: The Way 

Forward,  International  Journal  for  Innovative Research  in Science, Engineering 

and Technology, 3(8), 15450‐15459. 

Philippe, Dillman; Regis,Aranda; Maxime,LʹHeritier; Philippe,Fluzin. (2005). Forging of 

iron‐steel  artifacts:  archaeology,  experiments  and  archaeometry,  1st 

International  Conference  of  Paleosiderurgy  and  Industrial  Heritage  Recovery. 

Iron, History and Heritage, San Sebastian: INASMET. 

Philippe,  Dillmann;  and  Maxime,  LʹHéritier.  (2007).  Slag  inclusion  analyses  for 

studying ferrous alloys employed in French medieval buildings: supply of 

materials  and  diffusion  of  smelting  process,  Journal  of  Archaeological 

Sciences, vol 34, 1810‐1823. 

ISSN 2347 – 5463 Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6: 2018  

942 

Piakowski,  Jerzy.  (1976).  Classification  of  the  structures  of  slag  inclusions  in  early 

objects made of bloomery iron, Archeologia Polona XVII, 139‐149. 

Pliener, R. (2000).  Iron in archaeology: the European bloomery smelters, Archeologicky 

ustav ACVR Prague. 

Prakash,  B.  (2011).  Ancient  Indian  Iron  and  Steel:  An  Archaeometallurgical  Study, 

Indian Journal of History of Science, 381‐410. 

Prakash, B.  (1991). Metallurgy of  Iron and Steel Making and Blacksmithy  in Ancient 

India, Indian Journal of History of Science, 26(4), 351‐371. 

Q,Wang; and P, Crew.  (2013). Three ores,  three  irons and  three knives,   The World of 

Iron, Proceedings of a Conference at  the Natural History Museum 2009  (eds.)  J 

Humphris and T Rehren, (London: Archetype), 393‐401. 

 Q. Wang; and P. Crew. (2013). Three ores, three  irons and three knives,   The World of 

Iron, Proceedings of a Conference at  the Natural History Museum 2009  (eds.)  J 

Humphris and T Rehren, (London: Archetype), 393‐401. 

R,  Schwab; D, Heger;  B, Ho ̈pner;  E,Pernicka.(2006).The  provenance  of  iron  artifacts from Manching,  A multi‐technique approach,  Archeometry 48 (3), 433‐452. 

Rahil,Alipour; and Thilo,Rehren.  (2014) Persian Pūlād Production: Chāhak Tradition, 

Journal of Islamic Archaeology, 231–261, DOI: 10.1558/IJA.V1/2.24174. 

REM,  Hedges;  and  C.J,  Salter.  (1979).  Source  determination  of  iron  currency  bars 

through the analysis of slag inclusions, Archaeometry, 21,   161‐75. 

Richard  J.C,  Brown;  and Martin  J.T, Milton.  (2005).  Analytical  techniques  for  trace 

element  analysis:  an  overview, TrAC Trends  in Analytical Chemistry, 24(3), 

266‐274. 

S,  Jaikishan.  (2007).  Survey  of  iron  and  wootz  steel  production  sites  in  Northern 

Telangana, Indian Journal of History of Science, 42(3), 445‐460. 

S,  Leroy; R,  Simon;  L,  Bertrand; A, Williams;  E,  Foy;  and  P, Dillmann.  (2011).  First 

examination of slag inclusions in medieval armours by confocal SR‐μ‐XRF 

and LA‐ICP‐MS J.Anal.At.Spectrom, 26, 1078‐1087. 

S,  Leroy;  S,X.Cohen;  C,Verna;  B,Gratuze;  F,Téreygeol;  P,.Fluzin;  L,Bertrand; 

P,Dillmann.  (2012).  The  medieval  iron  market  in  Ariège  (France). 

Multidisciplinary analytical approach and multivariate analyses,  Journal of 

Archaeological Science, 39(4), 1080‐1093. 

Serneels,  V;  Cattin,  F;  Guénette‐Beck,  B;  and  Besse, M.  (2009).    Lead  isotopes  and 

archaeometallurgy, Archaeological and Anthropological Sciences, (1),137–148. 

Sharada,  Srinivasan; Carla M,  Sinopoli; Kathleen D, Morisson; Rangaiah,Gopal;  and 

Srinivasa,Ranganathan. (2009). South Indian Iron Age iron and high carbon 

steel: with  reference  to  Kadebakele  and  comparative  insights  from Mel‐

Siruvalur.ʺ Metallurgy and Civilisation: Eurasia and Beyond, 116‐121. 

Srinivasan, Sharada. (1994). Wootz crucible steel: a newly discovered production site in 

South India.ʺ Papers from the Institute of Archeology 5, 49‐59. 

Srinivasan, Sharada.  (2013). Techno‐cultural Perspectives on Medieval Southeast Asia 

and Southern  India: Pallava Bronzes  and Beyond,   Materializing Southeast 

Asiaʹs  Past:  Selected  Papers  from  the  12th  International  Conference  of  the 

Desai 2018: 926‐944 

943 

European Association of Southeast Asian Archaeologists, Volume 2, (eds) Marijike 

J Klokke and Veronique Degroot, ( Singapore: NUS Press), 167‐78. 

Srinivasan,  Sharada.  (2017). Ultrahigh‐carbon  ʺwootzʺ  from  crucible  carburization  of 

molten  iron:  Hypereutectoid  steel  from  ʺTamil  Nadu  Processʺ  at  Mel‐

Siruvalur, Materials and Manufacturing Processes, 909‐915. 

Stanley, D. (1999). Determining the Technological Origins of Iron and Steel.ʺ Journal of 

Archeological Science 26, 1127‐1133. 

T R, Anantharamu; PT Craddock; K Nagesh, Rao; late SRN,Murthy; and M L,Wayman. 

(1999).ʺCrucible  Steel  of Ghattihosahalli, Chitradurga District, Karnataka, 

Southern India, Journal of Historical Metallurgy 33 (1), 13‐25. 

Lowe,  T.  L.; Nima, Merk;  and  Gareth  Thomas.  (1991)  An Historical Mullite  Fiber‐

Reinforced  Ceramic Composite: Characterization  of  the  ʹWootzʹ Crucible 

Refractory, Material  Issues  in Art  and Archaeology  Vol.  II  (eds)  Vandiver  P, 

Druzik J, Seagan G.S., 627‐732. 

Tite, M.S;  and  Freestone,  I.C.    (1986).Refractories  in  the Ancient  and  Pre  Industrial 

World,ʺ Proceedings of a Society Symposium on ceramic history and archaeology. 

(Chicago: The American Ceramic Society), 35‐63. 

Trimm, David L.  (1977). The  Formation  and Removal  of Coke  from Nickel  catalyst, 

Catalysts Reviews, 16(1), 155‐189. 

Tylecote,  R.F.  (1970).  The  composition  of  metal  artifacts:  a  guide  to  provenance? 

Antiquity, 44, 19‐25. 

Tylecote, R.F. (1990). Oxidation enrichment bands in wrought iron, Journal of Historical 

Metallurgy Society, 24(1), 33‐38. 

V.F.,  Buchwald.  (2005).  Iron  and  Steel  in  Ancient  times,  Copenhagen:  Det  Kongelige 

Danske Videnskabernes Selskab. 

Veldhuijzen, H.A; and Rehren, Th. (2007). Slags and the city: Early iron production at 

Tell  Hammeh,  Jordan  and  Tel  Beth‐Shemesh,  Israel,  Metals  and Mines‐ 

Studies  in Archaeometallurgy,  (eds) La Niece, S; Hook, D.R; Craddock, P.T; 

(Archetype, British Museum: London), 189‐201. 

Verhoeven,  J. D.  (1987). Damascus Steel, Part  I:  Indian Wootz Steel, Metallography 20, 

145‐151. 

Vincent, Serneels; and Peter, Crew. (1997) Ore‐slag Relationships from Experimentally 

Smelted Bog‐iron Ore, Abstracts: Early Ironworking in Europe, archaeology and 

experiment, 78‐82. 

von Schwarz  ,C.R. (1901) The Iron and Steel Industry, Journal of Iron and Steel Institute, 

59, 467‐469. 

Voysey, H.W. (1832). Description of Manufacture of Steel  in Southern India, Journal of 

Asiatic Society of Bengal, 245‐7. 

Wim,  Devos;  Marianne,  Senn‐Luder;  Christoph,  Moor;  Christopher,  Salter.  (2000). 

Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA‐ICP‐MS) 

for  spatially  resolved  trace  analysis of  early‐medieval  archaeological  iron 

finds,  Fresenius Journal of Analytical Chemistry 366, 2000, 873–880. 

ISSN 2347 – 5463 Heritage: Journal of Multidisciplinary Studies in Archaeology 6: 2018  

944 

Yingxia, QU; Yongxiang, Yang; Zongshu,ZOU; Christiaan, ZEILSTRA; Koen, MEIJER; 

and Rob, BOOM.  (2015). Melting  and Reduction Behaviour of  Individual 

Fine Hematite Ore Particles, ISIJ International, 55(1), 149‐157. 

Zofia Anna, Stos‐Gale; and Noël H, Gale.  (2009). Metal provenancing using  isotopes 

and  the Oxford  archaeological  lead  isotope  database,    Archaeological  and 

Anthropological Sciences, 1:195–213 DOI 10.1007/s12520‐009‐0011‐6.