2. A VASGYÁRTÁS ÉS ACÉLGYÁRTÁS FEJLŐDÉSE
A vas (ferrum) és az ember első találkozásai
Már az ókori kultúrnépek is tisztelték és nagyra
értékelték a vasat. Régi mondák, versek, kultikus írások sokszor és
sokféle összefüggésben emlegetik a vasat, és legtöbbször az erősség,
a szilárdság és az állhatatosság jelképének minősítik. A Rámayana és
a Mahabhárata aranyveretes kardot ad a hős kezébe, a bibliai Jákob
pedig áldásában azt kívánja a megáldottnak, hogy "vasból és ércből
legyenek várai". Homeros a vas (acél) edzését is ismerte; bizonyítja
ezt a Cyclops szemének kiszúrása olajfadoronggal (az Odysseiában),
amihez a költő a vas edzésétől kölcsönzi a képet:
"Mint midőn a kovács nagy fejszét, szörnyű
szekercét edzeni márt a hideg vízbe, s hallatszik a vasnak hangos
jajszava, mert nagy erőt ettől kap a jó vas: néki olajfadorong körül
úgy sziszegett szeme akkor." (Devecseri Gábor fordítása)
A Kalevalában megörökített monda szerint a vas az
ég gyermeke, a víznek és a tűznek testvére. De a vas félt
testvérétől, ezért elrejtőzött a földbe, ahonnan Ilmarinen, az örök
idők nagy kovácsa, kaparja ki és olvasztja meg műhelyében. Ilmarinen
a vasat.
"Egy napocska
elteltével
már a mocsárból kiásta,
kitúrta a sáros földből,
vitte a kovácsműhelybe.
A kovács a tűzbe tette,
kemencéjébe vetette. |
Fujtat egyszer, fujtat
kétszer
fujtat végre harmadszorra
ömlik a vas, mint a kása
mint a salak úgy megindul
nyúlik, mintha tészta volna,
kovács rakta roppant tűzbe
a lobogó láng hevében." |
A legáltalánosabb ősi felfogás szerint a vas égi eredetű; az ég
ajándékozta az emberiségnek. A vas iránti tisztelet visszanyúlik a
meteorvasakkal való első találkozásokig, tehát több ezer éves.
Kr.e. 3000 körüli egyiptomi sírokban is találtak
7,5% Ni-tartalmú meteorvasból melegen kovácsolt vasgyöngyöket. A
2900 körül épített Cheops-piramis kövei közül viszont olyan vaskés
került elő, amelyik nikkelmentes, tehát nem valószínű, hogy
meteorvas. A későbbi századokból származó sírokban is számos vas
használati eszköz volt.
Bizonyos tehát, hogy az ember és a vas legalább
3000-4000 évvel Kr.e. már találkozott. Az is bizonyos, hogy az ember
hamarosan megszerette a vasat, és képes volt a "földből" is kinyerni
és sokféleképpen hasznosítani. A kultúrtörténet azonban a vaskorszak
kezdetét csak Kr.e. 1200 tájától számítja. Ekkortájt vált a vas
felhasználása általánossá a Földközi-tenger térségében. A Föld más
tájain már előbb (pl. Ázsiában), egyes tájain később.
A vas terjedésében döntő volt, hogy a vasérc
Földünk minden táján megtalálható. A vas a legelterjedtebb nehézfém;
a szilárd földkéreg 4,7%-át alkotja. Feltevések szerint a Föld magja
is lényegében vasból van. (Sőt, a vas nemcsak a Föld, hanem az egész
Univerzum egyik leggyakoribb féme, hisz a csillagok nukleáris
folyamatainak végső fázisában vas keletkezik.
A vaskohászat kezdetei (vasbucagyártás)
Ősi időkben a vasércekből gödrökben, domboldalba
vájt, agyaggal tapasztott üregekben -- bucakemencékben --
faszéntűzben, a faszén karbonjával redukáltak vaskristályokból és
salakszemcsékből összeállt masszát, ún. nyers bucavasat.
1. kép Vasredukáló bucakemence a 10-12. századból (Imola,
Borsod-Abaúj-Zemplén megye)
Ebben összekeveredve ugyan, de külön
fázisokban voltak a fémszemcsék és külön fázisokban a salakszemcsék;
őket a tapadáson kívül semmiféle más fizikai vagy kémiai kötés nem
tartotta össze. Mivel a lágy (karbont alig tartalmazó) vaskristályok
képlékenyek voltak, ezért melegen való kovácsolás közben a vas
deformálódott. A salakszemcsék és salakerek -- a kovácsolás
hőmérsékletétől és a salak olvadáspontjától függően -- vagy
összetöredeztek és egy részük kipergett a bucából, más részük
szétszóródva a vaskristályok közé záródott, vagy megolvadt és
kovácsolás közben kifolyt, kispriccelt a fémtömbből. A
"salaktalanított" vasbucából kovácsolták melegen vagy hidegen a
használati eszközöket.
Római források (Cornelius Tacitus) szerint amikor
a rómaiak Pannónia népeivel közelebbről megismerkedtek, itt már
fejlett vasipar volt, fejlett bucakohászat folyt. Tacitus leírása
alapján ez Zólyom, Gömör, Kis-Hont, Szepes és Nógrád területére
esett. A bucakohászatnak a Garam-völgye is kedvezett. A Kárpátok
erdélyi ágában Besenyő környéki ásatások utalnak fejlett vasgyártó
telepre. A Dunántúlon is megtalálhatók a római kori vasművesség
nyomai.
A honfoglaló magyarság vaskohászati ismereteiről
Honfoglaló őseink az ural-altáji népek magasfokú vaskohászati
tudását magukkal hozták a Kárpát-medencébe, ahol ugyancsak fejlett
vaskohászatot találtak. Idézzük erről Edvi Illés Aladár (1858-1927)
mérnök és a hazai kohászat történetével foglalkozó neves szakíró
tanulmányának egy részletét az 1901-ben megjelent "Vas- és fémipar,
I. Vasgyártás" c. könyve eredeti lapjainak másolatával:
Az Árpád-kori bucakohászok általában egyidejűleg
több kemencével dolgoztak.A kemencéket a terepviszonyokhoz
alkalmazkodva építették fel. Arra alkalmas helyen pl. körben vagy
félkörben . Ez utóbbira szép példa a Somogyfajszon feltárt és
részben rekonstruált műhely. Ezt -- a világ egyik legszebben
megőrzött bucakohászműhelyét -- iparrégészeti kutatások eredményei
szerint a honfoglaló magyarok építették és üzemeltették. A 2. kép a
somogyfajszi bucaműhely elméleti rekonstrukciója.
Árpádházi királyaink a vasipar fejlesztéséhez külföldről is hívtak
be bányászokat és kohászokat. Igy pl. II. Endre király 1200 körül
Toroczkóra telepített stájer munkásokat; ők fejlesztették ki a
Toroczkó-vidék híres vasiparát.
A középkor utolsó századaiban az egész
Kárpát-medencében elterjedt a bucakohászat. A feudális korszakban
minden uradalom igyekezett magának vasműhelyeket fenntartani, hogy
az uradalom vasszükségletét kielégítse. Voltak, akik eladásra is
termeltek, mert valamilyen komparatív előnyt kiaknázhattak; pl.
ércbőséget vagy ércminőséget, gazdag erdőséget, egész éven át tartó
vízbőséget.
Nyersvasgyártó és acélgyártó technológiák fejlődése
A bucagödrök és a bucakemencék több mint ötezer
éven át szolgáltatták a földkerekség csaknem minden táján a
kovácsolható vasat, miközben a kemencépítés technikája és a
technológiai módszer folyamatosan fejlődött. A fújtatóteljesítmény
fokozása -- vízikerék meghajtással -- a kemencék magasítása és a
hőkihasználás javulása következményeképp nőtt a kemencében uralkodó
hőmérséklet, minek folytán a vaskristályokban több C oldódott, és a
vas megolvadt. Az olvadék további C-t és több-kevesebb Si-ot, Mn-t
és P-t is oldott magában. Hígfolyós és csapolható lett. Neve:
nyersvas. Tőle salakolvadék alakjában különültek el az érc nem
redukálódott kísérőásványai. A bucakemencéből vasolvasztó lett (3.
kép). Európában ez a fordulat a 14. század elejére tehető.
3. kép
Magasított bucakemencéből kialakult vasolvasztó
A folyékony állapotból kristályosodott
nyersvas -- a benne oldott sok C miatt -- rideg volt: kovácsoláskor
tört. Ez kezdetben igencsak bosszanthatta a kohászokat, amit
bizonyíthatnak az ilyen vasak elnevezései; angolul: pig iron,
oroszul: csugunnaja szvinyka (angolul is, oroszul is: disznó vas);
mai német irodalmi neve: rohes Eisen (Roheisen), ennek magyar
megfelelője: nyers vas (nyersvas). A kohászok akkor még nem
sejthették, hogy a kemencéből kifolyó nyersvas az egyetemes fejlődés
számára mindmáig a legnagyobb ajándék: legfontosabb fémalapanyag.
A következő táblázat a C-, Si-, Mn-tartalom
és az olvadáspont alapján hasonlítja össze egymással a korabeli
nyersvasat, kovácsvasat és acélt.
|
Megnevezés
|
Nyersvas
|
Kovácsvas
|
Acél
|
|
C
|
2,8 - 3,5
|
max. 0,3
|
0,3 - 1,0
|
|
Si
|
1,2 - 3,0
|
max. 0,2
|
max. 0,3
|
|
Mn
|
0,5 - 3,0
|
max. 0,2
|
0,2 - 1,0
|
|
olvadáspont
|
1150 - 1250 ° C
|
1400 - 1500 ° C
|
1350 - 1400 ° C
|
Az összehasonlításból is következtethető, hogy a nyersvasból a
C-, Si- és Mn-tartalom csökkentése révén lehet kovácsvasat
(lágyacélt) vagy acélt nyerni. Ez kémiai folyamattal, a szóban forgó
elemeknek a vasból való kioxidálása útján lehetséges. Ez a folyamat
a frissítés: az acélgyártás lényege. A frissítés folyamán azonban a
fém olvadáspontja növekszik. A különböző acélgyártó eljárások abban
térnek el egymástól, hogy milyen módszerrel biztosítják a frissítés
oxigénszükségletét és a magasabb hőmérsékletet.
Frisstüzek. A nyersvasból évszázadokon át
frissítő tűzhelyeken, ún. frisstüzeken gyártottak kovácsvasat és
acélt. A frisstüzek égetett agyaggal bélelt kemencék voltak. Bennük
a darabokra tört nyersvasat faszéntűzre helyezték; a tüzet az
alúlról fújtatott levegővel táplálták. A vas a tűzben cseppenként
olvadt meg. A lecsurgó vascseppek a fúvószéláram oxigénjével
oxidálódtak és a salakkal együtt a tűzhely alján gyűltek össze. Az
oxidáció következtében a vas C-tartalma csökkent, olvadáspontja
növekedett és -- a viszonylag alacsony hőmérséklet miatt --
képlékeny gomolya lett (gyakran nevezték lupának is). A gomolyát
kovácsolással tisztították meg a bezáródott salakrészecskéktől. Egy
korabeli acélműhely frisstűzből és közvetlenül mellé épített
kalapácsból állt. A kalapács neve hámor volt, de rendszerint magát a
műhelyt (frisstüzet és kalapácsot) értették a hámor elnevezés alatt
(4. kép).
Kavarókemencék. A frisstüzeknél lényegesen
nagyobb teljesítményűek voltak a kavarókemencék. A kemencébe rakott
nyersvascipókat homogén fürdővé olvasztották. Az olvadékot
vas-oxidos salakkal frissítették. A salak frissítő hatását kavarás
útján a füstgáz oxigénfeleslegével, továbbá a salakra adagolt apró
ércek és revék vas-oxidjaival tartották fenn. A frissült fémet a
kavaró kemencében sem tudták olvadt állapotban tartani, emiatt
termékül itt is salakot és fémet tartalmazó képlékeny gomolyát
nyertek.
Szélfrissítős konverterek. Az acélgyártás
forradalmi fejlődését Henry Bessemer angol vaskohász indította
1855-ben, amikor kvarccal bélelt konverterbe öntött 1200-1250 ° C-os
nyersvasba közvetlenül fújtatta be a levegőt. A vasban oldott elemek
-- elsősorban a szilícium és a karbon -- oxidációja folyamán
keletkező hő elegendő volt ahhoz, hogy a lefúvatott vas, a
tulajdonképpeni acél akár 1600 ° C-ra melegedjen és folyékony
állapotban maradjon.
A nyersvasnak ezért aránylag sok szilíciumot
kellett tartalmaznia. A levegő oxigénje egy-egy adagot (7-8 tonna
nyersvasat) 35-40 perc alatt frissített. Amíg a nagyobb
teljesítményű kavarókemencék is naponta csak 10 tonna nyersvasat
tudtak acéllá frissíteni, erre a Bessemer-konverterek 1 órán belül
képesek voltak (5 kép).
5. kép Bessemer-
konverter (Diósgyőr, 1880-as években)
Gilrich Thomas, angol kohász, a Bessemer-körtét dolomittal
bélelte (1878-ban). A Thomas-konverterekben a foszfor oxidációjával
termelt hő a legfőbb hőforrás.
Siemens-Martin-kemencék. A kavaró lángkemence
szerkezetében korszakalkotó változást vezettek be a francia Martin
testvérek. A Siemens-féle -- előmelegített levegővel és gázzal
fűtött -- kemencében a láng és a füstgáz olyan magas hőmérsékletre
hevült, hogy a nyersvas, és a lefrissített acél is folyékony maradt:
csapolható volt (6. kép).
A kemencében a nyersvason kívül a magasabb
olvadáspontú acélhulladék és ócskavas is megömleszthető volt, s így
megnyitotta az acél újrahasznosításának technológiai útját.
Elektrokemencék. Villamos ívvel vagy indukciós
örvényárammal szolgáltatják a betét számára szükséges energiát. Az
ív árama a fémfürdőn keresztül záródik, így azt közvetlenül is
melegíti. Az ívkemencék oxidáló és finomító salakkal is
dolgozhatnak. A salak könnyebb eltávolítása céljából a kemence
billenthető.
|