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. 

(Nagy Kálmán fordítása)

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.

 2. kép A somogyfajszi bucaműhely elméleti rekonstrukciója
1 fújtatók, 2 kemence üzem közben, 3 kemencetorok, 4 medence,
5 faszénhalmok, 6 vasérc (Gömöri János és Ughy István vázlata)

 
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.

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).

 4. kép Hámor vázlata Agricola könyvéből

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).
  

 6. kép Csapolás a martinkemencéből (Festy Árpád rajza)

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.

 Folytatás