Szegkohósító kísérletek - nyersvasgyártás kis bucakohóban

Az elmúlt kb. 20 évben elvégzett próbakohósításaim során, attól kezdve, hogy sikerült vasércből vasat előállítani, munkám fókuszába az került, hogyan lehetne befolyásolni a kapott vasanyag kémiai összetételét. Természetesen a kapott vasanyag mennyisége, azaz a vaskihozatal is mindig lényeges kérdés volt, a vasanyag minősége (első sorban a sok rossz minőségű, első sorban nagy foszfortartalmú somogyi gyepvasércek kohósításainak kiábrándító eredményei, a sokszor kovácsolhatatlanul nagy szennyezőtartalmú, használhatatlan vasanyagok miatt) talán még fontosabb volt. Bár először a foszfor okozta technológiai problémával szembesültem és a vasbuca foszfortartalmának befolyásolására kerestem majd találtam is ilyen-olyan megoldásokat (pl. ld. ezt a posztert: http://www.bucavasgyuro.net/data/publ..., újabban (kb. 5 éve, mióta lehetőségem van a gyepvasércekhez képest sokkal jobb minőségű, szennyezőket nem, vagy csak kis mennyiségben tartalmazó a Mátrában, a Bükkben és a Zemplénben talált konkréciós-, hidrotermális- és vaskalapérceket is kohósítani) került a látókörömbe a vasbuca széntartalmának befolyásolása.
A vasbuca széntartalmának befolyásolása lényegesen egyszerűbb problémának tűnik, mint a foszfor-kérdés, Számos olyan kísérletet végeztem el konkréciós és vaskalap ércekkel (Göncről és Rudabányáról gyűjtött vasércekkel), amelynek célja az volt, hogy a kapott vasbuca széntartalmát befolyásoljam, azaz kedvem szerint lágyvasat vagy acélt tudjak az adott ércből előállítani (pl. ld. ezt a posztert: http://www.bucavasgyuro.net/data/publ.... A kísérletek eredményeinek kiértékelését nagyban megnehezítette azonban, hogy felismertem, a vasbuca, így a belőle kikovácsolt vastömbben a maratással láthatóvá tett széneloszlás rendkívül heterogén. Emiatt hiába tesszük láthatóvá a vastömb akár négy oldalán is a széneloszlást, a felület nem biztos, hogy az reprezentálja a teljes térfogatot. Később rájöttem arra, amit régiek is megtettek, amit a pl. az acélt tartalmazó régi pengék metallográfiai vizsgálata során gyakran látni lehet, hogy a nemcsak a salakzárványosság csökkentése, de a széntartalom homogenizálása is lehetséges a kapott vastömb többszöri hajtogatásával, kovácshegesztésével, bár ez meglehetősen munka és időigényes. A homogenizált vastömbön pedig a célszerűbb keménységet mérni (pl. Hrc), mintsem maratni, és inkább a keménységből széntartalmat becsülni. Bár ennek ellenére is megfigyelhető volt összefüggés a kapott vasbuca széntartalma és a technológiai paraméterek között (minél nagyobb befújt levegőmennyiséggel és faszén/vasérc aránnyal kohósítunk, annál nagyobb lesz a vasbuca széntartalma), igazán nagy széntartalmú acélt (amelyben átlagosan a C-tartalom nagyobb mint 0,5%) nem sikerült sohasem előállítani. Kialakult egy olyan sejtésem, hogy amíg a kis bucakohóban nem áll elő folyékony nyersvas is a szilárd vasszivacs mellett, addig nem is lehet igazán nagy széntartalmú vasanyagot nyerni. Tehát a korábbi kísérletek két nagy hiányossága a nem megfelelő kiértékelés és a kapott bucák viszonylag kicsi széntartalma voltak. Emellett nem sikerült részleteiben értelmezni a vasbucakohászatban a vasanyag felszenülési, cementálódási folyamatait, azaz a Fe-O-C hármas rendszerben zajló metallurgiai folyamatokat.
Kb. másfél éve kezdtem el szegekkel kísérletezgetni (65-80-as szegekkel). Először szegeket hegesztettem össze oldalszeles kovácstűzben (az erről szóló cikk megjelenés alatt), majd a szegek kohósításával próbáltam ismét megoldani a vasbuca széntartalmának befolyásolását. Már az első szegkohósító kísérletek során látható volt, hogy ezzel a módszerrel el lehet jutni vasanyag felszenítésével a kisméretű bucakemencében is a nyersvasig. Emellett a szegekkel elvégzett kísérletek jó modellkísérletnek tekinthetőek, ugyanis a kohóba levegőn és faszénen kívül csak jól ismert kémiai összetételű és geometriájú betétanyag kerül a vasszegek formájában, így a kohóban zajló metallurgiai folyamatok sokkal jobban értelmezhetővé válnak (a vasércek változatos kémiai összetétele, szemcsemérete, stb. sokat bonyolít a képen). Ezekben a szegkohósító kísérletekben (a szilárd közegű cementálásnál szokásos módon) a szegek tulajdonképpen egyfajta próbapálcának is tekinthetők, amelyekkel karbonpotenciált mérünk. Tehát segítségükkel a különböző technológiai paraméterek és kohógeometriák karbonpotenciálra gyakorolt hatása válik szemléletes és egyszerű kísérletekkel vizsgálhatóvá, és ez a Fe-O-C hármas rendszerben zajló metallurgiai folyamatok jobb értelmezését is lehetővé teszi. Meg kell jegyezni továbbá, hogy a kor technológiai színvonalán a nagy széntartalmú acél nagy mennyiségben történő előállítására a kapott vasanyag újrakohósítása egy meglehetősen triviális, és egyszerűbb megoldás a jóval kisebb mennyiségű acélt adó, felszenülést csak a felületi rétegekben okozó, zárt közegben végzett cementáló módszerek helyett.