Kohászat

A kohászat a vas és más fémek érceikből való kinyerésével, finomításával, ötvözésével, öntésével, képlékeny alakításával, hőkezelésével, szerkezetének és tulajdonságainak vizsgálatával, valamint az alkalmazott gépi berendezésekkel foglalkozó komplex tudomány.

Vas- és fémkohászat

Nagyolvasztók

A szűkebb értelemben vett kohászat a metallurgia, amely a fémek ércekből való kinyerésével foglalkozik, csoportosítható az alkalmazott technológia jellege szerint:

• tűzi kohászat (pirometallurgia),
• hidrometallurgia,
• elektrometallurgia.

A fémek szerinti csoportosítás:

• vaskohászat (ide tartozik a vas és acél előállítása),
• fémkohászat (az összes „nemvasfém” előállítása).

Vaskohászat

A vaskohászat két fő területe:

• a nyersvasgyártás és
• az acélgyártás.

Nyersvasgyártás

Régi Bessemer-konverter

A vaskohászat feladata a vas érceiből a nyersvas kinyerése, majd tovább-feldolgozása öntöttvassá és acéllá. A vas tűzi kohászatának az a lényege, hogy a vasércből, amely alapvetően oxidos vasvegyületek keveréke, az oxigént redukálással eltávolítják. A redukálást szénnel végzik, mégpedig többnyire koksz formájában. A koksz feladata a redukáláson kívül a megfelelő hőmérséklet biztosítása. A nyersvasgyártás nagyolvasztóban, speciális aknás kemencében történik. A nagyolvasztó felső részén (torok) öntik be az ércet, a kokszot és a mészkövet. Az ércből eltávolított szennyezőket salakosítani kell, ezt általában mészkő adagolásával érik el. A megfelelő hőmérséklet biztosítása érdekében a kemencébe jelentős mennyiségű levegőt fújnak be az erre a célra kiképezett fúvókákon át. Az eljárás során nyersvas keletkezik. A redukálódott és megolvadt vas a kohó alján, a medencében gyűlik össze, fajsúly alapján elválva a szintén olvadt salaktól. Innen lehet mindkettőt lecsapolni.

Acélgyártás

Az acélt nyersvasból vagy/és acélhulladékból (ócskavas) állítják elő. Az acélgyártás célja az alapanyagból a szennyezők eltávolítása, és ötvözőanyagok hozzáadásával a kívánt kémiai összetétel biztosítása. Az acélgyártás eljárásai:

• konverteres acélgyártás,
• elektroacélgyártás.

A sokáig egyeduralkodónak számító Siemens–Martin-acélgyártás mára gyakorlatilag kiszorult a termelésből, helyét a konverteres és az elektroeljárások vették át. Ezek az módszerek is fel tudják dolgozni a nyersvasat és az ócskavasat. A konverteres eljárásnak több módszere ismert (Bessemer- és Thomas-eljárás), de ma legelterjedtebb az LD-eljárás (az LD betűszó az eljárás kifejlesztésének helyére utal: Linz-Donawitz). Ennél a módszernél a konverterbe töltött folyékony fém felületére ún. oxigénlándzsán át oxigént fújnak. Ennek hatására a fémfürdő felületén – és a fémfürdő folyamatos belső áramlásai következtében az egész tömegében – a szennyezők oxidálódnak (kiégnek), salakba kerülnek. Az ötvözőket külön adagolják a fémhez. A villamos kemencék tisztán ócskavas betéttel is tudnak indulni.

Fémkohászat

A fémkohászat a „nemvasfémek” érceiből való előállításával (metallurgiájával) foglalkozó tudomány és gyakorlati technológia összefoglaló elnevezése. A fémkohászaton belül elkülönítik a könnyű- és a nehéz- vagy színesfémek kohászatát (a nehéz- és a színesfémek elnevezést a gyakorlatban szinonimaként használják). A könnyű- és nehézfémek közötti választóvonalat általában a 4,5 g/cm³ sűrűségnél vonják meg. A gyakorlat szempontjából legfontosabb könnyűfémek az alumínium, a magnézium és a titán. A színesfémek között a réznek, a nikkelnek, az ólomnak és a cinknek van a legnagyobb jelentősége.

Az első fém, amit az ember nagy valószínűséggel megismert, az arany volt. A termésarany rögök hamar felkelthették az emberek figyelmét, amiket kalapálással munkáltak meg. Ez a termésarany 0,2–38% ezüsttel, kevés rézzel és még kevesebb vassal volt szennyezve. Az arany lágy volta miatt szerszámkészítésre nem volt alkalmas, ezért – és szép színe miatt – ékszereket készítettek belőlük. Az ember gyakorlatilag az arannyal egy időben ismerte meg a rezet is, ami szintén előfordul a természetben elemi formában. A kohósítására is hamar sor kerülhetett, mégpedig feltehetőleg véletlenül. A tűzbe került rézérc (pl. malachit) redukálódhatott, így megmunkálható rézdarabot kaptak. A rézolvasztás módszere már az i. e. 7–6. évezredben ismert volt. Az ólmot és a ónt az i. e. 3000 körüli évszázadokban már ismerték. A cink a réz ötvözőjeként jelent meg először, feltehetően cink-oxid tartalmú rézércek redukciója során került a rézbe. A legkorábbi ónbronz leletek az i. e. negyedik évezred végéről származnak, a mai Irán területéről. Az alumínium előállítására csak igen későn került sor, pedig előfordulásának gyakorisága 8% a földkéregben, amivel a harmadik helyen áll az oxigén és a szilícium után. Alumíniumot – hiteles adatok szerint – 1807-ben állított elő Humphry Davy, noha ez még vassal szennyezett alumínium volt. Tiszta alumínium kísérleti előállítása 1825-ben a dán Ørsted, majd két évvel később a német Wöhler nevéhez fűződik. Az iparszerű gyártás a timföld Bayer-féle és az alumínium olvadékelektrolízissel (Hall–Héroult-eljárás) való előállításával valósult meg.

Porkohászat

A porkohászat olyan eljárás, amely fél- és készterméket fémporokból állít elő. Lényege az, hogy megfelelő finomságú fémporokat állítanak elő, ezeket a kívánt összetételnek megfelelő arányban összekeverik, és az így előállított alapanyagot sajtolószerszámban hidegen sajtolják, végül adott hőmérsékleten hőkezelik (zsugorítják). A porkohászati eljárásokkal lehetőség nyílik olyan anyagok keverésére, amelyek normál ötvözéssel és más eljárásokkal nem elegyíthetők, sőt fémes és nemfémes anyagokat is lehet keverni.

Öntészet

Olvadt fém öntése

Az öntészet feladata és célja az, hogy a megolvasztott fémet egy üreges öntőformába öntve öntvényeket állítson elő. Az öntészetet számos szempont szerint lehet csoportosítani.

Az öntött fém milyensége szerint:

• vas- és acélöntészet,
• fémöntészet (minden, ami nem vasalapú).

Az öntési módszer szerint:

• gravitációs öntés,
• nyomásos öntés.

Az öntőforma anyaga szerint:

• homokforma,
• fém kokilla,
• egyéb.

Az öntés termékei igen változatosak. Öntéssel készítik például a gépállványokat és házakat, háztartási gépek, járművek, elektrotechnikai eszközök stb. alkatrészeit.

Képlékeny alakítás

Képlékeny alakítással a képlékenyen alakítható fémeket alakítják. Eljárásai a kovácsolás, a hengerlés, a húzás, a kisajtolás, a csőhengerlés, a folyatás, a lemezalakítás stb.

Fémtan

A fémtan (régebbi nevén metallográfia) a fémek és ötvözetek tulajdonságait fémfizikai alapokon tárgyaló és vizsgáló tudomány. Ezen belül foglalkozik a fémek és ötvözetek szerkezetével, a szerkezetvizsgálat módszereivel, a fémek mechanikai tulajdonságaival, a mágneses tulajdonságokkal, a korrózióval stb.

Tüzeléstan

A kohászati tüzeléstan a kohászati folyamatokban használatos kemencékkel, kazánokkal és más melegítő berendezésekkel, fűtő és hőcserélő berendezésekkel, tűzállóanyagokkal, energiahordozókkal és égéstermékekkel, tüzelési módszerekkel stb. foglalkozó tudomány.

Források

A Wikimédia Commons tartalmaz Kohászat témájú médiaállományokat.

• szerk.: Óvári Antal: Vaskohászati kézikönyv. Budapest: Műszaki Kiadó (1985) 
• Dr. Sziklaváry János: Az izzó vas tűzcsillagai (Vaskohászat tegnap és ma). MTESZ. [2013. december 30-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2013. február 1.)