Elhangzott az Iparrégészeti Munkabizottság 1996. november 7-i ülésén, Somogyfajszon

1993-96 között több ízben végeztem és végzek műszaki jellegű (kémiai-analitikai és metallográfiai) vizsgálatokat célirányos ill. egyéb ásatásokon talált salakokon és érceken. Az analitikai vizsgálatok kezdetben kizárólag nedves-kémiai módszerekkel történtek (titrimetria, gravimetria), ill. a C- és S-tartalmat LECO gyorselemzővel mértük a Miskolci Egyetem Vaskohászattani Tanszékén, újabban azonban az Analitikai Tanszék jóvoltából atomabszorpciós elemzésekre is volt mód. A továbbiakban röntgendiffraktométeres ásvány-vizsgálatokat is tervezek. A metallográfiai vizsgálatok scanning elektronmikroszkóppal készültek.

Analitikailag vizsgált ércek (1996-ig) származási helye (és ideje): Sopron-Harka/Kányaszurdok (IX-X. sz.,1986-os ásatás), Eisenzicken/Vasverőszék [Burgenland] (XIII-XIV. sz., 1989), Sopron-Potzmann dűlő (IX-X. sz., 1992). (A fenti ásatásokat mind Gömöri János vezette.) Ezeken kívül elemeztünk rekonstruált bucakemencében végzett próbaolvasztások alkalmával (1992. Soproni Múzeum) felhasznált ill. laboratóriumi Tamman-kemencében végzett próbaolvasztásnál (1993. Miskolci Egyetem) használt kópházi vasércet.

Az ásatásoknál talált ércek aránylag alacsony Fe-tartalmú (össz.Fe=23-40 %) és magas hidrátvíz-tartalmú (6-9 %), sárgás színű, limonitos gyepvasércek voltak. A harkai érc alacsonyabb hidrátvíz-tartalma (2.04 %) előpörkölésre utal. Az egyik vasverőszéki ércbe beágyazódott kvarcszemcsék voltak megfigyelhetőek, amelyek az SiO2-tartalmat 50 % fölé emelték. Egyébként az összes ércre jellemző volt a savanyú, esetenként erősen savanyú jelleg (SiO2/CaO= 7-18). Mindez metallurgiai szempontból nem véletlen, ugyanis ezek alacsony vastartalmuk ellenére nagy reakcióképességű, azon kívül a földfelszín közelében megtalálható ércek. A vizsgált kópházi kísérleti ércek is hasonló jellegűek voltak, de mivel eléggé kimerített vasérctelepről származtak, az olvasztáshoz kívánatos 30-40 %-os össz.Fe-tartalmat csak előpörköléssel értük el. A felépített "nemeskéri típusú" bucakemence egy faldarabkájának kémiai elemzése szinte pontosan azonos összetételt mutatott egy Sopron-Potzmann dűlőben talált IX-X. sz.-i bucakemence falmaradványának összetételével.

A kémiailag vizsgált salakok lelőhelyei, származási és ásatási idejei (1996. nov.-ig):

Tömörd (IX-X. sz., 1978. Gömöri), Nemeskér (IX-X. sz., 1986. Gömöri), Sopron-Potzmann dűlő (lásd fent), Eisenzicken/Vasverőszék (lásd fent), Csonkahegyhát (IX. sz. vagy Árpád-kor, ? Müller), Sály (X-XI. sz., 1982. Mesterházy), Sopron-Deák tér (római kor ?, 1955. ?), Petőháza (római kor, 1986. Gömöri), Baj-Öregkovács hegy (későközépkor, 1994. Petényi), Zalavár-Vársziget (IX. sz., 1995. Szőke). Ezek mellett természetesen a kísérleti olvasztások salakjaiból is elemeztünk több mintát. Az összetételt össz.Fe-re, fémes Fe-re, FeO-ra, Fe2O3-ra, SiO2-re, CaO-ra, MnO-ra, MgO-ra, Al2O3-ra, C-re és S-re határoztuk meg.

A külsőleg is sokféle salakminták esetében érdekes feladatnak ígérkezett a salakok osztályozása aszerint, hogy vajon melyik metallurgiai fázis eredményei. Segítséget jelentettek az ilyen szempontból egyértelműen meghatározható minták. (Pl. a tömördi, nemeskéri és potzmann-dűlői salakok bucakemence mellől, tehát olvasztásból származnak, a petőházi salak pedig római kori kovácsműhely-lelőhelyen került elő.)

Bár egyazon kemencéből is előkerülhetnek igen különböző összetételű salakok, az olvasztásból származó salakok összetételére általában jellemző az igen alacsony bázicitás (CaO/SiO2) a magas FeO tartalom ill. az alacsony C- és S-tartalom (mindez a mai nyersvas- és acélkohászati salakokhoz viszonyítva). A vizsgált ércek összetételének tudatában mindez jól rávilágít a bucaolvasztás metallurgiájára. A savanyú jellegű salak a bucagyártás aránylag alacsony hőmérsékletén (1000-1200 C fok) is jól meg tud olvadni és el tud folyni. A hátramaradó, szivacsszerű vasbuca viszont ilyen körülmények között csak gyenge vaskihozatal mellett redukálódhatott. Erre utal a salakok magas FeO-tartalma. Az alacsony C-tartalom - ami a bucáknál is igaz és ott a kovácsolás szempontjából igen lényeges - szintén az alacsony olvasztási hőmérséklet eredménye, a minimális kéntartalom pedig faszenes tüzeléssel volt elérhető. Az olvasztásból származó salakok külsőleg több csoportba oszthatók szín, tömörség, folyásos nyomok ill. gázbuborékos jelleg alapján, amelyeket főként az határoz meg, hogy a salak kifolyt-e a kemencéből az olvasztás alatt, vagy sem.

Az ún. kovácssalakok külső jellemzője általában az erősen szivacsos formátum, gyakran beágyazódott idegen anyagok. Az oxigéndús légkör eredményezte reoxidáció miatt az Fe2O3-tartalmuk rendszerint magas, az elfolyt SiO2 miatt bázicitásuk gyakran magasabb, mint az olvasztási salakoké, de mindez nem törvényszerű, hiszen pl. a csonkahegyháti IX. sz.-i (esetleg Árpád-kori) kovácsműhelynél talált salak összetételre a tömördi ill nemeskéri - olvasztásból származó - salakra, külalakra viszont a petőházi kovácssalakra hasonlít.

Metallográfiai elemzésként kétféle vizsgálatot végeztünk elektronmikroszkóppal. Egyrészt különböző nagyítású mikroszkópos képeket készítettünk, amelyeken az egyes területek színének sötétedése az atomszám csökkenésével arányos (Al - fekete, Fe - fehér). A képeken jól megfigyelhető a szövetszerkezet, amely lehet szálas (főként a kovácssalakoknál), gyakran Ca-Si-dús hálóval átszőtt fayalitos mezők (olvasztási salakra jellemző), de sok egyéb struktúrával is találkoztam. Erősebb nagyításban nagyon jól látható a mikroszkópikusan is szivacsos szerkezet ill. a fayalit háromdimenziós kristályosodása és a kivált fémes vasrészek is. Másrészt a képek egyes pontjairól spektrumot tudunk készíteni, ahol az egyes elemekhez tartozó grafikoncsúcsok az illető elem előfordulási valószínűségét ábrázolja. Így a szövetszerkezetet egészen pontosan fel lehet térképezni.

Végül néhány szó a már említett olvasztási kísérletekről. 1992 nyarán a Soproni Múzeum kertjében megépítettük egy nemeskéri típusú, IX-X. sz.-i bucakemence méret- és anyaghű mását. Benne két alkalommal, a korabeli fújtatási rendszert is rekonstruálva érc-faszén keveréket olvasztottunk (a már említett kópházi limonit felhasználásával). Mindkét olvasztás 11 óra hosszat tartott és másodszorra az első olvasztás félkész termékét helyeztük vissza a kemencébe. Az olvasztások alatt hőelem segítségével folyamatosan mértem a hőmérsékletet és füstgáz-mintát is vettem. Mindkétszer a fújtatók strapabírása okozta a legtöbb problémát. Az első olvasztáson 20 kg, a másodikon 12 kg faszenet használtunk fel. A 10 kg beadagolt vasércből egy kb. 4 kg-os, salakkal erősen átszőtt vasszivacs-szerű tömböt nyertünk, amelyet bár kovácsolni nem lehetett, a metallográfiai elemzés során sok helyen találtunk fémesre redukált vasból álló részeket.

1993 elején a Miskolci Egyetem Vaskohászattani Tanszékének műhelyében ellenállás-fűtésű Tamman-kemencében olvasztottam 1 kg kópházi vasércet (össz.Fe=38 %), amelyet előzetesen 1kg nagy reakcióképességű kokszdarával kevertem össze. A 3 órás intenzív olvasztás alatt mindvégig biztosítottam az 1200 (+/- 10) C fokot. Bár ideális metallurgiai körülmények között olvasztottunk, és a kapott vasszivacs fémes vastartalma is magasabb volt, mint a bucakemencéből nyert tömbbé, mégis világossá vált számunkra, hogy a honfoglalás-kori "kohászoknak" igen komoly technológiai jártassággal és empirikus ismeretekkel kellett rendelkezniük.

Török Béla
vastbcfc@gold.uni-miskolc.hu