Raakarauta (possurauta) – määritelmä, valmistus ja ominaisuudet

Raakarauta (possurauta) – korkean hiilipitoisuuden rauta, valmistettu masuunissa. Tutustu valmistusprosessiin, valutekniikkaan ja raudan tärkeisiin ominaisuuksiin.

Raakarauta on rautaa, jonka hiilipitoisuus on korkea. Raakarauta valmistetaan sulattamalla rautamalmia masuunissa harkkomuotoon. Sitä kutsutaan possuraudaksi, koska valettaessa jokainen valuharkko näyttää possulta, joka imee emakon maitoa.

Valmistus

Raakarauta syntyy, kun rautamalmi, koksi (hiiltä) ja kalkkikivi kuumennetaan masuunissa. Masuunissa tapahtuu pelkistysreaktioita, joissa malmista poistuu happi ja muodostuu sulavaa, hiilipitoista metallia eli ns. hot metal-sulaa. Tämä sula rauta valutetaan harkkoihin tai "possuiksi" hiekkamuottien päälle. Masuunista saatavaa raakarautaa voidaan käyttää sellaisenaan valurautatuotteiden valmistukseen tai jatkojalostukseen teräkseksi peruskaasu- tai sähköuunimenetelmillä.

Kemiallinen koostumus

Raakarauta sisältää tyypillisesti korkean pitoisuuden hiiltä ja lisäksi useita muita alkuaineita, jotka vaikuttavat sen ominaisuuksiin. Tyypilliset koostumuspiirteet ovat:

• Hiili (C): yleensä noin 3–4,5 %. Korkea hiilipitoisuus tekee materiaalista kovempaa mutta haurasta.
• Pi (Si): usein 1–3 %. Pi edistää grafiitin muodostumista ja vaikuttaa juoksevuteen valussa.
• Mangaani (Mn): yleensä 0,1–1,5 %. Mangaani sitoo rikkiä ja parantaa siten sulan laatua.
• Fosfori (P) ja rikki (S): esiintyvät pieninä pitoisuuksina; fosfori lisää juoksevuutta mutta voi heikentää lujuutta ja sitkeyttä, erityisesti lämpötilan vaikutuksesta.

Rakenne ja mekaaniset ominaisuudet

Raakarauta ei ole yhtenäinen materiaali: sen mikrorakenne riippuu jäähtymisnopeudesta ja koostumuksesta. Hiili voi esiintyä sementiitin (Fe3C) tai grafiitin muodossa.

• Jos hiili on sidottuna sementiittiin ja feeriittiin/pearliteen, materiaali on valkorautaa — kova ja hyvin kulutusta kestävä mutta hyvin hauras.
• Jos hiili muodostuu grafeittina, syntyy harmaata valurautaa, jolla on parempi värähtelyjen vaimennus ja työstettävyys mutta alhaisempi vetolujuus.

Yleisiä ominaisuuksia:

• Hyvä puristuslujuus
• Alhainen veto- ja iskusitkeys verrattuna teräkseen
• Kohoava kovuus ja kulutuskestävyys tiettyjen laatujen kohdalla
• Sulamisalue tyypillisesti noin 1150–1300 °C (riippuen koostumuksesta)
• Tiheys suunnilleen 7,0–7,3 g/cm³

Luokat ja muunnokset

Raakarauta ja valurauta voidaan jakaa useisiin tyyppeihin riippuen koostumuksesta ja jäähdytyksestä. Tärkeitä luokkia ovat muun muassa:

• Valkorauta: nopea jäähdytys, hiili sementiittinä — erittäin kova ja hauras.
• Harmaarauta: hiili grafeettina — hyvää konepajakäyttöä ja vaimennusta vaativiin kohteisiin.
• Taottava (malleable) rauta: valkoisesta raudasta tehty lämpökäsittelyllä muokattavaksi muuttuva tuote.
• Nuorrutettu eli ductile/taipuisa valurauta: erikoiskäsitelty, jolloin hiili muodostuu pallografiitiksi ja sitkeys paranee merkittävästi.

Käyttö

Raakarautaa käytetään pääasiassa seuraaviin tarkoituksiin:

• Raaka-aineena teräksen valmistukseen: raakarauta voidaan jalostaa BOF- tai EAF-prosesseissa hiilipitoisuuden alentamiseksi ja muiden ominaisuuksien säätämiseksi.
• Valurautatuotteet: harmaa ja taipuisa valurauta sopivat esimerkiksi putkistoihin, koneenosien ja moottorin lohkojen valamiseen.
• Erikoissovellukset: kulutusta kestävät osat, jarrulevyt, painavat runkorakenteet ja akustisesti vaimentavat osat.

Käsittely, turvallisuus ja ympäristö

Sulatetun raakarautaharkon käsittely on vaarallista: korkea lämpötila, roiskeet ja savut vaativat asianmukaiset suojatoimet. Teollisessa mittakaavassa masuuniprosessi ja raakarautatuotanto tuottavat merkittävästi hiilidioksidia ja muita päästöjä, koska prosessissa käytetään koksiin perustuvaa pelkistystä. Nykyään pyritään vähentämään ympäristövaikutuksia mm. tehostamalla energiatehokkuutta, hyödyntämällä kierrätysterästä ja kehittämällä vähähiilisiä tuotantomenetelmiä kuten suoraa pelkistystä (DRI) yhdistettynä sähkösulatukseen.

Jalostus ja jälkikäsittely

Raakarauta ei yleensä ole lopputuote vaan lähtömateriaali jatkojalostukseen. Perusmetodit sisältävät hivenaineiden ja hiilen poistamisen hapetuksella, kuonaerottelun ja tarvittaessa lisämetallien sekoittamisen haluttujen ominaisuuksien saavuttamiseksi. Myös lämpökäsittelyt ja muokkaus muuttavat valuraudan mekaanisia ominaisuuksia sovelluskohtaisesti.

Yhteenveto: Raakarauta eli possurauta on korkeahiilinen rauta, joka on tärkeä raaka-aine teräksen ja valuraudan tuotannossa. Sen kemiallinen koostumus ja jäähdytysehdot määräävät, kehittyykö rakenne kovaksi ja hauraaksi vai grafeettiseksi ja työstettävämmäksi. Valmistus masuunissa ja jatkojalostus vaikuttavat sekä teknisiin ominaisuuksiin että ympäristövaikutuksiin.

Hae kirjaimella