„Siemens–Martin-acélgyártás” változatai közötti eltérés

[ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
a 1-2 elütés
1. sor:
[[Fájl:Siemensmartin12nb.jpg|bélyegkép|350px|Siemens–Martin-kemence hosszmetszete egy 1895-ös kiadványból]]
A '''Siemens–Martin-acélgyártás'''i eljárást a [[Pierre-Émile Martin]]{{linkiw|Pierre-Émile Martin|Pierre-Émile Martin|fr}} francia mérnök szabadalmaztatta 1864-ben. Az eljárás nevében a Siemens nevet a [[Carl Wilhelm Siemens]]{{linkiw|Carl Wilhelm Siemens|Carl Wilhelm Siemens}} által szabadalmaztatott és itt felhasznált váltakozó lángjárású regeneratív tüzelési rendszer magyarázza. A szakirodalom néha megkülönbözteti az eljárást és a kemencét, előbbit „Martin-acélgyártásnak”, utóbbit „Siemens–Martin-kemencének” nevezik. Az eljárás lehetővé tette, hogy kiinduló anyagként folyékony [[Nyersvasgyártás|nyersvasat]] és ócskavasat is felhasználhassanak. A SM-kemence betétje ennek megfelelően lehetett csak folyékony, csak szilárd, vagy a kettő együttesen. A módszerrel igen változatos ötvözöttségű [[acél]]okat lehetett előállítani, de az erősen ötvözött acélok gyártását más módszerekkel valósították meg. A Martin-acélgyártás mintegy száz évig vezető módszere volt az [[Acélgyártás|acélmetallurgiának]], csak az oxigénes konverteres eljárás(ok) előretörése nyomán csökkent a jelentősége, napjainkra gyakorlatilag megszűnt.
 
A Siemens–Martin-kemence a fejlődése során több változáson ment át. A legszembetűnőbbek ezek közül az első és a hátsó fal kiképzésében és a tűzfejek megoldásában mutatkoznak meg. Az első és a hátsó fal kezdetben függőleges helyzetű volt, majd – a falazatok javításának egyszerűbbé tétele miatt – kifelé döntötték (a hátsó falat jobban). A fejlődés végén a tendencia megfordult: a legkorszrűbblegkorszerűbb SM-kemencék falait befelé döntötték (März–Boelens-kemence). Az egymást követő tűzfej megoldásokkal a levegő és a fűtő közeg mind hatékonyabb keveredését, a jobb lángparaméterek megvalósítását tűzték ki célul. A gáztüzelés helyett több helyen bevezették az olajtüzelést, majd külön [[oxigén]]áram bejuttatását a kemencébe (oxigénes intenzifikálás). A kemencék készülhettek (főleg eleinte) savas és bázikus falazattal, és mindkettőhöz más gyártási technológia, kemencevezetés tartozott.
 
A gyártási folyamat öt lépcsőből áll: a berakásból, a beolvadásból, a frissítésből, a dezoxidációból és ötvözésből (kikészítés), illetve a csapolásból. Ezek közül a metallurgiai szempontból legfontosabb folyamatok a frissítő és a kikészítő szakaszban játszódnak le. A SM-acélgyártás frissítő szakasza hosszabb, mint a szélfrissítéses (konverteres) eljárásoké, ezért az adagidő is hosszabb.<ref group="J">Az adagidő a kemencében egy adag elkészülésének az ideje – csapolástól csapolásig.</ref> Az ötvözést a kikészítő szakaszban végezték el.
10. sor:
== A találmány ==
[[Fájl:Open-hearth.jpg|bélyegkép|250px|A Siemens–Martin-kemence fűtésének elvi módja (A – gáz- és levegőbevezetés, B – melegítő regenerátorok, C – fürdő, D – kemenceteknő, E – fűtött regenerátorok, F – füstgázelvezetés)]]
Pierre-Émile Martin eljárása különbözött minden korábbi acélgyártási módszertől. Martin tulajdonképpen a [[kavaró acélgyártás]]t akarta továbbfejleszteni, hogy folytacélt tudjon előállítani. Elképzelése az volt, hogy egy lapos, teknő alakú kemencében olvasztja meg a nyersvasbetétet, és a nyersvasfürdő fölött gázlángot vezet el, amivel a fürdő folyamatosan megújuló felületi rétegéből ki tudja égetni a [[Nyersvasgyártás|nyersvas]] fölösleges kísérő elemeit, a [[Szén|karbon]]t, a [[szilícium]]ot, a [[mangán]]t. A megfelelő hőmérséklet biztosítása céljából megvásárolta az 1856-ban felfedezett Siemens-féle, váltakozó lángjárású, regeneratív tüzelési módszer szabadalmát. Első, a módszerével gyártott 1,5 tonnányi acélt 1864. április 8-án csapolta le [[Sireuil]]ben. Ez a kemence még csak egy regeneratív tüzelésű hengerművi izzítókemencéből célszerűen átalakított, 1,2×1,6 méteres kísérleti kemence volt. Az első SM-acélművet 1868-ban állították fel Angliában, 3 tonnás kemencével, majd ezt követően gyorsan elterjedt a világon, és mintegy száz éven át uralta a világ acélgyártását.{{refhely|Óvári 1985|275. o.}}{{refhely|Óvári 1985|315. o.}}{{refhely|Geleji 1955|26–28. o.}}{{refhely|Simon–Károly 1984|11. o.}}
 
A Siemens–Martin-kemence tüzelési rendszere a Siemens-féle regeneratív tüzelési módszeren alapul. A fűtőgázt és a levegőt az '''„A”''' jelű vezetékeken (bal oldalon a levegőt, jobb oldalon a gázt) juttatják be a '''„B”''' jelű, már felfűtött, meleg regenerátorokba, ahol azok felmelegednek, és így jutnak el a bal oldali tűzfejbe (a levegő midig felül áramlik be). Az elégő tüzelőanyag elvégzi hőtechnikai és metallurgiai feladatát, majd mint füstgáz távozik a jobb oldali tűzfejen. A füstgáz az '''„E”''' jelű regenerátorokon áthaladva felhevíti azokat, majd az '''„F”''' csatornákon elvezetik. Amikor a '''„B”''' regenerátorok annyira lehűltek, hogy már nem tudják a kívánt mértékben felmelegíteni a levegőt és a fűtőgázt, megfordítják a tüzelés irányát: a hideg levegőt és a gázt az '''„E”''' regenerátorokba vezetik be (mert ekkorra azok már kellő mértékben felmelegedtek), és a tüzelés iránya jobbról balra irányú lesz. A füstgázok a bal oldalon távoznak és felmelegítik a '''„B”''' jelű regenerátorokat. A folyamat ezután így folyik váltakozva, ezért hívják a módszert váltakozó lángjárásúnak.{{refhely|Jung 2004|28–29. o.}}{{refhely|Óvári 1985|275–276. o.}}{{refhely|Óvári 1985|316–318. o.}}{{refhely|Nagy 1987|317. o.}}
81. sor:
A SM-kemencék profilját a kemencefenék, a boltozat, az első és a hátsó fal alakítja ki.{{refhely|Simon–Károly 1984|35. o.}} A munkatér első és hátsó fala az első időkben még függőleges volt, csak az 1930-as évektől kezdték kifelé dönteni a hátsó falat. Ez a megoldás indokolt volt ugyan a fal javítása miatt, mégis bizonyos üzemeltetési problémák forrása volt. Ezért alakult ki az ún. März–Boelens-kemence, aminél az első és a hátsó falat is megtörve, befelé dőlve építették (Magyarországon a [[Dunai Vasmű]]ben működtek ilyen kemencék). Ez a megoldás a falazat mechanikai és hőterhelése, valamint az [[áramlástan]] szempontjából is kedvezőbb volt.{{refhely|Simon–Károly 1984|33. o.}}
 
A ''kemencefenék'' bázikus kemencék esetén zsugorított [[magnezit]]ből és magnezittéglából készül (ami felfut aza mellső és a hátsó falra is), ez alatt samott-tégla és szigetelőanyag van. Összes vastagsága 1 méternél is több. A jól kivitelezett fenéknél a páncél hőmérséklete nem emelkedik 160–170 °C fölé. A kemencefenék tartalmazza a csapolónyílást is. A ''hátsó falazat'' a kemencekonstrukció-fejlődés különböző szakaszaiban változó kialakítású volt. A korszerű kemencék hátsó fala erősen döntött (47–49°) volt. Vastagsága közel 600&nbsp;mm, anyaga – a fenékfelfutástól eltekintve – krómmagnezit-, savas falazatnál szilikatégla. Az ''első falazat'' álló vagy szintén döntött volt, de nem oly mértékben, mint a hátsó. Ez a falazat tartalmazza a kemence munkaajtóit (75&nbsp;tonna fölött általában öt ajtó volt). Az ajtók és a kereteik vízhűtéssel voltak ellátva, anyaguk azonos a hátsó fal anyagával. Mozgatásuk mechanikus, elektromechanikus, vagy hidraulikus módon történt. Az ajtók között helyezkednek el a pillérek. A ''kemenceboltozat'' íves, függesztett kivitelű, anyaga bázikus kemencéknél krómmagnezit-, savas kemencéknél szilikatégla. A függesztést tartó vállgerendák többnyire vízhűtésűek, gyakran elpárologtató rendszerűek, így gőzfejlesztésre is felhasználhatták.{{refhely|Simon 1981|28–35. o.}}{{refhely|Simon–Károly 1984|35–41. o.}}
 
=== Tűzfejek ===
132. sor:
A Martin-acélgyártás fontos új lehetősége volt a bevezetése idején már eléggé felhalmozódott hulladékvas felhasználása. A '''vas- és acélhulladék'''ot felhasználás előtt gondosan megvizsgálják és ellenőrzik, hogy ismert legyen a kémiai összetétele, de csoportosítják fizikai állapotuk szerint is (könnyű és nehéz hulladék). Különösen figyeltek a vashulladékra, mert ezeknek nagy a foszfor- és kéntartalmuk.{{refhely|Simon 1981|72–74. o.}}
 
Az '''ötvöző anyagok'''at részben a gyártandó acél kémiai összetételének beállítására, részben a folyékony acélfürdőben oldott nemkívánatos anyagok lekötésére alkalmazzák. A mangánt tükörnyersvas,<ref group="J">A tükörnyersvas átmeneti termék a fehérnyersvas és a ferromangán között. A fehérnyersvas vagy acélnyersvas fehér töretű, [[grafit]]ot nem tartalmazó nyersvas.</ref> ferromangán vagy ferromangán-szilícuumszilícium formájában adagolják.<ref group="J">A ferromangán, ferroszilícium, ferrokróm, ferrovanádium stb. ferroötvözetek, a vas adott fémmel alkotott előötvözetei. Az acél ötvözésére, illetve dezoxidálására használatosak.</ref> A szilíciumot – ferroszilícium formájában – ötvözés vagy dezoxidálás céljából használják. A [[króm]]ot ferrokróm alakjában, de gyakran szilíciummal együtt, komplex ötvözőként alkalmazzák (szilikokróm). A [[nikkel]]t általában fémnikkelként használják, a [[molibdén]]t pedig ferromolibdén alakjában (40–70% molibdéntatalom). A további ötvözőanyagok nagy részét szintén ötvözetek formájában használják ([[volfrám]], [[vanádium]], [[Titán (elem)|titán]], [[kobalt]], [[bór]]). Az [[alumínium]]ot kohóalumíniumként használják ötvözőként vagy dezoxidálás céljából. Dezoxidálásra használják a [[kalcium]]ot (CaSi<sub>2</sub>, CaSiAl, CaSiMn) és a [[magnézium]]ot is (CaSiMg, FeSiMg). A felsoroltakon kívül az acélnak vannak más, viszonylag ritkán használt ötvöző elemei is.{{refhely|Simon 1981|74–80. o.}}
 
A '''mészkő''' a legfontosabb salakképző anyag, bázikus acélgyártásnál égetett meszet használtak. A fürdőben a mészkő kiég, a [[kalcium-oxid]] a salakba jut, a keletkező [[szén-dioxid]] pedig keverő, frissítő, gáztalanító hatást fejt ki. Az égetett mésznek erőteljes a foszfortalanító és kéntelenítő hatása. A [[bauxit]]ot a salak hígfolyóssága növelése céljából használják, de a mész oldódását is elősegíti. A [[Fluorit |folypát]] szintén a hígfolyósságot növeli, de hatása sokkal intenzívebb, mint a bauxité. A [[kvarc]]homokot savas acélgyártás esetén használják salakképzőnek. Az egyik legfontosabb nemfémes adalék a [[vasérc]], aminek a feladata a kémiai reakciókban elfogyasztott oxigén pótlása, de ugyanerre a célra hengerműi [[Reve|revét]] is használtak. Ha a kiinduló betétnek kicsi volt a mangántartalma, oxigénhordozónak mangánércet is adagoltak.{{refhely|Simon 1981|81–82. o.}}