Wikipédia

„Siemens–Martin-acélgyártás” változatai közötti eltérés

Laptörténet interaktív böngészése
[ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
← Régebbi szerkesztésÚjabb szerkesztés →
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
VizuálisWikiszöveges
BinBot (vitalap | szerkesztései)
botok
191 035 szerkesztés
a Évszámok és más számok toldalékának hangrendi egyeztetése kézi ellenőrzéssel
Pegybot (vitalap | szerkesztései)
botok
25 802 szerkesztés
a clean up, replaced: midig → mindig AWB
12. sor:
Pierre-Émile Martin eljárása különbözött minden korábbi [[acélgyártás]]i 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 és a [[mangán]]t. A megfelelő hőmérséklet biztosítása céljából megvásárolta az 1847-ben 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 [[Anglia|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 midigmindig felül áramlik be). Az elégő tüzelőanyag elvégzi hőtechnikai és [[kohászat|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.}}
 
== A Siemens–Martin-kemence ==
89. sor:
Az 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 úgynevezett 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 a 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 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 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 ===
114. sor:
[[Fájl:Regenerateur siemens nb.jpg|bélyegkép|balra|250px|A regenerátorrács kialakítása]]
[[Fájl:Siemensvanne nb.jpg|bélyegkép|150px|Váltószelep]]
A regenerátorok (másként gáz- és levegőkamrák) feladata a gáznemű tüzelőanyag (generátorgáz, torokgáz, kevertgáz)<ref group="J">A generátorgázt általában [[kőszén]]ből állították elő speciális elgázosító berendezésben, gázgenerátorban – innen a neve. A torokgáz a [[nagyolvasztó]]ban keletkezik, és a toroknál távozik. [[Fűtőérték]]e viszonylag csekély. A kevertgázban a kis fűtőértékű gázhoz nagy fűtőértékűt, például kokszkemencegázt vagy földgázt kevernek.</ref> és a levegő előmelegítése. Az előmelegítésre azért van szükség, mert a hideg anyagokkal nem lehetne biztosítani a megfelelő lánghőmérsékletet. A gázt és a levegőt külön regenerátorokban melegítik elő, míg a távozó füstgáz egyenlő arányban áramlik a két felfűtendő kamrába. A regenerátorkamrákba belépő füstgáz hőmérséklete 1500–1600 &nbsp;°C, míg a kilépő füstgázé 1000–1200 &nbsp;°C. A kamrákban a hőátadó részt tűzálló téglák rácsozata képezi, és kialakításának biztosítani kell a legoptimálisabb hőátadást és a megfelelő légáramlást. Ennek megfelelően többféle rácsozási módszer alakult ki (például a Cooper-, Siemens-, vagy März-rendszerű). A rácsozat 1 köbmétere 10–15 négyzetméter fűtőfelületet biztosít. A porozódás miatt a regenerátor rácsozatát rendszeresen, mintegy hetente tisztították (nagynyomású levegővel, gőzzel). A rácsot alkotó tűzálló téglák anyaga alul samott-, felül magnezitkróm-tégla, a kamra falai alul samott-, felül szilikatéglából készültek.{{refhely|Simon–Károly 1984|42–43. o.}}{{refhely|Simon 1981|37–41. o.}}
 
=== Átváltó berendezés ===
122. sor:
Az SM-kemencénél alkalmazott tűzálló anyagoknak számos követelménynek kell megfelelnie. A jellemző paraméterek: a lágyuláspont és az [[olvadáspont]], a nyomószilárdság, a hőingadozással szembeni ellenálló képesség, a [[hővezetés]], a kémiai ellenálló képesség, a porozitás stb. Olyan tűzálló anyag azonban nincs, ami valamennyi jellemző tekintetében a legjobb, ezért minden esetben az adott feladatra optimálisnak tekinthető tűzálló anyagot használják.{{refhely|Simon 1981|45. o.}} Egyes tűzállóanyag-fajtákból nemcsak téglát készítenek, hanem döngölőanyagként, nagyblokkok anyagául, habarcs alapanyagként is használják.<ref group="J">A döngölőanyagot vagy döngölőmasszát monolitikus falazatok készítésére használják. Hidraulikus kötőanyagot nem tartalmaznak, ehelyett valamilyen kötést elősegítő vagy kialakító anyagot használnak.</ref>{{refhely|Simon 1981|59–61. o.}}
 
A '''samott-téglák''' lehetnek bázikusak, savanyúak és semlegesek, ezen kívül különböző tűzállósági fokozatban készülnek. Ennek megfelelően a terhelés alatti lágyulásuk kezdete 1100 &nbsp;°C és 1800 &nbsp;°C között változik. [[Szilícium-dioxid|SiO<sub>2</sub>]]-tartalmuk 50–70%, [[Alumínium-oxid|Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>]]-tartalmuk 30–50% között van. A samott-téglákat felhasználják magánál a kemencénél, a regenerátorrácsoknál és az öntőcsarnok üstjeinél.{{refhely|Simon 1981|45–52. o.}}
 
A '''szilikatégla''' kifejezetten savas [[pH|kémhatású]] tűzálló anyag. Lágyuláspontjának kezdete 1620 &nbsp;°C-tól 1700 &nbsp;°C-ig terjed. Hátránya, hogy 600 &nbsp;°C alatt érzékeny a hőmérséklet-ingadozásra. Alapanyaga a [[kvarcit]] (94–97%), a szennyező anyagok rontják a tűzállóságát. Savanyú SM-kemencék főboltozatait, a regenerátorok oldalfalait és boltozatait készítették belőle, de a bázikus jellegű kemencék regenerátorainál is alkalmazták.{{refhely|Simon 1981|52–55. o.}}
 
A '''bázikus tűzálló anyagok''' közül felhasználtak magnezit-, magnezitkróm-, krómmagnezit-, dolomit- és forsterit-téglákat. A magnezittéglát [[Magnezit|szintermagnezitből]] állítják elő. Főleg fenékfalazásra, valamint az első és a hátsó falak készítésére használták. Magnezitkróm tűzálló anyag készítéséhez a szintermagnezithoz [[Kromit|krómércet]] adagolnak, a kemencék salakfürdő fölötti falazatánál, a felszállóknál és a salakkamráknál használták. A krómmagnezit téglák anyagában több a krómérc. A dolomittégla [[Dolomit|szinterdolomitból]] készül, de [[Reve|revét]] is adagolnak hozzá. A forsterit-téglák alapanyaga a [[szerpentin]].{{refhely|Simon 1981|55–58. o.}}
142. sor:
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-szilícium 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% molibdéntartalom). 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 (kőzet)|mészkő]]''' a legfontosabb salakképző anyag, bázikus acélgyártásnál [[Kalcium-oxid|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.}}
 
== Adagvezetés az SM-kemencékben ==
155. sor:
A '''berakás'''t majdnem minden esetben megelőzi egy úgynevezett adagközi javítás, amikor is az előző gyártási folyamat során megrongálódott falazat, fenék, tűzfejek, boltozat kisebb javítása történik.{{refhely|Simon–Károly 1984|60–62. o.}} A berakási szakaszban először a betét szilárd részét, az acélhulladékot, esetleg a szilárd nyersvasat, valamint a szükséges oxidáló és salakképző anyagokat, illetve ezek egy részét adagolják be. Az adagolásra speciális kiképzésű adagoló daruk álltak rendelkezésre. A betétet úgy állították össze, hogy a beolvadt fürdő karbontartalma mintegy 0,5–0,8%-kal több legyen a tervezett acél C-tartalmától. Fontos ezen kívül a berakott anyagok elhelyezése is, figyelni kell az anyagok beolvadási folyamatára és arra is, hogy az egyes anyagféleségek mennyire rongálhatják a kemencefeneket. A berakás után a kemenceajtók elé dolomitból gátat építettek, hogy az esetleges kifolyást megakadályozzák. A folyékony nyersvas adagolása már a beolvadási szakaszhoz tartozik.{{refhely|Simon–Károly 1984|63–66. o.}}
 
A '''beolvadás'''i szakasz a nyersvas beöntésétől a fürdő teljes beolvadásáig tart. Valójában a beolvadás már megkezdődik a berakás alatt, minthogy a tüzelés folyamatos, és már ekkor is maximális hőterheléssel folyik. A berakás végén a betét átlagos hőmérséklete 900–1100 &nbsp;°C. A nyersvas adagolása időpontjának megválasztása igen fontos, mert ha túl hamar öntik be, a még „hideg” betét lehűti a nyersvasat, a beolvadás lassú lesz, és egyéb problémák is adódhatnak. Ha túl későn öntik be a nyersvasat, az erősen oxidált és túlhevített hulladék hatására a nyersvas oxidálható elemei robbanásszerű gyorsasággal oxidálódnak, aminek a hatására a fejlődő [[szén-monoxid]] kilökheti a salakot és az acélt a kemencéből. Oxigénes intenzifikálás esetén fontos még az is, hogy a nyersvasbeöntést követő 10–15 percben – a kifúvási veszély miatt – nem szabad oxigént befújni. A beolvadási szakaszban oxidálódik a nyersvas [[vas]]a, [[mangán]]ja és [[foszfor]]a. Az olvadó vasból a [[Szén|karbon]] egy része is kiég, de ez még nem jelentős mértékű. Az érchozagolás és az oxigénbefúvás hatására végbemenő oxidációs folyamatokat követően megkezdődik a salak kialakulása is, majd folyamatosan növekszik [[Vas-oxid|FeO]]-, MnO-, [[Szilícium-dioxid |SiO<sub>2</sub>]]- és [[Foszfor-pentoxid|P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>]]-tartalma. Minthogy a két utóbbi a továbbiakban káros, a salak hozzávetőlegesen felét a középső ajtókon át kihúzzák. Ezután 1,5–2%-nyi meszet adagolnak a kemencébe a további [[foszfor]]talanítás és [[kén]]telenítés érdekében. A mészkő kiégése kapcsán intenzív CO<sub>2</sub>-fejlődés indul be, ami elősegíti a fürdő keveredését és csökkenti annak [[nitrogén]]- és [[hidrogén]]tartalmát. A beolvadás befejeződése előtt tájékoztató acél- és salakpróbát vesznek.<ref group="J">A salak kémiai összetétele és annak ismerete rendkívül fontos volt. Egyes acélgyártók ezért tartották azt, hogy az acélgyártás lényege a jó salak előállítása.</ref>{{refhely|Simon–Károly 1984|66–69. o.}}
 
A '''frissítés''' célja a fürdő széntartalmának gyors, kívánt mértékű kioxidálása, a foszfor- és a kéntartalom előírt szintre csökkentése, a gáztalanítás folytatása, végül a fürdő csapolási hőmérsékletének elérése. A frissítő reakciók már a beolvadási szakasz végén elkezdődnek. Fontos követelmény, hogy a termikus és a kémiai folyamatok összhangban legyenek egymással. A frissítés sebességét a fürdő oxigéntartalma határozza meg, ami viszont az oxigénbevitel sebességétől függ. Az acélfürdő három helyről kapja az oxigént: a láng oxidáló hatása révén, a frissítő anyagokból és a fürdőbe fúvott oxigénből. A frissítésre tulajdonképpen csupán maga a kemenceatmoszféra is alkalmas lenne, de ekkor kicsiny lenne az oxidációs sebesség, mert az atmoszféra oxigénje csak [[diffúzió]] útján jut el a salak–fém határfelületre. Ezért van szükség vasérc adagolásra (nyersvasércelő eljárás), amikor is a vasoxidok közvetlenül eljutnak a határfelületig, így biztosítanak plusz oxigént, sokkal gyorsabban, mint a kemenceatmoszféra oxigénje. A frissítés sebessége a vasérc adagolásával rugalmasan szabályozható, arról azonban nem szabad megfeledkezni, hogy a folyamat eredője endoterm, azaz hőfogyasztó. A frissítés ilyenkor két szakaszra osztható: az érces frissítésre és a tiszta fövésre.<ref group="J">A kohászok fövésnek nevezik azt a jelenséget, amikor a folyékony acélban oldott [[vas-oxid]] és a [[Szén|karbon (szén)]] reakciója révén heves [[szén-monoxid]]-fejlődés következik be, ami a forráshoz hasonló mozgással jár.</ref> Az oxigénbefúvásos módszernél a fürdő középső része is bekapcsolódik az oxidációba, így a fürdő jobban gáztalanítható, a kéntelenítés is jobb hatásfokú. Az oxigénezésnek hátránya az, hogy a füstgáznak nagyobb a portartalma, és a salaknak is nagyobb a vas-oxidtartalma.{{refhely|Simon–Károly 1984|69–76. o.}}
 
A '''dezoxidáció és ötvözés''' ideje akkor következik be, amikor az acélfürdő széntartalma elérte a kész acél karbontartalmát, a fürdő hőmérséklete pedig a csapolási hőmérsékletet (1580–1680 &nbsp;°C). Ekkor a dezoxidáló anyagok bevitelével csökkenthető az acél oxigéntartalma, az ötvözők adagolásával pedig beállítható a kész acél ötvözöttsége.<ref group="J">Meg kell jegyezni, hogy Siemens–Martin-kemencében főleg csak ötvözetlen és legfeljebb közepesen ötvözött acélok voltak gyárthatók. Erősebben ötvözött acélok gyártására elektrokemencéket használtak.</ref> Csillapítatlan acélok gyártásakor a dezoxidáció csak olyan mértékű lehet, hogy az acél leöntésekor a CO-képződés biztosítva legyen. Csillapított acélok esetén az oxigéntartalmat az egyensúlyi állapotnál valamivel kisebb értékre állítják be.{{refhely|Simon–Károly 1984|76–79. o.}}
 
[[Fájl:Bundesarchiv Bild 183-67095-0005, VEB Stahl- und Walzwerk Brandenburg, Gießgrube.jpg|bélyegkép|Öntőcsarnok]]
272. sor:
== Kapcsolódó szócikkek ==
* [[Acélgyártás]]
 
 
{{DEFAULTSORT:Siemensmartinacelgyartas}}
A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/wiki/Siemens–Martin-acélgyártás”