Bessemerův konvertor

Bessemerův konvertor - pohled a řez

Bessemerův konvertor bylo první metalurgické zařízení, umožňující velkovýrobu oceli ze surového železa.[1] Vynalezl jej anglický vynálezce Henry Bessemer (a je po něm pojmenován[1]), který si konvertor i celý proces, nazývaný dnes bessemerizace, nechal patentovat v říjnu 1855. Nezávisle na něm objevil tento proces dříve Američan William Kelly[1], který však neměl prostředky na jeho odzkoušení. Podobná metoda (byť jen v malém měřítku) byla známa již dříve.

Popis

Bessemerův konvertor je asi 6 metrů vysoká nádoba[1] hruškovitého tvaru, opatřená vyzdívkou z rozemletého křemičitého písku, do níž je nalito roztavené surové železo. Ve dně nádoby jsou kanály, jimiž je do železa vháněn vzduch.[1] Dno konvertoru se mimo konvertor opatří vyzdívkou s otvory, suší a poté se jeřábem vkládá do konvertoru.[2] Celá nádoba se dá sklápět, což je důležité při plnění a vyprazdňování. Konvertor je nahoře otevřený, tímto otvorem vychází ven spaliny a plameny. Do sklopeného konvertoru se nalije surové železo, začne se dmýchat a konvertor se postaví. Tlak dmýchaného větru ( až 0,3 MPa) zabraňuje proniknutí železa do otvorů ve dně. Hloubka lázně bývá asi 0,5 m.

Při náplni 3 – 5 tun železa je doba výroby oceli – tedy konverze železa na ocel – asi 20 minut. Velké konvertory mohou zpracovat 15 až 50 tun železa na jednu náplň. Celý proces se řídí podle vzhledu a barvy plamenů a spalin vycházejících z otvoru konvertoru.

Princip

Podstatou výroby oceli ze surového železa je odstranění nečistot obsažených v surovém železe, zejména snížení obsahu uhlíku pod 2,14%. V surovém železe je kolem 4% uhlíku.[3] Při bessemerizaci je do roztaveného železa vháněn vzduch, který oxiduje nežádoucí příměsi, jako je uhlík, křemík nebo mangan. Kyselá vyzdívka neodstraní fosfor ani síru, obsah těchto prvků v surovém železe musí být tedy co nejnižší. Teplo potřebné pro správný průběh bessemerova pochodu se získává spalováním křemíku a manganu. V surovém železe proto musí být min. 1,2 až 1,5 % Si a asi 1% Mn. Spalováním Si a Mn se zvyšuje teplota kovové lázně a po dosažení asi 1350 °C se spaluje uhlík z surového železa za vzniku oxidu uhelnatého, který hoří bílým plamenem u ústí konvertoru. Mizení plamene je známkou ukončené oxidace uhlíku. Stupeň oduhličení se přesněji stanoví sledováním plamene spektroskopem. Ocel se dále dezoxiduje ( snižuje se obsah FeO) pomocí přídavku přísad dezoxidačních činidel s větší afinitou ke kyslíku než má železo, ty navážou oxid železnatý a odvedou ho do strusky. Případně se ocel nauhličuje na požadované složení a poté se odlévá. Ocel je možno také dodatečně legovat.[4]

Výhody a nevýhody bessemerova konvertoru

Bessemerův konvertor byl prvním zařízením, které umožnilo výrazně zvýšit produkci oceli a zároveň ji zefektivnit a zlevnit. Konvertorová ocel nahradila dosud používanou ocel svářkovou či kelímkovou, která byla drahá, její produkce byla nízká a kvalita značně kolísala. Výrazně tak přispěla k průmyslovému rozvoji zejména v USA.

Hlavní nevýhodou bessemerova procesu je totiž to, že vyrábí kvalitní ocel pouze ze železa z kvalitní rudy, tedy ze švédské nebo americké rudy. Evropské a britské rudy obsahují velké množství nečistot jako jsou fosfor a síra a základní (kyselý) bessemerův proces je neumí odstranit. Tuto nevýhodu odstranil až anglický chemik a metalurg Sidney Gilchrist Thomas. Nahradil původní křemičitou vyzdívku konvertoru vyzdívkou ze zásaditých materiálů, z dolomitu nebo vápence. Ten reaguje s nečistotami v tavenině, především s fosforem a tím jej z oceli odstraní. Zároveň se přidává pálené vápno, to část fosforu váže ve strusce. Takto upravený konvertor se nazývá Thomasův konvertor.[3]

Dalšími nevýhodami bessemerizace je zvyšování obsahu dusíku (ze vzduchu), který ovlivňuje kvalitu oceli a také to, že relativně rychlý proces neumožňuje průběžnou kontrolu kvality oceli a také není možné při výrobě zároveň ocel legovat. Bessemerův konvertor také neumí zpracovat větší množství železného šrotu.

Uvedené nevýhody bessemerova a thomasova konvertoru byly odstraněny zavedením nových technologií. V první polovině 20. století Siemens-Martinskou pecí a později kyslíkovým konvertorem a obloukovou elektrickou pecí nebo rotačními konvertory (Kaldo) či rotačními pecemi (rotory).[2]

Galerie

  • Schema bessemerova konvertoru

    Schema bessemerova konvertoru

  • Bessemerův konvertor v Sheffieldu ve střední Anglii

    Bessemerův konvertor v Sheffieldu ve střední Anglii

  • Průběh čištění v bessemerově konvertoru

    Průběh čištění v bessemerově konvertoru

  • Bessemerův konvertor v provozu v Youngstownu, Ohio, 1941.

    Bessemerův konvertor v provozu v Youngstownu, Ohio, 1941.

  • Bessemerův konvertor v provozu v ocelárně Lackawanna v New Yorku

    Bessemerův konvertor v provozu v ocelárně Lackawanna v New Yorku

  • Schema dvou bessemerových konvertorů v tandemovém uspořádání

    Schema dvou bessemerových konvertorů v tandemovém uspořádání

Odkazy

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Bessemer process na anglické Wikipedii.

  1. ↑ a b c d e Britannica - Bessemer process [online]. [cit. 2013-07-25]. Dostupné online. (anglicky) 
  2. ↑ a b KOLEKTIV. Technický naučný slovník III. díl J - L. 2. vyd. Praha: SNTL, Nakladatelství technické literatury, 1982. 400 s. S. 190,191. 
  3. ↑ a b GAŽO, Ján; A KOLEKTIV. Všeobecná a anorganická chémia. 2. vyd. Bratislava: Alfa, 1978. 808 s. S. 641. 
  4. ↑ KOLEKTIV. Technický naučný slovník I. díl A - D. Praha: SNTL, Nakladatelství technické literatury, 1981. 480 s. S. 177, 368. 

Literatura

  • Ottův slovník naučný, heslo Bessemerův pochod. Sv. 3, str. 890

Externí odkazy

Média použitá na této stránce

Lackawanna Steel Bessemer Converter.JPG
A picture of the bessemer converter at Lackawanna Steel, dated 1903. This bessemer converter was brought to Lackawanna, New York from the original Lackawanna Works in Pennsylvania
A scene in a steel mill, Republic Steel Mill, Youngstown, Ohio. Molten iron is blown in an Eastern Bessemer converter to change it to steel for war essentials LCCN2017878215.tif
Title: A scene in a steel mill, Republic Steel Mill, Youngstown, Ohio. Molten iron is blown in an Eastern Bessemer converter to change it to steel for war essentials Abstract/medium: 1 transparency : color.
Affinage convertisseur Bessemer.svg
Autor: Borvan53. Data from The Manufacture Of Iron And Steel Vol II, p.34-35, Basforth, G. Reginald, Licence: CC BY-SA 3.0
Evolution of chemical composition and flames, during the blowing in a acid Bessemer converter.
Bessemer 5180.JPG
Bessemer Converter, outside entrance to Kelham Island Museum, Sheffield S3 8RY
Bessemer converters disposition.jpg
Disposition of Bessemer converters
ConverterB.jpg
out-of-copyright print, published in 1867 in Great Britain