Μετατροπέας (μεταλλουργία)
Ο μετατροπέας είναι ένας χημικός αντιδραστήρας που μετατρέπει τον ακατέργαστο σίδηρο σε χάλυβα.
Ο ακατέργαστος σίδηρος που ονομάζεται χυτοσίδηρος και είναι προϊόν υψικαμίνου, περιέχει έως και 4% άνθρακα. Είναι πολύ σκληρός και εύθραυστος για ουσιαστική χρήση. Ο άνθρακας πρέπει πρώτα να καεί από το σίδηρο για να παραχθεί χάλυβας. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται μετατροπή και ο αντιδραστήρας μετατροπέας.
Ο πρώτος μετατροπέας εφευρέθηκε από τον Sir Henry Bessemer το 1856. Κατασκεύασε ένα μεγάλο δοχείο σε σχήμα αχλαδιού με ακροφύσια (tuyeres) για τον αέρα στον πυθμένα. Ο καυτός λιωμένος χυτοσίδηρος από την υψικάμινο χυνόταν στον μετατροπέα και στη συνέχεια διοχετευόταν αέρας στον πυθμένα με υψηλή πίεση. Το αποτέλεσμα ήταν ένας δυνατός θόρυβος και μια φλόγα έως και 20 μέτρα μακριά από το στόμιο του μετατροπέα. Μετά από δέκα λεπτά όλος ο χυτοσίδηρος είχε γίνει χάλυβας. Ο μετατροπέας Bessemer ήταν ο πρώτος επιτυχημένος αντιδραστήρας για τη μετατροπή του χυτοσίδηρου σε χάλυβα και η εποχή του χάλυβα ξεκίνησε. Ο χάλυβας ήταν πλέον άφθονος και φθηνός.
Ωστόσο, ο χάλυβας γίνεται καλύτερος αν εισέρχεται μόνο οξυγόνο. Ο αέρας περιέχει άζωτο, το οποίο είναι επιβλαβές για ορισμένες ποιότητες χάλυβα. Ένας σύγχρονος μετατροπέας που ονομάζεται βασικός κλίβανος οξυγόνου χρησιμοποιεί καθαρό οξυγόνο αντί για αέρα. Εφευρέθηκε το 1949 στην Αυστρία.
Ο σύγχρονος βασικός μετατροπέας οξυγόνου είναι ένα μεγάλο δοχείο σε σχήμα κολοκύθας, το οποίο είναι κατασκευασμένο από χάλυβα και επενδεδυμένο με πυρίμαχα υλικά όπως οξείδιο του ασβεστίου και οξείδιο του μαγνησίου, ώστε το δοχείο να αντέχει την υψηλή θερμοκρασία του λιωμένου μετάλλου.
Ο λιωμένος χυτοσίδηρος και τα θραύσματα φορτώνονται στον μετατροπέα. Το σκουπίδι είναι συνήθως σκουριασμένο και περιέχει οξυγόνο, οπότε μέρος της σκουριάς αντιδρά με τον χυτοσίδηρο, καίγοντας τον άνθρακα και δημιουργώντας θερμότητα που λιώνει το σκουπίδι. Μόλις λιώσει όλο το παλιοσίδερο, ένας ειδικός σωλήνας που ονομάζεται "λόγχη οξυγόνου" κατεβαίνει στο χυτοσίδηρο και διοχετεύεται με ένα πολύ γρήγορο και απότομο χτύπημα οξυγόνου. Το οξυγόνο καίει όλο τον άνθρακα και αναμιγνύει καλά τον υγρό χάλυβα. Μόλις καεί όλος ο άνθρακας, εισάγεται λίγος επιπλέον άνθρακας για να αυξηθεί το περιεχόμενο στο επιθυμητό επίπεδο. Το αποτέλεσμα είναι ο υγρός χάλυβας, ο οποίος στη συνέχεια βγαίνει και οδηγείται σε ελασματουργείο για την παραγωγή προϊόντων χάλυβα.
Παλιομοδίτικοι μετατροπείς Bessemer
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι ο μετατροπέας;
A: Ο μετατροπέας είναι ένας χημικός αντιδραστήρας που μετατρέπει τον ακατέργαστο σίδηρο σε χάλυβα.
Ερ: Πώς ονομάζεται ο ακατέργαστος σίδηρος;
A: Ο ακατέργαστος σίδηρος ονομάζεται χυτοσίδηρος, ο οποίος είναι προϊόν υψικαμίνου και περιέχει έως και 4% άνθρακα.
Ερ: Ποιος εφηύρε τον πρώτο επιτυχημένο μετατροπέα;
Α: Ο πρώτος επιτυχημένος μετατροπέας εφευρέθηκε από τον Sir Henry Bessemer το 1856.
Ερ: Πώς λειτουργεί ένας σύγχρονος βασικός κλίβανος οξυγόνου;
Α: Ένας σύγχρονος βασικός κλίβανος οξυγόνου χρησιμοποιεί καθαρό οξυγόνο αντί για αέρα και αποτελείται από ένα μεγάλο δοχείο σε σχήμα κολοκύθας κατασκευασμένο από χάλυβα και επενδεδυμένο με πυρίμαχα υλικά όπως γραμμή οξειδίου του ασβεστίου και οξειδίου του μαγνησίου, ώστε το δοχείο να αντέχει σε υψηλές θερμοκρασίες. Στον μετατροπέα φορτώνονται λιωμένος χυτοσίδηρος και θραύσματα, στη συνέχεια ένας ειδικός σωλήνας που ονομάζεται "λόγχη οξυγόνου" κατεβαίνει στον χυτοσίδηρο και ένα πολύ γρήγορο και απότομο χτύπημα οξυγόνου εκτοξεύεται για να κάψει όλο τον άνθρακα. Μόλις καεί όλος ο άνθρακας, μπορεί να εισαχθεί λίγος επιπλέον άνθρακας για να αυξηθεί το περιεχόμενο στο επιθυμητό επίπεδο, με αποτέλεσμα να δημιουργηθεί υγρός χάλυβας που μπορεί να αξιοποιηθεί για την παραγωγή έλασης.
Ερ: Τι συμβαίνει όταν αέρας που περιέχει άζωτο εισέρχεται στη διαδικασία;
Α: Ο αέρας που περιέχει άζωτο μπορεί να είναι επιβλαβής για ορισμένες ποιότητες χάλυβα, γι' αυτό δεν πρέπει να εισέρχεται σε αυτή τη διαδικασία.
Ερ: Τι έκανε η εφεύρεση του Bessemer για την παραγωγή χάλυβα; Α: Η εφεύρεση του Bessemer επέτρεψε την άφθονη και φθηνή παραγωγή χάλυβα, ξεκινώντας έτσι μια εποχή αυξημένης διαθεσιμότητας αυτού του υλικού.
