1. ábra: Az acél, mint a német ipar alapvetõ nyersanyaga: a piac közvetlen és közvetett ellátása hengerelt acéllal 2005-ben

Hans Bodo Lüngen, Rolf Steffen*

A nyersvas- és acélgyártás innovatív fejlesztése Németországban A cikk Németország elmúlt három évtizedére vonatkozóan áttekinti a nyersvas- és acélgyártási eljárások fejlõdését, az innováció eredményeit, és kitekintést ad a németországi acéltermelõkre váró kihívásokról. Foglalkozik a Thomas és a Siemens-Martin eljárásokat leváltó oxigénes és elektroacél-gyártási eljárásokkal, az acélgyártást megelõzõ technológiákkal, továbbá a mindezekhez szükséges nyersanyagok, mint a vasérc, hulladék, szén és koksz biztosításával. Részletesen taglalja a minõség javítása és az új acélminõségek kifejlesztése szempontjából kiemelt jelentõségû üstmetallurgiai és acélöntési eljárásokat. Foglalkozik a nyersvas- és acélgyártás tartós fejlõdéséhez szükséges fejlesztésekkel.

A cikk megjelent a Stahl und Eisen 125 éves jubileumi kiadványában, a 2006/7. lapszámban. A mai iparosodott világunkban a társadalmunk életszínvonalának érezhetõ javulására nem volna lehetõség az acél, mint nyersanyag nélkül. A technológiai haladás és a jólét szorosan összekötõdik a vassal és az acéllal. A modern ipari társadalomban az acél, a maga széles spektrumban beállítható jellemzõivel, a kedvezõ ár-teljesítmény viszonyával és a jó újrahasznosíthatósági lehetõségeivel a társadalom folyamatos fejlõdésének bázis alapanyaga. Valamennyi fontos ipari szektorban, széles felhasználási területen alkalmazzák: gépek- és berendezések gyártása, hídépítés, acélszerkezetes építés, energia- és környezetvédelmi technika, szállítás és közlekedés, csomagolóipar stb. Az 1. ábra ezeknek az iparágaknak a németországi direkt és indirekt hengerelt acél felhasználását mutatja be.

1. ábra: Az acél, mint a német ipar alapvetõ nyersanyaga: a piac közvetlen és közvetett ellátása hengerelt acéllal 2005-ben

The article reviews the development of pig iron and steel producing procedures and the results of innovation regarding the last three decades in Germany, as well as gives an outlook about the challenges facing the German steel producers. It treats the oxygen and electric steelmaking processes that replaced the Thomas and Siemens-Martin processes, the technologies that are preceding steelmaking, moreover the provision with raw materials like iron ore, scrap, coal and coke needed for these. It construes in detail the ladle metallurgical and steel-casting procedures that are particularly significant for improving quality and developing new steel grades. It deals with the developments needed for the sustained progress of pig iron and steel-making.

A „Stahl und Eisen” címû folyóirat már 125 éve tudósít az acél gyártásának és feldolgozásának fejlõdésérõl, eredményeirõl és eközben foglalkozik mind a termelõk, mind a felhasználók igényeivel is. 1981-ben, tehát a lap alapításának századik évfordulójakor már volt egy alkalom arra, hogy az acélipar száz évének innovatív fejlõdése méltatásra kerüljön, és kitekintés készüljön a jövõre is. A „Gondolatok a 2000-es év acélgyártásáról” [1] címû cikk napjaink realitásával szembesít, és azt mutatja be, hogy mûszaki és/vagy gazdaságossági okokból történõ alapvetõ technológiai átalakulás nagyon nehezen képzelhetõ el, ha a jelenlegi eljárások keretfeltételei alapvetõen nem változnak meg. Az acélipar ezzel szemben jó példa a „Fokozatos továbbfejlõdéssel történõ haladás”-ra, amit a nagyolvasztó technika, acélmûi metallurgia, acélöntési és hengerlési technika optimalizálási példái igazolnak. A „Kitekintés a világ energetikai helyzetére és ennek a vas- és acéliparra való hatására” [2] már akkor reálisan elõre jelezte a napjaink lehetõségeit. Központi feladatként az energiatakarékosságot jelölte meg, annak ellenére, hogy akkor még szó sem volt klímavédelemrõl és CO2-emissziós jogszabályokról. Végezetül említsük még meg „Az acél elõállításának és felhasználásának a határai” [3] címû cikket. Már itt, szinte látnoki módon hangsúlyozta a szerzõ azt a ma már egyre fontosabb irányelvet, amely kimondja az acélgyártás anyagkihozatala javításának és az acélminõségek továbbfejlesztésével elérhetõ súlycsökkentéseknek a szükségességét. Mindemellett foglalkozik a prognózisok problematikájával is: A világ 1970. évi 600 M t-s acéltermelésébõl kiindulva az 1 Mrd t-s acéltermelés túllépését az l987-es évre prognosztizálta. Az acéltermelés ezzel szemben ezt a határt 2004. évben haladta meg, és 2005-re 1129 M t-ig emelkedett. A világ legnagyobb acélgyártója napjainkban Kína, a maga kb. 350 M t/év-es termelésével. Az Európai Unióban Németország a legnagyobb acéltermelõ 45 M t/év-vel és ez egyben a hatodik helyet jelenti a világon.

* Dr.-Ing Hans Bodo Lüngen, termelési teamvezetõ, VDEh Acélintézete Düsseldorf • Dr.-Ing. Rolf Steffen nyugalmazott ügyvivõ, Düsseldorf

DUNAFERR Mûszaki Gazdasági Közlemények 2006/4.

209 CMYK

A németországi acélgyártás helyzete Mi változott a németországi acélgyártóknál az elmúlt 3 évtizedben? Nyersacélt ma már csak két eljárással állítanak elõ (2. ábra). Az egyik a vasércbázison alapuló „Nagyolvasztó-oxigénes konverter” gyártási útvonal, míg a másik az acélhulladékot feldolgozó ívfényes kemence. A 3. ábra e két eljárás fejlõdését mutatja be azt követõen, hogy a Thomas és a Siemens–Martin eljárások végérvényesen leállításra kerültek. A folyamatos acélöntõ gépeken leöntött acélok részaránya Németországban elérte a lehetséges maximális, kb. 97%-os részarányt. A kimaradó kb. 3%-nyi rész lényegében kovácsolásra szánt öntött tuskó. Világviszonylatban az öntött brammák részaránya napjainkban kb. 91% körül van.

4. ábra: Termelés, alkalmazottak és a termelékenység Németország acéliparában

5. ábra A nyersanyagok és az áram árának alakulása, továbbá a munkaerõ költsége Németországban hászati üzemek megtartották versenyképességüket, és el tudták kerülni az össztermelésük csökkenését. Ez annál inkább figyelemreméltó, ha eközben figyelembe vesszük az olyan lényeges költségtényezõknél, mint a nyersanyagoknál, energiánál és a munkaerõnél bekövetkezett árnövekedéseket is (5. ábra).

2. ábra: Az acéltermelés gyártási útvonalai Németországban

Kokszellátás A koksztermelés 1970 óta folyamatosan csökkent (6. ábra). A nagyolvasztók kokszigényének a csökkenése mellett, amely optimalizálási intézkedések és szerkezeti mó-

3. ábra: Az acélgyártás fejlõdése eljárások szerint, és a folyamatos acélöntés részaránya Németországban A német acélipar termelésének, foglalkoztatottságának és termelékenységének a fejlõdése, összehasonlítva az 1970-es és a 2005-ös éveket, egyértelmûen látható a 4. ábrán. A gazdaságosan termelõ mûvek koncentrációjával megvalósított erõteljes termelékenységnövekedés eredményeként, a kisszámú, de modern és termelékeny berendezések mûködtetésével, továbbá a racionalizálások és az eljárások optimalizálásának hatásaként a németországi ko-

210

6. ábra: Németország koksztermelése


CMYK

magas kamrából álló horizontális kemenceblokkok, oldalsó fûtõfelületetekkel. Ennél a megoldásnál minden fal egyegy kokszkamra felét fûti. Németországban kísérleti- és demonstrációs méretben ipari célú alkalmazásra kifejlesztettek egy egykamrás reaktorral üzemelõ kokszgyártási eljárást, amit „Jumbo Coking Reactor”-nak is neveznek [5], de ebbõl üzemi méretû berendezés még nem készült. Ennek az új kokszolási eljárást célzó innovatív lépésnek a célja a sokkamrás rendszer egykamrás rendszerrel való kiváltása volt. Minden egyes kokszolási modul a fûtõfalak kialakítása következtében egy, a szomszéd kamráktól teljesen független reaktor.

Ércellátás 7. ábra: A német acélipar koksz- és szénfelhasználása dosítások eredménye, ez a változás az egyéb piacok kokszigényének a csökkenésére is visszavezethetõ. Ez elsõsorban a bányákhoz telepített kokszolókat érintette érzékenyen. Németországban a koksztermelés az 1970-es évi 46 kokszolóban elõállított kb. 40 M t-s termelésrõl 2005. évre 8 M t-ra csökkent, és mindezt 5 kokszolóban állították elõ. 1993 óta az ércdarabosítók és a nagyolvasztók kokszigénye nagyobb, mint a koksztermelés. A hiányzó mennyiség azóta a világpiacról kerül beszerzésre. A német acélipar a Ruhrkohle Konszernnel kötött „évszázad szerzõdése” alapján 1969-tõl a németországi termelésû szenet és kokszot kizárólag a konszerntõl szerezte be. (7. ábra). Csak ennek a szerzõdésnek az 1990-es évek elején történt felmondása, és a szerzõdés 1999. évi végleges kifutása után emelkedett egyenletesen csaknem 68%-ig az acélipar által importált kokszolható szén, a szénporbefúvásra alkalmas szén és a koksz. Németországnak nem csak volt, hanem ma is vezetõ szerepe van a világban a kokszolók építése terén. Itt üzemelnek a legmodernebb kokszolók is. A kokszkamrák magasságának, hosszúságának, de mindenek elõtt a szélességük növelésével az 1970 és 1984 között épített kokszolóknál duplájára, azaz 70 m3-re nõtt a kamrák térfogata. 2003ban helyezték üzembe a világ legmodernebb kokszolóját Duisburg-Schwelgernben, az eddigi legnagyobb, 93 m3-es kamratérfogatokkal (8. ábra). A 140 kamrás kokszolómû éves termelése 2,6 M t. koksz. Németországban kizárólag a klasszikus, sokkamrás építési módot használják. Ezek jellemzõi a sok keskeny és

8. ábra: Schwelgerni kokszoló: legmodernebb a világon; üzembe helyezése 2003.


Németország ércbeszerzése az elmúlt 35 évben lényegesen megváltozott (9. ábra). 1970-ben a fõ beszállító még Svédország volt (24,2%), ezt követte Libéria (17,1%). Libériában a német acélgyártó vállalatok saját bányát üzemeltettek (Bong Range Mining), de 1990-ben a libériai polgárháború miatt a bányászatot meg kellett szüntetni [6]. Brazília ebben az idõszakban 13,3%-kal a harmadik helyen volt. A maradék 45% viszont több mint 12 ország szállítói között oszlott meg. Napjainkban a vasércpiacon a 71% feletti részesedésével, a tengerentúlról beszállított 656 M t mennyiségû ércével három társaság — CVRD, BHP Billiton, Rio Tinto — dominál. Jelenleg Németország a vasércszükségletének 56%-át Brazíliából szerzi be, ezt követi Kanada (15,7%) és Svédország (11,3%). Már csak 17%-nyi arány jut az egyéb beszállítókra, és ezáltal a nemzetközi konszernektõl („Global Player”) való függõség a vasércpiacon tovább növekszik.

9. ábra: A német acélipar vasércimportja országok szerint, 1970/2005 A nagyolvasztók fajlagos redukálóanyag-felhasználásának csökkenése jelentõs mértékben az értékes elegyalkotók felhasználására is visszavezethetõ. Azt követõen, hogy hosszú idõn keresztül az elõkészített elegyben folyamatosan nõtt a tömörítvény részaránya, a 70-es évektõl a pellet felhasználásának lett egyre nagyobb jelentõsége. A legutóbbi években a fémes elegyalkotók között a darabos érc részaránya 10%-ról 18%-ra nõtt. Mindezek a változások a 10. ábrán láthatók. A jövõben azonban csökkenni fog a rendelkezésre álló darabos érc, elsõsorban azért, mert 2009. évben befejezik a darabos érc termelését a CVRDnél (Carajas, Brazília). Jelenleg és a jövõben is a nagyolvasztók értékes ferrumhordozókkal való ellátását az 58% részarányt képviselõ ércdarabosító üzemek biztosítják. A németországi 9 modern ércdarabosítómû termelése 2005. évben 28,6 M t volt.

211 CMYK

11. ábra: Az üzemelõ nagyolvasztók száma, és az átlagos termelésük nagyolvasztónként és évenként Németországban 10. ábra: A németországi nagyolvasztók elegyében a ferrumhordozók átlagos megoszlása Ezeknél a berendezéseknél komoly mûszaki fejlesztésekkel és jelentõs pénzügyi ráfordításokkal biztosítani tudták, hogy megfeleljenek az idõközben nagyon megszigorított levegõtisztaság-védelmi elõírásoknak, és ezek eredményeként csökkenjen a por-, SO2-, NOx- és dioxinemisszió. Egy integrált kohászati üzemben az ércdarabosító mûvek adják azt a lehetõséget is, hogy újrahasznosítsák az ott keletkezõ ferrumban és karbonban dús hulladékokat. Az ércdarabosítók ezért a jövõben is nélkülözhetetlen részei lesznek a gazdaságos nyersvasgyártásnak.

Nyersvasgyártás A nyersvasgyártásnak Németországban régi tradíciója van. Az ismert kohászati üzemek lényegében a XIX. század második felében létesültek a szénbányák közelében, mint pl. a Ruhr-vidéken és Saar-vidéken, vagy az ércbányák közelében, mint a késõbb alapított Salzgitter. A német és az európai érceknek, kivéve a svéd ércet, általában alacsony, 25–45%-os az Fe-tartalmuk. Már akkor kínálkozott a lehetõség, hogy a kohómûveket vízi utak közelébe telepítsék, és így a telephely közelében hiányzó nyersanyagokat kedvezõ költségen lehessen beszerezni. Így pl. a ThyssenKrupp és Krupp Mannesmann nagyolvasztóit Duisburg térségében a Rajna mellett építették fel. 2005-ben a németországi nyersvastermelés kb. 56%-át, ami kereken 16 M t, a Ruhr-vidék produkálta, ezt követte Dillingen, Salzgitter, Bréma, majd Eisenhüttenstadt. Meg kell azonban említeni, hogy Európa egyetlen, vasszivacsot elõállító direktredukciós berendezése 1971 óta üzemel Hamburgban, a mai Mittal Steelnél. Ez a Midrextípusú berendezés olyan gázredukciós eljárással üzemelõ aknás kemence, amely pelletet és darabos ércet dolgoz fel, és földgáz katalizálásával állítja elõ a redukáló gázt. Az eredetileg 0,4 M t/év kapacitású mûben az eljárás továbbfejlesztésének eredményeként ma már több mint 0,650 M t/év vasszivacsot gyártanak. A nagyolvasztóban történõ nyersvasgyártás elmúlt 35 évét az jellemzi, hogy az üzemelõ nagyolvasztók száma 80ról a mai 15-re csökkent, viszont az egy nagyolvasztóban egy év alatt megtermelt nyersvas mennyisége átlagban a 0,45 M t-ról 2 M t-ra nõtt. (11. ábra). Németország legnagyobb nagyolvasztója (Schwelgern2) Duisburgban, a ThyssenKrupp Steelnél van. A medence átmérõje 14,9 m, és

212

az éves termelése több mint 4 M t. A világon jelenleg csak két olyan nagyolvasztó van még, amely képes a 4 M t fölötti termelésre. Ezek Japánban a Nippon Steel Corp. Oita 1-es és 2-es nagyolvasztói. A Schwelgern2 nagyolvasztó az 1993. októberi üzembe helyezése óta 2005. december 31-ig 46,8 M t nyersvasat állított elõ, ami európai rekord. Redukálószer-felhasználás Nagyon jó üzemi eredményeket és nagy teljesítményt csak kitûnõ minõségû betétanyagokkal, továbbá a kiszolgáló létesítmények, berendezések és a folyamatautomatizálás továbbfejlesztésével érhetõ el. A nagyolvasztót üzemeltetõk költség- és folyamatoptimalizálás területén elért sikerei jól érzékeltethetõk a német nagyolvasztók redukálóanyag-felhasználása súlyozott átlagainak a bemutatásával (12. ábra). Az ábrán azok a jelentõs berendezéstechnikai és eljárástechnikai intézkedések vannak feltüntetve, amelyek döntõen hozzájárultak az elért eredményekhez. Az ábrából az is világosan látszik azonban, hogy az össz redukálóanyag-felhasználás görbéje a legutolsó években aszimptotikusan alakul, és már nem mutat csökkenést. Más szavakkal: a nagyolvasztói folyamatok optimalizálásában résztvevõ üzemeltetõk, berendezésgyártók, továbbá a kutatóintézetek, egyetemek, fõiskolás, a napi munkájuk során elérték a 482 kg/tnyv fajlagos redukálószer-felhasználást, ami a karbonbefúvás feltételeit figyelembe véve a metallurgiailag elérhetõ minimális érték. Ezzel Németország nemzetközi összehasonlításban az élen van. A hagyományos nagyolvasztóknál a jövõben csak a redukálóanyagok struktúrájának a változására lehet számítani, és ezzel öszszefüggésben, a szénporbefúvási arány növelése eredményeként, a kokszfelhasználás további, folyamatos csökkenése is várható. Ezzel kapcsolatban emlékeztetni kell

12. ábra: Átlagos redukálóanyag-felhasználás a németországi nagyolvasztókban


CMYK

azonban arra, hogy a nagyolvasztó koksz és szén nélkül nem üzemeltethetõ [7], és a CO2 folyamatfüggõ reakciógázként szükségszerûen keletkezik; a reakciógázokat, mint kapcsoltan keletkezõ terméket az egyéb folyamatokban egyre nagyobb arányban hasznosítják. Mindazonáltal a nagyolvasztói eljárás CO2-emissziójának további csökkentése érdekében, kutatási projektek keretében intenzíven dolgoznak az alternatív, ún. „nitrogénmentes nagyolvasztó” megvalósításán, amelynél oxigénbefúvást és kohógázvisszavezetést valósítanak meg [8]. A vázolt intézkedésekkel lehetõvé vált a fajlagos nyersvassalak mennyiségének egészen a 250 kg/tnyv-ra való csökkentése. A csökkenéshez jelentõsen hozzájárult a ferrumban dús importércek használása is. A keletkezõ nagyolvasztói salak 100%-át hasznosítják ma már építõ- és a nyersanyagként. A salak 75%-át granulálják, és a cementgyártás során klinkerbetétként dolgozzák fel. Minõségi szempontból meg kell említeni, hogy az alacsony redukálószer-felhasználású és nagy teljesítményû nagyolvasztók mai üzemi eredményeit nem lehetett volna elérni a felhasznált koksz minõségi mutatóinak lényeges javulása nélkül. A nagyolvasztó és a kokszoló szakembereinek folyamatos dialógusa biztosította azt, hogy elsõsorban a koksz magas hõmérsékleti viszonyokra jellemzõ tulajdonságai jelentõs mértékben javultak. Berendezéstechnika A nagy térfogatú nagyolvasztók napjaink által elvárt jó üzemidõ-kihasználása és a nagy falazási költség megkívánja, hogy a két újrafalazás közötti kampány ideje 10 év, vagy még ennél is hosszabb legyen. Ennek elõfeltétele a nagyolvasztó páncélzatának megfelelõen kialakított konstrukciója mellett a gázáramok kontrollált vezetésével elérhetõ stabil kemencejárat. A gázáram irányításának egyik jelentõs mûszaki újítása volt a kúpnélküli torokzár bevezetése (13. ábra). Egy prototípusát elsõ alkalommal 1972-ben Duisburg-Hamborn-

13. ábra: Kúpmentes Paul-Wurth-féle nagyolvasztó torokzár


14. ábra: Réz hûtõlapok egy nagyolvasztó fúvósíkja felett és alatt ban, a Thyssen Stahl AG 4. sz. nagyolvasztójánál szerelték fel. Ezt követõen Németország csaknem valamennyi nagyolvasztóját ezzel a zárószerkezettel látták el, lehetõvé téve ezzel a nagyolvasztón belüli pontos elegy- és kokszelosztást, ami biztosította a gázátáramlás megfelelõ szabályozását. Napjainkban 8 németországi magas toroknyomású nagyolvasztónál a kohógáz nyomási energiáját expanziós turbinákkal villamos energia elõállítására hasznosítják. Ezáltal a turbólevegõ elõállítására fordított energia több mint egyharmadát visszanyerik. A németországi nagyolvasztók hûtésére egyaránt használnak hûtõlapokat és hûtõtáskákat és a két rendszer kombinációját is. Új fejlesztésként a nagyolvasztók nagy hõterhelésû zónáiba réz hûtõlapokat szerelnek fel (14. ábra). A réz hûtõlapok, összehasonlítva a szürke öntvénybõl készült hûtõlapokkal, lényegesen intenzívebb hõelvezetést biztosítanak, és ezzel lényegesen jobban védik a páncélt is. Ezen felül sokkal vékonyabbak, ami lehetõvé teszi, hogy változatlan páncélméret mellett növelni lehessen a nagyolvasztó térfogatát. Egy nagyolvasztó élettartama szempontjából döntõ a medence tartóssága. Kiindulva abból a feltevésbõl, hogy a „halott ember” a nyersvasfürdõben úszik, ezáltal a nyersvas a medencefenéken keresztül helyi kimaródásokat nem okozva egyenletesen folyhat ki, vált lehetõvé a nagy tócsamélységgel való üzemelés. Míg korábban a kis nagyolvasztók medencéjének egyes részeit csak karbonmasszával döngölték ki, addig manapság különbözõ karbonminõségekbõl és részben keramikus téglákból készült lapokkal falazzák ki a medencét. Ma már a nagyolvasztók

213

kemencekampányával, amely két újrafalazás és az egyéb modernizálási munkák közötti termelõ idõszakot foglalja magába, több mint 20 évet céloznak meg.

Acélgyártás és szekunder metallurgia Az NSZK-ban a folyékony nyersvas feldolgozására alkalmazott szélfrissítéses eljárást kb. 30 éve váltotta fel az oxigénfúvásos technológia (LD-, LDAC- és OBM-eljárások). A hulladék beolvasztásával üzemelõ Siemens–Martinkemencék helyett kb. 25 éve már csak ívfényes kemencék vannak. Az olvadék és a metallurgiai reakciók kinetikája, a sokfázisú rendszerben lévõ hõ- és anyagátadási folyamat törvényszerûségei, továbbá az acélgyártás átalakulási folyamatát makroszkópikusan leíró reaktorelmélet egyaránt jól fel van tárva [9]. Fúvatásos acélgyártás Az elsõ németországi oxigénfúvatásos acélmûveket 1957 áprilisában a Gusstahlwerk Wittennél és 1957 szeptemberében a Bochumer Vereinnél helyezték üzembe. Miután Maxhüttenél (Salzbach-Rosenberg) a fenékfúvókák hûtésének a problematikáját szénhidrogén használatával meg tudták oldani, a 60-as évek végén az oxigénes metallurgiai eljárás újabb változata, a fenékfúvatásos oxigénes konverter (OBM-eljárás) jelent meg. [10] Az oxigénfrissítéses eljárásnak számos elõnyét lehet kiemelni; kisebb a csapolási nitrogén- és foszfortartalom, kevesebb a salak, a hulladékbeolvasztás szempontjából jobb az adaggyártás alatti hõháztartás, lényegesen nagyobb a termelékenység és a konverter adagsúly (pl. a ThyssenKrupp Steel bruckhauseni mûvében 380 t-s konverter üzemel), jobb a gyártott acél minõsége és lényegesen kisebb a beruházási költség, szemben az elsõsorban csak minõségi szempontból konkuráló Siemens-Martin eljárással. A nagyolvasztói betétet tekintve a korábbi foszforszegény ércekkel szemben Németországban ma már foszfordús érceket dolgoznak fel, és ezért az olyan eljárásváltozatoknak, mint a LDAC, vagy OLP-eljárások, nincs is már jelentõségük. A németországi LD-acélgyártás (2. ábra) részaránya napjainkban 70% körül van, ami kb. 32 M t acéltermelést jelent. Mindezt 9 konverteres acélmûben állítják elõ. Az LD-eljárásnak ehhez a diadalmenetéhez a folyamatirányítás optimalizálását célzó, sikeres további fejlesztések is hozzájárultak; a metallurgiai folyamatok jobb automatizálása szublándzsa bevezetésével, és a dinamikus folyamatmodell kifejlesztése, amellyel megnõtt a fúvatás végi hõmérséklet és kémiai összetétel találati biztonsága és reprodukálhatósága, a salakmentes csapolás és különösen a 70-es évek végén bevezetett kombinált fúvatási eljárás, ahol a konverter fenéken keresztül inertgáz segítségével pótlólagos keverést és öblítést kap a fürdõ. A németországi fejlesztések egyik példája a Thyssen Stahl TBMeljárása [11]. A 15. ábrán egy kombinált fúvatású oxigénes konverter látható nyersvas frissítése közben. Az eljárás eredményeként a mészfelhasználás és a salakmennyiség, továbbá a salak ferrumtartalma tovább csökkenhetett, egyidejûleg az acél foszfortartalmának a csökkenésével, miközben 0,5–1%-kal nõtt a fémes kihozatal. A napjainkban már túlnyomórészt kombinált fúvatással üzemelõ konverterek reakciókinetikája annyira hatékony, hogy az acél-

214

15. ábra: Kombinált fúvatású oxigénes konverter gyártás történetében ezeddig páratlan teljesítményt eredményeznek és a folyamatos acélgyártás valamennyi eddigi kísérletével összehasonlítva is jobbak [12]. Továbbfejlõdési lehetõség a hulladékbetét részarányának a növelésében van, pl. a konverterben történõ utánégetéssel, amely egyúttal az acélgyártás CO2-emissziójának a csökkenésével is jár. Az LD-acélgyártás betétjében a ma jellemzõ hûtõhulladék arány 10–20% között van. A meleg- és hidegalakítás, valamint a hegesztés szempontjából technológiailag kedvezõbb lehetõségeket jelent, hogy alacsony az LD-acélok nitrogén, kén és foszfor tartalma, nincsenek benne nemkívánatos kísérõ elemek, jobb a tisztasága, és jól beállítható a végkarbontartalom. A konverterben gyártott szerkezeti acélok szakítószilárdsága, nyúlása és kifáradási szilárdsága jobb, mint a Siemens-Martin acélok hasonló mutatói, és ezzel új lehetõségek nyíltak az acélfelhasználók számára. Az acélok új generációinak a továbbfejlesztésére csak az LD-eljárásra alapozva van lehetõség, összekötve a kapcsolódó üstmetallurgiával. Elektroacél-gyártás Az elektroacél-gyártás a legutóbbi 3 évtizedben acélhulladék-bázisra alapozott, gazdaságos acélgyártási eljárásként mûködött [13]. A nemzetközi hulladék anyag piacon ez a nyersanyag széles körben rendelkezésre áll és így számos fejlõdõ ország számára lehetõvé teszi a gazdaságos acélgyártás megvalósítását. Az elektroacél-gyártás világméretû hulladékfelhasználása nagyságrendileg 460 M t, míg Németország felhasználása kb. 20 M t. A korábbi években általában megfelelõ volt a hulladékellátás és a kereslet, ill. a kínálat alapján konjunkturális ciklusok határozták meg a világpiaci árat. A hulladékpiac fejlõdését ma az jellemzi, hogy a világ nagy acéltermelése következtében a hulladék-


beszerzés területén eladói piac jött létre, magas árakkal. Az elmúlt évek készacél felhasználása alapján az összes hulladékkínálatból nem is várható nagy növekedési ütem. A gyártómûvekben visszajáratott hulladék részaránya folyamatosan csökken egyrészt az erõforrások hatékonyabb felhasználása, másrészt az egymást követõ gyártási fázisok javuló kihozatali mutatói miatt. Ugyancsak folyamatos csökkenés figyelhetõ meg a feldolgozóiparból származó, újonnan keletkezõ hulladékok mennyiségénél is a felhasznált alapanyagok jobb kihozatala, a könnyûszerkezetes építészet elterjedése miatt. A rendelkezésre álló összes hulladék szempontjából a begyûjtött hulladéknak nagy jelentõsége van. Napjainkban azzal számolunk, hogy az acéltermékek használati élettartama, így a visszajáratás átlagos ciklusideje kb. 10 év. A jövõben az összegyûjtött acélhulladék mennyiségi kínálata az aktuális hulladékártól is függ: csak az olyan magas hulladékár, mint a jelenlegi 200 euró/t elég ösztönzõ a begyûjtésre, vagy a leállított berendezések újrahasznosítására. A legutóbbi években, mióta a hulladéknak, mint nyersanyagnak nagy jelentõsége van, fejlõdött a hulladékelõkészítés, a hulladékosztályozás, és fontos szerepe lett a minõségbiztosításnak. Ez utóbbit többek között az is indokolttá tette, hogy idõközben a németországi üzemekben végzett ellenõrzések között rutinszerûvé vált a hulladék radioaktív sugárzás szempontjából történõ ellenõrzése. Németországban az elektroacél-gyártás részaránya az 1980. évi 15%-ról 2005-re megduplázódott és meghaladta a 30%-ot. Ez kétségtelenül fontos lépés a fenntartható fejlõdés szempontjából, miután az elektrokemencés acélgyártási útvonalnak lényeges szerepe van az acélhulladék újrahasznosításában, és ezzel egyben hozzájárul a CO2-emisszió mind fajlagos, mind abszolút mennyiségének a csökkentéséhez [14]. Az elektroacél-termelés részarányának a további növelésének határt szab azonban a korlátozottan rendelkezésre álló acélhulladék, és ezen belül különösen a jó minõségû hulladék, továbbá az acélmûvek gyártási programja. A direkt redukcióból (DRI) származó vasszivacs 2005. évi 56 M t-s összes termelésébõl csak kb. 13 M t került világkereskedelmi forgalomba [15], és így még nem lehet meghatározó szerepe. Mindezek az okai annak, hogy létrejött a 30–50% folyékony nyersvas betéttel üzemelõ eljárás, és kifejlesztés alatt vannak olyan hibrid eljárások, ahol egyrészt ívfénnyel hulladékot és DRI-t olvasztanak be, másrészt nyersvasat is frissíthetnek oxigénnel, mint pl. a Conarc-eljárásnál. Az elmúlt évtizedekben végrehajtott számos fejlesztés azt eredményezte, hogy az elektroacél-gyártás egyes költségfaktorai nagymértékben csökkentek [16, 17]. Jelentõs szerepe volt ebben a továbbfejlõdésben a konkurenciának, amit megalapozott a nagy teljesítményû transzformátorral ellátott, háromfázisú váltóárammal üzemelõ ívfényes kemencék (UHP-kemencék) megjelenése, továbbá a 80-as évektõl üzemelõ egyenáramú ívfényes kemencék [18], amelyek hatásaként csökkent a hálózatra való visszahatás, az elektródafelhasználás és a zajterhelés egyaránt. A 16. ábrán látható, hogy egyes fejlesztések hatására az áramfelhasználás 45%-kal, a két csapolás közötti idõ 78%-kal és az elektródafelhasználás 83%-kal is csökkent. Az ívfényes kemence elektromos teljesítményének a növelésével nõtt a beolvasztási teljesítmény, bevezették az oxigénbefúvást, a kemencéket kiegészítõ égõkkel szerelték fel. Mindezek következményeként meg kellett oldani a meg-


16. ábra: Ívfényes kemence berendezéseinek és technológiájának a fejlõdése nõtt hõterhelés elvezetésének problémáját. A megoldáshoz hozzájárult a habos salakkal történõ üzemelés, amikor a salakhab megvédi a falazatot az ív sugárzásától [19], vízhûtéses elemek kerültek beépítésre a kemencékbe, és bevezették a salakmentes csapolást lehetõvé tévõ excentrikus fenékcsapolást [20] (17. ábra). Ez utóbbi esetben csapoláskor a kemencét a korábbi 45° helyett csak 12°-kal kell megbillenteni. Ezáltal a hasznos kemencetérfogatot és a vízhûtéses kemenceelemek területét meg lehetett növelni. Az elektroacél-mûvekben üzembe állított üstkemencék hatásaként az ívkemencék beépített teljesítményét teljes mértékben a hulladékbeolvasztásra lehetett kihasználni, miután az üstkemencék mentesítették a metallurgiai munkától. További fejlesztési feladatot jelent az energiamegtakarítás területén a füstgázok hulladékelõmelegítésre történõ hasznosítása; az eddigiek során ez mûszaki, környezetvédelmi okokból csak részben valósult meg, azonban a Consteeleljárás fokozatos térhódításával [13] az elõmelegítés egyre inkább elõtérbe kerül. A Consteel-eljárásnál a kemencével vízszintesen össze van kötve egy hulladékszállító csatorna,

17. ábra: Excentrikus csapolású ívfényes kemence

215 CMYK

amelyen keresztül folyamatosan történik a hulladék adagolása, miközben ellenáramban a kemencébõl távozó füstgázzal elõmelegítik a hulladékot. Németországban a trieri acélmûben helyeztek üzembe egy 60 t-s ívfényes kemencét ezzel az eljárással. Egy további lehetõség az energiahatékonyság javítására, ha a kemencében történõ utánégetéssel hasznosítják a füstgáz energiatartalmát. Szekunder metallurgia Az acélgyártás elmúlt 25 évének a fejlõdése azért jelentõs és karakterisztikus is egyben, mert az acélok minõségének a javítására következetesen bevezették és használták a szekunder metallurgiai eljárásokat. A kezelések során olyan folyamatokat kellett pontosan, egzakt módon végrehajtani, mint szilárd anyagok bevitele a fürdõbe dezoxidálás vagy ötvözés céljából, fenéken vagy lándzsán keresztül történõ öblítéssel a fürdõ keverése és homogenizálása, kéntelenítés, vákuum alatt történõ gáztalanítás és dekarbonizáció, továbbá olyan intézkedésekre volt szükség, amelyekkel javítani lehetett az acél tisztaságát, és be lehetett állítani az öntési hõmérsékletet [21]. A szekunder metallurgiai berendezések irányítása és optimalizálása szempontjából lényeges volt a 80-as években bevezetett EMK (elektromotorikus erõ) méréstechnika, ahol a fürdõben oldott oxigén mennyiségét egy részben stabilizált ZrO2-t, mint szilárd elektrolitot tartalmazó fürdõbe merített szondával határozták meg [22]. Az elektroacél-mûvekben az üstkemence elsõsorban a folyamatos öntõmû és az ívkemence közötti kiegészítõ puffer volt, ezenkívül sikeresen használták az acél hõmérsékletének és összetételének a beállítására és alkalmas volt az elektroacél-mû termelésének a lényeges növelésére is. Ez azt jelenti, hogy az ívfényes kemence csak a beolvasztással foglalkozik, és így alacsony hõmérsékleten csapolhat. Ezt követõen lehet az üstkemence elõnyeit kihasználni, pl. javítani és beállítani az acél tisztasági fokát, hasonlóan a konverteres integrált acélmûvekhez, ahol ezt az adottságot teljes mértékben hasznosítják. Ugyancsak itt állítják be az öntési hõmérsékletet és biztosítják, hogy az olvadék jellemzõi megfeleljenek a magas metallurgiai követelményeknek. Az olvadékok vákuumos kezelésére [23] az üstvákuumozást és az RH-eljárásnak (Ruhrstahl-Heraeus) nevezett vákuumszifonos berendezést használják. Az üstben történõ vákuumozás során [24] a hidrogén- és a nitrogéntartalom csökkentése mellett megfelelõ salakmetallurgiával a kéntartalom is csökkenthetõ, és ezt napjainkban hasznosítják is durvalemezek és nagy átmérõjû csõacélok elõállításánál. Az RH-eljárásnál [25] a gáztalanítás mellett lehetõség van csillapítatlan acélok esetében, az erõsen nyomásfüggõ CO-reakció szabályozásán keresztül dekarbonizációra és dezoxidációra is. Ha pótlólagosan oxigént is fújnak az üstbe (RH-OB-eljárás) a karbontartalmat még tovább lehet csökkenteni. Megnövelve a vákuumozón átáramoltatott acél mennyiségét, jól javítható annak tisztasága is. Mindezek miatt az RH-eljárást túlnyomórészt a legalacsonyabb karbontartalmú (ULC-acélok, IF-acélok) finomlemezek elõállításához használják. A 18. ábra egy acélolvadék vákuumos kezelésére alkalmas RH-berendezést mutat be. Az acél összetételének szilárd állapotú kezelõanyagokkal történõ finom beállításához a szekunder metallurgiában idõközben bevezették a huzaladagolós technikát. Számos elemet lehet ma már tömör huzal (pl. Al) vagy porbe-

216

18. ábra: Vákuum-metallurgia; RH-eljárás les huzal formájában (pl. ferro-ötvözõk, Ca, Mg) az olvadékba csévélni. Vannak elképzelések és kísérletek arra, hogy az acélolvadék tisztaságát szûréssel vagy elektrolitikus dezoxidációval javítsák, de ezeket eddig üzemszerûen nem sikerült megvalósítani.

Folyamatos öntés Napjainkban a meleghengerlésre szánt folyékony acél döntõ részét folyamatos acélöntõ gépen öntik le. A lapostermékek gyártására szolgáló, téglalap keresztmetszetû öntött szálak, a brammák vastagsága 200–250 mm, míg a profilokat és a hossztermékeket sokszög vagy négyzet szelvényû szálakból állítják elõ. Az acélöntésre az 50-es években kifejlesztett, és eleinte csak kevés acélminõség öntésére alkalmas öntõgépek mûködését úgy kellett irányítani, hogy a folyékony acél kristályosodása közbeni reakciók, a hõáramlás, a szálon belüli anyagáramlás, továbbá a kristályosító és a szálmegtámasztás okozta mechanikai igénybe vételek és deformációk ne hozzanak létre a szálon belül dúsulásokat, porozitást vagy más inhomogenitást, ne keletkezzenek belsõ repedések vagy felületi hibák. A jövõben magasabb követelményû acélminõségek széles skálájához kell az öntési feltételeket feltárni és hozzáilleszteni [26].

19. ábra: Folyamatos acélöntési technológia fejlõdése


CMYK

A folyamatos öntési technológia lépésrõl-lépésre történõ fejlõdésének legfontosabb szakaszait mutatja be 1970tõl kezdõdõen a 19. ábra. Ezek a megvalósult fejlesztések jellemzõ példái annak a sikeres kutatási munkának is, amelyek a brüsszeli, korábbi nevén Európai Szén- és Acélközösség (EGKS), ill. 2002-tõl Szén és Acél Kutatási Alap az „Incremental Research” elvének megfelelõen folyamatos szervezeti támogatással valósultak meg. Az acélöntés minõségének a javításában kétségkívül fontos szerepe volt az elektromágneses keverésnek [28], különösen a hossztermékek gyártására öntött brammáknál [29], továbbá azoknak a metallurgiai és az öntõgépet érintõ mûszaki intézkedéseknek, amelyek a szálszakadások megelõzését szolgálták [30]. Ugyancsak a minõségjavítást célozta a részben kristályosodott szál fémtócsájának az aljánál végzett szálhengerlés (Soft Reduction), amellyel megelõzhetõ a középponti dúsulás és a porózus szövet [31, 32], majd a szálelhajlításos öntõgépek építésével javult a zárványkiválás és eloszlás, ami kedvezõ a brammák tisztasága szempontjából [33, 34]. Az eljárástechnikai és metallurgiai intézkedéseknek a szál makroszerkezetének javításában elért hatását nagyban segítette megítélni a Midasvizsgálati módszer, amellyel a szálból vett próba speciális elõkészítése, és az ezt követõ ultrahangos vizsgálata után reprezentatív és reprodukálható megállapítás tehetõ az elért tisztaságról és a makrozárványok eloszlásáról [34]. A világon elsõként Dillingenben, 1998-ban helyeztek üzembe durvalemez gyártására 400 mm vastag brammát öntõ öntõgépet [35]. Egy másik fejlesztési irány a végmérethez közeli öntés megvalósítása (20. ábra), amellyel rövidül a gyártási lánc, csökken a beruházási költség, az energiaköltség és az átfutási idõ is [36]. Németországban a korábbi innovációs munkák eredményeként az acélgyártók és a gyártóberendezések építõi a 80-as évek végére tették üzemszerûvé a vékonybrammaöntési eljárást [37]. Ennél az új technológiánál az 50-70 mm vastagságú brammából egy lépésben lehet melegszalag tekercset elõállítani. Ez az eljárás elsõsorban az USA miniacélmûvei és a fejlõdõ országok számára tette lehetõvé a lapostermékek kedvezõ költséggel történõ termelését. Németországban az eljárást 1999-ben vezette be a ThyssenKrupp Stahl, miután bezárta a dortmundi öntõmûvét, és ennek kiváltására Duisburgban épített ki többletkapacitást. Ez az új üzem a „Compact-

20. ábra Innovációs fejlõdés: a melegen hengerelt szalag gyártási láncának rövidülése Strip-Production (CSP) rendszert” valósította meg (21. ábra). Éves kapacitása 2 M t, két öntõszállal, egy 7 állványos melegsorral, amelyet egy alagútkemence és egy átváltó görgõsor köt össze a két szállal [38]. A CSP-rendszerrel, pl. az 1,8 mm vastagság alatti szalagok gyártásával egy másik párhuzamosan üzemelõ, szintén vékony méreteket gyártó melegsort lehetett tehermentesíteni, így ott nõtt a termelékenység, és egyidejûleg az új soron gyártott 1 mm alatti melegszalagokkal meghatározott területeken hidegen hengerelt termékeket lehetett kiváltani. Néhány év óta világszerte üzemelnek kísérleti méretekben közvetlenül szalagot elõállító öntõgépek (20. ábra). Ilyen a Twin-Roll-eljárás, ahol a folyékony acélt két, vízzel hûtött forgóhenger közé öntik, és egybõl 1–3 mm vastag melegszalaggá hengerlik. Ez az eljárás lehetõvé teszi javított tulajdonságokat felmutató új alapanyagok elõállítását pl. a könnyûszerkezetes építés számára azzal, hogy kihasználják az acél korábbinál 100-szor gyorsabb kristályosodását. A szalagöntés energiaigénye 10–15% a hagyományos öntési/meleghengerlési gyártással szemben. A ThyssenKrupp Nirostanál Krefeldben üzemszerûen mûködik egy 1430 mm széles, rozsdamentes acélokat elõállító kísérleti szalagöntõ gép [39]. Középtávon fontos szerepe lehet melegszalagok gyártásánál a „Direkt Strip Casting” (DSC)-eljárásnak, amelyet kompakt felépítés és nagy termelékenység jellemez [40].

21. ábra: Öntve hengerlõ berendezés a ThyssenKrupp Steel-nél Duisburgban


217

CMYK

A klasszikus acélöntés/meleghengerlés gyártási vonal azonos teljesítmény mellett kb. 600 m hosszú, míg ez a DSCrendszernél 100 m-re csökken. A gyártási folyamat rövidülése egyértelmûen kisebb beruházási és üzemeltetési költséget tesz lehetõvé, az egyidejûleg csökkenõ energiaszükséglettel együtt. A DSC-eljárásnál a folyékony acélt speciális kiöntõvel ellátott közbensõ üstön keresztül folyamatosan körbefutó, vízhûtéses acélszalagra öntik. A kristályosodás után kialakuló 8–15 mm vastag szalag áthalad egy hûtõszakaszon, majd ezt követõen egy 3-lépcsõs inline-meleghengerlésen. A 40 m/perc öntési sebesség (az együttfutó szalag hossza 10 m) és 12 mm-es öntési szelvény mellett a számított átlagos öntési teljesítményre 216 t/h-ra adódik, az öntési szélesség minden egyes méterére, míg a hagyományos brammaöntõ gépeknél az 1 m szélességre esõ teljesítmény 130 t/h. Az eljárás további adottsága a réz és cink kísérõ elemekkel szembeni nagy tolerancia. Ez lehetõvé teszi az acélgyártásnál a korábbinál nagyobb arányú hulladékvas felhasználását anélkül, hogy az a termék minõségét kedvezõtlenül befolyásolná. Próbaüzemben mûködtetnek olyan DSC-prototípust, amely más acélgyártókkal, berendezés gyártókkal, kutatóintézetekkel és a TU (mûszaki egyetem) Clausthallal közös kooperációban jött létre. Célja elsõsorban a DSC-folyamat termelésre való alkalmasságának a minõsítése. Az új szalagöntési technológiával megvalósuló ipari méretû gyártásra csak akkor kerülhet sor, ha megoldódnak a még meglévõ kutatási, fejlesztési és üzemeltetési problémák. Ez a végmérethez közeli eljárás nagy technológiai komplexitású, rendkívül összetett folyamat. A korrekció lehetõsége ennél a technológiánál, pl. szalaghiba esetén, szemben az egymásra épülõ hagyományos folyamatos öntés/meleghengerléses gyártási vonallal, lényegesen kisebb. Ez is egyike azoknak az okoknak, ami miatt még nincs a szalagöntéses technológia az acéliparban általánosan elterjedve, és a meglévõ problémák megoldásán tovább szükséges dolgozni.

A nyersvas- és acélgyártás fenntartható fejlõdése A Német Szövetségi Köztársaság nyersvas- és acélgyártóinak napjainkban az EU keretfeltételei között a világviszonylatban is legszigorúbb környezetvédelmi szabványokat kell betartaniuk. Példa erre a 2002-ben kiadott „Levegõtisztaság-védelem mûszaki elõírásai”. Az itt felállított követelményeket az új beruházásoknak azonnal ki kell elégíteniük. Azoknak a régebbi berendezéseknek, amelyek a TA Luft 2002 megjelenése elõtt az addig érvényben lévõ mûszaki színvonalnak feleltek meg, legkésõbb 2007. október 30-áig kell az új elõírásokat teljesíteniük. Mindezek miatt a metallurgiai berendezések technológiájában módosításokra is szükség lehet. A társadalom fenntartható fejlõdése szempontjából a nyersanyagokkal és az energiával való kíméletes gazdálkodásnak különös jelentõsége van. Németországban az acélgyártás területén elért mûszaki színvonal az anyag- és energiahatékonyság szempontjából a világ legjobbjának számít. A nyersacél kb. 70%-át az ércbázison dolgozó „nagyolvasztó–oxigénes konverter” gyártási vonalon állítják elõ, kb. 1800 kg CO2/tacél CO2 emisszióval, a maradék 30%-ot pedig hulladékfeldolgozásával elektroacélmûben termelik, amelyhez kb. 360 kg

218

22. ábra: Acélkihozatal fejlõdése hengerelt termékek elõállításánál Németországban CO2/tacél fajlagos CO2 emisszió tartozik (a németországi „Energiemix” alapján történt villamos energia vásárlás figyelembevételével) (3. ábra). Mindehhez hozzátartozik, hogy a kétféle eljárással különbözõ minõségû acélfajtákat állítanak elõ. Németországban az acélgyártás jelenlegi erõforrás- és energiahatékonyságát egyrészt egy Fe-indikátorral lehet számszerûsíteni (22. ábra), ami kb. 87% (1960-ban 65%), másrészt egy energia-indikátorral (23. ábra), amely 0,62 t SKE (kõszén egyenérték), ill. 18,2 GJ/t; 1960-ban ezek 1,01 t SKE , ill. 29,5 GJ/t értékûek voltak. Azáltal, hogy a nyersvastermelés nagy teljesítményû nagyolvasztókra koncentrálódott, csökkent a redukálóanyag-felhasználás, javultak a gyártási folyamatok. A melegszalaggyártás pl. rövidült, és összességében 1960 óta nagymértékben, csaknem 40%-kal csökkent a fajlagos primerenergia-felhasználás. Ehhez a csökkenéshez még az is hozzájárult, hogy messzemenõen hasznosítva lettek a termelés során keletkezõ másodlagos energiahordozók. A nyersvas- és acélgyártás területén még további olyan, mûszakilag megoldható intenzifikálási lehetõségek vannak, amelyek a CO2-kibocsátás csökkenését eredményezik [14]: — Az energia- és erõforrás-hatékonyság növelése a hatásfok és a kihozatal javításával. — A folyamatlánc optimalizálása és rövidítése.

23. ábra: Az acéltermelés fajlagos primerenergia-felhasználásának fejlõdése Németországban (1 t SKE = 29,3 GJ)


— Az anyagáram optimalizálása a másodlagos energiahordozók hasznosításával (technológiai gázok, hõhasznosítói gõz, hulladékhõ). — Az anyag körfolyamatának teljessé tétele (beleértve a nyersanyagok újrahasznosítását, különös tekintettel az acélhulladékra, melléktermékekre és a gyártási hulladékokra). — Hidrogénben dús gázok használata. A CO2-csökkentéséhez rendelkezésre álló lehetõségek azonban nem okoznak alapvetõ változásokat, és egy normál mûszaki fejlõdés keretein belül maradnak. Az alacsony költségû CO2-megtakarítási lehetõségek gyakorlatilag már kimerültek a gyártás egész területén. [41]. Ez különösen igaz a szénbázison mûködõ „folyékony fázisú” integrált kohászati vállalatok egymással kapcsolatban lévõ üzemeinek az anyag- és energiagazdálkodásban megvalósult komplex kapcsolatára. A hidrogénben dús kamragázt pl. az integrált vertikumokban földgáz helyettesítésére használják magas hõmérsékletû folyamatokban, és akár a direktredukcióhoz szükséges mennyiségnél több is rendelkezésre állhat. A hidrogén, mint redukálószer egy új EU-s tanulmány szerint nem alkalmas a karbon helyettesítésére [42]. Az anyagkörforgás teljessé tételének része napjainkban a keletkezõ salakok másodlagos nyersanyagként történõ hasznosítása. A 24. ábrán a német acélipar ezen területen történt intézkedéseinek az eredményei láthatók, hozzátéve, hogy a cél a lehetõség szerinti 100%-os újrafelhasználás. Példaként: csökken a cementiparban a természetes CO2 tartalmú nyersanyagok felhasználása azáltal, hogy a betéthez nagyolvasztói salakõrleményt is adnak. A hulladék- és acélipar szoros együttmûködése biztosítja az acél jó újrahasznosítását és ennek keretében az acélgyártáshoz alapanyagként minõség szerint válogatott hulladékfajtákat bocsátanak rendelkezésre.

25. ábra: 1 t folyékony acélra vetített fajlagos poremisszió alakulása Németországban olyan anyagok, amelyekbõl ferrum, cink vagy ólom nyerhetõ vissza. Példa erre Duisburgban a ThyssenKrupp Stahl Oxy-Cup kemencéje. Ebben a speciálisan kialakított forrószeles kupolókemencében redukálják a szénnel „téglává” préselt hulladék anyagot, amibõl nyersvasat nyernek, ill. a füstgázzal távozó részt feldúsult állapotban a füstgáztisztítón fogják fel. A 65 t/h-s nagy teljesítményû kemence évente kb. 250.000 t hulladék anyagot dolgoz fel [43, 44]. A 25. ábra az emisszió csökkentésére és a füstgáztisztító rendszerek sikeres továbbfejlesztésére ad példát a poremisszió csökkenésén keresztül. Így Németországban az acélipar fajlagos poremissziója az elmúlt 45 évben kb. 9-rõl kb. 0,38 kg/t-ra csökkent, folyékony acélra vetítve. Ugyancsak jelentõsen csökkenteni tudták a nehézfémek, valamint az SO2 és NOx emisszióját is [45]. Az emissziók csökkenésében lényeges szerepe volt még annak is, hogy javult az ércdarabosítók dioxin-kibocsátása, megszûntek a kokszolóknál a diffúz források és javult az ívfényes kemencék portalanítása is.

Összefoglalás

24. ábra: Nagyolvasztói és acélmûi salakok keletkezése és hasznosítása Németországban Az újrahasznosítható anyag mennyiségének a csökkenése Németországban nagyságrendileg kb. 61 kg/t folyékony acélra vetítve, ennek 65%-át teszi ki a száraz filterpor és 18%-át a reve. Az elektroacél-gyártásnál kb. 37 kg/t-val kisebb a keletkezõ mennyiség, amit a kevesebb eljárási lépcsõ okoz. A csökkenés 55%-a a füstgáztisztításból, 28%-a reveképzõdésbõl adódik [43]. A keletkezõ porok, iszapok egy részére, továbbá bizonyos hulladékokra, amelyek a meglévõ termelõ berendezésekbe, pl. az ércdarabosítóba közvetlenül nem járathatók vissza, feldolgozó eljárásokat fejlesztettek ki. Ilyen pl. az olajos reve vagy az


A nyersvas- és acélgyártás, de különösen a szekunder metallurgia és az acélöntés teremtik meg azokat az elõfeltételeket, amelyekre alapozva az adott acélminõségekhez tartozó paraméterek elõállíthatók. A leöntött acélszál még nem alkalmas forma arra, hogy a feldolgozó gyártásba vegye, és a technológiai jellemzõi sem felelnek meg a szükséges követelményeknek. A megkívánt jellemzõk képlékeny alakítással, termomechanikus kezeléssel és adott esetben felületi kezeléssel érhetõk el. A fejlõdõ gyártástechnológiák a folyamatosan növekvõ vevõi igényeknek megfelelõen biztosítják a megkívánt változatos és egyedi igényekhez is igazodó acélminõség-kínálatot: a StahlEisen-Liste 11. kiadása, mint az Európai Acélok Regisztere jelenleg 2198 acélminõséget tartalmaz. A 26. ábrán a kiemelten nagy szilárdságú és a nagy szilárdságú acélfajták fejlõdése látható. Ez a fejlõdés együtt halad a metallurgiai folyamatok fentebb bemutatott fejlõdésével. Ezek az acélfajták jól teljesíteni tudják az autóipar követelményeit a feldolgozhatóság, a biztonság, a könnyûszerkezetes építés és az újrahasznosíthatóság szempontjából egyaránt. A 27. ábra a Porsche Cayenne példáján mutatja be az autóiparban felhasznált különbözõ acélok választékát, azt, ahogy az egyes szerkezeti elemeket hozzáigazítják a köve-

219

26. ábra: Az autóipar számára gyártott különféle nagyszilárdságú acélfajták fejlõdése 1975 óta 29. ábra: Acélépítészet: „AufSchalke” aréna Gelsenkirchenben az ötvözési technika javításában jelennek meg. A javított minõségû könnyûszerkezetes acélfajták esetében ez nemcsak azt jelenti, hogy az elõállításuknál és feldolgozásuknál kisebb az anyagszükséglet, hanem azt is, hogy a termék által biztosított nagyobb használati tulajdonságok következtében az egész értékteremtõ gyártási láncon belül javul a fenntarthatósági- és CO2-kibocsátási mérleg. Azok a hõálló és nagy szilárdságú acélminõségek például, amelyek az erõmûvek magas hõmérsékletû és nyomású helyeire építhetõk be, hozzájárulhatnak a jobb hatásfokú és lényegesen kisebb CO2-emissziójú üzemvitelhez. Az autógyártás területén az új, nagy szilárdságú acélok a karosszériasúlyok 25%-os megtakarítását tették lehetõvé, és egyben számottevõ energiamegtakarítást az autók életciklusában. További példák is bemutathatók az elmúlt évekbõl az innovatív acélfelhasználásra az acélszerkezetes építés területérõl. Ilyen aktualitás a 2006. évi futball világbajnokság, amelyhez Németországban új stadionok épültek, a tetõszerkezetüket olyan alátámasztási rendszerek tartják, amelyek nem zavarják a játéktérre való rálátást, a tetõszerkezetek a teljes stadiont átfedik, és tetõvel teljesen befedhetõk (29. ábra). Mindezt csak a modern, nagy teherbíró képességû acélok tették lehetõvé [46]. A szakemberek már régóta egyetértenek abban, hogy az acélnak, mint alapanyagnak a lehetõségei még távolról sincsenek kimerítve. A „Stahl und Eisen” folyóiratunk az acélról, mint a jövõ alapanyagáról a következõ 125 évben is aktuálisan és hozzáértõen igyekszik tudósítani.

27. ábra: Modern, többfázisú acélok a Porsche Cayenne karosszériájában

28. ábra: Nagyszilárdságú acélok új generációi a könnyûszerkezetes építészetben telményekhez; az ilyen módon megválasztott részegységek száma az elmúlt években számottevõen nõtt. A Porsche Cayennehoz például nagy részarányban használnak fel különbözõ, újonnan kifejlesztett többfázisú acélokat. A 28. ábra jól érzékelteti, hogy a jelenlegi fejlesztési munkák milyen irányba haladnak. Látható, hogy a jövõ igényeinek megfelelõ, jól alakítható, többek között magas mangán, alumínium és karbon tartalmú, nagy szilárdságú könnyûszerkezetes acélok olvasztása és öntése a metallurgia számára is új kihívásokat jelent. Ennek kapcsán a korábban bemutatott új végméretközeli öntési eljárások az üzemszerû bevezetésükhöz új lehetõségeket kaphatnak. Hasonló a fejlõdési irány az egyéb acélfajták minõségével kapcsolatban is. Az X60-tól az X120-ig terjedõ csõacéltípusoknál pl. folyamatosan nõnek a metallurgiai elvárások, amelyek elsõsorban a hidrogén és kéntartalom csökkentésében, a makroszkópikus tisztaság növelésében, továbbá

220 CMYK

Irodalomjegyzék [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

Eketorp, S: stahl u. eisen 101 (1981) Nr. 13–14. S. 82/89. Aichinger, H. M., Hoffmann, G. W. Pittel, K.: stahl u. eisen 101 (1981) Nr. 13–14. S. 181/193. Schenek, H.: stahl u. eisen 101 (1981) Nr. 13–14. S. 231/38. Neuwirth, R., Schuster, D.: MPT (2003) Nr. 5. S. 38/48. Nashan, G.: Cokemaking International 9 (1997) Nr. 1. S. 31/34. Siebel, C. N. A., Haus, R., Jacobs, W., Baur, H.: Bong Mining Company. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 2000. Lüngen, H. B., Schmöle, P.: stahl u. eisen 124 (2004) Nr. 11. S. 63/72. Korthas, B., Peters, M., Schmöle, P.: Back to the future — ideas for new blast furnace concepts; Proceedings of the 5th


[9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31]

[32] [33] [34]

[35] [36] [37] [38] [39] [40]

European Coke and Ironmaking Congress, 1st volume, paper Mo 1:4. Stockholm, Sweden, 12–15 June 2005. Oeters, F.: Metallurgy of Steelmaking. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 1994. Bogdandy, L von, Brotzmann, K., Faßbinder, H.-G., Höfer, F.: stahl u. eisen 102 (1982) Nr. 7. S. 341/46. Haastert, H., Höffken, E.: Thyssen Techn. Berichte Heft 1, 1985. S. 1/10. Steinmetz, E., Kuhn, J., Schubert, K.-H.: Techn. Mitt. Krupp Forsch. Ber. 35 (1977) Nr. 3. S. 173/83. Elektrostahlerzeugung [Hrsg.: K.-H.Heinen]. 4. Auflage, Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 1997. Aichinger, H. M., Steffen, R.: Chemie Ing. Techn. 78 (2006) Nr.4. S. 397/405. 2005. World Direct Reduction Statistics, Midrex Technologies, Charlotte (N. C.), USA, April 2006, S.1/11. Ameling, D., Braum, R., Köhle, S., Kreutzer, H.W.: stahl u. eisen 101 (1981) Nr. 4. S. 27/37. Zörcher, H.: stahl u. eisen 114 (1994) Nr. 4. S. 75/79. Essmann, H., Grünberg, D.: stahl u. eisen 103 (1983) Nr. 3. S. 49/53. Ameling, D., Petry, J., Sittard, M., Ullrich, W., Wolf, J.: stahl u. eisen 106 (1986) Nr. 22. S.45/50. Ameling, D., Baare, R.D., Bauer, H.-H., Grubert, K.: stahl u. eisen 105 (1985) Nr. 22. S. 45/49. Pluschkell, W.: stahl u. eisen 110 (1990) Nr. 5. S. 61/70. Elektochemische Sauerstoffmesstechnik in der Metallurgie [Hrsg.: W. Pluschkell]. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 1985. Janke, D.: stahl u. eisen 107 (1987) Nr. 19. S. 864/74. Bannenberg, N., Bergmann, B.: stahl u. eisen 112 (1992) Nr. 2. S. 57/64. Haastert, H.-P., Hahn, F.-J.: stahl u. eisen 107(1987) Nr. 19. S. 875/80. Metallurgie des Stranggießens [Hrsg.: K. Schwerdtfeger]. Verlag Stahleisen, Düsseldorf, 1992. Ameling. D., Lüngen, H.B., Seffen, R.: stahl u. eisen 122 (2002) Nr. 7. S. 27/40. Kunstreich, S., Dauby, P.: stahl u. eisen 125 (2005) Nr. 4. S. 25/33. Jauch, R., Courths, W., Hentrich, R., Jung, J.-P., Litterscheid, H., Sowka, E.: stahl u. eisen 104 (1984) Nr. 9. S. 429/34. Harste, K., Tacke, K.-H.: stahl u. eisen 117 (1997) Nr. 11. S. 65/72. Tacke, K.-H., Reichert, A., Harste, K., Hecht, M., Heilemann, J., Ölmann, U.: Strand reduction in continuous casting and its effect on product quality. ECSC contract 7210CA/186/187/804, Final Report, Düsseldorf, 2001. Thome, R., Harste, K.: steel research intern. 75 (2004) Nr. 10. S. 693/700. Grimm, B., Andrzejewski, P., Müller, K., Tacke k.-H.: steel research 70 (1999) Nr. 11. S. 65/72. Jacobi, H., Wünnenberg, K., Richter, H.: Geometrie von Brammenstranggießanlagen, In: Verbesserung des MakroReinheitsgrands beim Straggießen für höchste Qualitätsanforderungen. Abschlussbericht des EGKS-Forschungsvorhabens 7210-CC/112/113 des VDEh, Kap. 9. Düsseldorf, Juni 1999. EUR-Bericht 19848 der Europäischen Kommission, Technische Forschung Stahl, Luxemburg, 2001. Harste, L., Klingbeil, J., Schwinn, V., Bannenberg, N., Bergmann, B.: stahl u. eisen 120 (2000) Ne. 2, S. 53/69. Eichelt, W., Kapellner, W., Steffen, R.: stahl u. eisen 108 (1988) Nr. 9. S. 409/17. Ameling, D., den Hartog, H., Steffen, R.: stahl u. eisen 122/2002) Nr. 12. S. 85/94. Hendricks, C., Rasim, W., Janssen, H., Schnitzer, H., Sowka, E., Tesé, P.: stahl u. eisen 120 (2000) Nr. 2. S. 61/69. Walter, M., Mankau, W., Figge, L., Thermines, E., Tonelli, R., Eckerstorfer, G.: stahl u. eisen 121 (2001) Nr. 5. S. 83/87. Spitzer, K.-H., Scholz, R., Kroos, J., Hower, K.H., Hyström, R., Reichelt, W., Dubke, M.: stahl u. eisen 121 (2001) Ne. 5. S.

73/80. [41] Ameling., D.: stahl u. eisen 126 (2006) Nr. 3. S. 70/72. [42] Tacke, K.-H., Steffen, R.: stahl u. eisen 126 (2006) Nr. 4, S. 49/60. [43] Ameling, D., Lüngen, H.B., Wuppermann, C.-D.: Dust, Scale and Sludge Generation and Utilization in German Steelworks, IISI-TECHCO 38, Buenos Aires, Argentina, April 6–7. 2006. október 3. [44] Kesseler, K.: stahl u. eisen 125 (2005) Nr. 2, S. 21/24. [45] Best Available Techniques Reference Document ont he Production of Iorn and Steel, IPTS, European IPCC Bureau, Seville, Spain, Dezember 2001. [46] Arenen für die Fußballweltmeisterschaft 2006. Dokumentation 590 des Stahl-Informations-Zentrums, Düsseldorf, 1. Auflage 2005.


221

1. ábra: Az acél, mint a német ipar alapvetõ nyersanyaga: a piac közvetlen és közvetett ellátása hengerelt acéllal 2005-ben

Recommend Documents