Proizvodnja jekla v pudlovki in martinovki

Po iznajdbi parnega stroja (J. Watt 1775) in po uvedbi železnice (Stephenson 1824) je močno naraslo povpraševanje po vseh vrstah jekla. Jeklo lahko v vročem ali hladnem stanju preoblikujemo v poljubne izdelke.

 

pudlarji_1905-hrani-zmsnaV tistih časih je, poleg direktnih postopkov proizvodnje kovnega jekla z redukcijo železove rude, potekala tudi proizvodnja jekla iz grodlja na žilavilnih ognjiščih. Med pretaljevanjem grodlja so v njem zniževali vsebnost ogljika, da so dobili kovno jeklo. Storilnost je bila nizka, saj so v eni šarži dobili samo nekaj kilogramov jekla.

V plavžih so proizvajali vedno več grodlja. Lesno oglje so pričeli nadomeščati s koksom, ki so ga pridobili iz črnega premoga. Grodelj vsebuje med 3,5 in 4,5 mas. % ogljika, 2 do 4 mas. % drugih elementov (silicij, mangan, fosfor, žveplo) in 92 do 94 mas. % železa. Grodelj je zelo trd in krhek, ne moremo ga preoblikovati s kovanjem ali valjanjem, zato mu pravimo surovo železo. Grodelj ima zaradi velike vsebnosti ogljika nizko temperaturo tališča; med 1150 in 1250 °C. Primeren je za vlivanje. V tem času se je razmahnilo vlivanje železa v razne strojne dele in druge izdelke. Toda razvoj industrije in obrti je zahteval, oziroma potreboval, vedno več jekla.

Na žilavilnih ognjiščih, ki so podobna kovaškim, je bilo jeklo v stiku z gorivom, zato so za kurjenje uporabljali lesno oglje, ki ne vsebuje žvepla. Žilavilna ognjišča se imenujejo zato, ker so iz krhkega grodlja proizvedli žilavo jeklo.

Poraba jekla je zahtevala vedno več ognjišč in s tem tudi več lesnega oglja. Zaradi priprave lesnega oglja je naraščal posek gozdov. Da bi tudi pri proizvodnji jekla zmanjšali porabo lesnega oglja in ga nadomestili s premogom, so iskali postopke, ki bodo ločili gorivo od jekla.

H.Cort (1784) je predlagal postopek proizvodnje jekla, kjer je ognjišče ločeno od kovinskega vložka, to je od grodlja in iz njega izdelanega jekla. Ker se med tem novim procesom grodelj stali in se talina premešava (to puddle – mešati) je agregat dobil ime pudlovka, proces se je imenoval pudlanje in izdelek pudlano jeklo.

Pudlovka je sestavljena iz: kurišča z rešetko, ognjišča, to je poglobljen delovni prostor, kjer je potekala izdelava jekla, predprostora za predgrevanje grodlja in dimnika za odvod dimnih plinov. Kurišče z rešetko velikosti okrog enega kvadratnega metra je z ognjenim mostičkom ločeno od delovnega prostora.

Na ognjišče založeni grodelj so stalili v plamenu, ki je nastal z zgorevanjem premoga na rešetki kurišča. Staljen grodelj so pričeli mešati s kovinskimi mešali. Z mešanjem so povečali stično površino med talino, tekočo žlindro in atmosfero na ognjišču. S tem so povečevali hitrost oksidacije ogljika in spremembo grodlja v jeklo. Med mešanjem so nastajale valovite brazdaste površine taline, ki so, preden jih je zalila žlindra, prihajale v stik z atmosfero v peči. Žlindra je vsebovala veliko železovega oksida FeO.pudlovka

Možje, ki so opravljali rafinacijsko delo proizvodnje jekla iz grodlja, so dobili ime »pudlarji«. Pudlar je s svojim znanjem in spretnostjo mešanja taline vodil proces oksidacije ogljika in silicija. Odločilna je bila zadnja faza procesa oksidacije ogljika, ko je bilo v talini že zelo malo ogljika. Zaradi znižanja vsebnosti ogljika v talini narašča njena temperatura tališča. Temperatura plamena v pudlovki je prenizka, da bi se talina ogrela nad temperaturo tališča železa, ki je na 1538 °C. Talina je postajala viskozna in težko tekoča. Izkušen pudlar je po barvi taline in uporu, ki mu ga je ta nudila med mešanjem, ocenil njeno sestavo glede vsebnosti ogljika. Manj je bilo ogljika v talini, težje je bilo mešanje, ker se je pričel proces strjevanja jekla. S premikanjem mešala po dvofazni masi, ki se je pričela strjevati, je pudlar oblikoval kepo (volk, lupa) kroglaste oblike, z maso nekaj deset kilogramov. Po potrebi so naredili večjo kepo, odvisno od velikosti izdelka, ki so ga želeli dobiti s poznejšim kovanjem ali valjanjem.

Ko je bila lupa narejena, jo je pudlar potisnil proti ognjenemu mostičku, kjer je najvišja temperatura, da se je iz nje izcejala žlindra. Iz ene taline so naredili več kroglastih kep pudlanega jekla.

Odgor železa je znašal od 10 do 15 %. Za 100 kg pudlanega jekla so porabili od 80 do 150 kg premoga, odvisno od njegove kurilnosti.

Lupo so s kovanjem preoblikovali v tako obliko, da so jo lahko potem z valjanjem preoblikovali v razne profile ali pločevino. Med kovanjem in valjanjem se je iz jekla iztiskala žlindra, ki je ostala ujeta v njem med tvorbo v pudlovki. Del žlindre, ki je ostal v jeklu, se je med valjanjem razpotegnil v trakasto obliko nekovinskih vključkov.

Varjeno jeklo

martinarna3

S postopkom pudlanja so izdelali posamezne kose jekla mase do nekaj deset kilogramov. Za večje, oziroma težje kose, so uporabili postopek kovaškega varjenja.

Valjane ali kovane profile so zložili v pakete (snope), jih povezali z žico in vstavili v peč, kjer so jih segreli na temperaturo belega žara, to je temperature, pri kateri jeklo kovaško varimo. Ogret sveženj so kovaško zvarili in nato zvaljali ali kovali na želeno dimenzijo izdelkov. To je postopek, ko so iz manjših kosov jekla izdelali večje in težje profile. Peči, v katerih so segrevali pakete jekla, so imenovali varilne peči, izdelek pa je bil varjeno jeklo. Tam, kjer so proizvajali pudlano jeklo, so imeli tudi varilne peči. 

Dimni plini, ki so na nasprotni strani kurišča zapuščali delovnim prostor pudlovke ali varilne peči, so bili še zelo vroči. Toploto dimnih plinov so izkoriščali za proizvodnjo pare v parnih kotlih, s katerimi so opremljali pudlovke. Z izkoriščanjem odpadne toplote so povečali termični izkoristek. 

Proizvodnja tekočega jekla

V proizvodnji jekla je pomembna letnica 1855, ko je H. Bessemer prvič izdelal jeklo v konvertorju. Od takrat naprej poteka proizvodnja tekočega jekla.

Med vpihovanjem zraka v tekoč grodelj je potekala oksidacija ogljika in silicija in pri tem se je razvilo toliko toplote, da je jeklo ostalo tekoče. Grodelj se spremenili (convert – spremeniti, pretvoriti) v jeklo, zato postopek imenujemo proizvodnja jekla v konvertorju.

Drugi mejnik v proizvodnji tekočega jekla je Siemens-Martinova peč. P. Martin je za proizvodnjo jekla uporabil Siemensov patent regenerativnega ogrevanja zraka in generatorskega plina. Predgret zrak in plin razvijeta pri gorenju toliko toplote, da so na ognjišču lahko stalili grodelj in tudi staro železo.

Siemens-Martinova – SM peč spada med ognjiščne peči. Na ognjišču zgoreva generatorski plin, ki se pred vstopom na ognjišče zmeša z zrakom. Zrak in plin se predgrevata v komorah, v katerih je v obliki satovja zloženo ognjevzdržno gradivo. Na vsaki strani ognjiča SM peči sta pri kurjenju s plinom dve komori, ena je za predgrevanje zraka in ena za predgrevanje plina. Ko plin zgoreva na ognjiču, odda toploto kovinskemu vložku. Vroči dimni plini zapuščajo ognjišče na drugi strani skozi komore in ogrevajo v njih zloženo ognjevzdržno gradivo. Čez določen čas, ko je ognjevzdržno gradivo dovolj ogreto, se tok plina in zraka spremeni, tako da hladni zrak in plin tečeta skozi ogrete komore in se ločeno predgrejeta. Do premešanja zraka in plina pride pred vstopom na ognjišče, razvije se plamen, ki ogreva vložek in talino. V martinovkah so proizvajali tekoče jeklo iz grodlja, starega železa ali grodlja in starega železa.

V koncesiji za proizvodnjo jekla Štorah (Jože Šorn: Vzpon in zaton spodnještajerskega fužinarstva) je navedenih pet enojnih pudlovk, tri varilne peči, dve žarilni peči itd. Kot gorivo je naveden premog. Jeklo, proizvedeno s procesom pudlanja, so preoblikovali s kladivi in valjali v profile in pločevino.

V Štorah se je začela proizvodnja pudlanega jekla v sredini 19. stoletja in je potekala do leta 1907. Grodelj so vozili iz Fužin pod Bohorjem in iz Mislinje. V letih 1912/13 se je začela proizvodnja tekočega jekla v 20-tonski SM peči. V drugi dekadi 21. stoletja pa izpolnjujejo želje vedno bolj zahtevnih kupcev po vrhunskih kvalitetah jekla s proizvodnjo v EOP in po postopkih sekundarne rafinacije. Med proizvodnjo jekla po različnih tehnoloških postopkih so vedno uvajali nove tehnološke rešitve, ki so izboljšale kakovost in ekonomičnost izdelave in predelave jekla.

dr. Jakob Lamut