فرن أكسجين قاعدي

فرن أكسجين قاعدي (بالإنجليزية :Basic oxygen steelmaking (BOS, BOP, BOF, and OSM) ويعرف أيضا بطريقة لينز-دونافيتز لتصنيع الصلب  . وهي طريقة أولية لتصنيع الحديد الصلب حيث يتم فيها صهر حديد غفل (تماسيح حديد) ومعالجتها لإنتاج الحديد الصلب . يضغط الأكسجين خلال المصهور بغرض خفض نسبة الكربون فيه ويتحول إلى صلب منخفض الكربون . وتعرف الطريقة بأنها "قاعدية" حيث أن جدران البوتقة تكون مغطاة بمادتي أكسيد الكالسيوم و أكسيد المغنسيوم وتتحمل درجات الحرارة العالية .
ابتكرت تلك الطريقة من "روبرت دورر " في عام 1948 وقامت بتنفيذها في عام 1952/1953 شركة فويست ألبين النمساوية . وقد سمي المحول الأكسجيني باسم مدينتي لينز ودونافيتز وهي طريقة معدلة لطريقة بسمر حيث يستبدل الهواء المضغوط بالأكسجين المضغوط. هذا يخفض من تكلفة المصنع، ويقلل زمن المعاملة الحرارية ، ويزيد من الإنتاجية.
انخفضت تكلفة أنتاج الصلب نحو 1000 مرة خلال الأعوام بين 1920 و 2000 ، من 3 ساعات عمل للطن إلى نحو 0,003 .  واصبح انتاج معظم الصلب في العالم يتم باستخدام فرن الأكسجين القاعدي ، وقد بلغ انتاجه نحو 60% من انتاج الصلب في العالم في عام 2000.  في وسع الأفران الحديثة استيعاب كمية تبلغ 350 طن وتحولها إلى حديد صلب خلال 40 دقيقة ، بينما تستغرق أفران القلب المفتوح لذلك بين 10 إلى 12 ساعة.

وصــفه

داخل فرن الأكسجين القاعدي يكون مغطى بمادة قلوية ويوضع به مصهور الحديد الغفل ومادة مبردة (حديد خردة أو حديد إسفنجي) والجير (كربونات الكالسيوم) فتقوم بتكوين خبث الحديد. وعن طريق خرطوم ذو رأس معدنية مبردة بالماء يتم بخ الأكسجين على المصهور.

 
يحدث الاشتعال الشديد والأكسدة للمواد المشوبة في الحديد ارتجاج وتقلب المصهور . كما يضغط غاز الأرجون من قاع الفرن عن طريق نفاثات لتحسين عملية الخلط والتقليب . وتتصاعد مع الأرجون الهيدروجين الذائب في المصهور وهي تعمل على عدم تكوّن ما يسمى "مصايد هيدروجين" في الصلب الناتج . خلال تلك العملية تنخفض نسب الكربون و السيليكون و المنجنيز و الكبريت و الفسفور في المصهور بالتدريج.
يستغرق البخ الشديد بالأكسجين النقي بين 10 إلى 20 دقيقة ، وعلى أساسها يتحدد الكميات الباقية من تلك الشوائب في مصهور الصلب . وتنفصل الشوائب المحترقة في هيئة غازات أو يمكن ارتباطها بكربونات الكالسيوم (حجر جيري) المضافة مكونة خبثا.
وبحسب مواصفات الصلب المطلوبة فيمكن عند النهاية إضافة مواد السبيكة مثل النيكل و الكروم . وعندئذ تكون درجة حرارة المصهور نحو 1600 درجة مئوية (قد تصل حاليا إلى1700 درجة) حيث يتم بزل الفرن وصب المصهور في بوتقة، وبعد ذلك يتم دلق الخبث من حافة وعاء الفرن . يمكن بعد ذلك معالجة المصهور بحسب المطلوب .
قد تصل سعة الفرن 380 طن وهذه السعة يستخدمها صلب "شركة تيسين كروب" في ألمانيا.

بدء التطوير

عين روبرت دورر السويسري أستاذا لعلم الحديد والصلب في المدرسة التقنية العليا ببرلين في عام 1928 ، حيث بدأ بحوثه الأساسية وتجاربه بالاسغناء عن الهواء واستخدام الأكسجين النقي في تحضير مصهور الصلب. 
بين 1936 و 1940 كان "أوتو ليليب "يعمل في شركة "كوتنهوفنونج هوته" للتعدين وقام بتجارب باستخدام الاكسجين المركز في عملية تجهيز الصلب في فرن "هردأوفن"  وخلالها قام بخلط "فريت الجير " المنصهر 
بغرض خفض نسبة الفسفور في مصهور الحديد ، وكان تصليت نفاثات الأكسجين من أسفل . ولكن لم تكلل تلك الطريقتان مجهوداته بالنجاح المطلوب الذي من الممكن الاعتماد عليه في تصنيع على على المدى الطويل 
. بعد ذلك سافر ليليبس إلى الولايات المتحدة .
عاد "دورر" في عام 1943 إلى سويسرا حيث كلف بإدارة أشغال التعدين في مصانع "فون رول أيزنفيركه " ، كما أسست له درجة أستاذ كرسي في علم تصنيع الصلب في "المدرسة التقنية العليا " في زيوريخ . واجريت تجارب تحت أشرافه في عام 1948 في مصنع "جيرلافينجين" حيث سلط أكسجين على بوتقة سعة 2 طن قاعدية بها أنواع مختلفة من حديد غفل ذات تركيبات كيميائية مختلفة . وقدم "هـ. هلبروجه" عن تلك التجارب تقريرا إلى دورر الذي طلب مواصلة التجارب في مصانع مدينة لينز.

طريقة لينز-دونافيتز

واستمر تطوير طريقة لينز-دونافيتز في لينز بالنمسا ابتداء من يونيو 1948 (بعد الحرب العالمية الثانية) في مصانع فويست وطورت الطريقة للاستخدام الصناعي . استمرت التجارب التي قام بها ثيودود سويس " و رودولفرينيش" من 3 حتى 25 يونيو على بوتقة سعة 5و2 طن ، وكللت مجهوداتهما بالنجاح.
وبدأت تجارب على بوتقة سعة 5 طن في مدينة دونافيتز وبوتقة 15 طن في مدينة لينز .  
بهذه الابحاث حصل "رينيش " على درجة الدكتوراه وكانت أطروحته Das LD-Verfahren عن تلك الطريقة , وظلت محاطة بكتمان من أجل الاحتفاظ بما فيها من تقنية متقدمة لمدة طويلة .
ونظرا للتكلفة المنخفضة فقد اتجه انتاج شركة فويست بتاريخ 9 ديسمبر 1949 إلى استخدام طريقة لينز-دونافيتز . }}
وقدمت براءة الاختراع للتسجيل في 15 ديسمبر 1950 . بهذا خلفت طريقة لينز-دونافيتز طريقتي سيمنز المعتادة (طريقة سيمنز-مارتن) وطريقة توماس وتفوقت عليهما .