فرن أكسجين قاعدي
العمليــة

طريقة فرن الأكسجين القاعدية: طريقة لتحويل حديد غفل إلى حديد صلب عن طريق ضخ الأكسجين المضغوط بواسطة أنبوب معدني طويل في مقدمته صنبور مبرد بالماء فوق مصهور الحديد الغفل الموجود داخل المحوّل (وعاء فرن الصهر)، يسمى المحوّل المستخدم لصناعة الحديد الصلب «فرن الأكسجين القاعدي» حيث تنشأ فيه حرارة شديدة من تفاعلات أكسدة خلال عملية ضخ الأكسجين إليه.
تتم عملية إنتاج الحديد الصلب كالآتي:
يصب مصهور الحديد الغفل من فرن لافح في حوجلة صب كبيرة تسمى مغرفة ladle.
تمارس عملية تسليط الأكسجين القاعدية عليه إما مباشرة أو بعد معاملة مبدئية، ويضغط أكسجين مضغوط بنحو 100 - 150 رطل/البوصة المربعة بسرعة فوق سرعة الصوت على سطح حمام الحديد عن طريق أنبوب مبرد بالماء، معلق في الوعاء على مسافة عدة أقدام من سطح الحديد المنصهر. تجرى قبل ذلك معاملة مبدئية لمصهور الفرن العالي لخفض الكبريت والسليكون والفسفور قبل صبه في المحول، وفي حالة نزع الكبريت من المصهور المبدئية فيضاف إلى المصهور عدة مئات كيلوجرام من مسحوق المغنيسيوم الذي يضاف إلى المصهور بواسطة أنبوب يغمس فيه، فتتحول الشوائب الكبريتية إلى سولفيد المغنسيوم في تفاعل كيميائي يصدر حرارة كبيرة، ويُزال السولفيد المتكون على السطح.
ويمكن إجراء العملية المبدئية لنزع السيليكون ولنزع الفسفور باستخدام أكسيد الحديد والجير (كربونات الكالسيوم)، ويعتمد قرار إجراء عملية مبدئية للمصهور على جودة المصهور (الحديد الغفل، حديد الفرن العالي، حديد خردة) وعلى الجودة المطلوبة للمنتج.
3. عملية ملء الفرن وإضافة المكونات تسمى «شحن الفرن»، ويسير إنتاج الصلب بالأكسجين القاعدي من تلقاء نفسه لأن الحرارة اللازمة للعملية تنشأ من عملية الأكسدة نفسها، ومن أهم العمليات هو الحفاظ على «توازن الشحنة» بمعنى الحفاظ عل نسبة مصهور الحديد الغفل الساخن إلى الحديد الخردة البارد الذي يضاف بين حين وآخر، يمكن تمييل البوتقة بزاوية 360 درجة لتزويده بالحديد الخردة والحديد الغفل المنصهر، يشحن الفرن بالحديد الصلب أو الحديد الخردة بنسبة 25% - 30% إذا احتاج الأمر، ويضاف إليها الحديد الغفل المنصهر من المغرفة بحسب المطلوب للمحافظة على «توازن الشحنة»، وتبلغ التركيبة الكيميائية المعتادة لمصهور الحديد الغفل التي تصب في فرن الأكسدة القاعدية: 4% C, 0.2–0.8% Si, 0.08%–0.18% P، و0.01–0.04% S وجميعها قابل للأكسدة ماعدا الكبريت، فهو يحتاج إلى عملية مستقلة.
يعتدل وعاء الفرن قائما ويبرد بالماء، ويغطس مزراق نحاسي ذو 3-7 نفاثات في الوعاء وتبث منها أكسجين عالي النقاوة بسرعة أكبر من سرعة الصوت، يبث المزراق أكسجين نقاوة 99% على سطح المصهور فيشتعل الكربون المذاب في الحديد مكونا أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون، ويتسبب في ارتفاع درجة الحرارة فتصل إلى نحو 1700 درجة مئوية.
بذلك ينصهر الحديد الخردة وينخفض محتوى الكربون لمصهور الحديد ويساعد الأكسجين على التخلص من الكيماويات الغير مرغوب فيها.
تختلف تلك الطريقة التي تستخدم الأكسجين النقي عن طريقة بسمر التي تستخدم الهواء، إذ أن النيتروجين ليس مرغوب فيه، وفي نفس الوقت لا تتفاعل مكونات في الهواء مع الشحنة المنصهرة.
يضاف المنظف (الجير المحروق أو دولوميت محروق) إلى الوعاء بغرض تكوين خبث، وجعل المصهور قاعدي إلى حد 3 (pOH)= 3 ))، ولامتصاص الشوائب أثناء تحضير الصلب، أثناء تصويب الأكسجين على المصهور والمواد المنظفة (الجير ودولوميت) فهي تكون مع بعضها البعض عالقا يساعد على عملية التنظيف، وقرب نهاية دورة البخ التي تستغرق نحو 20 دقيقة، تؤخذ قراءة درجة الحرارة وعينات، حينئذ تكون التركيبة الكيميائية للمصهور الذي تعرض للأكسجين قد أصبحت: 0.3–0.9% C, 0.05–0.1% Mn, 0.001–0.003% Si, 0.01–0.03% S و0.005-0.03% P.
2. يمال الآن الوعاء إلى ناحية التفريغ deslagging ويصب الحديد الصلب عن طريق ثقب في مغرفة الصلب والتي يكون سطحها الداخلي مغطى بمادة منظفة قاعدية تتحمل الحرارة basic refractory lining، تلك العملية تسمى «بزل» الحديد الصلب tapping من الوعاء، ينقى الحديد الصلب بعد ذلك في فرن المغرفة عن طريق إضافة مواد معدنية للسباكة تعطيه الصفات الخاصة المطلوبة، وأحيانا تمرر فيه فقاقيع الأرجون أو النيتروجين لزيادة تجانس السبيكة.
3. وبعد صب الصلب من فم الوعاء BOS يصب الخبث في وعاء الخبث ويلقى مع النفايات.