Wat is metaalindustrie?

Metaalindustrie is een verzamelnaam voor alle bedrijven die metaal uit erts produceren en op industriële wijze verwerken tot basismaterialen, halffabricaten en samengestelde constructies, machines, werktuigen en transportsmiddelen. De metaalindustrie wordt ook wel in verband met de elektrotechnische industrie genoemd. In dat geval heeft men het over metalektro, een voorbeeld hiervan is de metalektro cao.

Indeling metaalindustrie
Als men bovenstaande definitie hanteert dan komt men er achter dat de metaalindustrie een enorme omvangrijke sector is. Men kan de metaalindustrie op verschillende manieren indelen. Een voorbeeld hiervan is de volgende opsomming;

  • Basismetaalindustrie
  • Productie van enkelvoudige metalen producten
  • Productie van samengestelde metalen producten
  • Productie van onderdelen voor apparaten, machines en werktuigen
  • Productie van machines, apparaten, instrumenten en transportmiddelen

Deze verschillende segmenten van de metaalindustrie zijn in onderstaande alinea’s nader omschrijven.

Basismetaalindustrie
Bij de basismetaalindustrie begint de metaalindustrie. In dit deel van de metaalindustrie worden ertsen die ijzer en andere metalen bevatten opgespoord en wordt uit deze ertsen metaal gewonnen. In hoogovenbedrijven wordt ruwijzer geproduceerd. Daarnaast worden ook legeringen gemaakt waardoor de eigenschappen van metalen elkaar kunnen versterken. Verder wordt in de basismetaalindustrie plaatstaal, staafstaal, profielstaal en blik geproduceerd. In walserijen wordt plaatstaal gemaakt. Men kan ook oppervlaktebehandelingen toepassen zoals galvaniseren. Verder wordt staal doormiddel van harden toepasbaar voor specifieke metaalproductiebedrijven.

Productie van enkelvoudige metalen producten
In deze tak van de metaalindustrie worden eenvoudige producten gemaakt van metaal. Dit zijn vaak producten die verder in andere metaalbedrijven worden verwerkt zoals bouten, moeren en assen. Ook producten die in gieterijen worden gemaakt en in smederijen behoren tot de enkelvoudige metalen producten. Deze producten bestaan namelijk uit één geheel.

Productie van samengestelde metalen producten
Samengestelde metalen producten zijn constructies die onder andere worden vervaardigd in staalconstructiebedrijven. Deze constructies worden doormiddel lasprocessen aan elkaar bevestigd. Men heeft het in dit segment ook wel over samenstellers en lassers die constructies op basis van tekening kunnen samenstellen en aflassen. Lassers die niet kunnen samenstellen worden ook wel aflassers genoemd.

Productie van onderdelen voor apparaten en machines
Dit zijn bedrijven die toeleveranciers zijn voor de werktuigenbouw of werktuigbouw. Hier worden onderdelen en halffabricaten voor machines en apparaten geproduceerd. Dit zijn complexere producten dan de producten in het vorige segment van de metaalindustrie omdat ze uit meerdere kunnen onderdelen bestaan. Vaak worden onderdelen vervaardigd doormiddel van machinebankwerken. Er worden onderdelen doormiddel van verspaning vervaardigd. Verspaning is niet alleen draaien en frezen. Ook boren, eroderen en vonkverspaning behoort tot de verspanende technieken. Daarnaast wordt ook in dit segment samengesteld en gelast.

Productie van machines, apparaten, instrumenten en vervoersmiddelen
In dit segment zij machinefabrieken actief evenals bedrijven die zich bezig houden met de productie van transportmiddelen zoals auto’s, treinen en vliegtuigen. De scheepsbouw en de jachtbouw valt hier ook onder. Verder worden in dit segment ook landbouwwerktuigen gebouwd voor de landbouwmechanisatie. Ook huishoudelijke apparaten en elektrische gereedschappen worden hier gemaakt. Dit is een brede sector waar complexere producten worden gemaakt die uit meerdere onderdelen bestaan.

Wat is een laagoven en waar werd deze voor gebruikt?

Tegenwoordig hoor je vaak het woord hoogoven als het gaat om het winnen van ijzer uit ijzererts. Vroeger werd echter gebruik gemaakt van laagovens, dit waren de voorlopers van hoogovens. Een laagoven is zoals de naam al doet vermoeden een lage oven. Deze oven is hooguit twee meter hoog. In deze ovens werd ijzererts ingebracht samen met houtskool. De lagen ijzererts werden boven op de houtskool gestapeld.

Een laagoven kon niet de hoge temperatuur bereiken van hoogovens. Laagovens kunnen namelijk een maximale temperatuur bereiken van 1200 °C en hoogovens halen een temperatuur van 1500 °C. Daarnaast hebben laagovens nog een nadeel want in laagovens kan ijzer niet in vloeibare vorm worden gewonnen. In plaats daarvan komt ijzer in laagovens als gesinterde massa naar voren met daarin de slak die bestaat uit de resten van de erts en de verbrande houtskool.

Dit ijzer had door de vermenging met erts en slak geen homogene massa en was daardoor niet sterk. Toen het later mogelijk was om ijzer te laten smelten ontstond gietijzer. Door verhitten en afkoelen van ijzer en het hameren daarvan kon het koolstofgehalte worden verlaagd. Hierdoor kon smeedijzer of welijzer worden gemaakt. Dit was in feite een soort staal en was sterker dan het gietijzer dat vrij bros is door het hoge koolstofgehalte.

Wat zijn halffabricaten of halffabrikaten?

Halffabricaten zijn producten die worden gemaakt door de basisindustrie. Het woord ‘halfabricaten’ wordt soms ook geschreven als ‘halffabrikaten’, hiermee worden producten bedoelt die nog verwerkt moeten worden tot een eindproduct. De halffabricaten die worden geproduceerd in de basisindustrie staan aan de basis van verschillende productieprocessen. Een halffabricaat is dus een soort tussenvorm tussen een materiaal en een eindproduct. Een halffabricaat is een grondstof die al is bewerkt maar het product is nog niet gereed voor de eindgebruiker.

Voorbeelden van halffabricaten
Halffabricaten zijn er in verschillende soorten. Deze worden gemaakt in basisindustrieën zoals de olieraffinaderijen en de hoogovens. Uit ijzererts wordt bijvoorbeeld ijzer gewonnen. Dit ijzer wordt in hoogovens verwerkt tot staal. Dit staal kan vervolgens worden verwerkt tot stalen platen en profielen. Deze platen en profielen kunnen worden beschouwd als halffabricaten. Ook de aluminium profielen en aluminium platen zijn voorbeelden van halffabricaten.

Sommige bedrijven maken van deze halffabricaten nog kleine samengestelde halfabricaten die weer worden verwerkt door andere bedrijven tot eindproducten. In verschillende productieprocessen worden producten in een aantal stappen vervaardigd. De producten die dan tijdens deze verschillende stappen ontstaan zijn in feite ook halffabricaten totdat het eindproduct tot stand is gekomen.

Wat is het Siemens-Martinproces en hoe wordt dit raffinageproces uitgevoerd?

Voordat het oxystaalproces werd ingevoerd maakte men bij de productie van staal veelal gebruik van het Siemens-Martinproces. Het Siemens-Martinproces wordt ook wel afgekort met SM-proces en is vernoemd naar de uitvinders Carl Wilhelm Siemens (1823-1883) en Pierre-Émile Martin (1824-1915). en Het Siemens-Martinproces is een raffinageproces voor de vervaardiging van staal uit ruwijzer, waarbij gebruik wordt gemaakt van een vlamoven. Deze vlamoven wordt ook wel Siemens-Martinoven (SM-oven) genoemd en is gasgestookt of oliegestookt. Hieronder is het SM-proces samengevat.

Hoe werkt het Siemens-Martinproces?
Bij dit raffinageproces wordt gebruik gemaakt van een oven. Deze oven wordt doormiddel van extern toegevoegde warmte op temperatuur gehouden. Hiervoor wordt gas of olie verstookt. De SM-oven wordt gevuld met ruwijzer, schroot en kalksteen. Het kalksteen wordt toegevoegd om de silicaten en het ganggesteente te binden tot een dunne slak die op de vloeibare massa drijft.

Het schroot wordt via een laadmachine in de oven gebracht. Daarnaast worden ook het vloeibaar ruwijzer in de oven gebracht en het kalksteen. De verhoudingen tussen het schroot en het ruwijzer dat wordt toegevoerd kunnen onderling sterk verschillen.  Gasbranders en oliebranders worden gebruikt om de gewenste temperatuur in de oven op pijl te houden. Het schroot en het ruwijzer vormen één grote gesmolten massa. Daarbovenop drijft de slak die door de toegevoegde kalksteen wordt gebonden. Deze slak bevat verontreinigingen en wordt opgevangen in een zogenoemde slakkenpan. Daarna wordt de slak gegranuleerd. De slak die tijdens het Siemens-Martinproces vrijkomt dient onder andere gebruikt als grondstof voor de fabricage van cement.

Onder de slak bevindt zich het vloeibare mengsel van ruwijzer en schroot. Doormiddel van oxidatie reduceert het koolstofgehalte in deze massa en ontstaat vloeibaar staal. Het vloeibare staal dat zich onderin de SM-oven verzamelt wordt afgetapt met regelmatige tussenpozen. Tijdens het aftappen kan het vloeibare staal worden voorzien van verschillende toeslagstoffen. De temperatuur in de SM-oven is goed regelbaar en daardoor is het Siemens-Martinproces goed beheersbaar. Dit zorgt voor een hoge staalkwaliteit. In tegenstelling tot het oxystaalproces kan bij het Siemens-Martinproces meer staalschroot worden toegevoegd. Bij het oxystaalproces mag maximaal 25 procent staal worden toegevoegd. Bij het Siemens-Martinproces mag deze toevoeging hoger zijn en hoeft men niet te werken met een vaste verhouding tussen het toegevoegde staalschroot en het vloeibare ruwijzer. Men kan er zelfs voor kiezen om vast ruwijzer toe te voegen. In de SM-oven wordt het ruwijzer namelijk door de hitte alsnog vloeibaar gemaakt.

Nadelen van het Siemens-Martinproces
De hoge staalkwaliteit en de beheersbaarheid van het raffinageproces kunnen het vermoeden wekken dat het SM-proces een populair proces is dat veel wordt gebruikt voor het produceren van staal. Dit is echter niet het geval. Het Siemens-Martinproces werd in 1865 voor het eerst toegepast op industriële schaal. De gehele cyclus van het laden van de oven, de raffinage en het aftappen van vloeibaar staal duurt gemiddeld meer dan 8 uur. Een gemiddelde SM-oven heeft een capaciteit van 400 ton maar de langdurige productie zorgt er voor dat het Siemens-Martinproces erg kostbaar is. Daarom wordt dit proces tegenwoordig vrijwel geheel vervangen door het oxystaalproces. In Nederland werd het Siemens-Martinproces bij de Koninklijke Hoogovens in IJmuiden toegepast in de periode van 1939 tot 1972. Toen is ook in Nederland gekozen voor het oxystaalproces.

Wat is pelletiseren en waarom wordt dit proces toegepast voor de ijzerertsverwerking?

Het belangrijkste metaal dat wordt gebruikt in de werktuigbouwkunde is staal. Dit bevat voor 0,1 tot 1,7 procent koolstof. Het grootste bestandsdeel van staal bestaat uit ijzer. Dit wordt gewonnen uit ijzererts dat minimaal voor een derde van de totale massa ijzer bevat. Er zijn verschillende processen die worden toegepast om uit ijzererts ruwijzer te halen. Metallurgie is het vakgebied binnen de werktuigbouwkunde dat zich bezig houdt met het winnen van metalen uit erts. Een metallurg die kennis heeft van ijzererts weet hoe ijzer uit deze erts gewonnen moet worden. Hierin zijn door de jaren heen verschillende nieuwe ontwikkelingen en technologieën toegepast. In het verleden werd erts vermalen tot brokken ter grote van ongeveer een tennisbal. Deze brokken werden direct tot ruwijzer verwerkt. Tegenwoordig wordt eerst nog een extra bewerking toegepast op de ijzererts. Dit is het pelletiseren.

Wat is pelletiseren?
Pelletiseren is een proces dat kan worden toegepast voor het winnen van ruwijzer uit ijzererts. Het ijzererts wordt tijdens het pelletiseren eerst fijngemalen. Vervolgens wordt de vermalen erts vermengd met water. Daarna wordt de vermalen erts en het water in een ronddraaiende pelletiseertrommel gebracht. Deze pelletiseertrommel draait rond en zorgt er voor dat de ertsbrokjes door het schuren en draaien in de trommel tot kleine balletjes worden gevormd. Deze kleine ertsballetjes hebben een doorsnee van ongeveer één tot anderhalve centimeter.

Deze ertsballetjes worden uit de trommel gegooid door een zeef. Vervolgens worden ze gedroogd en voorverwarmd op een bandmachine. Deze bandmachine transporteert de balletjes naar een draaioven. Deze ronddraaiende oven bakt ze op ongeveer 1300 graden Celsius. De ertsballetjes gaan nadat ze gebakt zijn in een koeler. Het product dat uit de koeler wordt gehaald noemt men pallets.

Waarom wordt pelletiseren toegepast?
Bij het pelletiseren worden zoals je hebt gelezen verschillende bewerkingen uitgevoerd op ijzererts. Het doel van deze bewerkingen is het verhogen van het rendement van ijzererts. Wanneer ijzererts zonder voorbewerking wordt verwerkt tot ruwijzer is het rendement lager dan wanneer men het pelletiseren als voorbewerking toepast. Het percentage ijzer dat in de pellets zit is namelijk hoger dan in een gemiddelde brok ijzererts.