Конвертерный способ получения стали

Кислородно-конвертерный способ производства стали: виды и процесс | мк-союз.рф

Около 70% стали от общего объема мирового производства изготавливается конвертерным способом. До середины прошлого столетия для получения стали применялись бессемеровский и томасовский процессы. Однако в дальнейшем сталь начали производить усовершенствованным кислородно-конвертерным способом. В настоящее время предшественники современного метода практически не применяются.

Суть конвертерного производства

В конвертерном производстве применяются специальные сталеплавильные агрегаты, называемые конвертерами. Производство стали осуществляется путем продувки жидкого чугуна воздухом или кислородом.

Данный металл содержит различные примеси, в том числе кремний, углерод и марганец. Примеси окисляются под действием кислорода и удаляются из расплава. Основным преимуществом конвертерного способа является то, что для работы сталеплавильного устройства не требуется топливо.

Сталь расплавляется под действием тепла, которое выделяют окисляющиеся примеси.

Принцип бессемеровского способа

Впервые массовое получение жидкой стали стало возможным в 1856 году благодаря Г. Бессемеру – изобретателю из Англии. Он придумал, как нагреть металл до температуры, превышающей 1500°С. Именно такая температура необходима для того, чтобы расплавить металл с пониженным содержанием углерода.

Бессемеровский процесс предусматривает продувку расплава атмосферным воздухом. Для этих целей применяются конвертеры, у которых внутренняя часть камеры сгорания защищена динасовым кирпичом. Благодаря такой защите бессемеровский способ называют кислой футеровкой конвертера.

Плавка в бессемеровском сталеплавильном агрегате осуществляется путем заливки чугуна при температуре 1250–1300°С. Следует заметить, что для выплавки бессемеровских чугунов требуются железные руды с низким содержанием серы и фосфора.

Далее металл через горловину сливают в ковш, попутно его окисляя. У такого способа присутствует один существенный недостаток, заключающийся в невысоком качестве конечного продукта, который получается слишком хрупким за счет неполного удаления серы и фосфора.

Принцип томасовского способа

В 1878 году англичанину С.Г. Томасу удалось устранить главный недостаток бессемеровского способа. Кислую футеровку конвертера он заменил основной. Внутренний защитный слой в ванной был выложен смолодоломитовым кирпичом. А чтобы удалить из металла большую часть примесей, он предложил использовать известь, функция которой заключалась в связывании фосфора.

Томасовский процесс позволил перерабатывать чугун с высоким содержанием фосфора. Поэтому наибольшее распространение данный способ получил в странах, где железные руды содержат много фосфора. Во всем остальном метод, изобретенный Томасом, мало чем отличается от предложенного Бессемером:

• и в том, и в другом случае используется сталеплавильный агрегат, в который чугун подается сверху через отверстие в горловине,
• через это же отверстие производится выпуск стали.
• снизу сталеплавильный агрегат снабжен съемным днищем, что позволяет заменять его по мере выработки определенного срока службы,
• дутье в полость сталеплавителя поступает через специальные сопла, расположенные в футеровке днища.

Как уже говорилось выше, слив стали производится через отверстие в горловине. Перевернуть многотонный агрегат позволяют цапфы в цилиндрической части конвертера. При томасовском процессе в сталеплавитель загружают известь, позволяющую получить основной шлак.

Далее туда же заливают высокофосфористый чугун, нагретый до 1200–1250°С и подают дутье. При подаче дутья происходит окисление кремния, марганца и углерода. В основной шлак удаляются сера и фосфор. Продувка завершается тогда, когда содержание фосфора снизится до определенных показателей.

Окончательным этапом, как и в бессемеровском процессе, является выпуск металла с последующим раскислением.

Принцип работы кислородного конвертера

Впервые кислородное дутье было запатентовано Г. Бессемером. Однако в течение продолжительного времени кислородно-конвертерный процесс не применялся, в связи с отсутствием массового производства кислорода. Первые опыты по продувке кислородом стали возможными в начале сороковых годов прошлого столетия.

Устройство кислородного конвертера осталось прежним:

• камера сгорания изнутри защищена основной футеровкой,
• однако вместо воздуха в нем применяется продувка кислородом,
• подача кислорода осуществляется через водоохлаждаемые сопла.

На территории России применяются сталеплавители с верхней подачей кислорода.

Особенностью конвертерного способа с кислородной продувкой является скоротечность. Весь процесс расплавления металла занимает десятки минут. Однако во время работы требуется тщательно отслеживать содержание в чугуне углерода, температуры его расплава и прочие параметры, чтобы вовремя прекратить продувку.

Процесс сталеплавильного производства упростился, когда кислородные конвертеры оснастили автоматическими системами, усовершенствовали лабораторную технику и измерительные приборы. Усовершенствование кислородно-конвертерного процесса позволило повысить производительность, снизить себестоимость металла и повысить его качество.

Современные кислородные конвертеры могут работать в трех основных режимах:

• с полным дожиганием окиси углерода,
• с частичным дожиганием ОС,
• без дожигания ОС.

Они позволяют производить сталь из чугуна различного состава.

Кислородный конвертер – описание процесса плавки

Кислородный конвертер – это стальной сосуд грушевидной формы. Его внутренняя часть защищена смолодоломитовым (основным) кирпичом. Вместимость сталеплавильного агрегата варьируется от 50 до 350 тонн. Сосуд распложен на цапфах и способен поворачиваться вокруг горизонтальной оси, что позволяет беспрепятственно заливать в него чугун, закладывать другие добавки и сливать металл со шлаком.

Чтобы получить конечный продукт, в конвертер заливается не только чугун, но и закладывают добавки. К ним относятся:

• лом металла,
• шлакообразующие материалы (железная руда, известь, полевой шпат, бокситы).

Конвертерный способ с кислородной продувкой предусматривает заливку в конвертер чугуна, нагретого до 1250–1400°С. Установив конвертер в вертикальное положение, в него подают кислород. Как только началась продувка, в расплавленный чугун вводят остальные компоненты, входящие в состав шлака. Перемешивание чугуна со шлаком осуществляется под действием продувки.

Так как концентрация чугуна гораздо выше, чем примесей, в процессе продувки происходит образование оксида железа, который растворяясь, обогащает металл кислородом. Именно растворенный кислород способствует уменьшению в металле концентрации кремния, углерода и марганца. А когда примеси окисляются, выделяется полезное тепло.

Особенностью основного шлака является большое содержание оксида кальция и оксида железа, которые в начале продувки способствуют удалению фосфора. Если же содержание фосфора превышает требуемый показатель, шлак сливают и наводят новый.

Продувку кислородом заканчивают, когда содержание углерода в конечном продукте соответствует определенному параметру. После этого конвертер переворачивают и производят слив стали в ковш, куда добавляют раскислители и другие добавки.

по теме: Основы кислородно конвертерного производства

Загрузка…

Конвертерный способ получения стали

Стальные изделия даже на фоне активного распространения высокопрочных пластиков сохраняют свои позиции на рынке. Углеродистые сплавы с разными характеристиками используются в приборо- и автомобилестроении, строительстве и на производствах.

Уникальное сочетание упругости и прочности делает материал выгодным с точки зрения длительной эксплуатации. Соответственно, изделия служат дольше и дешевле обходятся в обслуживании. Но и это не все достоинства, которыми обладает сталь.

Получение стали с применением современных технологий позволяет наделять структуру металла и дополнительными свойствами.

Общие сведения о технологиях производства

задача технолога заключается в обеспечении процесса, при котором в заготовке уменьшается содержание углерода и всевозможных примесей, например серы и фосфора. Основой для заготовки выступает чугун.

Стоит отметить, что печи для изготовления чугуна появились еще в средних веках, в то время как первое получение стали было реализовано только в 1885 г., и по сей день методы производства сплава развиваются и улучшаются.

Различия в подходах к процессу преимущественно обусловлены способом окисления углерода.

В качестве исходного материала используется литейный чугун. Он может быть применен в твердом или расплавленном виде.

Практически все способы получения стали в том или ином виде также предусматривают процесс рафинирования от примесей. Например, конвертерная технология обеспечивает их выдувание кислородом.

Конвертерный метод

При таком способе в качестве основы может применяться расплавленный чугун, а также примеси и отходы в виде руды, металлического лома и флюса. Сжатый воздух подается через технологические отверстия на подготовленную основу, способствуя выполнению химических реакций.

Также в процессе участвует тепловое воздействие, при котором происходит окисление кислорода и примесей. Особое значение имеют и характеристики печного сооружения, в котором обрабатывается сталь. Получение стали может происходить в агрегатах с разной футеровкой – наиболее распространены способы защиты конструкций огнеупорным кирпичом и доломитовой массой.

По типу футеровки конвертерный метод подразделяется также на два других способа: томасовский и бессемеровский.

Особенностью данного метода является тщательная переработка чугуна, содержащего до 2 % фосфорных примесей. Что касается техники футеровки, то ее реализуют с применением оксидов кальция и магния. Благодаря этому решению шлакообразующие элементы наделяются избыточным количеством оксидов. Процесс фосфорного горения выступает одним из ключевых источников тепловой энергии в данном случае.

К слову, сгорание 1 % фосфорного наполнения повышает температуру печи на 150 °C. Томасовские сплавы отличаются малым содержанием углерода и чаще всего применяются в качестве технического железа. В дальнейшем из него изготавливают проволоку, кровельное железо и т. п.

Кроме того, получение стали (чугунов) может применяться для выработки фосфористого шлака с целью дальнейшего использования в качестве удобрения на почвах с повышенной кислотностью.

Бессемеровский способ

Этот способ предполагает переработку основ, в которых содержится небольшое количество серы и фосфора. Но при этом отмечается и высокое содержание кремния – порядка 2 %. В процессе продувания в первую очередь происходит окисление кремния, что способствует интенсивному выделению тепла. В итоге температура в печи повышается до 1600 °C.

Окисление железа происходит также интенсивно по мере сгорания углерода и кремния. При бессемеровском способе процесс получения стали предусматривает полный переход фосфора в сталь. Все реакции в печи идут быстро – в среднем 15 мин.

По этой причине технологи рекомендуют перед разливкой раскисливать сплавы при помощи специальных компонентов в виде ферромарганца, ферросилиция или алюминия.

Получение в мартеновских печах

Если в случае с конвертерным способом изготовления металла предусматривается обеспечение выжига воздушным кислородом, то мартеновский способ требует включения в технологический процесс железных руд и ржавого лома. Из этих материалов образуется кислород оксида железа, который также способствует выгоранию углерода.

Сама же печь включает в основу конструкции плавильную ванну, которая закрывается жаропрочной кирпичной стенкой. Также предусматривается несколько камер регенераторов, обеспечивающих предварительный прогрев воздушной массы и газа. Регенерирующие блоки оснащаются специальными насадками, выполненными из огнестойкого кирпича.

Pereosnastka.ru

Конвертерный способ производства стали

Категория:

Производство черных и цветных металлов

Конвертерный способ производства стали

Источником теплоты при конвертерном способе являются химические реакции окисления элементов, входящих в состав чугуна.

Окисление протекает в основном за счет кислорода дутья (воздуха, технически чистого кислорода, паро-кислородной смеси).

В настоящее время дутье подается в различных конвертерах через днище, сбоку или сверху. В соответствии с этим применяются конвертеры различных конструкций.

Конвертеры с боковым дутьем имеют емкость 0,5—4 т и используются в сталелитейном производстве с целью выплавки стали для фасонного литья; устройство такого конвертера рассмотрено в [разделе «Литейное производство».

На металлургических заводах в настоящее время применяют конвертеры с нижним (через отверстия в днище) и верхним (через горловину) дутьем емкостью от 5 до 60 т.

До последнего времени применялись лишь конвертеры с нижним дутьем и использованием атмосферного воздуха; в результате выплавлялась сталь, насыщенная азотом и имеющая поэтому пониженную свариваемость, а также склонность к старению и хрупкому излому при низких температурах.

В связи с этим недостатком конвертерный передел, являющийся первым способом массового производства литой стали, с конца прошлого века постепенно вытеснился мартеновским и электросталеплавильными способами. К 1956 г. доля конвертерного способа в общем производстве стали снизилась в СССР до 4,1%, а в США до 3,8%.

Применение вместо воздуха технически чистого кислорода резко изменяет весь ход процесса, позволяет использовать наиболее дешевый передельный мартеновский чугун, переплавлять в конвертере до 20—30% металлолома .(вместо 5—10% при воздушном дутье), получать сталь, по качеству не уступающую мартеновской.

Основным преимуществом конвертерного способа является его высокая производительность (цех, имеющий 3—4 конвертера емкостью по 25 т, может дать до 1 300 000 т стали в год). Поэтому в ближайшие годы следует ожидать повышения доли конвертерного способа в общем производстве стали.

Контрольными цифрами по семилетнему плану (1959—1965 гг.) развития народного хозяйства СССР предусмотрено строительство конвертерных цехов на ряде металлургических заводов.

Одна из цапф (2) делается полой и соединяется с газопроводом. От цапфы к днищу дутье подается через трубу и коробку. В днище конвертера имеются отверстия — фурмы, через которые дутье подается в конвертер под давлением 1,8—2,5 ати.

В последнее время при уменьшенной площади сечения фурм давление повышают до 5,5 ати.

Рис. 1. Бессемеровский конвертер

Для облегчения ремонта конвертера днище делается приставным.

При заливке жидкого чугуна и при перерывах процесса конвертер поворачивается на цапфах в положение, показанное на рис. 2, с помощью зубчатой рейки, сцепленной с зубчатым колесом (рис. 1). После заливки чугуна пускают дутье, и конвертер поворачивают днищем вниз. Слой металла составляет при этом от V5 до 1/3 высоты цилиндрической части конвертера.

В конвертер с верхним дутьем кислород под давлением 4—12 ати подводят на поверхность металлической ванны через специальную водоохлаждаемую фурму с медным соплом.

Кислород под напором струи частично проникает в металлическую ванну и окисляет ее, частично же растекается по поверхности и обеспечивает сгорание в конвертере выделяющейся из металла окиси углерода, что увеличивает количество теплоты, выделяющейся в конвертере. При продувке кислородом применяют конвертеры с глухим дном, стационарные и вращающиеся.

При стационарном положении конвер: тера во время продувки не достигается требуемое перемешивание металла, поэтому в зоне сопрйкосновения кислорода с металлом происходит резкое местное повышение температуры, вызывающее значительные потери железа в виде окислов, уносимых газами, удаляющимися через горловину конвертера. На рис.

3 показан во время продувки 30-тонный конвертер, вращающийся около своей оси со скоростью до 30 об/мин. Помимо основного положения (при продувке), конвертер при повороте на цапфах устанавливают в положение а, при загрузке руды, скрапа и флюса, в положение при заливке чугуна и в положение в при выпуске стали.

Рис. 2. Положение конвертера при заливке его чугуном

Бессемеровский процесс. Бессемеровский конвертер футеруют кислым огнеупорным кирпичом (динасом). Динасовый кирпич разъедается основными шлаками, поэтому в бессемеровском конвертере могут перерабатываться лишь кремнистые чугуны, дающие кислый шлак.

Чугун из доменной печи или миксера поступает в ковш, а из него вливается в конвертер при температуре около 1300°. Выгорание примесей при продувании воздуха происходит бурно, с выделением большого количества тепла.

При этом наблюдается определенная последовательность выгорания примесей.

Рис. 3. Вращающийся конвертер для продувки сверху

Первый период при продувке кислородом продолжается около 2 мин. и сопровождается повышением температуры металла до 1550— 1750° вследствие выделения большого количества теплоты при окислении железа, кремния и марганца.

При дальнейшей продувке шум стихает, пламя уменьшается и исчезает и появляется бурый дым; это свидетельствует о завершении выгорания примесей и интенсивном окислении железа, поэтому в конце второго первдда продувку заканчивают.

В настоящее время освоены и применяются методы остановки продув на заданном содержаний углерода, при этом продувка прерывается во втором периоде до появления бурого дыма.

Рис. 4. График изменения состава металла при продувке кислородом через днище

По окончании продувки производят раскисление стали.

Необходимость раскисления вызывается тем, что закись железа (FeO), растворенная в стали, придает ей красноломкость (хрупкость в горячем состоянии). Раскисление производится элементами, обладающими большим сродством к кислороду, чем железо. Такими элементами являются марганец и кремний, содержащиеся в зеркальном чугуне, ферромарганце и ферросилиции, а также алюминий.

Готовый металл выливают в ковш и разливают по изложницам.

Томасовский процесс. Томасовский способ получения стали появился вследствие необходимости переработки фосфористых чугунов, которые получаются из фосфористых руд, достаточно распространенных в природе (например, Керченские руды в СССР).

Для переработки фосфористых чугунов применяются конвертеры с основной футеровкой из свежеобожженного доломита (состоящего преимущественно из СаО и MgO) или из хромомагнезита.

В последние годы все возрастающее распространение получает способ продувки кислородом фосфористых чугунов сверху в конвертерах с глухим дном.

В конвертер сначала загружается известь в количестве 4—10% от веса чугуна (в зависимости от количества фосфора и серы в последнем), а затем производится заливка самого чугуна при температуре 1250—1300°.

В ходе процесса делают присадку железной руды и скрапа.

При переработке высокофосфористых чугунов с целью предотвращения перехода фосфора из шлака в металл производят спуск высокофосфористого шлака и загрузку дополнительных порций извести.

На рис. 9 приведен график изменения состава металла при переработке высокофосфористого чугуна в 30-тонном вращающемся конвертере; точки а и б соответствуют времени спуска шлака, точка в выпуску стали. Полученный фосфористый шлак является ценным удобрением, поэтому он считается не отходом, а вторым продуктом плавки.

По окончании продувки производят раскисление стали (в конвертере или в ковше).

Наличие горячего высо-коизвестковистого шлака обеспечивает возможность более быстрого окисления и ошлакования фосфора по сравнению с углеродом (при продувке воздухом фосфор переходит в шлак после выгорания углерода), поэтому при продувке кислородом сверху можно сохранить содержание углерода на нужном пределе. Например, из графика рис. 9 видно, что процесс продувки закончен при содержании 0,5%С и 0,25% Р.

Качество конвертерной стали, продутой кислородом, не уступает мартеновской, поэтому она используется наравне с мартеновской в различных отраслях промышленности вплоть до автомобильной для изготовления деталей методом глубокой вытяжки и др.

Реклама:

Мартеновский способ производства стали