Производство стали в конвертерах
Среди различных способов производства стали, особую актуальность получил кислородно-конвертерный способ. В основном, кислородно-конверторный способ используется для получения углеродистых сталей. Преимуществами этого способа является высокая производительность, количество производимой стали за 45 минут составляет 300-350 т. Кислородно-конвертерный процесс производства стали используется во всем мире и считается наиболее прогрессивным.
Сначала конвертер наполняют скрапом, наклонив его при помощи завалочных машин. После этого в конвертер помещают жидкий чугун, нагретый до температуры 1250-1400 градусов. Наполненный чугуном конвертер вновь устанавливают в вертикальное положение.
На следующем этапе происходит подача кислорода в конвертер при помощи кислородной фурмы. Этот процесс называется продувкой. Параллельно с подачей кислорода, в конвертер помещают шлакообразующие материалы. Действие кислорода на металл связано с высоким давлением подачи. Именно за счет давления кислород проникает в металл. Взаимодействие чугуна и кислорода вызывает окисление примесей чугуна.
Возможны два способа производства стали в конвертерах: бессемеровский и томасовский
Бессемеровский способ
Бессемеровским способом происходит переработка кремнистых чугунов, которые дают кислый шлак. Находящийся в чугуне фосфор остается в полученной стали.
Бессемеровский процесс осуществляется в три этапа. Сначала происходит окисление кремния, марганца и железа. Этот этап длится до 6 минут. В его основе – образование шлаков при повышении температуры до 1750 градусов. После того, как из чугуна выгорит кремний и марганец, наступает второй этап – окисление углерода и сгорание примесей. Последний этап связан с появлением дыма бурого цвета. Это говорит о том, что весь кремний выгорел.
Томасовский способ
Отличие этого процесса состоит в том, что в конвертер перед началом работы вводят известь. При этом шлак переводится в окись фосфора. Данный способ позволяет увеличить количество содержащегося фосфора в выплавляемой стали.
Благодаря обогащению дутья кислородом, можно добиться более быстрого выплавления стали, имеющей высокое качество.
Основные этапы получения стали в конвертерных печах.
1.Наполнение конвертера жидким чугуном
2.Вдувание в конвертер с чугуном кислорода
3. Наполнение конвертера шлаками
4.Окисление примесей чугуна под влиянием кислорода
5. Образование стали
Процесс получения стали кислородно-конвертерным способом требует четкого соблюдения технологии.
Реакция окисления
В процессе продувки за счет кислорода окисляется излишний углерод, а также кремний, большая часть марганца и некоторое количество железа. Окисление добавок жидкого чугуна — углерода, кремния и марганца можно представить такими суммарными уравнениями:
[C] + ½ 1/2O2 = CO;
[Si] + O2 = (SiO2);
[Mn] + 1/2O2 = (MnO).
Но нужно иметь в виду, что за счет непосредственного взаимодействия с газообразным кислородом окисляется незначительная часть добавок. Окисление большинства добавок происходит по более сложной схеме — во-первых, в зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо: Fe + 1/2 O2 = FeO; это связано с тем, что концентрация железа намного больше, чем концентрации остальных элементов. Закись железа частично растворяется в металле: FeO [O] + Fe и частично в шлаке: FeO (FeO), а уже потом за счет растворенного в металле и шлаке кислорода окисляются другие составляющие жидкого чугуна. Окисление, например, углерода происходит по таким схемам:
Fe + 1/2O2 = FeO; Fe + 1/2O2 = FeO;
FeO = [O] + Fe; FeO = (FeO);
[C] + [O] = CO; [C] + (FeO) = CO + Fe.
Если подвести итог уравнений правого и левого столбцов, то в обоих случаях получим итоговую реакцию окисления углерода: [C] + 1/2 O2 = CO, которая отражает только начальное и конечное состояние процесса окисления.
Таким образом, для продувки в конвертере характерно прямое окисление железа в зоне контакта кислородной струи с металлом (в «первичной реакционной зоне») и окисление остальных составляющих металла за счет вторичных реакций на границе с первичной реакционной зоной и в другом объеме ванны.