Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
конвертер.docx
Скачиваний:
9
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
1.59 Mб
Скачать

Конвертер

Конвертер (англ. converter, от лат. converto — изменяю, превращаю), аппарат для получения стали из расплавленного чугуна продувкой его воздухом или кислородом, а также для получения черновой меди или файнштейна продувкой воздуха через штейны.

В чёрной металлургии различают К. с продувкой чугуна воздухом снизу (см. Бессемеровский процесс, Томасовский процесс) и кислородом сверху (см. Кислородно-конвертерный процесс). Общий вид К. для продувки чугуна снизу дан на. Корпус — стальной кожух, футерован огнеупорным кирпичом — кислым (динасовым) в бессемеровском К. и основным (доломитовым) в томасовском К. Футерованное днище снабжено соплами для подачи воздуха. Сопла либо непосредственно пронизывают днище, либо выполнены в отдельных огнеупорных (шамотных) кирпичах — фурмах. Воздух через пустотелую цапфу и патрубок подаётся в воздушную коробку, из которой поступает снизу в чугун и продувает его. Давление дутья значительно больше ферростатического давления чугуна, вследствие чего чугун во время продувки не заливает сопла. Корпус не симметричен относительно вертикальной оси, он имеет выгиб, называемый спиной К. Это сделано для увеличения емкости К. при горизонтальном его положении. Через верхнее отверстие, называемое горловиной, заливают чугун, выливают сталь и шлак; через него выходят конвертерные газы при продувке. Поворот К. осуществляется зубчатой рейкой со штоком, приводящимся в движение поршнем гидравлического цилиндра или через редуктор электродвигателем. Положение К. при заливке чугуна горизонтальное, во время продувки — вертикальное.

В малом бессемеровском К. дно глухое, а сопла вставлены горизонтально в заднюю стенку так, что воздушное или комбинированное (воздух с кислородом) дутьё направляется па поверхность чугуна.

В отличие от бессемеровских и томасовских, К. для продувки чугуна кислородом сверху имеют глухое днище без фурм и воздушной коробки и снабжены шлемом. Днище иногда выполняется съёмным для удобства ремонта. Ёмкость К. 100—350 m. Корпус К. обычно цилиндрический, днище имеет полусферическую чашеобразную форму; шлему придается форма усеченного конуса с меньшим основанием вверху. Верхнее отверстие шлема (горловина) служит для заливки чугуна, загрузки лома, извести и других материалов, а так же для выхода газов во время продувки. Для отделения металла от шлака при сливе в ковш К. снабжают леткой. Кожух К. сваривают из толстых стальных листов и футеруют смолодоломитовым кирпичом, толщина футеровки 700—900 мм. Перед вводом К. в работу футеровку обжигают. Обычно футеровка выдерживает 450—600 плавок. Механизм поворота К. состоит из системы передач (редукторов), связывающих цапфу с приводом. Частота вращения может меняться от 0,01 до 2,0 об/мин.

Водоохлаждаемая фурма для подачи кислорода в К. изготавливается обычно из трёх стальных труб, вставленных одна в другую. Нижняя часть фурмы заканчивается наконечником (соплом) из красной меди, через который кислород поступает в К. Во время продувки в К. образуется значительное количество отходящих газов. Для использования тепла отходящих газов и очистки этих газов за каждым К. устанавливают котел-утилизатор и установку для очистки газов. Управление конверторным процессом осуществляется с помощью счётно-решающих машин, в которые вводится информация о показателях процесса (состав и количество чугуна, лома, извести, отходящих газов, температура пламени и др.). Полученная после продувки жидкая сталь выпускается из К. в сталеразливочный ковш, установленный на электрифицированной дистанционно управляемой самоходной тележке и передаётся в разливочное отделение.

В цветной металлургии применяют К. главным образом цилиндрической формы. Диаметр такого К. 3—4 м, длина 6—9 м, ёмкость 40—100 т. Стальной корпус К. футеруют магнезитовым кирпичом и покрывают слоем магнезита. Заливка штейна, загрузка флюсов, оборотных материалов, концентрата, а также слив шлака и жидкого металла производится через горловину К. Мелкий материал может загружаться через отверстие в торцевой стенке с помощью пневматической пушки. Фурмы для подачи воздуха расположены снизу К. К. имеет поворотный механизм для выпуска жидких продуктов. См. также Конвертирование.

Бессемеровский процесс

Бессемеровский процесс, бессемерование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива (см. Конвертерное производство).

Б. п. был предложен Г. Бессемером в 1856 в связи с растущими потребностями в стали, вызванными ростом ж.-д. строительства, судостроения и машиностроения; он был прогрессивным для того времени методом получения литой стали. Первые заводские опыты производства бессемеровской стали в России относятся к концу 50-х гг. 19 в. (уральские заводы Кушвинский, Нижнеисетский, Сысертский, Всеволодо-Вильвинский и др.). При организации Б. п. в промышленных масштабах русские металлурги (Д. К. Чернов на Обуховском в 1872 и почти одновременно К. П. Поленов на Нижнесалдинском заводах) пошли самостоятельными путями и разработали особый способ передела малокремнистых чугунов в бессемеровском конвертере, получивший название русского бессемерования. Этот способ характеризовался высоким нагревом чугуна в вагранке (Обуховский завод) или в отражательной печи (Нижнесалдинский завод) перед его заливкой в конвертер. Б. п. обычно осуществляется в конвертерах с донной продувкой через установленные в днище конвертера фурмы. Сквозь жидкий чугун, залитый в бессемеровский конвертер, продувают сжатый воздух, чаще атмосферный, реже — обогащенный кислородом. Под воздействием дутья примеси чугуна (кремний, марганец, углерод) окисляются, выделяя значительное количество тепла, в результате чего одновременно снижается содержание примесей в металле и повышается температура, поддерживающая его в жидком состоянии. В производстве стали для фасонного литья применяют небольшие конвертеры с боковой продувкой. Этот процесс получил название малого бессемерования.

Течение Б. п. определяется прежде всего химическим составом и температурой заливаемого в конвертер чугуна. В Б. п. значительную роль играет кремний, окисление которого в начале процесса способствует повышению температуры в тот период, когда она ещё недостаточна для реакции обезуглероживания. Чем выше степень перегрева чугуна сверх температуры плавления, тем ниже содержание кремния в чугуне. Бессемеровский чугун по содержанию Si делят на три группы: холодный (менее 1,0% Si), химически нормальный (1,0—1,5% Si) и химически горячий (свыше 1,5% Si). По степени нагрева заливаемого в конвертер чугуна различают: горячий (1350°С и выше), физически нормальный (1250 — 1350°С) и физически холодный (ниже 1250°С) чугун. Регулируя соотношение факторов (химический состав, главным образом содержание кремния, и температуру чугуна), строят тепловой баланс Б. п., определяющий нормальный его ход и надлежащие свойства конечного продукта — стали. Ход Б. п. (т. е. последовательность реакций окисления примесей чугуна) обусловливается температурным режимом. Температуру Б. п. регулируют изменением количества дутья или введением в конвертер добавок к металлу. Для понижения температуры металла обычно вводят стальной скрап, руду или окалину. При недостатке тепла практикуется присадка ферросплавов, богатых кремнием. Температура металла при выпуске около 1600°С. Продутый металл, т. н. бессемеровская сталь, содержит в растворе избыток кислорода в виде закиси железа (Fe0). Поэтому заключительная стадия плавки — раскисление металлов с помощью ферросплавов.

Получающиеся при продувке чугуна нелетучие окислы входящих в его состав элементов (кремнезём, закиси марганца и железа — SiO2, MnO и FeO) совместно с компонентами разъедаемой футеровки образуют шлак, химический состав которого по ходу продувки непостоянен. Примерный химический состав шлака нормально проведённой операции при изготовлении низкоуглеродистой стали: 60% Si02, 3% AI2O3, 15% FeO, 17% MnO, незначительное содержание CaO+MgO. Ярко выраженный кислотный характер шлаков при наличии также кислой футеровки конвертера не даёт возможности при Б. п. удалить из металла вредные примеси — фосфор и серу. Лишь незначительная доля фосфора улетучивается с газами в парообразном состоянии. Чистота в отношении серы и фосфора — непременное требование к бессемеровским чугунам. Для выплавки бессемеровского чугуна пригодны лишь специальные "бессемеровские" руды с содержанием фосфора не более 0,025—0,03%, запасы которых весьма ограничены.

Высокое содержание азота в дутье существенно отражается на тепловом балансе Б. п.: на нагрев балластного азота (основного компонента дымовых газов при средней их температуре 1450°С) расходуется около 630 кдж (150 ккал) тепла на 1 кг продуваемого чугуна. Кроме того, наличие азота в металле, в котором он частично растворяется, резко ухудшает качество стали.

Всё повышающиеся требования к стали и наряду с этим значительное уменьшение запасов "бессемеровских" руд привели к резкому сокращению бессемеровского производства. Этому способствовала также и ограниченная ёмкость конвертеров донного дутья (до 50 т). Производство бессемеровской стали (в % к общему производству стали) составляет: в СССР — 1,5; США — 0,2; Франции — 0,3; Англии — 0,06. Более перспективны, чем Б. п., мартеновский процесс, а в последние десятилетия — кислородно-конвертерный процесс.

Томасовский процесс

Томасовский процесс, томасирование чугуна, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива (см. Конвертерное производство). Т. п. был предложен С. Дж. Томасом в 1878 и успешно конкурировал с бессемеровским процессом, т.к. позволял перерабатывать чугун, содержащий до 2% P. Распространению Т. п. способствовало то, что томасовская сталь была дешевле стали, полученной другими способами.

Наибольшее применение Т. п. получил сначала в Германии, обладавшей в то время большими запасами лотарингских высокофосфористых руд (первые плавки в 1879). В России Т. п. был введён в 80-х г. 19 в. на Таганрогском, Керченском и Мариупольском заводах. В конце 19 в. томасовская сталь по объёму мирового производства (около 25% от всей выплавки стали) занимала 2-е место (после бессемеровской). Однако несколько повышенное по сравнению с мартеновским металлом содержание азота и фосфора, обусловившее большую хрупкость и хладоломкость томасовской стали, ограничило область её применения. В начале 20 в. Т. п. уступил по объёму производства стали мартеновскому процессу. В дальнейшем доля томасовского металла продолжала снижаться (в 1974 менее 2%).

Течение Т. п. определяется прежде всего химическим составом томасовского чугуна, богатого фосфором. Томасовский конвертер имеет такую же конструкцию, как и бессемеровский, но несколько больше по размерам. Коренное различие между конвертерами состоит в футеровке. Основная футеровка томасовского конвертера (из "намертво" обожжённого доломита) даёт возможность загружать в него известь (12—15% от массы чугуна) для ошлакования и удаления фосфора. После загрузки извести заливают чугун с температурой 1180—1250 °С, поворачивают конвертер в вертикальное рабочее положение и начинают продувку, в ходе которой окисляются Si, Mn, частично Fe, С и Р. Металл продувается до 0,05% С, так как только к концу окисления С начинается интенсивное окисление Р (до 0,04— 0,05% Р). S из металла удаляется лишь частично. При Т. п. металл часто приходится охлаждать добавками руды, окалины или скрапа. В конце плавки металл раскисляют и науглероживают коксом, графитом, термоантрацитом или древесным углём в бумажных пакетах. Выход годного металла 85—89%, выход томасшлака (используемого как фосфорное удобрение) 18—20% от массы металла. При ёмкости конвертера 18—70 т продолжительность продувки 16—22 мин, а длительность всей плавки 25—40 мин. Выплавленная сталь идёт на сортовой прокат, лист, кровельное железо, проволоку, рельсы.

В 50-х гг. 20 в. был разработан ряд новых вариантов Т. п., позволявших получать сталь с пониженным содержанием азота: продувка воздухом, обогащенным кислородом, парокислородной смесью, смесью кислорода и углекислого газа. Однако к середине 70-х гг. 20 в. Т. п. практически вытеснен кислородно-конвертерным процессом. В СССР томасовских конвертеров нет.

Кислородно-конвертерный процесс

Кислородно-конвертерный процесс, один из видов передела жидкого чугуна в сталь без затраты топлива путём продувки чугуна в конвертере технически чистым кислородом сверху. О целесообразности использования кислорода при производстве стали в конвертерах указывал ещё в 1876 русский металлург Д. К. Чернов. Впервые применил чистый кислород для продувки жидкого чугуна снизу советский инженер Н. И. Мозговой в 1936. В 1939—41 на Московском заводе станкоконструкций проводились опыты по продувке чугуна сверху кислородом в 1,5-т ковше и выплавлялась сталь для фасонного литья. Впервые К.-к. п. был опробован в промышленном масштабе в Австрии в 1952. Первый кислородно-конвертерный цех в СССР был введён в эксплуатацию в Днепропетровске на металлургическом заводе им. Петровского в 1956.

К.-к. п. осуществляется в конвертере с основной смолодоломитовой (доломит, смешанный со смолой) футеровкой и с глухим дном; кислород под давлением более 1 Мн/м2 (10 кгс/см2) подаётся водо-охлаждаемой фурмой через горловину конвертера. С целью образования основного шлака, связывающего фосфор, в конвертер в начале продувки добавляют известь. Под воздействием дутья примеси чугуна (кремний, марганец, углерод и др.) окисляются, выделяя значительное количество тепла, в результате чего одновременно снижается содержание примесей в металле и повышается температура, поддерживая его в жидком состоянии. Когда содержание углерода достигает требуемого значения (количество углерода определяется по времени от начала продувки и по количеству израсходованного кислорода), продувку прекращают и фурму извлекают из конвертера. Продувка обычно длится 15—22 мин. Полученный металл содержит в растворе избыток кислорода, поэтому заключительная стадия плавки — раскисление металла. Течение К.-к. п. (т. е. последовательность реакций окисления примесей чугуна) обусловливается температурным режимом процесса и регулируется изменением количества дутья или введением в конвертер "охладителей" (скрапа, железной руды, известняка). Температура металла при выпуске около 1600 °С. На приведена схема получения стали в кислородном конвертере.

Применение при конвертировании кислородного дутья вместо воздушного (см. Бессемеровский процесс, Томасовский процесс) позволило получать сталь с низким содержанием азота (0,002—0,006%). Высокая температура К.-к. п. способствует интенсивному окислению углерода, поэтому содержание кислорода, растворенного в металле, снижается до 0,005—0,01%. Расход кислорода на 1 т чугуна при К.-к. п. составляет " 53 м3. При одном и том же качестве стали К.-к. п. по сравнению с мартеновским (см. Мартеновское производство) даёт экономию по капиталовложениям на 20—25%, снижение себестоимости стали на 2—4% и увеличение производительности труда на 25—30%. В СССР за 1965—71 выплавка стали в кислородных конвертерах увеличена с 4 до 23,2 млн. т в год, или в 5,8 раза. Рост производства конвертерной стали сопровождается ростом ёмкости конвертеров. С технологической точки зрения, увеличение емкости конвертера не создает каких-либо дополнительных трудностей ведения плавки. Поэтому даже в крупных конвертерах выплавляют не только рядовую низкоуглеродистую сталь, но и среднеуглеродистую, высокоуглеродистую, низколегированную и легированную стали.

.

Завалочная машина

Перевод

Завалочная машина

служит для завалки (загрузки) в сталеплавильные агрегаты шихты (стального лома, руды, флюсов и др.). Различают З. м.: напольные (рельсовые или безрельсовые) и подвесные.

Напольные рельсовые З. м. (рис.) устанавливают в мартеновских цехах с крупными печами (ёмкостью 150 т и более). Все узлы машины смонтированы на мосту, который передвигается по рельсам, уложенным на рабочей площадке печного пролёта цеха вдоль фронта печей. Внутри моста перемещается тележка с хоботом, предназначенным для ввода коробки с шихтой (мульды (См. Мульда)) в завалочное окно печи. Грузоподъёмность таких З. м. от 7 до 15 т. Они просты по конструкции, надёжны в эксплуатации, высокопроизводительны (одна машина может обслуживать 4 печи), но требуют сооружения утяжелённой рабочей площадки. Напольные безрельсовые З. м. предназначены для обслуживания печей малой ёмкости (5—20 т). В отличие от напольных рельсовых З. м., они могут передвигаться в любом направлении и легко разворачиваются даже на небольших площадках.

Подвесные З. м. работают, как правило, в цехах с печами средней ёмкости (20—150 т). Машина такого типа состоит из мостового крана с главной и вспомогательной (крановой) тележками (последняя предназначена для ремонтных работ и уборки шлака). Грузоподъёмность подвесных З. м. (в числителе — масса шихты в мульде, в знаменателе — грузоподъёмность вспомогательной тележки): 1,5/20, 3/10, 5/20 и 8/20 т. Достоинство подвесных З. м. заключается в том, что из-за отсутствия рельсовых путей облегчается обслуживание печей. К недостаткам машин такого типа относятся сложность конструкции, сравнительно невысокая производительность (каждая машина обслуживает 2—3 печи), невозможность работы в одном пролёте З. м. и заливочных кранов.

С. И. Венецкий.

Схема напольной рельсовой завалочной машины: 1 — мартеновская печь; 2 — мульда; 3 — мульдовая тележка; 4 — хобот; 5 — тележка завалочной машины; 6 — мост завалочной машины; 7 — токосъёмная конструкция; 8 — габарит подвижного состава.

авалочная машина

Завалочная машина, служит для завалки (загрузки) в сталеплавильные агрегаты шихты (стального лома, руды, флюсов и др.). Различают З. м.: напольные (рельсовые или безрельсовые) и подвесные.

Напольные рельсовые З. м. (рис.) устанавливают в мартеновских цехах с крупными печами (ёмкостью 150 т и более). Все узлы машины смонтированы на мосту, который передвигается по рельсам, уложенным на рабочей площадке печного пролёта цеха вдоль фронта печей. Внутри моста перемещается тележка с хоботом, предназначенным для ввода коробки с шихтой (мульды) в завалочное окно печи. Грузоподъёмность таких З. м. от 7 до 15 т. Они просты по конструкции, надёжны в эксплуатации, высокопроизводительны (одна машина может обслуживать 4 печи), но требуют сооружения утяжелённой рабочей площадки. Напольные безрельсовые З. м. предназначены для обслуживания печей малой ёмкости (5—20 т). В отличие от напольных рельсовых З. м., они могут передвигаться в любом направлении и легко разворачиваются даже на небольших площадках. Только два дня

Подвесные З. м. работают, как правило, в цехах с печами средней ёмкости (20—150 т). Машина такого типа состоит из мостового крана с главной и вспомогательной (крановой) тележками (последняя предназначена для ремонтных работ и уборки шлака). Грузоподъёмность подвесных З. м. (в числителе — масса шихты в мульде, в знаменателе — грузоподъёмность вспомогательной тележки): 1,5/20, 3/10, 5/20 и 8/20 т. Достоинство подвесных З. м. заключается в том, что из-за отсутствия рельсовых путей облегчается обслуживание печей. К недостаткам машин такого типа относятся сложность конструкции, сравнительно невысокая производительность (каждая машина обслуживает 2—3 печи), невозможность работы в одном пролёте З. м. и заливочных кранов.

Кислородно-конвертерный процесс с верхним дутьем

Кислородно-конвертерный процесс — это процесс производства стали из жидкого чугуна с добавлением стального лома в конвертер со щелочной футеровкой и продувкой кислородом сверху сквозь водоохлаждаемую фурму.

В промышленности этот технологический процесс был впервые внедрен в Австрии в 1952 г. на заводах в городах Линце и Донавице.

В Украине в 1956 г. впервые внедрен кислородно-конвертерный процесс с верхним дутьем в конвертерном цехе Днепропетровского завода им. Петровского, где были переоборудованы бессемеровские конвертеры емкостью 20 т.

За короткое время кислородно-конвертерный процесс получил широкое распространение во многих странах.

Процесс получил несколько названий: LD-процесс (от немецких слов Linz Dusenferfaren — фурмовый процесс в Линце); ВОР-процесс (от английских слов Basic Oxygen Process — основной кислородный процесс); кислородно-конвертерный процесс (название принято в отечественной практике).

В последнее время появилось много разновидностей кислородно-конвертерного процесса (ОLP — Oxygene — Lance — Poudre — от французского кислород — фурма — пудра; КМS — по названию немецких заводов Klockner, Maxhutte и слова Stahlhersteelung и много других).

Футеровка кислородного конвертера выполняется из периклазоуглеродного, смолодоломитомагнезитового, смолодоломитового или магнезитового кирпича. Иcпользование основных огнеупоров на основе MgO, CaO дало возможность наводить во время процесса основные шлаки, выполнять дефосфорацию и десульфурацию металла.

Процесс плавки стали в кислородных конвертерах разделяют на такие этапы: загрузка металлического лома, заливка жидкого чугуна, продувка ванны кислородом, введение сыпучих материалов, образующих шлак, контроль температуры металла и отбор проб, слив металла и шлака, осмотр футеровки конвертера и подготовка к следующей плавке. Цикл плавки начинают с загрузки металлического лома в конвертер.

7.2.1. Загрузка металлического лома

Количество стального лома достигает 25—27 % от массы шихты. К металлу, как и при обычных сталеплавильных процессах, предъявляются следующие требования: отсутствие высокого содержания фосфора, серы, добавок цветных металлов и ржавчины. Кроме того, ограничивают максимальный размер кусков лома, потому что очень большие могут не успеть раствориться в металле за время продувки, а во время загрузки могут повредить футеровку конвертера. Для конвертеров емкостью 100—350 т размер кусков лома не должен быть больше таких габаритов: 0,3 × 0,3 × 1,0 м, а для пакетов лома не больше 0,7 × 1,0 × 2,0 м.

Металлолом попадает в конвертеры из отделения шихтовых магнитных материалов (скрапного отделения) или непосредственно из скрапоразделительного узла.

Загрузку производят мульдами разной вместимости в зависимости от объема конвертера. Загрузка лома и заливка чугуна в конвертер разрешается начинать при температуре футеровки не ниже 1000 °С по команде мастера (сталевара) конвертера. Поскольку конвертер является высокопродуктивным агрегатом, во всех новых кислородно-конвертерных цехах применяют односовковую загрузку скрапа.

Во время завалки конвертер наклоняют в сторону грузового пролета на угол 45°. Краном из грузового просвета или специальной машиной мульды с металлоломом подают к горловине конвертера, наклоняют и высыпают скрап в конвертер. Равномерность распределения металлолома в середине рабочего пространства конвертера обеспечивается его покачиванием.

При наличии в конвертере металла и шлака от предыдущей плавки до начала завалки должны быть приняты меры по их удалению из конвертера или загущению путем добавления извести в определенном количестве.

7.2.2. Заливка жидкого чугуна

Основным шихтовым материалом для кислородно-конвертерного цеха является жидкий чугун. Жидкий чугун попадает в конвертеры из миксерного отделения или из отделения переливания самоходными чугуновозами, емкость которых соответствует емкости конвертера. Чугуновозный ковш подают к моменту выпуска предыдущей плавки. Конвертер находится в наклонном положении, как и во время операции по завалке металлолома. Не делая большого перерыва, в конвертер на скрап заливают жидкий чугун при помощи заливочного крана с чугуновозным ковшом, который передвигается по рабочей площадке вдоль фронта конвертеров. Массу чугуна, заливаемого в конвертер, рассчитывают в зависимости от заданной марки стали, массы отливок, количества охладителей (лома, окатышей, руды).

Загруженный конвертер устанавливают в вертикальное положение.

Большое значение придают стабильности металлолома по массе и составу, а также стабильности жидкого чугуна по химическому составу и температуре. Содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,2—0,3 %, потому что при большем содержании необходимо выполнять промежуточный слив шлака во время продувки и наводить новый шлак, что снижает продуктивность конвертера. Также чугун должен содержать не более 0,04—0,06 % серы, потому что десульфурация металла во время плавки в кислородном конвертере протекает недостаточно полно.

Температура жидкого чугуна, который перерабатывают в конвертерах на сталь, обычно составляет 1300—1450 °С. Использовать чугун с более низкой температурой нежелательно, поскольку это приводит к холодному началу продувки и замедлению образования шлака.

После доливки чугуна конвертер возвращают в вертикальное рабочее положение.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.