Урок № 31. “Сущность кислородно-конвертерного процесса”

Конвертерные процессы с донной продувкой

Сущность конвертерных процессов с донной продувкой (бессемеровский и томасовский) заключается в том, что чугун, залитый в конвертер, продувают снизу воздухом; кислород воздуха окисляет примеси чугуна, в результате чего он превращается в сталь. При томасовском процессе, кроме того, в основный шлак удаляются фосфор и сера. Тепло, выделяющееся при окислении, обеспечивает нагрев стали до температуры ≈1600°С.

Бессемеровский процесс

В конвертер, находящийся в горизонтальном положении, заливают чугун, затем через фурмы расположенные в днище конвертера, подают под давлением воздух и ставят конвертер в вертикальное поло­жение.

При продувке кислород воздуха окис­ляет в чугуне железо, кремний, марганец и углерод. Вначале идут процессы окисления железа, кремния и марганца, сопровождающиеся выделением большого количества тепла. С повышением температу­ры металла и шлака начинает окисляться (выгорать) и углерод. По достижении нужного содержания углерода в металле конвертер снова поворачивают в горизон­тальное положение, дутье прекращают и сталь вылива­ют в ковш, а из него в изложницы. Остатки шлака вы­ливают в шлаковню. Время продувки металла в кон­вертере составляет 12—30 мин в зависимости от садки конвертера.

Температура чугуна, заливаемого в конвертер, 1150—1180° С, а температура выпускаемой стали 1550— 1600° С. Тепло, необходимое для проведения плавки, вы­деляется в результате протекания экзотермических ре­акций в жидком чугуне при его продувке.

Бессемеровский процесс состоит из трех периодов:

1. Окисление железа, кремния и марганца, углерод почти не окисляется;

2. Интенсивное окисление углерода;

3. После значительного снижения содержа­ния углерода в металле, снова начинается энергичное окисление оставшихся кремния, марганца, а также же­леза, восстановленного кремнием и марганцем.

Металл продувают до содержания углерода около 0,1%. Кремний и марганец к этому моменту окисляют­ся практически полностью, а их окислы пе­реходят в шлак. Если металл передуют, то в стали будет нахо­дится значительное количество закиси железа.

После окончания продувки сталь раскисляют зер­кальным чугуном, ферромарганцем и ферросилицием. Выход годной стали 89—91% от массы металлической шихты.

В бессемеровских конвертерах перерабатывают спе­циальные малофосфористые и малосернистые чугуны (содержание Р<0,07% и S<0,06%). Бессемеровский процесс является кислым, идущим на кислых шлаках, и футеровка конвертера выполняется из кислого огнеупора — динаса. При кислом процессе из металла не удаляются фосфор и сера, поэтому в бессемеров­ской стали, содержится значительное количество фосфо­ра. Кроме того, в результате тесного контакта с возду­хом дутья в ней содержится много азота.

Недостатки бессемеровской стали - повышенная хрупкость, особенно при низких температу­рах, и повышенная склонность к старению.

Достоинствами бессемеровского процесса - являются высокая производительность, простота устройства кон­вертера, отсутствие необходимости применять топливо, сравнительно низкие затраты и расходы по переделу.

В настоящее время бессемеровская сталь применяет­ся для изготовления рельс, сортового проката для строи­тельных конструкций, арматуры и т. д.

Томасовский процесс

Томасовский процесс – это ­получение стали из высокофосфористых жидких чугу­нов, путем их продувки воздухом, в конвертерах с основ­ной футеровкой, с применением в качестве шлакообразующего флюса обожженной извести.

Главным источником тепла в томасовском конверте­ре являются реакции окисления фосфора.

Томасовский процесс отличается от бессемеровского тем, что фосфор переходит в шлак после окисления кремния, марганца и углерода, поэтому при необходи­мости выплавки стали со значительным содержанием углерода, процесс продувки доводят до конца, после че­го выпускают из конвертера шлак и затем производят науглероживание стали до нужного содержания угле­рода.

Томасовский процесс состоит из трех периодов:

1. Окисляются железо, кремний и марга­нец, углерод почти не окисляется;

2. В результате разогрева ванны начинает гореть углерод, взаимодействуя с за­кисью железа; реакция идет бурно, ча­сто с выплесками металла; из горло­вины конвертера выбиваются длинные бело-желтые языки пламени, к концу периода пламя спадает;

3. Окисление и переход в шлак фосфора в виде фосфорнокислого кальция (СаО)₄-Р₂О₅.

Исходными материалами томасовского процесса яв­ляются чугун (содержание фосфора 1,6—2,0 %, содер­жание серы до 0,08 %), скрап, известь, железная руда и ферросплавы.

Сера при томасовском переделе удаляется в шлак с большим трудом. Кремний ухудшает качество шлака и процесс томасирования. В настоящее время широко применяется обессеривание и обескремнивание томасов­ского чугуна до заливки его в конвертер.

Скрап и железная руда должны быть чистыми по содержанию серы, известь — чистой по содержанию се­ры и содержать минимальное количество кремнезема и максимальное количество окиси кальция.

Недостатки томасовской стали: повы­шенная хладноломкость, склонность к старению, пони­женная деформируемость в холодном состоянии, сравни­тельно плохая электросвариваемость.

Томасовскую сталь применяют для изготовления сортового проката, проволоки, рельсов, листа и др.