Чудеса техники

Конвертеры

В 1855 году англичанин Генри Бессемер провел интереснейший опыт: он расплавил в

Тигле кусок доменного чугуна и продул его воздухом. Хрупкий чугун превратился в

Ковкую сталь. Все объяснялось очень просто - кислород воздуха выжигал углерод из

Расплава, который удалялся в атмосферу в виде оксида и диоксида. Впервые в

Истории металлургии для получения продукта не требовался дополнительный подогрев

Сырья. Это и понятно, ведь Бессемер реализовал экзотермическую реакцию горения

Углерода! Процесс был удивительно быстротечен. В пудлинговой печи сталь получали

Лишь за несколько часов, а здесь - за считанные минуты. Так Бессемер создал

Конвертер - агрегат, превращающий расплавленный чугун в сталь без

Дополнительного нагрева. Д. И. Менделеев назвал бессемеровские конвертеры печами

Без топлива. А поскольку по форме агрегат Бессемера напоминал грущу, его так и

Называли - бессемеровская "груша".

В бессемеровском конвертере можно переплавлять не всякий чугун, а только такой,

В составе которого имеются кремний и марганец. Соединяясь с кислородом

Подаваемого воздуха, они выделяют большое количество теплоты, которая и

Обеспечивает быстрое выгорание углерода. Все же теплоты не хватает, чтобы

Расплавлять твердые куски металла. Поэтому в бессемеровском конвертере нельзя

Перерабатывать железный лом или твердый чугун. Это резко ограничивает

Возможности его применения.

Бессемеровский процесс - быстрый, дешевый и простой способ получения стали, но

Есть у него и большие недостатки. Поскольку химические реакции в конвертере идут

Очень быстро, то углерод выгорает, а вредные примеси - сера и фосфор - остаются

В стали и ухудшают ее свойства. Кроме того, при продувке сталь насыщается азотом

Воздуха, а это ухудшает металл. Вот почему,

8

Как только появились мартеновские печи, бессемеровский конвертер стал редко

Употребляться для выплавки стали. Гораздо больше конвертеры использовали для

Выплавки цветных металлов - меди и никеля.

Сегодняшний конвертер, конечно, можно в определенном смысле называть потомком

Бессемеровского детища, ибо в нем, как и прежде, сталь получают, продувая жидкий

Чугун. Но уже не воздухом, а технически чистым кислородом. Это оказалось намного

Эффективнее.

Кислородно-конвертерный способ выплавки стали пришел в металлургию более чем

Полвека назад. Созданный в Советском Союзе по предложению инженера-металлурга

Н. И. Мозгового, он полностью вытеснил бессемеровский процесс А первая в мире

Тонна кислородно-конвертерной стали была успешно выплавлена в 1936 году на

Киевском заводе "Большевик".

Оказалось, что таким способом можно не только перерабатывать жидкий чугун, но и

Добавлять в него значительные количества твердого чугуна и железного лома,

Который раньше можно было перерабатывать только в мартеновских печах Вот почему

Кислородные конвертеры получили такое большое распространение.

Но только в 1950-е годы конвертеры для выплавки стали окончательно выдвинулись

На первый план. Степень использования тепла в кислородном конвертере гораздо

Выше, чем в сталеплавильных агрегатах подового типа. Тепловой коэффициент

Полезного действия конвертера составляет 70 процентов, а у мартеновских печей не

Более 30. Кроме того, газы отходящие из конвертера, используются при дожигании в

Котлах-утилизаторах, или как топливо при отводе газов из конвертера без

Дожигания.

Существует три вида конвертеров: с донной продувкой, верхней и комбинированной.

В настоящее время наиболее распространенными в мире являются конвертеры с

Верхней продувкой кислородом - агрегаты весьма производительные и относительно

Простые в эксплуатации. Однако в последние годы во всем мире конвертеры с донным

И с комбинированным (сверху и снизу) дутьем начинают теснить конвертеры с

Верхней продувкой.

Рассмотрим устройство кислородного конвертера с верхней продувкой. Средняя часть

Корпуса конвертера цилиндрической формы, стены ванны сферической формы, днище

Плоское. Верхняя шлемная часть конической формы. Кожух конвертера выполняют из

Стальных листов толщиной 30- 90 миллиметров. В конвертерах садкой до 150 тонн

Днище отъемное, крепят его к корпусу болтами, что облегчает ремонтные работы.

При садке 250-350 тонн конвертер делают глуходонным, что вызвано необходимостью

Создания жесткой конструкции корпуса, гарантирующей от случаев прорыва жидкого

Металла.

Корпус конвертера крепят к специальному опорному кольцу, к которому приваривают

Цапфы. Одна из цапф через зубчатую муфту соединена с механизмом поворота. В

Конвертерах вместимостью больше двухсот пятидесяти тонн обе цапфы являются

Приводными. Конвертер цапфами опира-

НАУКА И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Ется на подшипники, установленные на станинах. Механизм поворота позволяет

Вращать конвертер вокруг горизонтальной оси.

Корпус и днище конвертера футеруют огнеупорным кирпичом. Подача кислорода в

Ванну конвертера для продувки металла осуществляется через специальную фурму,

Вводимую в горловину конвертера.

Первой операцией конвертерного процесса является загрузка скрапа. Конвертер

Наклоняют на некоторый угол от вертикальной оси и специальным коробом-совком

Вместимостью через горловину загружают в конвертер скрап - железный и стальной

Лом. Обычно загружают 20-25 процентов скрапа на плавку Если скрап не подогревают

В конвертере, то затем сразу же заливают жидкий чугун. После этого конвертер

Устанавливают в вертикальное положение, через горловину в конвертер вводят

Кислородную фурму.

Для наводки шлака в конвертер по специальному желобу вводят шлако-образующие

Материалы: известь и в небольшом количестве железную руду и плавиковый шпат.

После окисления примесей чугуна и нагрева металла до заданных величин продувку

Прекращают, фурму из конвертера удаляют и сливают металл и шлак в ковши.

Легирующие добавки и раскислители вводят в ковш.

Продолжительность плавки в хорошо работающих конвертерах почти не зависит от их

Вместимости и составляет 45 минут, продолжительность продувки - 15-25 минут.

Каждый конвертер в месяц дает 800-1000 плавок. Стойкость конвертера - 600-800

Плавок.

Движение металла в конвертере весьма сложное, помимо кислородной струи, на

Жидкую ванну воздействуют пузыри оксида углерода. Процесс перемешивания

Усложняется еще и тем, что шлак проталкивается струей газа в толщу металла и

Перемешивается с ним. Движение ванны и вспучивание ее выделяющимся оксидом

Углерода приводят значительную часть жидкого расплава в состояние эмульсии, в

Которой капли металла и шлака тесно перемешаны друг с другом. В результате этого

Создается большая поверхность соприкосновения металла со шлаком, что

Обеспечивает высокие скорости окисления углерода.

Конвертеры с донной продувкой кислородом из-за меньшего угара железа позволяют

Получить больший (на 1,5-2 процента) выход годной стали по сравнению с

Конвертерами с верхней продувкой. Плавка в 180-тонном конвертере с донной

Продувкой длится 32-39 минут, продувка - 12- 14 минут, то есть

Производительность выше, чем у конвертеров с верхней продувкой. Однако

Необходимость промежуточной замены днищ нивелирует это различие в

Производительности

Первые конвертеры с донной продувкой за рубежом были построены в 1966-1967

Годах. Необходимость создания такого конвертера обусловлена, в основном, двумя

Причинами. Во-первых, необходимостью переработки чугунов с повышенным

Содержанием марганца, кремния и фосфора. Поскольку передел такого чугуна в

Конвертерах с верхней продувкой сопро-

10

Вождается выбросами металла в ходе продувки и не обеспечивает должной

Стабильности химического состава готовой стали Во-вторых, тем, что конвертер с

Такой продувкой является наиболее приемлемой конструкцией, позволяющей

Осуществить реконструкцию существующих бессемеровских и томасовских цехов, и

Вписывается в здание существующих мартеновских цехов Этому конвертеру

Свойственно наличие большого числа реакционных зон, интенсивное окисление

Углерода с первых минут плавки, низкое содержание оксидов железа в шлаке В силу

Специфики работы сталеплавильной ванны при донной продувке в конвертерах

Подобного типа выход годного несколько выше, чем в других конвертерах, а

Запыленность отходящих газов ниже

В конвертерах с донной продувкой, имеющих большое число фурм, все

Технологические процессы протекают интенсивнее, чем в конвертерах с верхней

Продувкой Однако общая производительность конвертеров с донной продувкой не

Превышает значительно таковую для конвертеров с верхней продувкой по причине

Ограниченной стойкости днищ

Чтобы предохранить кладку днища конвертера от действия высоких температур, фурму

Делают в виде двух коаксиальных трубок - по центральной подается кислород, а по

Периферийной - какое-либо углеводородное топливо, чаще всего природный газ Таких

Фурм обычно 16-22 Большое число более мелких фурм обеспечивает лучшее

Перемешивание ванны и более спокойный ход плавки

Струя топлива отделяет реакционную зону от днища, снижает температуру около

Днища в месте выхода кислородных струй за счет отбора тепла на нагрев топлива,

Крекинг и диссоциации составляющих топлива и продуктов их окисления Охлаждающий

Эффект, кроме того, обеспечивается пылевидной известью, которая подается в струю

Кислорода Таким образом, продувка расплавленного металла несколькими струями

Кислорода снизу создает ряд благоприятных особенностей в работе конвертера

Обеспечивается большее число реакционных зон и большая межфазная поверхность

Контакта кислородных струй с металлом Это позволяет увеличить интенсивность

Продувки, повысить скорость окисления углерода Улучшается перемешивание ванны,

Повышается степень использования кислорода В результате появляется возможность

Расплавления больших по массе кусков скрапа Лучшая гидродинамика ванны

Обеспечивает более ровный и спокойный ход всей плавки, практически исключает

Выбросы В силу этого в конвертерах с донной продувкой можно перерабатывать

Чугуны с повышенным содержанием марганца и фосфора

Стремление повысить производительность агрегатов одновременно с необходимостью

Повысить однородность состава и температуры металла при возможности изготовления

Сталей широкого диапазона привело к использованию комбинированной продувки при

Относительно небольшом (по сравнению только с донной продувкой) количестве

Газов, вдуваемых через

НАУКА И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

11

Фурмы, установленные в днище конвертера В последнее время появилось два основных

Варианта такого процесса, когда снизу подают кислород или инертные газы с целью

Обеспечить интенсивное перемешивание ванны и ускорить процесс удаления примесей

При этом, как и при донной продувке, снизу вместе с газами может подаваться

Пылевидная известь По такому важному показателю, как возможный расход скрапа,

Конвертеры с верхней, донной и комбинированной продувкой оказываются

Приблизительно на одном уровне, при несколько более высоком выходе годного при

Донной продувке

В настоящее время в мире применяется и разрабатывается много различных методов

Комбинированной продувки расплавленной ванны, рационально сочетающих верхнюю и

Донную продувку, причем в последней используется как кислород, так и инертные

Газы (аргон, азот)

В кислородно-конвертерном процессе с верхней продувкой достаточно интенсивное

Перемешивание достигается только в середине плавки при интенсивном окислении

Углерода В начале и в конце плавки перемешивание недостаточно, что затрудняет

Глубокое рафинирование металла от серы и фосфора Комбинированная подача

Кислорода через верхнюю и донные фурмы еще более, чем при одной донной продувке,

Ускоряет процесс окисления углерода и повышает производительность конвертера

По сравнению с чисто донной продувкой в случае комбинированного процесса в

Сопоставимых условиях температура металла выше Кроме того, при комбинированной

Продувке уменьшение расхода кислорода через верхнюю фурму снижает

Пылеобразование и разбрызгивание

И еще одно преимущество кислородных конвертеров здесь все процессы

Механизированы и автоматизированы, все чаще управление конвертерами поручается

Компьютерам

Дуговые электроплавильные печи

Вся история металлургии - это борьба за качество, за улучшение физических и

Механических свойств металла А ключ к качеству - химическая чистота Даже

Крохотные примеси серы, фосфора, мышьяка, кислорода, некоторых других элементов

Резко ухудшают прочность и пластичность металла, делают его хрупким и слабым А

Все эти примеси находятся в руде и коксе, и избавиться от них трудно Во время

Плавки в доменной печи и в мартеновской печи основная часть примесей переводится

В шлак и вместе с ним удаляется из металла Но в тех же домнах и мартенах в

Металл попадают вредные элементы из горючих газов и ухудшают его свойства

Получить действительно высококачественную сталь помогла электрометаллургия,

Отрасль металлургии, где металлы и их сплавы получают с помощью электрического

Тока Это относится не только к выплавке стали, но и к электролизу металлов и, в

Частности, расплавленных их солей - например, извлечению алюминия из

Расплавленного глинозема

12

Основную массу легированной высококачественной стали выплавляют в дуговых

Электрических печах

В дуговых сталеплавильных печах и плазменно-дуговых печах (ПДП) теплоге-нерация

Возникает за счет энергетических преобразований дугового разряда, происходящего

В воздухе, парах расплавляемых материалов, инертной атмосфере или иной

Плазмообразующей среде.

Согласно общей теории печей М. А. Глинкова дуговые сталеплавильные и плазменно-

Дуговые печи представляют собой печи-теплообменники с радиационным режимом

Работы, поскольку

Энергетические условия на границе зоны технологического процесса, то есть на

Зеркале ванны жидкого металла, создают электрические дуги и огнеупорная

Футеровка рабочего пространства. Кроме этого, в дуговых сталеплавильных печах

Вертикально расположенные графитированные электроды создают неравномерное

Излучение дуг, зависящее от диаметра электродов и параметров электрического

Режима.

По условиям теплообмена между дугами, поверхностями рабочего пространства и

Металлом, особенностям электрофизических процессов дугового разряда,

Энергетическому и электрическому режимам всю плавку в дуговых печах от начала

Расплавления твердой металлошихты до слива жидкого металла делят на этапы.

Перед началом плавки куполообразный свод печи поднимают, отводят в сторону и

Загружают сверху в печь шихтовые материалы Затем свод ставят на место, через

Отверстия в нем опускают в печь электроды и включают электрический ток. Чугун,

Железный лом и другие материалы начинают быстро плавиться.

По мере оплавления шихты под электродами и вокруг них образуются "колодцы", в

Которые опускаются дуги и электроды. Наступает этап "закрытого" горения дуг,

Когда плавление шихты происходит в "колодцах", снизу путем теплопередачи

Излучением на близлежащие слои шихты и теплопроводностью через слой жидкого

Металла, накопившегося на подине. Холодная шихта на периферии рабочего

Пространства нагревается за счет тепла, аккумулированного футеровкой: при этом

Температура внутренней поверхности футеровки интенсивно снижается с 1800-1900 до

900--1000 градусов Кельвина На этом этапе футеровка рабочего пространства

Экранирована от излучения дуг, поэтому целесообразно обеспечить максимальную

Тепловую мощность с учетом электротехнических возможностей печного

Трансформатора.

Когда количества наплавленного жидкого металла будет достаточно для

НАУКА И ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

13

Заполнения пустот между кусками твердой шихты, электрические дуги открываются и

Начинают гореть над зеркалом металлической ванны. Наступает этап "открытого"

Горения дуг, при котором происходит интенсивное прямое излучение дуг на

Футеровку стен и свода, температура повышается со скоростью до 30-100 градусов

Кельвина в минуту и возникает необходимость снижения электрической мощности дуг

В соответствии с тепловос-принимающей способностью футеровки.

Современные дуговые сталеплавильные печи работают на трехфазном токе

Промышленной частоты. В дуговых печах прямого действия электрические дуги

Возникают между каждым из трех вертикальных графитирован-ных электродов и

Металлом. Футерованный кожух в дуговых сталеплавильных печах имеет

Сфероконическую форму. Рабочее пространство перекрыто сверху купольным сводом.

Кожух установлен на опорной конструкции с гидравлическим (реже с

Электромеханическим) механизмом наклона печи. Для слива металла печь наклоняют

На 40-45 градусов, для скачивания шлака - на 10-15 градусов (в другую сторону).

Печи оборудованы механизмами подъема и поворота свода - для загрузки шихты через

Верх печи, передвижения электродов - для изменения длины дуги и регулирования

Мощности, вводимой в печь. Крупные печи оборудованы устройствами для

Электромагнитного перемешивания жидкого металла в ванне, системами удаления и

Очистки печных газов

Отечественные плазменно-дуговые печи имеют вместимость от 0,5 до 200 тонн,

Мощность - от 0,63 до 125 МВт. Сила тока на мощных и сверхмощных плазменно-

Дуговых печей достигает 50-100 кА.

В зависимости от технологического процесса и состава шлаков футеровка плазменно-

Дуговых печей может быть кислая (при выплавке стали для фасонного литья) или

Основная (при выплавке стали для слитков).

Особенностью конструкции плазменно-дуговых печей с огнеупорной футеровкой как

Разновидности плавильных ванных печей дугового нагрева является наличие одного

Или нескольких плазматронов постоянного тока и подового электрода - анода. Для

Сохранения атмосферы плазмообразующе-го газа рабочее пространство плазменно-

Дуговых печей герметизируется с помощью специальных уплотнений. Наличие

Водоохлаждаемого электрода в подине создает опасность взрыва, поэтому плазменно-

Дуговые печи снабжают системой контроля состояния футеровки подины и

Сигнализацией, предупреждающей о проплавлении подового электрода жидким

Металлом.

В настоящее время работают плазменно-дуговые печи с огнеупорной футеровкой

Вместимостью от 0,25 до 30 тонн мощностью от 0,2 до 25 МВт. Максимальная сила

Тока-до 10 к А.

Наиболее энергоемким периодом плавки в печах обоих типов является период

Плавления. Именно тогда потребляется до 80 процентов общего расхода энергии,

Причем в основном электрической. Длительность всей плавки в зависимости от

Принятой технологии выплавки электростали может быть 1,5-5 часов. Электрический

Коэффициент полезного действия дуговых сталеплавильных печей составляет 0,9-0,95, а тепловой - 0,65-0,7. Удельный

Расход электрической энергии составляет 450-700 кВт/ч на тонну, снижаясь за счет

Уменьшения удельной теплоотдающей поверхности для более крупных дуговых

Сталеплавильных печей.

Плазменно-дуговые печи имеют более низкие показатели Электрический коэффициент

Полезного действия у них равен 0,75-0,85. Это объясняется дополнительными

Потерями в плазмотроне при формировании плазменной дуги. Тепловой же - около

0,6, так как возникают дополнительные потери в водоохлаждаемых элементах

Конструкции. Особенностью эксплуатации плазменно-дуговых печей является

Использование дорогостоящих плазмообразующих газов, что вызывает необходимость

Создания систем регенерации отработанных газов и применения технологически

Приемлемых дешевых газовых смесей

Новые возможности в сталеплавильном производстве появились в связи с успешным

Освоением в конце 1980-х годов донного (через подину) выпуска металла из дуговых

Электропечей. Такая система выпуска была успешно реализована, например, в

Сталеплавильном цехе завода фирмы "Тиссен шталь" в Оберхаузене (ФРГ), на 100-

Тонных печах завода в Фридриксферке (Дания) и др. Они могут довольно длительное

Время работать в непрерывном режиме, например, датские 100-тонные агрегаты - в

Течение недели При выпуске плавки, который длится не более 2 минут, печь

Наклоняется всего на 10-15 градусов вместо 40-45 градусов (для обычных

Агрегатов). Это позволяет почти полностью заменить огнеупорную футеровку стен

Во-доохлаждаемыми панелями, резко сократить расход различных материалов и

Электроэнергии, производить полную отсечку печного шлака.

Как это ни удивительно на первый взгляд, современная дуговая сталеплавильная

Печь сверхвысокой мощности имеет удельный расход энергии значительно более

Низкий, чем мартеновская печь. К тому же труд сталевара мартеновской печи

Значительно тяжелее и утомительнее работы конверторщика или

Электросталеплавильщика

Чудеса техники

Наука и промышленность

Конвертеры; Дуговые электроплавильные печи; Прокатные станы; Солнечные Электростанции; Ветроэлектростанции; Ядерные реакторы на быстрых нейтронах; Термоядерная установка; Первая океанская электростанция; Печатные машины; Зерноуборочные комбайны; Микромеханика; Фуллерены; Сканирующий зондовый Микроскоп; Микроскопы на …

MP3-плейер

MP3 далеко не единственный аудиоформат, используемый в Web. Однако MP3 стал Стандартом де-факто благодаря тому, что легко доступен и не имеет встроенных Механизмов защиты. Купив компакт-диск, не надо получать разрешение …

Мобильный интернет

С момента зарождения глобальной компьютерной сети Интернет прошло более сорока Лет. Идея возникла в конце 1950-х годов, когда в США была поставлена задача Создать сеть телекоммуникации. И в 1968 году …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Партнеры МСД

Контакты для заказов оборудования:

Внимание! На этом сайте большинство материалов - техническая литература в помощь предпринимателю. Так же большинство производственного оборудования сегодня не актуально. Уточнить можно по почте: Эл. почта: msd@msd.com.ua

+38 050 512 1194 Александр
- телефон для консультаций и заказов спец.оборудования, дробилок, уловителей, дражираторов, гереторных насосов и инженерных решений.