|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Конвертер. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас Конвертер - апарат (вид печі) для одержання сталі з передільного розплавленого чавуну та шихти продуванням повітрям або технічно чистим киснем. В даний час частіше застосовується кисень. Кисень подається до робочого простору конвертера через фурми (під тиском близько 1,5 МПа). Такий метод отримання стали називають конвертерним чи киснево-конверторним. Конвертер є ємністю, що складається з трьох частин: верхньої - шолома, середньої - циліндра і нижньої - днища. Днище може бути приставним, вставним або цілісним з циліндричною частиною. І тут конвертер називають глуходонным. У 1855 році англієць Генрі Бессемер провів найцікавіший досвід: він розплавив у тиглі шматок доменного чавуну і продув його повітрям. Крихкий чавун перетворився на ковку сталь. Все пояснювалося дуже просто - кисень повітря випалював вуглець із розплаву, який видалявся в атмосферу у вигляді оксиду та діоксиду. Вперше в історії металургії для отримання продукту не було потрібне додаткове підігрів сировини. Це й зрозуміло, адже Бессемер реалізував екзотермічну реакцію горіння вуглецю. Процес був напрочуд швидкоплинний. У пудлінговій печі сталь отримували лише за кілька годин, а тут – за лічені хвилини. Так Бессемер створив конвертер - агрегат, що перетворює розплавлений чавун на сталь без додаткового нагріву. Д.І. Менделєєв назвав безсемерівські конвертери печами без палива. А оскільки формою агрегат Бессемера нагадував грушу, його так і називали - "безсемерівська груша".
У безсемерівському конвертері можна переплавляти не всякий чавун, лише такий, у складі якого є кремній і марганець. З'єднуючись з киснем повітря, що подається, вони виділяють велику кількість теплоти, яка і забезпечує швидке вигоряння вуглецю. Все ж таки теплоти не вистачає, щоб розплавляти тверді шматки металу. Тому в безсемерівському конвертері не можна переробляти залізний брухт чи твердий чавун. Це різко обмежує можливості його застосування. Безсемерівський процес - швидкий, дешевий і простий спосіб одержання сталі, але є й великі недоліки. Оскільки хімічні реакції в конвертері йдуть дуже швидко, то вуглець вигоряє, а шкідливі домішки – сірка та фосфор – залишаються у сталі та погіршують її властивості. Крім того, при продуванні сталь насичується азотом повітря, а це погіршує метал. Саме тому, щойно з'явилися мартенівські печі, безсемерівський конвертер став рідко вживатися для виплавки стали. Набагато більше конвертери використовували для виплавлення кольорових металів – міді та нікелю.
Сьогоднішній конвертер, звичайно, можна в певному сенсі називати нащадком безсемерівського дітища, бо в ньому, як і раніше, одержують сталь, продуючи рідкий чавун. Але вже не повітрям, а технічно чистим киснем. Це виявилося набагато ефективнішим. Киснево-конвертерний спосіб виплавки сталі прийшов у металургію більш ніж півстоліття тому. Створений у Радянському Союзі на пропозицію інженера-металурга Н.І. Мозгового, він повністю витіснив безсемерівський процес А першу у світі тонну киснево-конвертерної сталі успішно виплавили 1936 року на київському заводі "Більшовик". Виявилося, що в такий спосіб можна не лише переробляти рідкий чавун, а й додавати до нього значні кількості твердого чавуну та залізного брухту, який раніше можна було переробляти лише у мартенівських печах. Ось чому кисневі конвертери набули такого великого поширення. Але тільки в 1950-х роках конвертери для виплавки стали остаточно висунулися на перший план. Ступінь використання тепла в кисневому конвертері набагато вищий, ніж у сталеплавильних агрегатах подового типу. Тепловий коефіцієнт корисної дії конвертера становить 70 відсотків, а у мартенівських печей не більше 30. Крім того, гази, що відходять з конвертера, використовуються при допалюванні в котлах-утилізаторах, або як паливо при відведенні газів з конвертера без допалювання. Існує три види конвертерів: з донним продуванням, верхнім і комбінованим. В даний час найбільш поширеними у світі є конвертери з верхнім продуванням киснем - агрегати дуже продуктивні та відносно прості в експлуатації. Однак останніми роками в усьому світі конвертери з донним і з комбінованим (згори та знизу) дуванням починають тіснити конвертери з верхнім продуванням.
Розглянемо пристрій кисневого конвертера з верхнім продуванням. Середня частина корпусу конвертера циліндричної форми, стіни сферичної ванни, днище плоске. Верхня шоломна частина конічної форми. Кожух конвертера виконують із сталевих листів завтовшки 30-90 міліметрів. У конвертерах садком до 150 тонн днище відокремлене, кріплять його до корпусу болтами, що полегшує ремонтні роботи. При садінні 250-350 тонн конвертер роблять глуходонним, що спричинено необхідністю створення жорсткої конструкції корпусу, що гарантує від випадків прориву рідкого металу. Корпус конвертера кріплять до спеціального опорного кільця, якого приварюють цапфи. Одна із цапф через зубчасту муфту з'єднана з механізмом повороту. У конвертерах місткістю понад двісті п'ятдесят тонн обидві цапфи є приводними. Конвертер цапфами спирається підшипники, встановлені на станинах. Механізм повороту дозволяє обертати конвертер навколо горизонтальної осі. Корпус і днище конвертера футерують вогнетривкою цеглою. Подача кисню у ванну конвертера для продування металу здійснюється через спеціальну фурму, що вводиться в горловину конвертера. Першою операцією конвертерного процесу є завантаження скрапу. Конвертер нахиляють на деякий кут від вертикальної осі та спеціальним коробом-совком місткістю через горловину завантажують у конвертер скрап – залізний та сталевий брухт. Зазвичай завантажують 20-25 відсотків скрапу на плавку. Якщо скрап не підігрівають у конвертері, потім відразу ж заливають рідкий чавун. Після цього конвертер встановлюють вертикальне положення, через горловину в конвертер вводять кисневу фурму. Для наведення шлаку в конвертер за спеціальним жолобом вводять шлакоутворювальні матеріали: вапно і в невеликій кількості залізну руду та плавиковий шпат. Після окислення домішок чавуну та нагрівання металу до заданих величин продування припиняють, фурму з конвертера видаляють і зливають метал і шлак в ковші. Легуючі добавки та розкислювачі вводять у ківш. Тривалість плавки в добре працюючих конвертерах майже залежить від їх місткості і становить 45 хвилин, тривалість продування - 15-25 хвилин. Кожен конвертер на місяць дає 800-1000 плавок. Стійкість конвертера – 600-800 плавок. Рух металу в конвертері дуже складний, крім кисневого струменя, на рідку ванну впливають бульбашки оксиду вуглецю. Процес перемішування ускладнюється ще й тим, що шлак проштовхується струменем газу в товщу металу та перемішується з ним. Рух ванни і спукування її оксидом вуглецю, що виділяється, приводять значну частину рідкого розплаву в стан емульсії, в якій краплі металу і шлаку тісно перемішані один з одним. Внаслідок цього створюється велика поверхня зіткнення металу зі шлаком, що забезпечує високі швидкості окислення вуглецю. Конвертери з донним продуванням киснем через менший чад заліза дозволяють отримати більший (на 1,5-2 відсотки) вихід придатної сталі в порівнянні з конвертерами з верхнім продуванням. Плавка в 180-тонному конвертері з донним продуванням триває 32-39 хвилин, продування - 12-14 хвилин, тобто продуктивність вище, ніж у конвертерів з верхнім продуванням. Однак необхідність проміжної заміни днищ нівелює цю відмінність у продуктивності. Перші конвертери з донним продуванням за кордоном були побудовані в 1966-1967 роках. Необхідність створення такого конвертера обумовлена переважно двома причинами. По-перше, необхідністю переробки чавунів з підвищеним вмістом марганцю, кремнію та фосфору, оскільки переділ такого чавуну в конвертерах з верхнім продуванням супроводжується викидами металу в ході продування і не забезпечує належної стабільності хімічного складу готової сталі. По-друге, тим, що конвертер з такою продуванням є найбільш прийнятною конструкцією, що дозволяє здійснити реконструкцію існуючих безсемерівських і томасівських цехів, і вписується в будівлю мартенівських цехів. Цьому конвертеру властива наявність великої кількості реакційних зон, інтенсивне окиснення вуглецю з перших хвилин плавки, низький вміст оксидів заліза в шлаку. У силу специфіки роботи сталеплавильної ванни при донній продувці в конвертерах подібного типу вихід придатного дещо вищий, ніж в інших конвертерах, а запиленість газів, що відходять нижче. У конвертерах з донним продувкою, що мають велику кількість фурм, всі технологічні процеси протікають інтенсивніше, ніж у конвертерах з верхнім продуванням Однак загальна продуктивність конвертерів з донним продуванням не перевищує значно таку для конвертерів з верхнім продуванням через обмежену стійкість днів. Щоб запобігти кладці днища конвертера від дії високих температур, фурму роблять у вигляді двох коаксіальних трубок - по центральній подається кисень, а по периферійній - якесь вуглеводневе паливо, найчастіше природний газ. Таких фурм зазвичай 16-22. Велика кількість дрібніших фурм забезпечує краще перемішування ванни і спокійніший хід плавки. Струмінь палива відокремлює реакційну зону від днища, знижує температуру біля днища в місці виходу кисневих струменів за рахунок відбору тепла на нагрівання палива, крекінг та дисоціації складових палива та продуктів їх окислення. Охолодний ефект, крім того, забезпечується пилоподібним вапном, яке подається в струмінь кисню. Таким чином, продування розплавленого металу декількома струменями кисню знизу створює низку сприятливих особливостей у роботі конвертера. Забезпечується більша кількість реакційних зон та велика міжфазна поверхня контакту кисневих струменів з металом. Це дозволяє збільшити інтенсивність продування, підвищити швидкість окиснення вуглецю. Поліпшується перемішування ванни, підвищується рівень використання кисню. В результаті з'являється можливість розплавлення великих за масою шматків скрапу. Найкраща гідродинаміка ванни забезпечує більш рівний і спокійний хід усієї плавки, практично виключає викиди. Через це в конвертерах з донним продувкою можна переробляти чавуни з підвищеним вмістом марганцю та фосфору. Прагнення підвищити продуктивність агрегатів одночасно з необхідністю підвищити однорідність складу і температури металу при можливості виготовлення сталей широкого діапазону призвело до використання комбінованої продування при відносно невеликій (порівняно тільки з донним продуванням) кількості газів, що вдмухуються через фурми, встановлені в днищі конвертера. Останнім часом з'явилися два основні варіанти такого процесу, коли знизу подають кисень або інертні гази з метою забезпечити інтенсивне перемішування ванни та прискорити процес видалення домішок. При цьому, як і при донному продуванні, знизу разом з газами може подаватися пилоподібне вапно. За таким важливим показником, як можлива витрата скрапу, конвертери з верхньою, донною та комбінованою продувкою виявляються приблизно на одному рівні, при дещо вищому виході придатного при донному продуванні. В даний час у світі застосовується і розробляється багато різних методів комбінованої продування розплавленої ванни, що раціонально поєднують верхню і донну продування, причому в останній використовується як кисень, так і інертні гази (аргон, азот). У киснево-конвертерному процесі з верхнім продуванням досить інтенсивне перемішування досягається тільки в середині плавки при інтенсивному окисленні вуглецю. На початку і в кінці плавки перемішування недостатньо, що ускладнює глибоке рафінування металу від сірки та фосфору. Комбінована подача кисню через верхню та донні фурми ще більше, ніж при одній донній продувці, прискорює процес окислення вуглецю та підвищує продуктивність конвертера. Порівняно з суто донною продуванням у разі комбінованого процесу в порівнянних умовах температура металу вища. Крім того, при комбінованій продуванні зменшення витрати кисню через верхню фурму знижує пилоутворення та розбризкування. І ще одна перевага кисневих конвертерів: тут усі процеси механізовані та автоматизовані, все частіше керування конвертерами доручається комп'ютерам. Автор: Муський С.А.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Некорисне витрачання електроенергії електронними пристроями ▪ Розумна мишка Cheerdots 2 із вбудованим ChatGPT ▪ TCB010FNG - ІС керування електроживленням для автомобільних АС
▪ розділ сайту Довідкові матеріали. Добірка статей ▪ стаття Умовні позначення (знаки) ГОНС. Основи безпечної життєдіяльності ▪ стаття Як сонячний годинник показує час? Детальна відповідь ▪ Капуста цвітна. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Автомобільний стробоскоп із лазерної указки. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Резисторний паяльник. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page