Особенности конверторной плавки стали (томасовский процесс и кислородный).

Способ получения стали в конвертере с основной футеровкой появился вследствие необходимости переработки высокофосфористых чугунов, которые получаются из фосфористых руд, достаточно распространенных по земной коре. В СССР имеются большие запасы таких руд (Керченское месторождение). Для перевода в шлак фосфора в виде 7205, образующегося за счет окисления кислородом воздуха при продувке чугуна, футеровку конвертера изготовляют из основных огнеупорных материалов. Стены конвертера выкладывают из магнезитового кирпича, а днище футеруют смесью доломита с каменноугольной смолой. В качестве флюса для образования шлака применяют свежеобожженную известь в кусках с минимальным содержанием кислотных окислов SiO2 и AI2O3. В томасовском чугуне содержание кремния желательно иметь не более 0,5,%, так как повышенное содержание его а чугуне приводит к увеличению расхода флюсов на нейтрализацию кремнезема. Процесс плавки стали в томасовском конвертере ведут следующим образом: в конвертер сначала загружают известь, затем заливают чугун, пускают дутье и поворачивают конвертер в вертикальное положение. По закону действующих масс в первую очередь будет окисляться железо по реакции Fe+l/2 02=FeO. Образующаяся закись железа растворяется в металле и окисляет примеси. Процесс плавки разделяется на отдельные периоды. Первый период плавки характеризуется окислением кремния и марганца. Образующийся кремнезем SiO2 связывается с окисью кальция по реакции 2 СаО + SiO2 = (СаО)2 SiO2 и переходит в шлак. Закись марганца (МnО) и часть закиси железа (FeO) также переходят в шлак. В этот период металл нагревается. Когда металл нагревается, начинается второй период, который характеризуется интенсивным выгоранием углерода по реакции С + FeO =Fe + CO2 Содержание углерода снижается до минимальных пределов и металл охлаждается. После этого наступает третий период, который характеризуется окислением фосфора и повышением температуры металла. .В третий период идут следующие основные реакции: 2Р + 5 FeO= P2O5 + 5Fe + 47 850 кал; Р2О5 + 3 FeO = (FeO)3 Р2О5 -f- 52 860 кал: (FeO)3 P2O5 4CaO=(CaO)4- P2O5 + 3 FeO + 108340 кал. При окислении фосфора и связывании его окислов выделяется значительное количество тепла и металл быстро нагревается. Образующийся фосфат кальция переходит в шлак. После окисления фосфора и перевода его в шлак, конвертер поворачивают в горизонтальное положение, отключают дутье и сливают шлак. Сливание шлака является обязательной операцией. Фосфор и закись железа из шлака могут переходить в металл. После того как шлак слит, металл раскисляют ИЛИ раскисляют и науглероживают. При томасовском процессе имеет место некоторое удаление серы в шлак за счет реакции FeS + Mn -MnS + Fe. Сернистый марганец, всплывая на поверхность металла, на границе металл — шлак вступает во взаимодействие с СаО по реакции MnS + СаО = CaS + МnО. В шлаке имеется повышенное содержание закиси железа и закиси марганца, поэтому эти реакции имеют обратимый характер, вследствие чего используют чугун с малым содержанием серы. После раскисления, или раскисления и науглероживания сталь из конвертера выпускают в ковш и из ковша разливают в изложницы на СЛИТКИ. Сталь, выплавленную в конвертере с основной футеровкой, применяют для проката листового железа, проволоки и сортового железа. После добавки углерода и марганца из этой стали прокатывают рельсы для узкой колеи. Шлаки при томасовском процессе получают с содержанием фосфора до 10%. Их используют для получения минерального удобрения или как флюс при доменной плавке при получении высокофосфористых чугунов. Процесс продувки чугуна в конвертерах имеет ряд преимуществ перед другими процессами получение стали, а именно: высокую производительность конвертеров, простоту устройства их, небольшие капитальные расходы и не требует расхода топлива и энергии для нагрева металла.

Современный метод получения стали в конвертере с основной футеровкой и подачей кислорода В течение последних лет применение кислорода при выплавке в конвертере значительно расширилось. Для этой цели в конвертер над жидкой ванной чугуна устанавливают трубу. Через трубу вдувают известь или смесь извести и плавикового шпата, находящуюся во взвешенном СОСТОЯНИИ в техническом кислороде. Концентрацию извести в струе кислорода регулируют в зависимости от состава чугуна и этапа работы конвертера. В этом случае строят конвертеры со сплошным дном емкостью до 50 т. В нашей стране запроектированы конвертеры емкостью 100,150 н 250 г. Техническая характеристика конвертера емкостью 50 п Внутренний диаметр, мм.......... 3 Внутренний объем, мЗ ........... 50 Внутренняя высота конвертера, м...... 5,78 Высота ванны металла, мм......... 900 При определении размеров конвертера, предназначенного для использования кислорода, следует учитывать сорт чугуна, из которого будет получена сталь. Размеры конвертера для пе-Производство стали разработки высокофосфористого чугуна с содержанием фосфора до 2% и чугуна, содержащего фосфора до 0,2%', будут различны. Одним из • наиболее важных факторов а этом случае является получаемое количество шлаков. При переработке фосфористого чугуна количество шлаков будет больше, следовательно, с учетом этого выбираются и размеры конвертера. Конвертеры (томасовские) футеруются основными огнеупорными материалами, т. е. магнезитовым кирпичом и доломитовым порошком для набивки подины. Труба, через которую подается кислород, совместно с известью охлаждается водой. Расход воды составляет для 3-т конвертера 20 м?)ч, для 30г - 35 ЖЗ/ч и для 50г - 45 мЗ/ч. Известь применяется в виде тонкого порошка с величиной зерна < 2 мм. Состав извести может изменяться: 78-92% СаО. 1.5-2.7% SiO2. 0.07-0.12% S. Возможность применения извести различного состава является большим преимуществом данного способа. Подача извести в струе кислорода обеспечивает исключительно высокую реакционную способность для удаления фосфора и cepы из металла. Добавка плавикового шпата к извести еще больше повышает активность шлаков. Кислород применяется обычного качества с содержанием 99.5,% Оз при давлении до 6—8 атм. Для понижения температур. металла в конвертер во время плавки загружают стальной лом или железную стружку, шги то и другое. При повышенном содержании кремния в чугуне увеличивают подачу извести с тем чтобы получить шлак с необходимой основностью для связывания фосфора. При продувке томасовского чугуна, содержащего 3 ,6% С, 0,8%-Мп, 0,4% Si. 1,7% Р и 0.04% S. после промежуточного скачивания шлака содержание углерода в металле пони-•жаетея до 0.6%. а фосфора — до 0,1%. Полученным шлак содержит до 24% РзО5, до 57.% СаО, 0.7% S, остальное кремнезем и другие окислы. Такой шлак является прекрасным удобрением 'дл сельского хозяйства. После второго вдувания извести получают металл с содержанием 0,08% С. 0.31% Мn, 0,017% Р." 0.014% S, 0.001% N н следы кремния, т. е. по своему качеству равный или выше мартеновской стали. Расход кислорода составляет 60-65 л*3. а извести 130-145 кг на 1 т чугуна. Длительность' продувки составляет от 20 до 30 ми к. в 30-г конвертере. Расход футеровки до 10 кг/г чугуна. Конвертерным способом на современном этапе развития металлургии производства не разрешается задача получения стали > разнообразными свойствами. Для успешного ведения конвертерного способа еще требуется чугун строго органического химического состава. Значительная часть железных руд позволяет получать чугун, который является по своему химическому составу не подходящим для бессемеровского и томасовского процессов. Кроме того, в промышленности имеется большое количество различного лома черных металлов, который при конвертерном производстве использовать полностью невозможно. Рациональное использование чугуна п. по возможности, более полное использование стального скрапа достигается при производстве стали в мартеновских печах.