Konverter produktion
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 6. juli 2022; checks kræver 5 redigeringer .Konverterproduktion er produktion af stål i stålsmeltekonverterenheder ved at blæse flydende jern med luft eller ilt. Omdannelsen af støbejern til stål sker på grund af oxidation af urenheder indeholdt i støbejern ( silicium , mangan , kulstof osv.) med oxygen og deres efterfølgende fjernelse fra smelten. Den varme, der frigives under oxidationsprocessen, hæver smeltens temperatur til den nødvendige temperatur for at smelte stålet, dvs. konverteren behøver ikke brændstof for at fungere. I begyndelsen af det 21. århundrede produceres mere end 60 % af stålet i verden ved konvertermetoden [1] .
Processer
Klassificering af konverterprocesser
De vigtigste klassificeringsmetoder er tilførselsmetoden, sammensætningen af blast og andre reagenser, sammensætningen af foringen, metoden til at indføre yderligere varme i konverteren. I henhold til metoden til levering af sprængning er processerne opdelt i tre grupper:
- med en udrensning nedefra;
- med en udrensning fra oven;
- med kombineret udrensning.
Bessemer- og Thomas-processerne hører til gruppen af processer med blæsning nedefra. Luft, iltberiget luft og en damp-iltblanding bruges som blæst i disse processer. BOF-processen og Caldo-processen hører til gruppen af topblæste processer. Bessemer- og Thomas-processerne viger for top-blown processer.
Ifølge metoden til at indføre yderligere varme i konverteren skelnes følgende processer:
- med forbrænding af yderligere brændstof under udrensningen;
- med yderligere efterbrænding af carbonmonoxid til carbonmonoxid i konverterens hulrum;
- med forvarmning af skrot i konverteren;
- med forbrænding af yderligere brændstof og efterforbrænding af carbonmonoxid til carbonmonoxid under nedblæsning;
- med forvarmning af metalskrot før rensning og forbrænding af yderligere brændstof under rensningsprocessen;
- med forvarmning af skrot før rensning og efterbrænding af gasser under rensning;
- med forvarmning af metalskrot før indblæsning, afbrænding af yderligere brændsel og efterbrænding af kulilte til kuldioxid under indblæsning [2] .
Bessemer proces
Den første masseproduktion af flydende stål blev opdaget af den engelske opfinder Henry Bessemer i 1856 . Før Bessemer eksisterede smeltet stål ikke: det var umuligt at opnå en temperatur over 1500 °, hvilket er nødvendigt for at smelte metal med et lavere kulstofindhold end støbejern. Stål blev fremstillet ved pudling og hammersmedning .
Udrensning af smelten i Bessemer-konverteren udføres med atmosfærisk luft. Det nitrogen, der er indeholdt i det, bortfører en betydelig del af den nyttige reaktionsvarme, hvilket forhindrer store mængder af skrot i at blive introduceret i smelten og passerer delvist som en urenhed ind i det resulterende stål. Den største ulempe ved processen er metallets lave kvalitet på grund af skadelige urenheder ( phosphor og svovl ), der ikke fjernes under blæsning. Smeltning af Bessemer støbejern kræver meget rene svovl- og fosforjernmalme , hvis naturlige reserver er begrænsede.
Thomas Process
Englænderen Sidney Gilchrist Thomas brugte i 1878 hovedforingen i stedet for den sure dinas-foring af Bessemer-konverteren og foreslog at bruge kalk til at binde fosfor . Thomas-processen gjorde det muligt at forarbejde støbejern med højt fosforindhold og blev udbredt i lande, hvor jernmalmene i de fleste forekomster indeholder meget fosfor ( Belgien , Luxembourg , etc.). Thomas stål var dog af dårlig kvalitet.
I 1864 udviklede den franske metallurg P. Martin en proces til fremstilling af stål i en åben ildovn. I modsætning til konvertermetoderne til fremstilling af stål var open-herd-processen præget af lave krav til udgangsmaterialets kemiske sammensætning og gjorde det muligt at omsmelte en stor mængde stålskrot; kvaliteten af stål med åben ild var højere end konverterstål. Det skal dog bemærkes, at smeltetiden i en åben ildovn er meget længere end i en konverter. Den åbne ovn kræver ekstern opvarmning under hele smeltningen, mens konverteren selv varmer op. Som følge heraf er åben-ild-metoden endelig fortrængt af konvertermetoden. Den eneste fordel ved stål smeltet i en åben ildovn sammenlignet med en konverterovn er dets store sortiment, mens der for at øge antallet af kvaliteter af konverterstål anvendes en efterbehandlingsinstallation af stål.
I midten af det 20. århundrede blev omkring 80 % af alt stål, der blev produceret i verden, fremstillet ved åben ild-metoden. Men det var i denne periode, at en hurtig genoplivning af konverterproduktion begyndte, forbundet med brugen af ren iltrensning.
BOF-proces
Opfinderen af processen, Henry Bessemer, modtog det første patent på oxygenblast. Afprøvningen af ideen blev dog holdt tilbage i lang tid af den manglende tonnageproduktion af ilt. Det var først i begyndelsen af 1930'erne, at ilt af industriel kvalitet blev tilgængelig i store mængder takket være skabelsen af kryogene planter til at gøre luft flydende og destillere den til fraktioner. De første førkrigsforsøg med at blæse jern med ilt blev udført i små øser med en kapacitet på et ton. I 1933-1936, med arkivering og under ledelse af ingeniør N. I. Mozgovoy , på bolsjevikværket i Kiev , blev tilsyneladende den første smeltning i verden med iltrensning udført [3] . Sideløbende var der eksperimenter af Robert Durrer i Tyskland.
Den generelle forskydning af åben ildovn ved produktion af iltkonverter begyndte først efter slutningen af Anden Verdenskrig , med implementeringen af førkrigsudviklingen inden for kryogen teknologi, design og konstruktion af meget store iltanlæg på metallurgiske anlæg, som sørgede ikke kun for udrensning af konvertere, men også iltberigelse af højovnsblæsning. I 1952, i Linz (Østrig), begyndte verdens første iltkonverteringsværksted at operere på VÖEST AG 's anlæg . I 1966 blev der lanceret en iltkonverterbutik på Lipetsk Metallurgical Plant , hvor alt det producerede stål for første gang i verden blev hældt på kontinuerlige støbeanlæg . Siden da er kombinationen af basal iltproduktion med kontinuerlig støbning blevet hovedretningen i udviklingen af stålfremstilling [4] .
Samtidig blev der udviklet metoder til ekspreskontrol af smelteparametre: Sammenlignet med åben ildsted BOF-smeltning er den meget kortvarig (tivis af minutter) og kræver nøje overvågning af kulstofindholdet, smeltens temperatur og udstødningsgas. gasser osv. for at stoppe med at blæse rettidigt. Forbedringen af automatisering, laboratorieudstyr og måleinstrumenter var den samme nødvendige betingelse for smeltning af højkvalitets konverterstål, samt opnåelse af de nødvendige mængder ilt. Metallet opnået ved oxygenkonverter-processen er blevet ækvivalent i kvalitet med stål med åben ild , prisen på stål er faldet med 20-25%, og produktiviteten er steget med 25-30%.
Til dato er der tre hovedfunktioner for en iltkonverter: med fuldstændig efterbrænding af kulilte, med delvis og uden efterbrænding af CO.
Der er mange varianter af den grundlæggende iltproces designet til at fremstille stål af den krævede kvalitet fra støbejern af forskellige sammensætninger: lavt og højt fosforindhold, silicium og lavt silicium, mangan og højt mangan osv. (renhed ikke mindre end 99,5 %, resterende 0,5 % - nitrogen , argon , krypton).
I begyndelsen af udviklingen af produktionen af iltkonverter var foringens holdbarhed lav (200-250 smeltninger), og varigheden af foringsskiftet var ret høj. I denne situation var en af konverterne installeret på værkstedet konstant under reparation. Fremover øgedes konverterens driftstid før udskiftning af foringen (Dermed blev der eksperimentelt nået 2500 heats ved ZSMK ), tiden for udskiftning af foringen blev reduceret og værkstederne blev fuldt belastede [5] .
Konverteringsenhed
Bessemer og Thomas omformere er et pæreformet kar lavet af stålplade med en indvendig foring. Foringen af Bessemer-konverteren er sur (dinas mursten), foringen af Tomasovsky-konverteren er basisk (smolodolomit).
På toppen af den tilspidsede del af konverteren - halsen - er der et hul, der tjener til at hælde jern og frigøre stål. I en klassisk konverter med bundudluftning kommer den blæst, der tilføres luftboksen, ind i konverterens hulrum gennem blænder (gennem huller) i bundbeklædningen. Sprængningen er lufttilført under et tryk på 0,30-0,35 MPa. Den cylindriske del af konverteren er dækket af en støttering; stifter er fastgjort til den, hvorpå konverteren roterer omkring en vandret akse.
Modstanden i bunden af Bessemer-konverteren er 15-25 smelter, hvorefter de udskiftes. Modstanden i resten af foringen er højere: Tomas-konverteren har 250-400 smeltninger, Bessemer-konverteren har 1300-2000 smeltninger. Konverterforingen er således et kemisk aktivt forbrugsstof, der kræver periodisk fornyelse.
I en moderne basis iltomformer føres blæsten gennem en top-down lanse med flere supersoniske Laval-dyser for enden, rettet næsten vinkelret på smelteoverfladen. Selve lansen trænger som regel ikke ind i smelten. For at beskytte mod stænk og udstødningsgasser er konverterens hals dækket af en nedadgående klokke, og der er også monteret kontrolenheder som pyrometre og gasanalysatorer på toppen . Smelteregimet og ladningssammensætningen (procentdel af støbejern, skrot, malm, sammensætning og mængde af tilsatte ferrolegeringer ) beregnes ved computer baseret på resultaterne af laboratorieekspresanalyser og strømmålinger.
Automatisering af konverterprocessen
Grundlæggende begreber
Konverterprocessen er kendetegnet ved en høj flowhastighed, hvilket komplicerer smeltekontrolprocessen. Kontrollerede procesparametre er opdelt i fire grupper:
- sæt parametre;
- indledende parametre;
- parametre, der ændres under udrensningen;
- endelig.
De angivne parametre i styresystemer er normalt bestemt af stålkvaliteten og vægten af de støbte barrer. Disse parametre inkluderer: massen af flydende stål, sammensætningen og temperaturen af metallet, den specificerede basicitet af den endelige slagge. De indledende parametre er sammensætningen, temperaturen og massen af flydende jern samt typen og massen af metalskrot og bulkmaterialer. Også relateret til de indledende parametre er den samlede masse af kul til smeltning og den samlede mængde ilt, der kræves til smeltningsprocessen.
Parametre, der ændres under udrensningen, kaldes dynamiske. Disse omfatter:
- lanse position;
- minut- og totalforbrug og ilttryk;
- metallets sammensætning og temperatur;
- slaggesammensætning;
- forbrug, sammensætning, temperatur af udstødningsgasser;
- lommelygte lysstyrke;
- støjniveau;
- omformer og lanse vibrationer;
- strømningshastighed, tryk og temperatur af vand til afkøling af lansen;
- tidspunktet for tilsætning af bulkmaterialer;
- rensetid.
De sidste parametre formidler information om massen af det resulterende stål, sammensætningen og temperaturen af metallet og slaggens sammensætning. De vellykkede resultater af smeltekontrol anses for at være sammenfaldet af de endelige og specificerede parametre. Yderligere faktorer er minimumsforbruget af materialer og tidspunktet for smeltningsprocessen.
Styresystemer til konverterprocessen
Konvertersmeltning er karakteriseret ved følgende styresystemer:
- Kontrol af støbejernsparametre;
- Bestemmelse af massen af ladningsmaterialer og smelteprodukter;
- Kalk kvalitetskontrol;
- Kontrol af sprængningsparametre;
- Positionskontrol af iltlansen;
- Kontrol af kulstofindhold i metal;
- Metal temperaturkontrol;
- Kontrol af badniveau i udrensningen;
- Slagging kontrol.
Automatiske styresystemer til smelteteknologi
Ud fra synspunktet om automatisk styring i omformerproduktionen skelnes følgende mængder [6] :
- De vigtigste output (kontrollerede) mængder : massen af metal i processen og ved slutningen af blæsningen, koncentrationen af kulstof, fosfor og svovl i badet under og ved slutningen af blæsningen, temperaturen af metallet i processen og ved slutningen af blæsningen.
- Yderligere outputværdier : slaggens masse, slaggens temperatur, konvertergassernes temperatur, mængden af konvertergasserne, slaggens sammensætning, konvertergassernes sammensætning.
- Input kontrolvariabler: masse af jern, masse af stålskrot, masse af malm i hver portion, masse af kalk, masse af kalksten, tidspunkt for indføring af bulkmaterialer i konverteren, iltforbrug, afstand mellem iltlansen og det stillestående bad niveau, blæsetid.
- Kontrollerede forstyrrelser: jernindhold i silicium, mangan, svovl, fosfor, jerntemperatur, iltindhold i sprængningen, tidsinterval mellem smeltninger.
- Ukontrollerede forstyrrende påvirkninger : kulstofindhold i støbejern, sammensætning af bulkmaterialer, dimensioner og temperatur af skrot, masse og sammensætning af blandingsslagge, der kommer ind i konverteren.
Typer af konverterprocesstyring
I det generelle tilfælde beregnes mængden af oxygen, der kræves til smeltning og mængden af urenheder, samt den samlede mængde oxygen. Sådanne beregninger foretages normalt for systemer med statisk styret konvertersmeltning. Dynamisk styring af smelteprocessen bruges som en metode til at øge styringens nøjagtighed, når det er nødvendigt at opnå stål af en given sammensætning og temperatur uden yderligere blæseoperation.
Målet med dynamisk kontrol er ikke kun at opnå de specificerede temperaturer og kulstofindhold, når udrensningen stoppes, men også at tilvejebringe bestemte baner til måling af metaltemperaturen og kulstofkoncentrationen under smeltning. Hvordan metallets temperatur ændrer sig under blæseprocessen afhænger af slaggedannelsens forløb, og heraf muligheden for emissioner fra konverteren og graden af affosforisering og afsvovling af metallet [6] .
Der er fire smelteperioder afhængigt af dynamikken i røggastemperaturændringen [6] :
- Den indledende periode (antændelse af smelten) er karakteriseret ved et konstant forbrug af ilt og en langsom temperaturstigning.
- Perioden med røggastemperaturstigning er karakteriseret ved en automatisk ændring i iltforbruget for at sikre en vis temperaturstigningshastighed.
- Perioden med konstant røggastemperatur, i hvilken en tilnærmelsesvis konstant iltgennemstrømningshastighed opretholdes.
- Den sidste periode med fald i røggassernes temperatur, hvor strømningshastigheden af oxygen holdes konstant.
Se også
Noter
- ↑ http://steelcast.ru/ld_process Arkiveret 13. juli 2015 ved Wayback Machine Steelmaking i en iltkonverter
- ↑ Starov R. V., Nagorskikh V. A. Produktion af stål i omformere (en manual for en stålmagerassistent) .- K .: Tekhnika, 1987.- 167 s.
- ↑ http://kpi.ua/ru/928-7-foto Arkivkopi dateret 17. juli 2015 på Wayback Machine Nikolay Illarionovich Mozgovoy - en fremragende opfinder og videnskabsmand, uddannet fra KPI
- ↑ Konvertering
- ↑ Stepanov, Igor Germanovich. Organisering af produktionen. Novokuznetsk. 2003 . Hentet 27. februar 2018. Arkiveret fra originalen 27. januar 2018.
- ↑ 1 2 3 Glinkov G. M., Makovsky V. A. ACS TP i jernmetallurgi. - 2., revideret .. - M . : Metallurgi, 1999. - S. 188-189. - 310 sek. — ISBN 5-229-01251-X .
| Jernholdig metallurgi | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Generelle begreber Sorte metaller Legering Jern- og Stålværker Metallurgisk kompleks Historie om produktion og brug af jern | ||||||||||||
| Kerneprocesser _ |
| |||||||||||
| Hovedenheder _ |
| |||||||||||
| Vigtigste produkter og materialer |
| |||||||||||