Кислородно-конвертерный способ выплавки стали: удаление углерода из чугуна для получения низкоуглеродистой стали. История, принцип работы и преимущества процесса ЛД.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Метод производства стали
Steelmaking method
Кислородно-конвертерный процесс (BOS, BOP, BOF или OSM), также известный как линц-донавитцкое производство стали или процесс продувки кислородом, является методом первичной сталеплавильной обработки, в котором углеродистый жидкий чугун перерабатывается в сталь. Продувка кислородом через жидкий чугун снижает содержание углерода в сплаве и превращает его в низкоуглеродистую сталь. Процесс называется основным, поскольку в него добавляются флюсы из оксида кальция или доломита, являющихся химическими основаниями, для удаления примесей и защиты футеровки конвертера. Процесс был изобретен в 1948 году швейцарским инженером Робертом Дюррером и внедрен в промышленность в 1952–1953 годах австрийскими сталелитейными компаниями VOEST и ÖAMG. Конвертер LD, названный в честь австрийских городов Линц и Донавиц (район Леобен), представляет собой усовершенствованную версию конвертера Бессемера, в котором продувка воздухом заменена продувкой кислородом. Это позволило снизить капитальные затраты на строительство заводов и время плавки, а также повысить производительность труда. В период с 1920 по 2000 год потребность в рабочей силе в отрасли уменьшилась в 1000 раз – с более чем 3 человеко-часов на метрическую тонну до всего 0,003. Большая часть стали, производимой в мире, производится с использованием кислородного конвертера. В 2000 году на него приходилось 60% мирового объема производства стали, и он позволяет перерабатывать чугун в сталь менее чем за 40 минут, по сравнению с 10–12 часами в мартеновской печи.
Basic oxygen steelmaking (BOS, BOP, BOF, or OSM), also known as Linz Donawitz steelmaking or the oxygen converter process, is a method of primary steelmaking in which carbon rich molten pig iron is made into steel. Blowing oxygen through molten pig iron lowers the carbon content of the alloy and changes it into low carbon steel. The process is known as basic because fluxes of calcium oxide or dolomite, which are chemical bases, are added to promote the removal of impurities and protect the lining of the converter. The process was invented in 1948 by Swiss engineer Robert Durrer and commercialized in 1952–1953 by the Austrian steelmaking company VOEST and ÖAMG. The LD converter, named after the Austrian towns Linz and Donawitz (a district of Leoben) is a refined version of the Bessemer converter where blowing of air is replaced with blowing oxygen. It reduced capital cost of the plants and smelting time, and increased labor productivity. Between 1920 and 2000, labor requirements in the industry decreased by a factor of 1,000, from more than 3 man hours per metric ton to just 0.003. The majority of steel manufactured in the world is produced using the basic oxygen furnace. In 2000, it accounted for 60% of global steel output. and convert it into steel in less than 40 minutes, compared to 10–12 hours in an open hearth furnace.
История
Основной кислородный процесс развивался вне традиционной среды "большой стали". Он был разработан и усовершенствован одним человеком, швейцарским инженером Робертом Дюрером, и коммерциализирован двумя небольшими сталелитейными компаниями в оккупированной союзниками Австрии, которая еще не оправилась от разрушений Второй мировой войны. В 1856 году Генри Бессемер запатентовал процесс производства стали с использованием кислорода для декарбонизации расплавленного железа (патент Великобритании № 2207). Почти 100 лет коммерческие количества кислорода были недоступны или были слишком дороги, и изобретение оставалось неиспользованным. Во время Второй мировой войны немецкие (Карл Валериан Шварц), бельгийские (Джон Майлз) и швейцарские (Дуррер и Генрих Хейльбругге) инженеры предложили свои версии кислородного сталеплавильного процесса, но только Дуррер и Хейльбругге довели его до промышленного масштаба производства. К июню 1949 года VÖEST разработала адаптацию процесса Дуррера, известную как процесс LD (Linz Donawitz). В декабре 1949 года VÖEST и ÖAMG взяли на себя обязательство построить свои первые 30-тонные кислородные конвертеры. К 1963 году конвертер VÖEST посетили 34 000 предпринимателей и инженеров. Крупные американские производители стали внедряли новую технологию с опозданием. Первые кислородные конвертеры в США были запущены в конце 1954 года компанией McLouth Steel в Трентоне, штат Мичиган, доля которой на национальном рынке стали составляла менее 1%. Для образования шлака в сосуд подаются флюсы (оксид кальция или доломит) для поддержания основности шлака – соотношения оксида кальция к оксиду кремния – на уровне, необходимом для минимизации износа футеровки и поглощения примесей в процессе производства стали. Во время "дутья" перемешивание металла и флюсов в сосуде образует эмульсию, которая облегчает процесс рафинирования. Ближе к концу цикла, который длится около 20 минут, измеряется температура и отбираются пробы. Типичный химический состав продуваемого металла составляет 0,3–0,9% C, 0,05–0,1% Mn, 0,001–0,003% Si, 0,01–0,03% S и 0,005–0,03% P. Сосуд BOS наклоняется в сторону шлакослива, и сталь выливается через изливочное отверстие в стальной ковш с основной огнеупорной футеровкой. Этот процесс называется выпуском стали. Сталь подвергается дальнейшей обработке в ковшевой печи путем добавления легирующих элементов для придания специальных свойств, требуемых заказчиком. Иногда в ковш продувают аргон или азот для обеспечения правильного перемешивания сплавов. После того, как сталь вылита из сосуда BOS, шлак выливается в шлаковые ковши через горловину сосуда BOS и сбрасывается.
The basic oxygen process developed outside of the traditional "big steel" environment. It was developed and refined by a single man, Swiss engineer Robert Durrer, and commercialized by two small steel companies in allied occupied Austria, which had not yet recovered from the destruction of World War II. In 1856, Henry Bessemer had patented a steelmaking process involving oxygen blowing for decarbonizing molten iron (UK Patent No. 2207). For nearly 100 years commercial quantities of oxygen were not available or were too expensive, and the invention remained unused. During WWII German (Karl Valerian Schwarz), Belgian (John Miles) and Swiss (Durrer and Heinrich Heilbrugge) engineers proposed their versions of oxygen blown steelmaking, but only Durrer and Heilbrugge brought it to mass scale production. By June 1949, VÖEST developed an adaptation of Durrer's process, known as the LD (Linz Donawitz) process. In December 1949, VÖEST and ÖAMG committed to building their first 30 ton oxygen converters. Thirty four thousand businesspeople and engineers visited the VÖEST converter by 1963. Big American steelmakers were late adopters of the new technology. The first oxygen converters in the US were launched at the end of 1954 by McLouth Steel in Trenton, Michigan, which accounted for less than 1% of the national steel market. Fluxes (calcium oxide or dolomite) are fed into the vessel to form slag, to maintain basicity of the slag – the ratio of calcium oxide to silicon oxide – at a level to minimise refractory wear and absorb impurities during the steelmaking process. During "blowing", churning of metal and fluxes in the vessel forms an emulsion that facilitates the refining process. Near the end of the blowing cycle, which takes about 20 minutes, the temperature is measured and samples are taken. A typical chemistry of the blown metal is 0.3–0.9% C, 0.05–0.1% Mn, 0.001–0.003% Si, 0.01–0.03% S and 0.005–0.03% P.
The BOS vessel is tilted towards the slagging side and the steel is poured through a tap hole into a steel ladle with basic refractory lining. This process is called tapping the steel. The steel is further refined in the ladle furnace, by adding alloying materials to impart special properties required by the customer. Sometimes argon or nitrogen is bubbled into the ladle to make the alloys mix correctly. After the steel is poured off from the BOS vessel, the slag is poured into the slag pots through the BOS vessel mouth and dumped.
Варианты
Ранние конвертеры с отъемным ложным дном, которое можно отсоединить и отремонтировать, все еще используются. Современные конвертеры имеют фиксированное дно с пробками для продувки аргоном. Печь оптимизации энергопотребления (EOF) – это вариант кислородно-конвертерного процесса, связанный с предварительным подогревом лома, где тепло отходящих газов используется для подогрева лома, расположенного над сводом печи. Конструкция фурмы, используемой для продувки, претерпела изменения. Для предотвращения заклинивания фурмы в процессе продувки применяются фурмы без шлакообразования с длинным коническим медным наконечником. Наконечники фурмы для дожигания сжигают образующийся при продувке CO, обеспечивая дополнительный нагрев. Для выпуска металла без шлака используются шарики, огнеупорные шары и датчики шлака. Современные конвертеры полностью автоматизированы, оснащены автоматическими режимами продувки и сложными системами управления.
Earlier converters, with a false bottom that can be detached and repaired, are still in use. Modern converters have a fixed bottom with plugs for argon purging. The energy optimization furnace (EOF) is a BOF variant associated with a scrap preheater where the sensible heat in the off gas is used for preheating scrap, located above the furnace roof. The lance used for blowing has undergone changes. Slagless lances, with a long tapering copper tip, have been employed to avoid jamming of the lance during blowing. Post combustion lance tips burn the CO generated during blowing into and provide additional heat. For slag free tapping, darts, refractory balls, and slag detectors are employed. Modern converters are fully automated with automatic blowing patterns and sophisticated control systems.