Бессемеровский процесс производства стали

Алан-э-Дейл       11.06.2022 г.

Введение……………………………….………………………….…….…….3

2.     Производство стали, Бессемер и Мартен.……………………………..…..4

3.    Список использованной литературы………………………………….…..11

Введение.

Искусство получения железа из Греции распространилось в Центральную и Западную Европу, где ранний железный век относят к VII-V в. до н.э., а наиболее широкое распространение железа — к V-I в. до н.э. Первые сыродутные печи обнаружены в нынешней Австрии. Археологи их относят к периоду 1000 — 4560 г. до н.э. Большой вклад в распространение железа в Европе в латинский период (V-I в. до н.э) внесли кельтские народы, овладевшие передовой по тому времени технологией получения железа. Расселившись по Европе в конце прошлой и начале нашей эры, кельты заняли территории современной Франции, Германии, Англии, Польши и др. Кельтское название железа «изарнон» перешло в современный немецкий («айзен») и английский («айрон») языки. Помимо сельскохозяйственных орудий, кельтские кузнецы с большим искусством изготовляли оружие, закаливали его, мастерски украшая травлением, чеканкой, насечкой. Это оружие высоко ценилось германцами и римлянами.

В средние века горн уже обрел вид шахтной печи, достигавшей в высоту нескольких метров. Теперь печи «дышали» с помощью энергии воды — воздуходувные мехи  приводились в движение сначала специальными водяными трубами, а позже огромными водяными колесами.

Процесс в шахтной печи происходит при больших температурах. Именно это привело к тому, что вместо требуемой железной крицы из печи вытекал чугун, Позже заметили, что при повторном переплаве чугуна получалась желанная сталь. Так возник двухстадийный процесс получения стали.

Технология[2]

Течение бессемеровского процесса определяется химическим составом и температурой жидкого чугуна (так называемый «бессемеровский чугун»).

Получившиеся при продувке чугуна нелетучие окислы входящих в его состав элементов (SiO2, MnO, FeO) совместно с компонентами разъедаемой футеровки образуют кислый шлак, содержащий при выплавке низкоуглеродистой стали до 65 % SiO2. Наличие кислого шлака не даёт возможность удалить из металла присутствующие в нём вредные примеси — в первую очередь фосфор и серу, чем бессемеровский процесс отличается от томасовского процесса. Поэтому чистота в отношении серы и фосфора является непременным требованием к бессемеровским чугунам, а следовательно, и к «бессемеровским» рудам (содержание фосфора в руде не более 0,025—0,030 %).

На нагрев балластного азота, являющегося при бессемеровском процессе основным компонентом дымовых газов, при средней их температуре 1450 °C расходуется около 110 ккал на 1 кг продуваемого чугуна. При полной замене воздуха кислородом кремний перестаёт играть ведущую роль в тепловом балансе бессемеровского процесса. Оказывается возможной продувка химически холодных чугунов, поскольку количество тепла дымовых газов снижается в этом случае примерно с 28 % до 8,5 %. При чисто кислородном дутье содержание в шихте лома, как показывают тепловые расчёты, может быть очень значительным (до 25 %).

Технология

Бессемерование – процесс плавки чугуна, который позволяет получить сталь относительно высокого качества. Следует отметить, что подобная технология на сегодняшний день применяется крайне редко. Это связано с появлением довольно большого количества современных технологий, которые позволяют получить более качественную сталь за меньшие сроки.

Весь бессемеровский процесс производства стали можно разделить на несколько основных этапов:

  1. Выполняется заливка чугуна в конвертор через горловину. Важным моментом назовем то, что в подобном положении устройство должно находится в горизонтальном положении, так как есть вероятность заливки сопла металлом. Сопла необходимы для того, чтобы продувать шихту. Именно окисление примесей и их вывод в качестве шлаков позволяет получать сталь повышенного качества.
  2. Следующий этап заключается в пуске дутья и переворачивании конвертора в вертикальное положение.
  3. Для того чтобы обеспечить окисление вредных примесей и излишков углерода проводится продувка металла воздухом. На данном этапе происходит образование шлака, с которым и уходят ненужные химические вещества.
  4. После достаточно длительного периода продувки конвертор снова переворачивается в горизонтальное положение, прекращается продувка расплавленного металла.
  5. Выполняется слив расплавленного металла в ковш и его раскисление путем добавления специальных веществ.

На момент начала продувки состава происходит активное окисление марганца и кремния. На первоначальной стадии углерод практически не окисляется. Это связано с тем, что данный компонент реагирует исключительно на воздействие высоких температур. Кроме этого, на процесс окисления примесей оказывает влияние термодинамические факторы, которые определяют активность переноса кислорода к местам протекания бессемеровского процесса.

Рассматривая данную технологию отметим нижеприведенные моменты:

  1. На первом этапе происходит образование большого количества различных шлаков, который в составе имеет высокую концентрацию кремнезема. Временной интервал протекания первого этапа составляет 2-5 минут.
  2. На втором этапе бессемеровского процесса производства обеспечиваются наиболее благоприятные условия для окисления углерода. Примером можно назвать повышение рабочей температуры примерно до 2000 градусов Цельсия. Протяженность данного этапа составляет примерной 13 минут. В конце этого этапа температура понижается примерно до отметки 1600 градусов Цельсия.
  3. Добиться высокого качества стали можно различными методами бессемерования. Все зависит от особенностей состава применяемого лома, концентрации крема в составе.
  4. Для того чтобы исключить вероятность возникновения процесса передувки металла активная подача воздуха прекращается уже на втором этапе.
  5. Только на третьем этапе можно отметить активное окисление железа, что становится причиной выделения бурого дыма. Данный этап начинается на тот момент, когда концентрация углерода меньше 0,1%.

Как ранее было отмечено, бессемеровский метод изготовления стали получил большое распространение по причине высокой производительности. В литейных цехах довольно часто устанавливается оборудование, которое имеет садку около 35 тонн.

Бессемеровский метод выплавки стали

Сегодня бессемеровский метод производства стали практически не применяется, что связано с низким качеством получаемого металла и его достаточно высокой стоимостью.

Свойства стали

Физические свойства

  • плотность ρ ≈ 7,86 г/см3; коэффициент линейного теплового расширения α = (11…13)·10−6 K−1;
  • коэффициент теплопроводности k = 58 Вт/(м·K);
  • модуль Юнга E = 210 ГПа;
  • модуль сдвига G = 80 ГПа;
  • коэффициент Пуассона ν = 0,28…0,30;
  • удельное электросопротивление (20 °C, 0,37—0,42 % углерода) = 1,71·10−7 Ом·м.

Зависимость свойств от состава и структуры

Свойства сталей зависят от их состава и структуры, которые формируются присутствием и процентным содержанием следующих составляющих:

  • Углерод — элемент, с увеличением содержания которого в стали увеличивается её твёрдость и прочность, при этом уменьшается пластичность.
  • Кремний и марганец (в пределах 0,5 … 0,7 %) существенного влияния на свойства стали не оказывают. Эти элементы вводятся в большинство углеродистых и низколегированных марок сталей во время операции раскисления (сначала — ферромарганец, затем — ферросилиций, как дешевые раскисляющие ферросплавы).
  • Сера является вредной примесью, образует с железом химическое соединение FeS (сернистое железо). Сернистое железо в сталях образует с железом эвтектику с температурой плавления 1258 К, которая обусловливает ломкость материала при обработке давлением с подогревом. Указанная эвтектика при термической обработке расплавляется, в результате чего между зернами теряется связь с образованием трещин. Кроме этого, сера уменьшает пластичность и прочность стали, износостойкость и коррозионную стойкость.
  • Фосфор также является вредной примесью, так как придает стали хладноломкость (хрупкость при пониженных температурах). Это объясняется тем, что фосфор вызывает сильную внутрикристаллическую ликвацию. Однако существует группа сталей с повышенным содержанием фосфора, так называемые — «автоматные стали», металлоизделия из которых легко поддаются обработке резанием (например, болты, гайки и пр. на револьверных токарных станках-полуавтоматах).
  • Феррит — железо с объемноцентрированной кристаллической решеткой. Сплавы на его основе обладают мягкой и пластичной микроструктурой.
  • Цементит — карбид железа, химическое соединение с формулой Fe3C, наоборот, придаёт стали твёрдость. При появлении в структуре заэвтектоидной стали свободного цементита (при С более 0,8 %) пропадает четкая связь между содержанием углерода и комплексом механических свойств: твердостью, ударной вязкостью и прочностью.
  • Перлит — эвтектоидная (мелкодисперсная механическая) смесь двух фаз — феррита и цементита, содержит 1/8 цементита (точнее — согласно правилу «рычага», если пренебречь растворимостью углерода в феррите при комнатной температуре — 0,8/6,67) и поэтому имеет повышенную прочность и твёрдость по сравнению с ферритом. Поэтому доэвтектоидные стали гораздо более пластичны, чем заэвтектоидные.

Стали содержат до 2,14 % углерода. Фундаментом науки о стали как сплава железа с углеродом является диаграмма состояния сплавов железо-углерод — графическое отображение фазового состояния сплавов железа с углеродом в зависимости от их химического состава и температуры. Для улучшения механических и других характеристик сталей применяют легирование. Главная цель легирования подавляющего большинства сталей — повышение прочности за счет растворения легирующих элементов в феррите и аустените, образования карбидов и увеличения прокаливаемости. Кроме того, легирующие элементы могут повышать устойчивость против коррозии, термостойкость, жаропрочность и др. Такие элементы, как хром, марганец, молибден, вольфрам, ванадий, титан образуют карбиды, а никель, кремний, медь, алюминий карбидов не образуют. Кроме того, легирующие элементы уменьшают критическую скорость охлаждения при закалке, что необходимо учитывать при назначении режимов закалки (температуры нагрева и среды для охлаждения). При значительном количестве легирующих элементов может существенно измениться структура, что приводит к образованию новых структурных классов по сравнению с углеродистыми сталями.

Обработка стали

Виды термообработки

Сталь в исходном состоянии достаточно пластична, её можно обрабатывать путём деформирования (давления): ковать, вальцевать, штамповать. Характерной особенностью стали является её способность существенно изменять свои механические свойства после термической обработки, сущность которой заключается в изменении структуры стали при нагреве, выдержке и охлаждении, согласно специальному режиму. Различают следующие виды термической обработки:

  • отжиг;
  • нормализация;
  • закалка;
  • отпуск.

Чем богаче сталь на углерод, тем она твёрже после закалки. Сталь с содержанием углерода до 0,3 % (техническое железо) практически закаливанию не поддаётся.

Химико-термическая обработка сталей

Химико-термическая обработка сталей в дополнение к изменениям в структуре стали также приводит к изменению химического состава поверхностного слоя путём добавления различных химических веществ до определённой глубины поверхностного слоя. Эти процедуры требуют использования контролируемых систем нагрева и охлаждения в специальных средах. Среди наиболее распространённых целей, относящихся при использовании этих технологий, является повышение твёрдости поверхности при высокой вязкости сердцевины, уменьшение сил трения, повышение износостойкости, повышение устойчивости к усталости и улучшение коррозионной стойкости. К этим методам относятся:

  • Цементация (C) увеличивает твёрдость поверхности мягкой стали из-за увеличения концентрации углерода в поверхностных слоях.
  • Азотирование (N), как и цементация, увеличивает поверхностную твёрдость и износостойкость стали.
  • Цианирование и нитроцементация (N + C) — это процесс одновременного насыщения поверхности сталей углеродом и азотом. При цианировании используют расплавы солей, имеющих в своем составе группу NaCN, а при нитроцементации — смесь аммиака с газами, которые имеют в составе углерод (СО, СН4 и др.). После цианирования и нитроцементации проводят закаливание и низкий отпуск.
  • Сульфатирование (S) — насыщение поверхности серой улучшает приработку трущихся поверхностей деталей, уменьшается коэффициент трения.

Конструкционная легированная сталь

Нормативный документ: качественная конструкционная легированная сталь изготовляется согласно ГОСТ 4543-71.

Легированная сталь — сталь, в которую в процессе легирования в определенных количествах вводят специальные элементы, обеспечивающие требуемые свойства. Такие элементы называют легирующими. Они могут повышать прочность и коррозионную стойкость стали и снижать опасность ее хрупкого разрушения.

Для легирования стали используются следующие химические элементы: марганец (Mn) — Г; кремний (Si) — С; хром (Cr) — Х; никель (Ni) — Н; медь (Cu) — Д; азот (N) — А; ванадий (V) — Ф; ниобий (Nb) — Б; вольфрам (W) — В; селен (Se) — Е; кобальт (Co) — К; бериллий (Be) — Л; молибден (Mo) — М; бор (B) — Р; титан (Ti) — Т; алюминий (Al) — Ю.

Классификация конструкционной легированной стали

По отношения общей массы легирующих элементов к массе стали:

  • сталь высоколегированная — более 10%;
  • сталь среднелегированная — более 2,5-10%;
  • сталь низколегированная — до 2,5%.

В зависимости от основных легирующих элементов:

  • хромистая;
  • марганцовистая;
  • хромомарганцовая;
  • хромокремнистая;
  • хромомолибденовая;
  • хромомолибденованадиевая;
  • хромованадиевая;
  • никельмолибденовая;
  • хромоникелевая;
  • хромоникелевая с бором;
  • хромокремнемарганцовая;
  • хромокремнемарганцовоникелевая;
  • хромомарганцовоникелевая;
  • хромомарганцовоникелевая с титаном и бором;
  • хромоникельмолибденовая;
  • хромоникельмолибденованадиевая;
  • хромоникельванадиевая;
  • хромоалюминиевая;
  • хромоалюминиевая с молибденом;
  • хромомарганцовоникелевая с молибденом;
  • хромомарганцовоникелевая с молибденом и титаном.

В зависимости от хим. состава и свойств:

  • качественная;
  • высококачественная — А;
  • особо высококачественная (сталь электрошлакового переплава) — Ш.(например ШХ15)

По видам обработки:

  • прокат горячекатаный и кованый (в том числе с обточенной или ободранной поверхностью);
  • калиброванный;
  • со специальной отделкой поверхности.

По качеству поверхности:

  • 1 группа;
  • 2 группа;
  • 3 группа.

По состоянию материала:

  • без термической обработки;
  • термически обработанный — Т;
  • нагартованный — Н.

Марки конструкционной легированной стали

Марки стали: 15Х, 20Х, 30Х, 35Х, 38ХА, 40Х, 45Х, 50Г, 12ХН, 20ХН, 40ХН, 14ХГН, 19ХГН, 20ХГНМ, 30ХМ.

Заменители некоторых марок стали:

  • 20Х — 15Х, 20ХН, 12ХН2, 18ХГТ;
  • 30ХГСА — 40ХФА, 35ХМ, 40ХН, 25ХГСА, 35ХГСА;
  • 40Х — 45Х, 38ХА, 40ХН, 40ХС.

Обозначение марок конструкционной легированной стали: две первые цифры указывают содержание углерода в сотых долях процента, цифры после букв указывают содержание легирующего элемента в целых единицах.

Применение конструкционной легированной стали

Марка стали Область применения
60С2(А) Рессоры из полосовой стали толщиной 3-16мм и пружинной ленты толщиной 0,08-3мм; витые пружины из проволоки диаметром 3-16мм.
70СЗА Тяжелонагруженные пружины ответственного назначения. Сталь склонна к графитизации.
50ХГ(А) Рессоры из полосовой стали толщиной 3-18мм.
50ХФА(ХГФА) Ответственные пружины и рессоры, работающие при повышенной температуре (до 300°С), или подвергаемые многократным переменным нагрузкам.
60C2XA Большие высоконагруженные пружины и рессоры ответственного назначения.
60C2H2A(C2BA) Ответственные высоконагруженные пружины и рессоры из калиброванной стали и пружинной ленты.
20Х Кулачковые муфты, втулки, шпиндели, направляющие планки, плунжеры, оправки, копиры, шлицевые валики и др.
40Х Зубчатые колеса, шпиндели и валы в подшипниках качения, червячные валы и др.
45Х, 50Х Зубчатые колеса, шпиндели, валы в подшипниках качения, червячные и шлицевые валы, и др. детали, работающие на средних скоростях при небольшом давлении.
38ХА Зубчатые колеса, работающие на средних скоростях при средних давлениях.
45Г2, 50Г2 Крупные малонагруженные детали: валы, зубчатые колеса тяжелых станков и т.п.
18ХГТ Детали, работающие на больших скоростях при высоких давлениях и нагрузках.
20ХГР Тяжелонагруженные детали, работающие при больших скоростях и нагрузках.
15ХФ Некрупные детали, подвергаемые цементации и закалке с низким отпуском.
40ХС Мелкие детали высокой прочности.
40ХФА Ответственные высокопрочные детали, подвергаемые закалке и высокому отпуску; средние и мелкие детали сложной формы, работающих в условиях износа; ответственные сварные конструкции, работающие при знакопеременных нагрузках.
35ХМ Валы, детали турбин и крепеж, работающие при повышенной температуре.

Свариваемость: cварка конструкционных легированных сталей несколько затруднена из-за склонности к закалке околошовной зоны и образованию в ней хрупких структур (требуется специальная технология сварки).

Условия прекращения процесса

Вследствие кратковременности бессемеровского процесса (около 15 мин.) весьма трудно определить момент прекращения продувки на заданном содержании углерода в стали. Примерно до 40-х годов XX века бессемеровский процесс обычно заканчивался на пониженном (против заданного) содержании в стали углерода; сталь затем дополнительно науглероживали в ковше. Продувка приводила к повышению содержания в металле остаточного кислорода, а следовательно, к увеличению расхода ферросплавов — раскислителей; в результате повышалось также содержание в стали неметаллических включений. Впоследствии на агрегатах были установлены приборы для непрерывного определения по спектру вырывающегося из горловины конвертера пламени содержания в металле углерода (а также температуры); это позволило автоматически точно определять момент требуемого окончания продувки, с получением стали заданного состава. Для достижения этой цели стали применяться и другие способы, например, кратковременная остановка продувки для взятия пробы на углерод. Температура металла при выпуске составляет около 1600 °C. Выход годных слитков (см. Бессемеровская сталь) к весу залитого в конвертер чугуна колеблется в пределах 88—90 %, поднимаясь до 91—92 % при добавке в конвертер руды.

Томасовская сталь

Томасовская сталь выплавляется тем же способом, что и бессемеровская, в конверторе с основной доломитовой набойкой, но из чугуна, богатого фосфором ( до 2 5 / о), и характеризуется теми же качествами.

Томасовская сталь, предназначенная для изготовления конструкций, работающих на холоду при динамических или вибрационных нагрузках, а также для других ответственных конструкций, подвергается испытанию на ударную вязкость при пониженной температуре. Порядок и нормы испытания устанавливаются техническими условиями.

Повышенные режимы электродуговой сварки.

Томасовская сталь для изготовления сварных конструкций не применяется совершенно в связи с повышенным содержанием в ней серы и фосфора, что отрицательно сказывается на механических свойствах сварных соединений.

Томасовские стали более мягкие, применяются для получения кровельного железа, сортового железа, проволоки.

Томасовская сталь выплавляется также в конверторах, но основная футеровка изготовляется из обожженного доломита, а днище — из смеси доломита и каменноугольной смолы. Такая футеровка позволяет перерабатывать в сталь высокофосфористый ( до 2 %) доменный чугун.

Томасовская сталь выплавляется в настоящее время на з-де им.

К недостаткам томасовской стали относятся повышенная хладноломкость, склонность к старению, пониженная деформируемость в холодном состоянии, сравнительно плохая злектросвариваемость.

Для расширения сортамента томасовской стали были разработаны новые технологические варианты этого процесса, обеспечивающие уменьшение хрупкости металла и склонности его к старению.

В значительном количестве выплавляют автоматную томасовскую сталь.

В элементах, изготовляемых из томасовской стали, отверстия следует проектировать либо сверленые, либо давленые на меньший диаметр с последующей рассверловкой до проектного диаметра.

Большое загрязнение стали шлаковыми включениями, особенно томасовской стали, так как основные окислы с трудом удаляются в основной томасовский шлак.

В нашей стране в настоящее время томасовскую сталь не производят.

В частности, это подтверждается результатами, полученными при изучении дефосфорации томасовской стали. Здесь ( % Р ] падает с ростом ( % FeO) и содержания так называемой свободной извести ( СаО) св.

Производство мартеновской стали в этот период оставалось примерно на одном уровне, составляя — ЙО млн. т в год, в то время как производство томасовской стали сокращалось.

В кислородных конвертерах

Сегодня проводится производство различной стали в кислородных конвертерах. Данная технология предусматривает продувку жидкого чугуна в конвертере. Для этого проводится подача чистого кислорода. К особенностям этой технологии можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. Конвертор – специальное оборудование, которое представлено стальным сосудом грушевидной формы. Вместительность подобного устройства составляет 100-350 тонн. С внутренней стороны конструкция выкладывается огнеупорным кирпичом.
  2. Конструкция верхней части предполагает горловину, которая необходима для загрузки шихты и жидкого чугуна. Кроме этого, через горловину происходит удаление газов, образующихся в процессе плавления сырья.
  3. Заливка чугуна и добавление другой шихты проводится при температуре около 1400 градусов Цельсия. Для того чтобы обеспечить активное окисление железа чистый кислород подается под давлением около 1,4 МПа.
  4. При подаче большого количества кислорода чугун и другая шихта окисляется, что становится причиной выделения большого количества тепла. За счет сильного нагрева происходит расплавка всего шихтового материала.
  5. В тот момент, когда из состава удаляется излишек углерода, продувка прекращается, фурма извлекается из конвертора. Как правило, продувка продолжается в течение 20 минут.
  6. На данном этапе полученный состав содержит большое количество кислорода. Именно поэтому для повышения эксплуатационных качеств в состав добавляют различные раскислители и легирующие элементы. Образующийся шлак удаляется в специальный шлаковый ковш.
  7. Время конверторного плавления может меняться, как правило, оно составляет 35-60 минут. Время выдержки зависит от типа применяемой шихты и объема получаемой стали.

Кислородно-конвертерный способ

Стоит учитывать, что производительно подобного оборудования составляет порядка 1,5 миллионов тонн при вместительности 250 тонн. Применяется данная технология для получения углеродистых, низкоуглеродистых, а также легированных сталей. Кислородно-конвертерный способ производства стали был разработан довольно давно, но сегодня все равно пользуется большой популярностью. Это связано с тем, что при применении этой технологии можно получить качественные металлы, а производительность технологии весьма высока.

В заключение отметим, что в домашних условиях провести производство стали практически невозможно. Это связано с необходимостью нагрева шихты до достаточно высокой температуры. При этом процесс окисления железа весьма сложен, как и удаления вредных примесей

Бессемеровский прорыв

Генри Бессемер был британским инженером и изобретателем, известным множеством не связанных между собой изобретений, в том числе золотой краской на основе латуни, клавиатурой для наборных машин и дробилкой для сахарного тростника. Когда в 1850-х годах в Восточной Европе началась Крымская война, он построил новый удлиненный артиллерийский снаряд. Он предложил его французским военным, но традиционные чугунные пушки того времени были слишком хрупкими, чтобы стрелять из снаряда. Только сталь могла выдержать контролируемый взрыв.

Процесс производства стали в тигле был слишком дорогим, чтобы производить изделия размером с пушку, поэтому Бессемер решил найти способ производства стали в больших количествах. Однажды, в 1856 году, он решил налить чугун в контейнер, а не дать ему просачиваться в траншею. Попав внутрь контейнера, Бессемер выпустил воздух через перфорацию на дне. В соответствии с Сталь: от шахты к мельнице все оставалось спокойным около 10 минут, а затем из контейнера вдруг вырвались искры, пламя и расплавленный чугун. Когда хаос закончился, материал, оставленный в контейнере, был безуглеродным, чистым железом.

Воздействие этого взрывного плавильного инцидента трудно переоценить. Когда Бессемер использовал сильфон непосредственно на расплавленном чугуне, углерод, связанный с кислородом воздуха, взрывается, оставляя после себя чистое железо, которое благодаря добавлению углеродсодержащих материалов, таких как шпигелейзен, сплав железа и марганца, может легко превратиться в высококачественную сталь.

Бессемер построил машину для проведения процедуры: «конвертер Бессемера». Он был выполнен в форме яйца с внутренней глиняной подкладкой и внешней поверхностью из твердой стали. Вверху небольшое отверстие извергало пламя высотой 30 футов, когда в печь ворвался воздух.

Почти сразу же возникла проблема на британском металлургическом заводе. Оказалось, что Бессемер использовал железную руду, содержащую очень мало фосфора, в то время как большинство месторождений железной руды богаты фосфором. Старые методы выплавки чугуна надежно удаляли фосфор, но преобразователь Бессемера этого не делал, получая хрупкую сталь.

Этот вопрос беспокоил металлургов в течение двух десятилетий, пока 25-летний британский полицейский и химик-любитель Сидни Гилкрист Томас не нашел решение проблемы фосфора. Томас обнаружил, что глиняная подкладка устройства не реагирует с фосфором, поэтому он заменил глину на основе извести. Оно работало завораживающе. Новый метод, который выплавил пять тонн стали за 20 минут, теперь можно использовать на всех металлургических заводах Англии. Старый процесс тигель Huntsman, который производил 60 фунтов стали за две недели, был устаревшим. Конвертер Бессемера был новым королем стали.

Томасовский способ

Томасовский способ отличается от бессемеровского тем, что конвертор имеет внутреннюю огнеупорную обмуровку ( футеровку) иного состава, позволяющую перерабатывать фосфористые чугуны.

Томасовский способ еще широко применяется во Франции и в ФРГ, имеющих крупные залежи фосфористых железных руд и большое производство томасовского чугуна. За последние 10 — 15 лет для переработки высокофосфористых чугунов за границей разработаны новые варианты томасовского процесса: продувка воздухом, обогащенным кислородом; смесью пара и кислорода; смесью углекислого газа и кислорода. Эти способы позволяют выплавлять сталь с уменьшенным содержанием азота, однако все они имеют существенные технико-экономические недостатки.

Томасовский способ был впервые осуществлен Томасом в 1878 г. для передела в сталь фосфористого чугуна.

Конвертер для выплавки стали из чугуна.

Томасовский способ служит для переработки чугуна, выплавляемого из железных руд, богатых фосфором. Главное отличие этого способа от бессемеровского состоит в том, что футеровка конвертера изготовляется из доломитовой массы, а в конвертер добавляется известь для связывания оксида фосфора ( V), образующегося в результате сгорания фосфора.

Томасовский способ служит для переработки чугуна, выплавляемого из железных руд, богатых фосфором. Главное отличие этого способа от бессемеровского состоит в том, что футеровка конвертора делается из доломитовой массы, а в конвертор добавляется известь для связывания фосфорного ангидрида, образующегося в результате сгорания фосфора.

Томасовский способ, предложенный в 1878 г. англичанином Томасом, применяют для переработки чугуна с большим содержанием фосфора. Футеровка томасовского конвертера делается основной, из доломита — огнеупорного материала, состоящего из MgCOs-CaCOs. Емкость томасовского конвертера несколько больше бессемеровского, что вызвано необходимостью загрузки извести. Перед началом процесса в прогретый конвертер загружают известь в количестве 10 — 15 % от веса металла, затем заливают чугун и дают дутье.

Томасовский способ был впервые осуществлен Томасом в 1878 г. для передела в сталь фосфористого чугуна.

Томасовский способ служит для переработки чугуна, выплавляемого из железных руд, богатых фосфором. Главное отличие этого способа от бессемеровского состоит в том, что футеровка конвертора делается из доломитовой массы, а в конвертор добавляется известь для связывания оксида фосфора ( V), образующегося в результате сгорания фосфора.

Томасовский способ служит для переработки чугуна, выплавляемого из железных руд, богатых фосфором.

Мартеновская печь для пер. дела чугуна в сталь. / — газ. 2 — воздух. 3 — чугун. 4 — продукты горения.| Конвертор для выплавки стали из чугуна.

Томасовский способ служит для переработки чугуна, выплавляемого из железных руд, богатых фосфором. Главное отличие этого способа от бессемеровского состоит в том, что футеровка конвертора делается из доломитовой массы, а в конвертор добавляется известь для связывания оксида фосфора ( V), образующегося в результате сгорания фосфора.

Томасовский способ выплавки стали не гарантирует требуемые качества, поэтому данная сталь для строительных конструкций в стране не применяется.

Схема работы бессемеровского конвертера.

Томасовский способ получения стали ( названный по имени англичанина С.

История создания конверторов. Бессемеровский и томасовский процессы производства стали

С
развитием в XIX в. машиностроения,
железнодорожного и водного транспорта
возникла огромная потребность в
качественной стали, которая не могла
бы удовлетворена старыми способами ее
производства.
Новая эра в металлургии
наступила после создания конверторных
процессов — высокопроизводительных
способов получения жидкой стали путем
продувки чугуна окислительными газами.
Первым из таких процессов был
бессемеровский, названый по имени его
изобретателя Генри Бессемера, который
в 1856 г. запатентовал способ получения
жидкой стали путем продувки чугуна
снизу паром, сжатым воздухом или их
смесями.

Сущность
бессемеровского процесса заключается
в получении жидкой стали путем продувки
расплавленного чугуна воздухом через
дно грушевидного сосуда, футерованного
динасовым кирпичом. Такой сосуд был
назван конвертором.

Устройство
конвертора Г. Бессемера:

Конструкция
конвертора, разработанная Г.Бессемером
более 120 лет назад, оказалась настолько
удачной и технологичной, что до настоящего
времени не претерпела при донном дутье
каких-либо изменений.

Конвертор
состоит из корпуса 3(стальной кожух,
футерованный динасовым кирпичом), днища
2 с воздушной коробкой 1. Корпус опирается
на металлический пояс (опорное кольцо)
5 с двумя цапфами. Футерованное динасом
днище имеет сопла для подачи воздуха
из воздушной коробки. При вертикальном
положении конвертора воздух через сопла
поступает в слой чугуна. Избыточное
давление сжатого воздуха, составляющее
около 0,2 МПа, значительно больше давления
столба жидкого металла, что предотвращает
заливания им сопел. Корпус конвертора
имеет в верхней части выгиб («спину»),
что позволяет увеличить вместимость
ванны, заливать в него чугун и пускать
дутье при горизонтальном положении.
Через верхнее отверстие 4, называемое
горловиной, заливаю чугун (иногда
загружают стальной лом или железную
руду для охлаждения металла), выливают
в конце плавки сталь и шлак, отводя при
продувке конверторные газы.

Цапфы
пояса опираются на подшипники, которые
установлены на 2х колоннах, а последние
на фундаментах. Одна из цапф имеет жестко
посаженое зубчатое колесо, соединенное
с механизмом поворота конвертора. Другая
цапфа пустотелая. Она соединена с
воздухопроводом скользящим уплотняющем
сальником, обеспечивающем беспрепятственный
поворт конвертора вокруг горизонтальной
оси. Через отверстие в цапфе и патрубок
воздух от возуходувки поступает в
воздушную коробку. Такая схема обеспечивает
непрерывную подачу воздуха через днище
при любом положении конвертора и во
время его поворота.

Шихтовые
материалы:

Исходным материалом, используемом при
бессемеровском процессе, является
чугун. Так как футеровка конвертора
кислая, шлак получается тоже кислым,
что обуславливает невозможность удаления
фосфора и серы из металла в шлак. Поэтому
содержание P
и S
в чугуне должно быть ограничено. К
шихтовым материал относятся также
охладители металла (стальной лом,
железная руда и прокатная окалина),
раскислители и легирующие ферросплавы.
В стальном ломе должно быть минимум S и
P, ржавчины, земли и цветных металлов.

В
1878 г. английский металлург С.Томас
изготовил стойкую основную футеровку,
заложив фундамент для реализации
основного конверторного процесса.

В
этом процессе сталь получают путем
продувки жидкого фосфористого чугуна
снизу воздухом в основном конверторе,
футерованном смолодоломитовым кирпичом.

Устройство
конвертора С.Томас:

В
отличии от бессемеровских конверторов,
в которых днища приставные, а отверстия
сделаны в шамотовых фурмах, в томасовских
конверторах доломитовые днища конические
вставные, не имеют фурм, а сопла выполнены
в самом их теле. Основная (доломитовая)
футеровка стен и днища томасовского
конвертора в 1,5-2 раза толще, чем
бессемеровского, тк в первом случае
образуется больше шлака, в результате
чего футеровка изнашивается быстрее.
Кроме того, разрушение кладки вызывается
тем, что в начале томасовской плавки
шлак содержит много двуокиси кремния,
химически агрессивного по отношению к
основной футеровке.

Томасовские
конверторы отличаются от бессемеровских
увеличенным отношением их внутреннего
объема к объему жидкого чугуна и площадью
поперечного сечения сопел. Это обусловлено
тем, что в томасовском процессе образуется
большее количество шлака, выбросы во
время обезуглероживания металла
происходят чаще, концентрация примесей
в чугуне и расход кислорода выше.

Рисунок
1 Конвертер: а) Бессемеровский садкой
35 т., б) Томасовский садкой 45 т.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.