Из Википедии, свободной энциклопедии
  (Перенаправлено из процесса Линца-Донавица )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Кислородный конвертер загружается на сталелитейном заводе ThyssenKrupp в Дуйсбурге

Основные кислорода сталеплавильный ( ЛК , ВОР , БОФ , или ОСМ ), также известный как Линц-Донавиц-выплавки стали или кислородно - конвертерного процесса [1] представляет собой метод первичного производства стали , в котором богатый углеродом расплавленного чугуна производится в стали . Продувка кислородом расплавленного чугуна снижает содержание углерода в сплаве и превращает его в низкоуглеродистую сталь . Процесс известен как основные , так как потоки из обожженной извести или доломита, которые являются химическими основаниями , добавляются для облегчения удаления примесей и защиты футеровки конвертера. [2]

Процесс был разработан в 1948 году швейцарским инженером Робертом Дюррером и реализован в 1952–1953 годах австрийской сталелитейной компанией VOEST и ÖAMG . Конвертер LD, названный в честь австрийских городов Линц и Донавиц (район Леобена ), представляет собой усовершенствованную версию конвертера Бессемера, в котором продувка воздуха заменена продувкой кислородом. Это снизило капитальные затраты заводов, время плавки и повысило производительность труда. Между 1920 и 2000 годами потребность в рабочей силе в отрасли снизилась в 1000 раз, с более чем трех человеко-часов на метрическую тонну до 0,003. [3]Большая часть стали, производимой в мире, производится с использованием кислородной печи. В 2000 году на его долю приходилось 60% мирового производства стали. [3]

Современные печи загружают до 400 тонн железа [4] и превращают его в сталь менее чем за 40 минут по сравнению с 10–12 часами в мартеновской печи .

История [ править ]

Основной кислородный процесс развился вне традиционной среды «большой стали». Он был разработан и усовершенствован одним человеком, швейцарским инженером Робертом Дюррером, и коммерциализирован двумя небольшими сталелитейными компаниями в оккупированной союзниками Австрии , которая еще не оправилась от разрушений Второй мировой войны . [5]

В 1856 году Генри Бессемер запатентовал процесс производства стали, включающий продувку кислородом для обезуглероживания расплавленного чугуна (патент Великобритании № 2207). В течение почти 100 лет коммерческие количества кислорода были недоступны или были слишком дорогими, и изобретение оставалось неиспользованным. Во время Второй мировой войны немецкие (Карл Валериан Шварц), бельгийские (Джон Майлз) и швейцарские (Дюррер и Генрих Хайльбрюгге) инженеры предложили свои версии производства стали с кислородным дутьем, но только Дюррер и Хайльбрюгге довели их до массового производства. [5]

В 1943 году Даррер, бывший профессор Берлинского технологического института , вернулся в Швейцарию и принял место в совете директоров Roll AG , крупнейшего сталелитейного завода страны. В 1947 году он приобрел в США первый небольшой экспериментальный конвертер массой 2,5 тонны, а 3 апреля 1948 года новый конвертер произвел первую сталь. [5] Новый процесс может удобно обрабатывать большие объемы металлолома с использованием лишь небольшой доли первичного металла . [6] Летом 1948 года Roll AG и две австрийские государственные компании, VOEST и ÖAMG, договорились о коммерциализации процесса Durrer. [6]

К июню 1949 года компания VOEST разработала адаптацию процесса Даррера, известную как процесс LD (Linz-Donawitz). [7] [8] В декабре 1949 года VOEST и ÖAMG взяли на себя обязательство построить свои первые 30-тонные кислородные конвертеры. [8] Они были введены в эксплуатацию в ноябре 1952 г. (VOEST в Линце) и мае 1953 г. (ÖAMG, Donawitz) [8] и временно стали ведущими мировыми сталеплавильными предприятиями, что вызвало всплеск исследований, связанных со сталью. [9] К 1963 году конвертер VOEST посетили 34 тысячи предпринимателей и инженеров. [9] Процесс LD сократил время обработки и капитальные затраты на тонну стали, что способствовало конкурентному преимуществу австрийской стали. [7]В конечном итоге VOEST приобрела права на продажу новой технологии. [8] Ошибки руководства VOEST и ÖAMG при лицензировании своей технологии сделали невозможным контроль над ее внедрением в Японии . К концу 1950-х австрийцы утратили конкурентоспособность. [7]

В первоначальном процессе LD кислород подавался над расплавленным чугуном через охлаждаемое водой сопло вертикальной фурмы. В 1960-х годах сталелитейщики внедрили конвертеры с дутьем снизу и ввели продувку инертным газом для перемешивания расплавленного металла и удаления примесей фосфора . [3]

В Советском Союзе некоторое экспериментальное производство стали с использованием этого процесса было выполнено в 1934 году, но промышленное использование было затруднено из-за отсутствия эффективных технологий производства жидкого кислорода. В 1939 году русский физик Петр Капица усовершенствовал конструкцию центробежного турбодетандера . Процесс был запущен в 1942-1944 гг. Большинство турбодетандеров, используемых с тех пор в промышленности, были основаны на конструкции Капицы, а центробежные турбодетандеры взяли на себя почти 100% промышленного сжижения газа и, в частности, производства жидкого кислорода для сталеплавильного производства. [10]

Крупные американские производители стали поздно начали применять новую технологию. Первые кислородные конвертеры в США были запущены в конце 1954 года компанией McLouth Steel в Трентоне, штат Мичиган , на долю которой приходилось менее 1% национального рынка стали. [3] US Steel и Bethlehem Steel внедрили кислородный процесс в 1964 году. [3] К 1970 году половина мирового и 80% производства стали в Японии производилась в кислородных конвертерах. [3] В последней четверти 20-го века использование кислородных конвертеров для производства стали постепенно было заменено электродуговыми печами.с использованием лома стали и железа. В Японии доля процессов LD снизилась с 80% в 1970 году до 70% в 2000 году; мировая доля основного кислородного процесса стабилизировалась на уровне 60%. [3]

Процесс [ править ]

Принцип преобразователя LD
Поперечное сечение основной кислородной печи
Внешний вид сталеплавильного завода с кислородным фильтром на сталелитейном заводе в Сканторпе .

Производство стали в кислородном передельном производстве - это первичный процесс производства стали для превращения расплавленного чугуна в сталь путем продувки кислородом через фурму над расплавленным чугуном внутри конвертера. Экзотермическое тепло генерируется реакциями окисления во время продувки.

Основной процесс производства стали в кислородной среде выглядит следующим образом:

  1. Расплавленный чугун (иногда называемый « чугуном ») из доменной печи выливают в большой футерованный огнеупором контейнер, называемый ковшом .
  2. Металл в ковше направляется непосредственно на кислородно-кислородную выплавку стали или на стадию предварительной обработки. Кислород высокой чистоты под давлением 700–1000 кПа (100–150 фунтов на квадратный дюйм) вводится со сверхзвуковой скоростью на поверхность ванны с железом через трубку с водяным охлаждением, которая подвешена в сосуде и находится на высоте нескольких футов над ванной. . Предварительная обработка чугуна доменной печи выполняется извне для уменьшения содержания серы , кремния и фосфора перед загрузкой чугуна в конвертер. При предварительной очистке от серы снаружи фурма опускается в расплавленный чугун в ковше и добавляется несколько сотен килограммов порошкообразного магния , и примеси серы восстанавливаются досульфид магния в бурной экзотермической реакции. Затем сульфид счищают. Аналогичная предварительная обработка возможна для внешнего обескремнивания и внешнего дефосфорирования с использованием прокатной окалины (оксида железа) и извести в качестве флюсов. Решение о предварительной обработке зависит от качества чугуна и требуемого конечного качества стали.
  3. Заполнение печи ингредиентами называется загрузкой . Процесс BOS является автогенным, то есть необходимая тепловая энергия вырабатывается в процессе окисления. Соотношение чугуна из расплава к холодному лому очень важно для поддержания надлежащего баланса загрузки . Емкость BOS может быть наклонена до 360 ° и наклонена в сторону удаления шлака для загрузки лома и горячего металла. При необходимости в емкость BOS загружается стальной или чугунный лом (25-30%). Расплавленный чугун из ковша добавляется по мере необходимости для баланса загрузки. Типичный химический состав горячего металла, загружаемого в емкость BOS: 4% C, 0,2–0,8% Si, 0,08–0,18% P и 0,01–0,04% S, все из которых могут окисляться поданным кислородом, за исключением серы. что требует редуцирующих условий)
  4. Затем сосуд устанавливают в вертикальное положение и опускают в него водоохлаждаемую фурму с медным наконечником с 3–7 соплами, и кислород высокой чистоты доставляется со сверхзвуковой скоростью. Копье «продувает» 99% -ый чистый кислород по чугуну, воспламеняя растворенный в стали углерод с образованием моноксида углерода и диоксида углерода , в результате чего температура повышается примерно до 1700 ° C. Это плавит лом, снижает содержание углерода в расплавленном чугуне и помогает удалить нежелательные химические элементы . Использование чистого кислорода (вместо воздуха) улучшает бессемеровский процесс , поскольку азот (нежелательный элемент) и другие газы в воздухе не вступают в реакцию с загрузкой и снижают эффективность печи. [11]
  5. Флюсы (негашеная известь или доломит ) загружаются в емкость для образования шлака , чтобы поддерживать основность выше 3 и поглощать примеси в процессе выплавки стали. В процессе «продувки» вспенивание металла и флюсов в емкости образует эмульсию , что облегчает процесс рафинирования. Ближе к концу цикла продувки, который занимает около 20 минут, измеряется температура и отбираются образцы. Типичный химический состав выдутого 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.
  6. Судно ЛК наклонена в сторону ошлаковывания и сталь заливают через летку в стальной ковш с основной огнеупорной футеровки. Этот процесс называется нарезкой стали. Дальнейшее рафинирование стали в печи-ковше путем добавления легирующих материалов для придания особых свойств, требуемых заказчиком. Иногда для правильного смешивания сплавов в ковш барботируют аргон или азот .
  7. После выливания стали из емкости BOS шлак через горловину емкости BOS сливается в шлаковые емкости и выгружается.

Варианты [ править ]

Преобразователи более ранних версий с фальш-дном, которое можно отсоединить и отремонтировать, все еще используются. Современные преобразователи имеют фиксированное днище с заглушками для продувки аргоном. Оптимизация печь Энергии (ЭОП) , представляет собой варианты БОФА , связанные с подогревателем лома , где теплосодержание в отходящих газах используются для предварительного нагрева скрапа, расположенный выше свода печи.

Пика, используемая для обдува, претерпела изменения. Для предотвращения заклинивания копья во время продувки использовались бесшлаковые копья с длинным сужающимся медным наконечником. Наконечники фурмы дожигания сжигают CO, образующийся при вдувании в CO 2, и обеспечивают дополнительное тепло. Для бесшлакового выпуска используются дротики, огнеупорные шары и детекторы шлака. Современные конвертеры полностью автоматизированы с автоматическими схемами выдувания и сложными системами управления.

См. Также [ править ]

  • Печь AJAX , мартеновская технология с переходным кислородом

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Брок и Эльзинга, стр. 50.
  2. ^ steeluniversity.org /content/html/eng/BOS_UserGuide.pdf Базовое моделирование кислородного производства стали, версия 1.36 Руководство пользователя Архивировано 25 мая 2014 г. на Wayback Machine , steeluniversity.org, дата обращения 24 мая 2014 г.
  3. ^ Б с д е е г SMIL, с. 99.
  4. ^ http://en.stahl-online.de/index.php/topics/technology/steelmaking/
  5. ^ a b c Smil, стр. 97.
  6. ^ a b Smil, стр. 97–98.
  7. ^ a b c Tweraser, стр. 313.
  8. ^ a b c d Smil, стр. 98.
  9. ^ a b Брок и Эльзинга, стр. 39.
  10. ↑ Эббе Альмквист (2002). История промышленных газов (Первое изд.). Springer. п. 165 . ISBN 0-306-47277-5.
  11. ^ McGannon, р 486

Библиография [ править ]

  • МакГаннон, редактор Гарольда Э. (1971). Изготовление, формирование и обработка стали: девятое издание . Питтсбург, Пенсильвания: United States Steel Corporation.
  • Смил, Вацлав (2006). Преобразование двадцатого века: технические инновации и их последствия, Том 2 . Oxford University Press, США. ISBN 0-19-516875-5 . 
  • Брок, Джеймс У .; Эльзинга, Кеннет Г. (1991). Антимонопольное законодательство, рынок и государство: вклад Уолтера Адамса . ME Шарп. ISBN 0-87332-855-8 . 
  • Тверасер, Курт (2000). План Маршалла и реконструкция сталелитейной промышленности Австрии 1945–1953 гг . в: Bischof, Gunther et al. (2000). План Маршалла в Австрии . Издатели транзакций . ISBN 0-7658-0679-7 . С. 290–322. 

Внешние ссылки [ править ]

  • Базовый модуль кислородного производства стали на сайте steeluniversity.org , включая полностью интерактивное моделирование
  • Базовая модель затрат кислородного производства стали, показывающая типичную структуру затрат на жидкую сталь