Átalakító gyártás

A konvertergyártás  acélgyártás acélolvasztó átalakító egységekben folyékony vas levegővel vagy oxigénnel történő fújásával . Az öntöttvas acéllá történő átalakulása az öntöttvasban lévő szennyeződések ( szilícium , mangán , szén stb.) oxigénnel történő oxidációja, majd az olvadékból történő eltávolítása miatt következik be. Az oxidációs folyamat során felszabaduló hő az olvadék hőmérsékletét az acél olvasztásához szükséges hőmérsékletre emeli, azaz a konverter működéséhez nincs szükség üzemanyagra. A 21. század elején a világ acéljának több mint 60%-át konverteres módszerrel állítják elő [1] .

Folyamatok

Átalakító folyamatok osztályozása

A fő osztályozási módszerek az adagolás módja, a robbantási és egyéb reagensek összetétele, a bélés összetétele, a további hőnek a konverterbe történő bevezetésének módja. A robbanásellátás módja szerint a folyamatokat három csoportra osztják:

• alulról történő tisztítással;
• felülről történő öblítéssel;
• kombinált öblítéssel.

A Bessemer és Thomas folyamatok az alulról fújó folyamatok csoportjába tartoznak. Levegőt, oxigénnel dúsított levegőt és gőz-oxigén keveréket használnak robbantásként ezekben a folyamatokban. A BOF-eljárás és a Caldo-eljárás a felsőfúvott folyamatok csoportjába tartozik. A Bessemer- és Thomas-eljárások átadják helyét a csúcstechnológiás folyamatoknak.

A további hő konverterbe történő bevezetésének módja szerint a következő folyamatokat különböztetjük meg:

• további tüzelőanyag elégetésével az öblítés során;
• a szén-monoxid további utóégetésével szén-monoxiddá a konverter üregében;
• fémhulladék előmelegítésével a konverterben;
• további tüzelőanyag elégetésével és a szén-monoxid szén-monoxiddá történő utóégetésével a lefújás során;
• fémhulladék előmelegítésével az öblítés előtt és további tüzelőanyag elégetésével az öblítési folyamat során;
• fémhulladék előmelegítésével az öblítés előtt és a gázok utóégetésével az öblítés során;
• fémhulladék fújás előtti előmelegítésével, további tüzelőanyag elégetésével és szén-monoxid utóégetésével szén-dioxiddá fújás közben [2] .

Bessemer folyamat

A folyékony acél első tömeggyártását Henry Bessemer angol feltaláló fedezte fel 1856- ban . Bessemer előtt az olvadt acél nem létezett: lehetetlen volt 1500 ° feletti hőmérsékletet elérni, amely szükséges az öntöttvasnál alacsonyabb széntartalmú fém megolvasztásához. Az acélt tócsázással és kalapácskovácsolással nyerték .

A Bessemer konverterben az olvadék öblítése atmoszférikus levegővel történik. A benne lévő nitrogén a hasznos reakcióhő jelentős részét elviszi, így megakadályozza, hogy nagy mennyiségű selejt kerüljön az olvadékba, részben pedig szennyeződésként átjut a keletkező acélba. Az eljárás fő hátránya a fém gyenge minősége a káros szennyeződések ( foszfor és kén ) miatt, amelyek a fújás során nem távolíthatók el. A Bessemer öntöttvas olvasztásához nagyon tiszta kén- és foszforvasércek szükségesek , amelyek természetes készletei korlátozottak.

Thomas Process

Az angol Sidney Gilchrist Thomas 1878 - ban a fő bélést használta a Bessemer konverter savas dinasz bélése helyett, és mész használatát javasolta a foszfor megkötésére. A Thomas-eljárás lehetővé tette a magas foszfortartalmú öntöttvasak feldolgozását , és elterjedt azokban az országokban, ahol a legtöbb lelőhely vasércei sok foszfort tartalmaznak ( Belgium , Luxemburg stb.). A Thomas - acél azonban rossz minőségű volt.

1864-ben a francia kohász, P. Martin kifejlesztett egy eljárást acél előállítására kandallókemencében. Az acélgyártás konverteres eljárásaival ellentétben a nyitott kandallós eljárást a kiindulási anyag kémiai összetételével szembeni alacsony követelmények jellemezték, és nagy mennyiségű acélhulladék újraolvasztását tette lehetővé; a kandallóacél minősége jobb volt, mint a konverteracélé. Meg kell azonban jegyezni, hogy az olvadási idő egy nyitott kandallóval rendelkező kemencében sokkal hosszabb, mint a konverterben. A kandallós kemence a teljes olvadás alatt külső fűtést igényel, míg a konverter önmagát melegíti fel. Ennek eredményeként a nyitott kandallós módszert végül kiszorítja az átalakító módszer. A nyitott kandallós kemencében olvasztott acél egyetlen előnye a konverteres kemencéhez képest a nagy választékban rejlik, míg a konverter acélok minőségének növelésére acél befejező berendezést alkalmaznak.

A 20. század közepére a világon előállított összes acél mintegy 80%-át nyitott kandallós módszerrel állították elő. De ebben az időszakban kezdődött a konvertergyártás gyors felélénkülése, amely a tiszta oxigén öblítés használatához kapcsolódik.

BOF folyamat

 Átalakító acélgyártás

Az eljárás feltalálója, Henry Bessemer megkapta az első szabadalmat az oxigénfúvásra. Az ötlet kipróbálását azonban sokáig hátráltatta az oxigén tonnatermelésének hiánya. Az ipari minőségű oxigén csak az 1930-as évek elején vált nagy mennyiségben elérhetővé a levegő cseppfolyósítására és frakciókra desztillálására szolgáló kriogén üzemek létrehozásának köszönhetően. Az első háború előtti vas oxigénfúvás kísérleteit egy tonnás kapacitású kis üstökben végezték. Úgy tűnik, 1933-1936 -ban a kijevi bolsevik üzemben N. I. Mozgovoy mérnök beadásával és irányítása mellett végezték el az első olvasztást a világban oxigén- öblítéssel [3] . Ezzel párhuzamosan Robert Durrer kísérletei voltak Németországban.

A kandallókemence általános kiszorítása oxigénátalakítós gyártással csak a második világháború befejezése után kezdődött , a kriogén technológia háború előtti fejlesztéseinek megvalósításával, a kohászati ​​üzemekben nagyon nagy oxigénüzemek tervezésével és építésével, nem csak a konverterek öblítését, hanem a nagyolvasztós robbantás oxigéndúsítását is biztosította. 1952-ben Linzben (Ausztria) a VÖEST AG üzemében megkezdte működését a világ első oxigénátalakító műhelye . 1966 -ban a Lipecki Kohászati ​​Üzemben beindították az oxigénátalakító műhelyt , amelyben a világon először az összes megtermelt acélt folyamatos öntőművekre öntötték . Azóta az alapvető oxigéntermelés és a folyamatos öntés kombinációja vált az acélgyártás fejlődésének fő irányává [4] .

Ezzel párhuzamosan módszereket dolgoztak ki az olvasztási paraméterek kifejezett szabályozására: a nyitott kandallós BOF olvasztáshoz képest nagyon rövid élettartamú (tíz percekig tart), és gondos megfigyelést igényel a széntartalom, az olvadék hőmérséklete és a kipufogógáz hőmérséklete. gázok stb., hogy a fújást időben leállítsák. Az automatizálás, a laboratóriumi berendezések és a mérőműszerek fejlesztése a jó minőségű konverteracél olvasztásának, valamint a szükséges oxigénmennyiség beszerzésének is szükséges feltétele volt. Az oxigénátalakító eljárással nyert fém minősége egyenértékű a kandallós acéllal , az acél ára 20-25%-kal csökkent, a termelékenység 25-30%-kal nőtt.

A mai napig az oxigénátalakító három fő működési módja létezik: a szén-monoxid teljes utóégetésével, a CO részleges utóégetésével és anélkül.

Az alapvető oxigéneljárásnak számos változata létezik, amelyek a kívánt minőségű acél előállítására szolgálnak különféle összetételű öntöttvasakból: alacsony és magas foszfortartalmú, szilícium- és alacsony szilíciumtartalmú, mangán- és magas mangántartalmú stb. (tisztaság legalább 99,5%, maradék 0,5% - nitrogén , argon , kripton).

Az oxigénátalakító gyártás fejlődésének kezdetén a bélés tartóssága alacsony volt (200-250 olvadás), a béléscsere időtartama meglehetősen magas volt. Ilyen állapotban az egyik műhelybe szerelt átalakító folyamatosan javítás alatt állt. A jövőben megnőtt a konverter béléscsere előtti üzemideje (így a ZSMK -nál kísérletileg 2500 hőt értek el ), a béléscsere ideje lecsökkent, a műhelyek teljes terhelésűek lettek [5] .

Átalakító eszköz

A Bessemer és Thomas konverter acéllemezből készült körte alakú edény, belső béléssel. A Bessemer konverter bélése savas (dinasz tégla), a Tomasovsky konverter bélése bázikus (szmolodolomit).

A konverter elkeskenyedő részének - a nyak - tetején van egy lyuk, amely vas öntésére és acél kioldására szolgál. A klasszikus, alsó öblítésű konverterben a levegődobozba szállított fúvóka az alsó bélésben lévő fúvókákon (furakon) keresztül jut be a konverter üregébe. A robbanás 0,30-0,35 MPa nyomású levegő. Az átalakító hengeres részét tartógyűrű borítja; csapok vannak ráerősítve, amelyeken az átalakító vízszintes tengely körül forog.

A Bessemer konverter aljának ellenállása 15-25 olvadás, utána cserélik. A többi bélés ellenállása nagyobb: a Tomas konverter 250-400, a Bessemer konverter 1300-2000 olvadású. Így a konverter burkolata kémiailag aktív fogyóeszköz, amelyet időszakonként meg kell újítani.

Egy modern alapvető oxigénátalakítóban a robbanást egy felülről lefelé irányuló lándzsán keresztül vezetik be, amelynek végén több szuperszonikus Laval fúvóka van, amelyek majdnem derékszögben vannak az olvadék felületére irányítva. Maga a lándzsa általában nem hatol be az olvadékba. A fröccsenő és kipufogógázok elleni védelem érdekében az átalakító nyakát leereszkedő csengő borítja, és vezérlőberendezések, például pirométerek és gázelemzők is fel vannak szerelve a tetejére . Az olvadási módot és a töltésösszetételt (öntöttvas, törmelék, érc százalékos aránya, hozzáadott vasötvözetek összetétele és mennyisége ) számítógéppel számítják ki a laboratóriumi expressz elemzések és árammérések eredményei alapján.

Az átalakító folyamat automatizálása

Alapfogalmak

A konverteres eljárást nagy áramlási sebesség jellemzi, ami megnehezíti az olvadékszabályozási folyamatot. A szabályozott folyamatparaméterek négy csoportra oszthatók:

• paraméterek beállítása;
• kezdeti paraméterek;
• a tisztítás során megváltozó paraméterek;
• végső.

A vezérlőrendszerekben a megadott paramétereket általában az acél minősége és az öntött bugák tömege határozza meg. Ezek a paraméterek a következők: a folyékony acél tömege, a fém összetétele és hőmérséklete, a végső salak meghatározott bázikussága. A kezdeti paraméterek a folyékony vas összetétele, hőmérséklete és tömege, valamint a fémhulladék és az ömlesztett anyagok típusa és tömege. A kezdeti paraméterekhez kapcsolódik az olvasztáshoz szükséges szén össztömege és az olvasztási folyamathoz szükséges összes oxigén mennyisége is.

Az öblítés során változó paramétereket dinamikusnak nevezzük. Ezek tartalmazzák:

• lándzsa helyzete;
• az oxigén perc és teljes fogyasztása és nyomása;
• a fém összetétele és hőmérséklete;
• salak összetétele;
• a kipufogógázok fogyasztása, összetétele, hőmérséklete;
• fáklya fényereje;
• zajszint;
• konverter és lándzsa rezgések;
• a lándzsa hűtéséhez szükséges víz áramlási sebessége, nyomása és hőmérséklete;
• az ömlesztett anyagok hozzáadásának időpontja;
• tisztítási idő.

A végső paraméterek információt adnak a kapott acél tömegéről, a fém összetételéről és hőmérsékletéről, valamint a salak összetételéről. Az olvadékszabályozás sikeres eredményét a végső és a megadott paraméterek egybeesésének tekintjük. További tényezők a minimális anyagfelhasználás és az olvasztási folyamat ideje.

Vezérlőrendszerek az átalakító folyamathoz

A konverter olvasztását a következő vezérlőrendszerek jellemzik:

• Öntöttvas paraméterek szabályozása;
• Töltetanyagok és olvasztási termékek tömegének meghatározása;
• Mész minőségellenőrzés;
• A robbantási paraméterek szabályozása;
• Az oxigénlándzsa helyzetének szabályozása;
• A fém széntartalmának szabályozása;
• Fém hőmérséklet-szabályozás;
• A fürdő szintszabályozása az öblítésben;
• Salakos ellenőrzés.

Automatikus vezérlőrendszerek olvasztási technológiához

A konvertergyártás automatikus vezérlése szempontjából a következő mennyiségeket különböztetjük meg [6] :

• A fő kibocsátott (szabályozott) mennyiségek : a fém tömege a folyamatban és a fúvás végén, a szén-, foszfor- és kénkoncentráció a fürdőben a fúvás alatt és végén, a fém hőmérséklete a folyamatban, ill. a fújás végén.
• További kimeneti értékek : salak tömege, salak hőmérséklete, konverter gázok hőmérséklete, konverter gázok mennyisége, salak összetétele, konverter gázok összetétele.
• Bemeneti vezérlő változók: vas tömege, acélhulladék tömege, érc tömege az egyes adagokban, mész tömege, mészkő tömege, ömlesztett anyagok konverterbe való bevezetésének ideje, oxigénfogyasztás, távolság az oxigénlándzsa és a lepárlófürdő között szint, fújási idő.
• Szabályozott zavarok: szilícium vastartalma, mangán, kén, foszfor, vashőmérséklet, oxigéntartalom a robbantásban, az olvadások közötti időintervallum.
• Ellenőrizetlen zavaró hatások : az öntöttvas széntartalma, az ömlesztett anyagok összetétele, a selejt méretei és hőmérséklete, a konverterbe kerülő keverősalak tömege és összetétele.

Az átalakító folyamatvezérlés típusai

Általános esetben az olvasztáshoz szükséges oxigén mennyiségét és a szennyeződések mennyiségét, valamint az összes oxigén mennyiségét számítják ki. Az ilyen számításokat általában statikusan szabályozott konverter-olvasztással rendelkező rendszerekre végezzük. Az olvasztási folyamat dinamikus szabályozását a szabályozás pontosságának növelésére használják, ha adott összetételű és hőmérsékletű acélt kell előállítani további fúvási művelet nélkül.

A dinamikus szabályozás célja nemcsak az, hogy az öblítés leállításáig elérjük a megadott hőmérsékleteket és széntartalmat, hanem bizonyos pályákat biztosítson a fém hőmérsékletének és szénkoncentrációjának mérésére az olvasztás során. A fém hőmérsékletének változása a fúvási folyamat során függ a salakképződés lefolyásától, és ettől a konverterből származó kibocsátások lehetőségétől, valamint a fém foszfor- és kéntelenítésének mértékétől [6] .

Az égéstermék-hőmérséklet változásának dinamikájától függően négy olvadási periódus van [6] :

• A kezdeti időszakot (az olvadék begyulladását) az állandó oxigénfogyasztás és a hőmérséklet lassú emelkedése jellemzi.
• Az égéstermék-hőmérséklet-emelkedés időszakát az oxigénfogyasztás automatikus változása jellemzi, amely biztosítja a hőmérséklet-emelkedés bizonyos mértékét.
• Az állandó füstgázhőmérséklet időszaka, amely alatt megközelítőleg állandó oxigénáramlási sebességet tartanak fenn.
• A füstgázok hőmérsékletének csökkenésének utolsó periódusa, amely alatt az oxigén áramlási sebességét állandóan tartják.

Lásd még

• Átalakítás (kohászat)
• nyitott kandallós kemence

Jegyzetek

1. ↑ http://steelcast.ru/ld_process Archiválva : 2015. július 13. a Wayback Machine -nél Steelmaking in an anoxy converter
2. ↑ Starov R. V., Nagorskikh V. A. Acél gyártása konverterekben (kézikönyv az acélgyártó asszisztensének) .- K .: Tekhnika, 1987.- 167 p.
3. ↑ http://kpi.ua/ru/928-7-foto Archív másolat 2015. július 17-én a Wayback Machine -nél Nikolay Illarionovich Mozgovoy - kiváló feltaláló és tudós, a KPI végzettsége
4. ↑ Konverzió
5. ↑ Sztyepanov, Igor Germanovics. A termelés megszervezése. Novokuznyeck. 2003 . Letöltve: 2018. február 27. Az eredetiből archiválva : 2018. január 27. (határozatlan)
6. ↑ 1 2 3 Glinkov G. M., Makovsky V. A. ACS TP a vaskohászatban. - 2., átdolgozott .. - M . : Kohászat, 1999. - S. 188-189. — 310 s. — ISBN 5-229-01251-X .