コンバータ。発明と生産の歴史

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コンバータ。発明と生産の歴史

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転炉 - 銑溶鉄から鋼を製造し、空気または商業用純酸素を吹き込むことで装入するための装置 (炉の種類)。現在では酸素がより一般的に使用されています。酸素は羽口を通してコンバータの作業空間に供給されます（圧力約 1,5 MPa）。鋼を得るこの方法は転炉または酸素転炉と呼ばれます。

コンバーターは、上部 - ヘルメット、中央 - シリンダー、下部 - 底の XNUMX つの部分で構成されるコンテナです。底部は取り付け、差し込み式、または円筒部分と一体化することができます。この場合、コンバータは聴覚障害者と呼ばれます。

1855 年、イギリス人のヘンリーベッセマーは興味深い実験を行いました。彼はるつぼで高炉の鉄片を溶かし、空気で吹き飛ばしました。脆い鋳鉄が可鍛鋼に変わりました。すべてが非常に簡単に説明されました-空気の酸素が溶融物から炭素を燃焼させ、それが酸化物と二酸化物の形で大気中に取り除かれました。

冶金学の歴史の中で初めて、製品を得るために原材料の追加の加熱は必要ありませんでした。ベッセマーが炭素燃焼の発熱反応を実現したので、これは理解できます。プロセスは驚くほど速かった。代かき炉では、鋼はほんの数時間で生産されましたが、ここではほんの数分で生産されました。そこでベッセマーはコンバーターを作成しました。これは、追加の加熱なしで溶鉄を鋼に変えるユニットです。 DI。メンデレーエフは、燃料のないベッセマーコンバーター炉と呼んだ。そして、ベッセマー骨材の形が洋ナシに似ていたので、「ベッセマー洋ナシ」と呼ばれました。

ベッセマーコンバーター

ベッセマー転炉では、すべての鋳鉄を溶かすことができるわけではなく、シリコンとマンガンを含む鋳鉄のみを溶かすことができます。供給された空気の酸素と結合して大量の熱を放出し、炭素の急速な燃焼を保証します。それでも、固体の金属片を溶かすには十分な熱がありません。したがって、スクラップ鉄または硬質鋳鉄は、ベッセマー転炉では処理できません。これにより、アプリケーションの可能性が大幅に制限されます。

ベッセマー法は、鋼を入手するための迅速、安価、簡単な方法ですが、大きな欠点もあります。コンバーター内の化学反応は非常に速いため、炭素が燃焼し、有害な不純物（硫黄とリン）が鋼に残り、その特性を低下させます。また、吹くと鋼が空気中窒素で飽和し、金属が劣化します。そのため、平炉が登場するとすぐに、ベッセマーコンバーターが鉄鋼製錬に使用されることはめったにありませんでした。非鉄金属（銅とニッケル）の製錬には、はるかに多くのコンバーターが使用されました。

コンバータ

もちろん、今日のコンバーターは、ある意味でベッセマーの子孫の子孫と呼ぶことができます。なぜなら、以前と同様に、溶鉄を吹き飛ばして鋼が得られるからです。しかし、空気ではなく、技術的に純粋な酸素です。はるかに効率的であることが判明しました。

鉄鋼製錬の酸素変換法は、半世紀以上前に冶金学に登場しました。冶金技術者 N.I. の提案により、ソビエト連邦で作成されました。モズゴボイ、彼はベッセマープロセスを完全に置き換え、1936 年にキエフのボルシェビキ工場で世界初の酸素変換鋼の製錬に成功しました。

このようにして、液体銑鉄を処理できるだけでなく、以前は平炉でしか処理できなかった大量の固体銑鉄と鉄スクラップをそれに追加することも可能であることが判明しました。それが、酸素変換器が非常に普及した理由です。

しかし、1950 年代になって初めて、鉄鋼転炉が登場しました。酸素転炉での熱利用率は、炉床式製鋼ユニットよりもはるかに高いです。転炉の熱効率は70%で、平炉の場合は30以下です。また、転炉からの排ガスは廃熱ボイラーでのアフターバーニングや、炉からガスを取り出す際の燃料として利用されます。アフターバーニングなしのコンバーター。

コンバーターには、ボトムブロー、トップブロー、コンバインの XNUMX 種類があります。現在、世界で最も一般的な変換器は上吹き酸素変換器です。ユニットは非常に生産的で、操作が比較的簡単です。しかし、近年、世界中で、下吹きおよび組み合わせ (上と下) ブラストコンバーターが上吹きコンバーターを締め出し始めています。

上部爆発の酸素コンバーターの装置: 1 - 本体; 2 - 裏地。 3 - コンバーターの作業スペース。 4 - トラニオンと本体固定システムを備えたサポートリング。 5 - ノードとベッドをサポートします。 6 - 回転機構。 7 - 固定および移動システムを備えた酸素ランス

トップパージ付きの酸素変換器の装置を考えてみましょう。コンバーター本体の中央部分は円筒形で、槽の壁は球形で、底は平らです。ヘルメットの上部は円錐形です。コンバーターのケーシングは、厚さ 30 ～ 90 mm の鋼板でできています。最大150トンのケージを備えたコンバーターでは、底部が取り外し可能で、船体にボルトで固定されているため、修理作業が容易です。 250 ～ 350 トンの負荷がかかると、転炉は底がつきにくくなります。これは、液体金属のブレークスルーの場合に備えて、頑丈な船体構造を作成する必要があるためです。

コンバーターのハウジングは、トラニオンが溶接された特殊なサポートリングに取り付けられています。トラニオンの XNUMX つは、ギアカップリングを介して回転機構に接続されています。容量が XNUMX トンを超えるコンバータでは、両方のピンが駆動されます。コンバーターは、ベッドに取り付けられたベアリングのトラニオンによって支えられています。回転機構により、水平軸を中心にコンバータを回転させることができます。

コンバーターの本体と底部は耐火レンガで裏打ちされています。酸素は、転炉ネックに挿入された特殊なランスを介して金属パージ用の転炉槽に供給されます。

転炉プロセスの最初の作業は、スクラップの積み込みです。コンバーターは垂直軸から特定の角度で傾けられ、首を通る容量を備えた特別なボックススクープがコンバータースクラップ - 鉄と鋼のスクラップにロードされます。通常、20 メルトあたり 25 ～ XNUMX% のスクラップをロードします。スクラップが転炉で加熱されていない場合は、すぐに溶鉄が注がれます。その後、コンバーターを垂直位置に置き、酸素ランスをネックからコンバーターに導入します。

スラグ形成材料は、スラグを誘発するために特別なシュートを介して転炉に導入されます。石灰と少量の鉄鉱石と蛍石です。

鋳鉄の不純物を酸化し、金属を所定の値まで加熱した後、パージを停止し、ランスを転炉から取り外し、金属とスラグを取鍋に注ぎます。合金添加剤と脱酸剤が取鍋に導入されます。

正常に機能しているコンバーターでの溶融時間は、その容量とはほとんど関係なく、45 分で、パージ時間は 15 ～ 25 分です。各コンバーターは、800 か月あたり 1000 ～ 600 の溶解を行います。コンバーターの耐久性は 800 ～ XNUMX 回の溶解です。

コンバーター内の金属の動きは非常に複雑で、酸素ジェットに加えて、一酸化炭素の泡が液槽に作用します。混合プロセスは、スラグがガスジェットによって金属の厚さに押し込まれ、それと混合されるという事実によってさらに複雑になります。浴の動きと放出された一酸化炭素による膨潤により、液体溶融物のかなりの部分がエマルジョン状態になり、金属とスラグの滴が互いに密接に混合されます。その結果、金属とスラグとの接触面が大きくなり、高い炭素酸化率が保証されます。

酸素下吹き転炉は、鉄の廃棄物が少ないため、上吹き転炉と比較して、良質な鋼の歩留まりを高く (1,5 ～ 2%) することができます。 180 トンの底吹き転炉での溶解は 32 ～ 39 分、ブローダウンは 12 ～ 14 分続きます。つまり、生産性は上吹き転炉よりも高くなります。ただし、ボトムの中間交換の必要性は、このパフォーマンスの違いを解消します。

1966 年から 1967 年にかけて、海外で最初の本格的な転炉が建設されました。このようなコンバーターを作成する必要があるのは、主に XNUMX つの理由によるものです。第一に、マンガン、シリコン、リンの含有量が高い鋳鉄を処理する必要性。これは、トップブローを使用した転炉でのこのような鋳鉄の処理は、ブロー中に金属の放出を伴い、化学組成の適切な安定性を提供しないためです。完成した鋼。第二に、このようなパージを備えた転炉が、既存のベッセマーおよびトーマスの店舗の再建を可能にし、既存の平炉店舗の建物に適合する最も受け入れられる設計であるという事実。

このコンバーターは、多数の反応ゾーンの存在、溶融の最初の数分からの炭素の集中的な酸化、およびスラグ中の酸化鉄の含有量が少ないことを特徴としています。ボトムブロー中の製鋼浴の操作の詳細により、このタイプのコンバーターでは、他のコンバーターよりも製品の歩留まりがやや高く、排気ガスのダスト含有量が低くなります。

多数の羽口を持つ下吹き転炉では、すべての技術プロセスが上吹き転炉よりも集中的に進行しますが、下吹き転炉の全体的な性能は、底部の安定性が限られているため、上吹き転炉のそれを大幅に超えることはありません。

コンバーターの底部の敷設を高温から保護するために、ランスは16本の同軸チューブの形で作られています。酸素は中央のチューブから供給され、一部の炭化水素燃料（ほとんどの場合天然ガス）は周辺のチューブから供給されます。。通常、そのような槍は22〜XNUMX個あります。多数の小さな羽口により、バスの混合が改善され、溶解プロセスがスムーズになります。

燃料ジェットは反応ゾーンを底部から分離し、燃料加熱のための熱抽出、燃料成分とその酸化生成物のクラッキングおよび解離により、酸素ジェットの出口点で底部近くの温度を下げます。冷却効果は、酸素ジェットに供給される粉末石灰によっても提供されます。このように、溶融金属を下から数回の酸素ジェットで吹き飛ばすことにより、転炉の運転において多くの好ましい特徴が生み出される。多数の反応ゾーンと、酸素ジェットと金属との大きな界面接触面を提供します。これにより、吹き出し強度を高め、炭素の酸化速度を高めることができます。浴の混合が改善され、酸素利用度が向上します。その結果、大きなスクラップを溶かすことが可能になります。浴の優れた流体力学により、溶融物全体がより滑らかで静かになり、実質的に排出物がなくなります。このため、底吹き転炉は、マンガンとリンの含有量が高い鋳鉄を処理できます。

幅広い範囲の鋼を製造する可能性を伴う金属の組成と温度の均一性を高める必要性と同時に、ユニットの生産性を高めたいという願望は、比較的小さいものとの組み合わせた吹き込みの使用につながりました（底吹き）転炉底部に設置された羽口から吹き込むガスの量。

最近、このようなプロセスの XNUMX つの主要な変形が登場しました。酸素または不活性ガスを下から供給して、浴を強力に混合し、不純物を除去するプロセスを加速します。この場合、底吹きと同様にガスとともに粉石灰を下から供給することができる。スクラップの消費量などの重要な指標によると、上吹き、下吹き、複合吹きのコンバーターはほぼ同じレベルにあり、下吹きの歩留まりはわずかに高くなっています。

現在、溶融浴の複合吹き込みの多くの異なる方法が使用され、世界中で開発されており、上吹きと下吹きを合理的に組み合わせており、後者は酸素と不活性ガス（アルゴン、窒素）の両方を使用しています。

上吹きによる転炉プロセスでは、十分に強力な混合が、集中的な炭素酸化を伴う溶融物の中間でのみ達成されます。溶湯の最初と最後では混合が不十分で、硫黄とリンから金属を深く精製することは困難です。上部と下部の羽口を介した酸素の複合供給は、XNUMX 回の下部パージよりもさらに多く、炭素酸化のプロセスを加速し、コンバーターの生産性を向上させます。

純粋な底吹きと比較して、同等の条件で組み合わせたプロセスの場合、金属の温度は高くなります。また、複合ブローにより上羽口からの酸素の流れを少なくすることで、粉塵や飛沫を低減します。

酸素コンバーターのもう XNUMX つの利点: ここでは、すべてのプロセスが機械化および自動化されており、コンバーターの管理がコンピューターに委ねられることがますます多くなっています。

著者：Musskiy S.A.

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