Основной кислородный процесс производства стали ( BOS , BOP , BOF или OSM ), также известный как процесс производства стали в Линце-Донавице или кислородный конвертерный процесс , [1] представляет собой метод первичного производства стали , при котором расплавленный чугун с высоким содержанием углерода превращается в сталь . Продувка кислорода через расплавленный чугун снижает содержание углерода в сплаве и превращает его в низкоуглеродистую сталь . Процесс известен как основной , потому что флюсы из оксида кальция или доломита , которые являются химическими основами , добавляются для удаления примесей и защиты футеровки конвертера. [2]
Процесс был изобретен в 1948 году швейцарским инженером Робертом Дюррером и коммерциализирован в 1952–1953 годах австрийской сталелитейной компанией VOEST и ÖAMG . Конвертер LD, названный в честь австрийских городов Линц и Донавиц (район Леобена ), является усовершенствованной версией бессемеровского конвертера , в котором продувка воздухом заменена продувкой кислородом. Он снизил капитальные затраты на заводы и время плавки, а также повысил производительность труда. В период с 1920 по 2000 год потребность в рабочей силе в отрасли снизилась в 1000 раз, с более чем 3 человеко-часов на метрическую тонну до всего лишь 0,003. [3] К 2000 году на долю кислородного конвертера приходилось 60% мирового производства стали. [3]
Современные печи способны перерабатывать до 400 тонн чугуна [4] и превращать его в сталь менее чем за 40 минут, тогда как в мартеновской печи на это уходит 10–12 часов .
Основной кислородный процесс развивался 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 кислородную продувку для декарбонизации расплавленного железа (патент Великобритании № 2207). В течение почти 100 лет коммерческие объемы кислорода были недоступны или были слишком дорогими, и в производстве стали использовали продувку воздухом. Во время Второй мировой войны немецкие (Карл Валериан Шварц), бельгийские ( Джон Майлз ) и швейцарские ( Дюррер и Генрих Хайльбрюгге) инженеры предложили свои версии кислородной продувки стали, но только Дюррер и Хайльбрюгге довели ее до массового производства. [5]
В 1943 году Дюррер, бывший профессор Высшей технической школы в Шарлоттенбурге (ныне Берлинский технический университет ), вернулся в Швейцарию и занял место в совете директоров Roll AG , крупнейшего сталелитейного завода страны. В 1947 году он приобрел в США первый небольшой экспериментальный конвертер весом 2,5 тонны, а 3 апреля 1948 года новый конвертер выдал свою первую сталь. [5] Новый процесс мог легко перерабатывать большие объемы металлолома , при этом требовалась лишь небольшая доля первичного металла. [6] Летом 1948 года Roll AG и две австрийские государственные компании, VÖEST и ÖAMG, договорились о коммерциализации процесса Дюррера. [6]
К июню 1949 года VÖEST разработала адаптацию процесса Дюррера, известную как процесс LD (Линц-Донавиц). [7] [8] В декабре 1949 года VÖEST и ÖAMG взяли на себя обязательство построить свои первые 30-тонные кислородные конвертеры. [8] Они были введены в эксплуатацию в ноябре 1952 года (VÖEST в Линце) и мае 1953 года (ÖAMG, Донавиц) [8] и временно стали передовым краем мирового сталеплавильного производства, вызвав всплеск исследований, связанных со сталью. [9] К 1963 году конвертер VÖEST посетили тридцать четыре тысячи бизнесменов и инженеров. [9] Процесс LD сократил время обработки и капитальные затраты на тонну стали, способствуя конкурентному преимуществу австрийской стали. [7] В конечном итоге VÖEST приобрела права на маркетинг новой технологии. [8] Ошибки руководства VÖEST и ÖAMG в лицензировании их технологий сделали контроль над их внедрением в Японии невозможным. К концу 1950-х годов австрийцы утратили свое конкурентное преимущество. [7]
В оригинальном процессе LD кислород продували поверх расплавленного железа через охлаждаемое водой сопло вертикальной фурмы. В 1960-х годах производители стали внедрили конвертеры с донной продувкой и разработали продувку инертным газом для перемешивания расплавленного металла и удаления примесей фосфора . [3]
В Советском Союзе экспериментальное производство стали с использованием этого процесса было осуществлено в 1934 году, но промышленное использование было затруднено из-за отсутствия эффективной технологии для производства жидкого кислорода. В 1939 году русский физик Пётр Капица усовершенствовал конструкцию центробежного турбодетандера . Процесс был введен в эксплуатацию в 1942–1944 годах. Большинство турбодетандеров, используемых в промышленности с тех пор, были основаны на конструкции Капицы, и 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 приняли 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 мировой и 80% японской стали производились в кислородных конвертерах. [3]
В последней четверти 20-го века использование кислородных конвертеров для производства стали постепенно, частично, было заменено электродуговой печью, использующей стальной лом и железо. В Японии доля процесса LD снизилась с 80% в 1970 году до 70% в 2000 году; мировая доля кислородного процесса стабилизировалась на уровне 60%. [3]
.jpg/1280px-BOS_Plant_(Scunthorpe_Steelworks).jpg)
Конвертерное кислородное производство стали — это первичный процесс производства стали для преобразования расплавленного чугуна в сталь путем продувки кислорода через фурму над расплавленным чугуном внутри конвертера. Экзотермическое тепло вырабатывается в результате окислительных реакций во время продувки.
Процесс производства стали в кислородно-конвертерном конвертере выглядит следующим образом:
Более ранние конвертеры с ложным дном, которое можно отсоединить и отремонтировать, все еще используются. Современные конвертеры имеют фиксированное дно с пробками для продувки аргоном. Печь оптимизации энергии (EOF) представляет собой вариант BOF, связанный с подогревателем лома, где явное тепло в отходящем газе используется для предварительного нагрева лома, расположенного над сводом печи.
Копье, используемое для продувки, претерпело изменения. Копья без шлака с длинным сужающимся медным наконечником были использованы для предотвращения заклинивания копья во время продувки. Копья с последующим сжиганием сжигают CO, образующийся во время продувки, в CO2 и обеспечивают дополнительное тепло. Для бесшлаковой выплавки используются дротики, огнеупорные шары и детекторы шлака. Современные конвертеры полностью автоматизированы с автоматическими схемами продувки и сложными системами управления. [ необходима цитата ]