Производство стали с кислородным конвертером ( BOS , BOP , BOF или OSM ), также известное как производство стали в Линце-Донавитце или кислородно-конвертерный процесс , [1] представляет собой метод первичной выплавки стали , при котором из расплавленного чугуна в чушках , богатого углеродом , перерабатывают сталь . Продувка кислородом расплавленного чугуна снижает содержание углерода в сплаве и превращает его в низкоуглеродистую сталь . Этот процесс известен как основной , потому что для содействия удалению примесей и защиты футеровки конвертера добавляются флюсы из жженой извести или доломита , которые являются химическими основаниями . [2]
Этот процесс был изобретен в 1948 году швейцарским инженером Робертом Дюррером и коммерциализирован в 1952–1953 годах австрийскими сталелитейными компаниями VOEST и ÖAMG . Конвертер LD, названный в честь австрийских городов Линц и Донавитц (район Леобен ), представляет собой усовершенствованную версию бессемеровского конвертера , в которой продувка воздуха заменена продувкой кислородом. Это снизило капитальные затраты заводов и время плавки, повысило производительность труда. Между 1920 и 2000 годами потребность в рабочей силе в промышленности снизилась в 1000 раз, с более чем трех человеко-часов на метрическую тонну до всего лишь 0,003. [3] Большая часть стали, производимой в мире, производится с использованием конвертерной печи. В 2000 году на его долю приходилось 60% мирового производства стали. [3]
Современные печи принимают шихту железа массой до 400 тонн [4] и превращают ее в сталь менее чем за 40 минут по сравнению с 10–12 часами в мартеновской печи .
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 продувку кислородом для обезуглероживания расплавленного железа (патент Великобритании № 2207). В течение почти 100 лет коммерческие количества кислорода были недоступны или были слишком дорогими, а 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 кислородно-дутой выплавки стали, но только Дюррер и Хайльбрюгге довели ее до массового производства. [5]
В 1943 году Дюррер, бывший профессор Берлинского технологического института , 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 массой 2,5 тонны, и 3 апреля 1948 года новый конвертер произвел первую сталь. [5] Новый процесс позволяет легко перерабатывать большие объемы металлолома , используя при этом лишь небольшую долю 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 компания VÖEST разработала адаптацию процесса Дюррера, известную как процесс LD (Линц-Донавиц). [7] [8] В декабре 1949 года VÖEST и ÖAMG обязались 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, Донавитц) [8] и временно стали передовыми мировыми производителями стали, 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, что способствовало конкурентному преимуществу австрийской стали. [7] VÖEST в конечном итоге приобрела права на продажу новой технологии. [8] Ошибки руководства VÖEST и ÖAMG при лицензировании своей технологии сделали невозможным контроль над ее внедрением в Японии . К концу 1950-х годов австрийцы потеряли конкурентное преимущество. [7]
В исходном процессе LD кислород продувался поверх расплавленного чугуна через водоохлаждаемое сопло вертикальной фурмы. В 1960-х годах сталевары внедрили конвертеры с нижним дутьем 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 проведено в 1934 году, но промышленное использование было затруднено из-за отсутствия эффективной технологии производства жидкого кислорода. В 1939 году русский физик Петр Капица усовершенствовал конструкцию центробежного турбодетандера . Этот процесс был использован в 1942–1944 годах. С тех пор большинство турбодетандеров, используемых в промышленности, были основаны на конструкции Капицы, а центробежные турбодетандеры взяли на себя почти 100% промышленного сжижения газов и, в частности, производства жидкого кислорода для сталеплавильного производства. [10]
Крупные американские производители стали поздно внедрили 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] Компании US Steel и Bethlehem Steel внедрили кислородный процесс в 1964 году. [3] К 1970 году половина мирового производства стали и 80% продукции Японии производилась в кислородных конвертерах. [3]
В последней четверти ХХ века использование кислородных конвертеров для производства стали постепенно было заменено электродуговыми печами с использованием лома стали и железа. В Японии доля процесса ЛД снизилась с 80% в 1970 г. до 70% в 2000 г.; мировая доля основного кислородного процесса стабилизировалась на уровне 60%. [3]
Производство стали с кислородным кислородом — это первичный процесс производства стали, в ходе которого расплавленный чугун превращается в сталь путем продувки кислородом через фурму над расплавленным чугуном внутри конвертера. Экзотермическое тепло генерируется в результате реакций окисления во время продувки.
Процесс производства кислородно-конверторной стали выглядит следующим образом:
Преобразователи более ранних версий с двойным дном, которое можно снять и отремонтировать, все еще используются. Современные конвертеры имеют фиксированное дно с заглушками для продувки аргоном. Печь оптимизации энергопотребления (EOF) представляет собой вариант конвертера, связанный с подогревателем лома, в котором явное тепло отходящих газов используется для предварительного нагрева лома, расположенного над сводом печи.
Копье, используемое для выдувания, претерпело изменения. Безшлаковые фурмы с длинным сужающимся медным наконечником используются во избежание заклинивания фурмы во время продувки. Наконечники фурм дожигания сжигают CO , образующийся при вдувании, в CO 2 и обеспечивают дополнительное тепло. Для бесшлаковой выпуска применяют дротики, тугоплавкие шары и детекторы шлака. Современные конвертеры полностью автоматизированы, оснащены автоматическими схемами продувки и сложными системами управления. [ нужна цитата ]