Бессемеровский метод способ выплавки стали - томасовский конвертер

ПЕРЕХОД НА НОВЫЕ СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ


РАЗВИТИЕ КОНВЕРТЕРНЫХ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛИ

Бессемеровский и  томасовский способ выплавки стали Бессемеровский способ выплавки стали

 

Крымская война 1853—1856 гг., навязанная России Англией и ее союзниками, потребовала значительного расширения производства доброкачественного металла. Он был нужен для изготовления пушек и снарядов, для строительства военных кораблей.

 

Работая над получением литой стали для артиллерийских стволов, английский инженер Г. Бессемер, пытаясь ускорить процесс плавки в тигле или пудлинговой печп. решил продувать расплавленный чугун сжатым воздухом, который подводили с помощью огнеупорной глиняной трубки, опущенной в жидкий металл. Уже первые результаты опыта превзошли все ожидания. Расплавленный в тигле металл не только не остывал, но еще больше нагревался даже без подвода тепла извне. Химики быстро объяснили существо нового процесса. Кислород вдуваемого воздуха вступает в активные химические реакции, связанные с окислением кремния, марганца, углерода и самого железа, входящих в состав чугуна. Все эти реакции идут с выделением тепла и поэтому повышают температуру расплавленного металла, одновременно рафинируя его, т. е. очищая от избытка углерода, кремния и марганца. Точные измерения, проведенные уже в наше время, показывают, что в процессе бессемеровского передела температура жидкого металла возрастет с 1150— 1300 до 1580—1620 °С. По приблизительным подсчетам, окисление 1% кремния повышает температуру металла на 150—170°, 1% марганца — на 40-45°, 1% железа — на 20—25° [3, с. 150].

 

В 1855 г. Г. Бессемер получил свой первый патент на новый способ получения железа и стали из чугуна. С большой настойчивостью он совершенствует свое изобретение. Год спустя Бессемер патентует неподвижный бессемеровский конвертер — вертикальную цилиндрическую печь с закрытым сводом и специальным отверстием для выхода газов. Сбоку существовало второе отверстие для залива чугуна, а в нижней части печи находилось третье отверстие, обычно забитое глиняной пробкой. Через него выпускали металл в конце процесса. Воздушное дутье под избыточным давлением 0,5—1,6 ат подавалось в конвертер через огнеупорные фурмы. Воздух начинали вдувать раньше, чем заливали жидкий чугун, а заканчивали дутье уже после удаления из конвертера готового продукта [4, с. 132].

 

Однако работа с неподвижным конвертером имела большие неудобства. Много трудностей вызывали заливка его чугуном и выпуск готовой стали. Тогда эти процессы вели при включенных насосах для дутья. В 1860 г. изобретатель совершенствует свою конструкцию. Его новый конвертер представляет собой открытую сверху грушеобразную реторту, которая может вращаться вокруг горизонтальной оси. Железный клепаный кожух реторты выложен внутри слоем огнеупорного кирпича. Отверстия для вдувания воздуха находятся в днище конвертера. При заливке агрегата чугуном и выпуске готового металла реторта находилась в горизонтальном положении, при продувке — в вертикальном. В принципе устройство бессемеровского конвертера сохранилось до нашего времени.

 

Бессемеровский процесс производства сталиБессемеровский процесс отличается высокой производительностью. Уже в самые первые годы своего существования он позволял за считанные минуты превратить 10—15 т чугуна в ковкое железо или сталь. Раньше для этого требовалась работа пудлинговой печи в течение нескольких дней, а кричного горна — в течение нескольких месяцев [5, с. 158]. Но изобретение Бессемера имело и существенные недостатки. Новый способ не позволял перерабатывать малокремнистые чугуны. Ведь в основном кремний при сгорании обеспечивал нужную для процесса высокую температуру металла. Кроме того, в бессемеровских конвертерах не удавалось освобождать металл от крайне вредных примесей серы и фосфора, целиком переходящих в конечный продукт — литую сталь. Для совершенствования конвертерного процесса понадобились усилия ученых-металлургов многих стран мира, и прежде всего наших соотечественников.

 

Русские сорта чугуна, выплавлявшиеся на добротном древесном угле, как правило, содержали небольшое количество кремния и считались непригодными для бессемеровской переработки. В 1872 г. металлург Д. К. Чернов, работавший на Обуховском заводе в Петербурге, после большого числа проведенных им опытных плавок предложил предварительно подогревать жидкий чугун в вагранке перед заливкой его в конвертер. Этим расплавленному металлу сообщался дополнительный запас тепла, который при переработке высококремнистых чугунов образовывался в результате выгорания кремния. Почти одновременно на другом русском заводе в Нижней Салде (Урал) К. П. Поленов перегревал малокремнистый чугун в отражательной печи. Так родился процесс русского бессемерования, получивший широкое распространение на отечественных и зарубежных заводах.

 

Бессемеровский процесс, бессемерование чугуна, производство бессемеровской стали — это метод передела жидкого чугуна в сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха, обычного атмосферного или обогащённого кислородом

Томасовский процесс выплавки стали

 

Другой крупный недостаток бессемеровского процесса удалось устранить английскому металлургу С. Томасу. Долгое время для бессемерования использовали только малофосфористые чугуны, получаемые из руд, содержащих не более 0,03% фосфора. Бессемеровский конвертер футеруют (выкладывают внутри) огнеупорным динасовым кирпичом. Шлаки, образующиеся в процессе бессемерования, должны иметь кислый характер, чтобы не разрушать огнеупорную кладку конвертера. Однако для удаления фосфора и серы нужна футеровка из основного материала. В 1878 г. С. Томас предложил использовать в качестве огнеупоров доломитовый кирпич и, кроме того, вводить в конвертер до 10—15% извести, чтобы образовать основные шлаки, способные удержать фосфор в прочных химических соединениях Р205 с СаО. В отличие от бессемеровского процесса томасирование завершается периодом передувки, когда уже закончено окисление углерода и наступает интенсивное выгорание фосфора и серы. В результате томасовского процесса количество фосфора в металле может быть снижено с 1—2% в чугуне до сотых долей процента в стали.

 

Наибольшее распространение томасовский процесс получил на заводах Германии и Франции, где широко использовали железные руды Лотарингского бассейна, содержащие высокий процент фосфора. Уже в 1883 г. в Германии работало более 40 томасовских конвертеров. В России томасовское производство было введено в 80-х годах на Таганрогском, Керченском и Мариупольском заводах [6, с. 143).

 

Производство стали в томасовском конвертере позволяет не только обеспечить дефосфорацию металла, но и в значительных пределах уменьшить содержание в нем серы. Шлаки же, образующиеся при томасовСком процессе, содержат большое количество фосфора и являются ценным удобрением для сельскохозяйственных культур.

 

По сравнению с разработанным несколько позже мартеновским способом производства стали конвертерный процесс отличался значительно более высокой производительностью. Однако он имел и существенные недостатки. При конвертерном процессе нельзя было в значительных количествах перерабатывать твердый скрап, т. е. вторичный металл,— сырье в виде отходов производства и стального лома, которое во все большем количестве накапливалось в хозяйстве развитых стран. Кроме того, интенсивная продувка жидкого металла в конвертере сжатым воздухом вызывала повышенную концентрацию азота в металле. К концу процесса бессемерования в стали обычно содержалось 0,012—0,015% азота. Это значительно превышало содержание азота в мартеновской стали. То же самое можно сказать и о концентрации кислорода.

 

Конвертерная сталь содержала его большее количество, чем мартеновская. Увеличенное содержание в металле азота, кислорода, так же как фосфора и серы, ухудшало его пластические свойства, повышало хрупкость металла в процессе его последующей обработки давлением и при эксплуатации изделий из такого металла [3, с. 153, 154]. В результате этого уже в последнее десятилетие XIX в. более интенсивно развивался мартеновский способ производства стали, а в дальнейшем также электрометаллургические процессы. Конвертерный способ выплавки стали надолго уступил им первенство.  

 

Однако еще в XIX в. ученые предвидели потенциальные возможности конвертерных процессов. В 1876 г. русский металлург Д. К. Чернов поддержал идею шведского ученого Р. Оккермана об использовании кислорода в конвертерных процессах производства стали. «Нельзя не признать достойным внимания предложение Оккермана прибегнуть к прибавлению кислорода к вдуваемому в реторту воздуху,— писал Д. К. Чернов.— Это должно значительно возвысить температуру металла, а с другой стороны — сократить время процесса и уменьшить расход на движущую силу, так как воздуходувная машина может быть тогда уменьшена пропорционально количеству примешиваемого кислорода» [7, с. 142].

 

В те далекие годы еще не существовало высокопроизводительных установок для получения дешевого кислорода в больших количествах, и предложение Оккермана — Чернова долгое время оставалось нереализованным. Лишь в 30-е годы нынешнего столетия, когда были созданы механические установки для получения кислорода из атмосферного воздуха, начались успешные опыты по применению кислорода в конвертерном производстве стали, а также в других процессах черной и цветной металлургии.

 

Бессемеровский метод выплавки стали

 

Бессемеровский метод выплавки стали

 

Бессемеровский конвертер

Бессемеровский конвертер

 

К содержанию книги:  Техника в ее историческом развитии

Узнать стоимость написания