转换器。发明及生产历史

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转换器。发明及生产历史

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转炉是一种通过吹入空气或工业纯氧从熔融生铁和炉料生产钢的设备（熔炉类型）。如今，氧气的使用越来越频繁。氧气通过风口供给转炉工作空间（压力约1,5MPa）。这种炼钢方法称为转炉或氧气转炉。

转换器是一个容器，由三部分组成：顶部-头盔、中部-圆筒和底部-底部。底部可以与圆柱形部件连接、插入或固定。在这种情况下，转换器被称为死底转换器。

1855 年，英国人亨利·贝塞麦（Henry Bessemer）进行了一项有趣的实验：他在坩埚中熔化了一块高炉铁，并用空气吹了它。脆铸铁变成了可锻钢。一切都得到了非常简单的解释——空气中的氧气将碳从熔体中燃烧出来，然后以氧化物和二氧化碳的形式进入大气。

冶金史上第一次不需要对原材料进行额外加热即可获得产品。这是可以理解的，因为贝塞麦实现了碳燃烧的放热反应。这个过程出奇地快。在炼钢炉中，钢铁只需要几个小时就可以生产出来，但在这里只需要几分钟。因此，Bessemer 创建了一个转炉——一种无需额外加热即可将铁水转化为钢的装置。 DI。门捷列夫称贝塞麦转炉没有燃料。又因贝塞麦骨料形状酷似梨，故称“贝塞麦梨”。

变流器
贝塞麦转换器

在贝塞麦转炉中，并不是所有的铸铁都能熔化，而只有一种含有硅和锰的铸铁。与供给空气中的氧气结合，释放大量热量，确保碳的快速燃烧。尽管如此，仍然没有足够的热量来熔化固体金属片。因此，废铁或硬铸铁不能在贝塞麦转炉中加工。这严重限制了其应用的可能性。

Bessemer 工艺是一种快速、廉价且简单的钢铁制取方法，但它也有很大的缺点。由于转炉中的化学反应非常快，碳会燃烧殆尽，有害杂质——硫和磷——会留在钢中并降低其性能。此外，在吹炼时，钢中会充满空气氮，这会使金属降解。这就是为什么平炉一出现，贝塞麦转炉就很少用于炼钢。更多的转炉用于冶炼有色金属——铜和镍。

变流器

当然，今天的转炉在某种意义上可以称为贝塞麦后代的后代，因为和以前一样，钢是通过吹过液态铁获得的。但不是空气，而是技术上纯氧。结果证明效率更高。

炼钢的氧气转化法在半个多世纪前进入冶金领域。在冶金工程师 N.I. 的建议下在苏联创建。莫兹戈沃伊，他完全取代了贝塞麦法，1936年在基辅布尔什维克工厂成功冶炼出世界上第一吨氧气转化器钢。

事实证明，通过这种方式，不仅可以处理液态生铁，还可以向其中添加大量的固态生铁和废铁，而这些之前只能在平炉中进行处理。这就是氧气转换器变得如此普遍的原因。

但直到 1950 年代，炼钢厂才终于脱颖而出。氧气转炉的热利用程度远高于炉床式炼钢装置。转炉的热效率为 70%，平炉不超过 30%。此外，转炉排出的废气用于余热锅炉的后燃，或从炉膛中除去气体时用作燃料。转换器无加力。

转炉分为三种类型：底吹式、顶吹式和组合式。目前，世界上最常见的是顶吹式氧气转化器 - 装置非常高效且相对易于操作。然而，近年来，在世界范围内，底吹和组合（顶底）鼓风转炉开始挤占顶吹转炉。

变流器
顶吹氧气转化器设计：1-外壳； 2——衬里； 3 - 转换器工作区； 4 - 带有耳轴和壳体紧固系统的支撑环； 5-支撑单元和框架； 6——旋转机构； 7 - 带紧固和移动系统的氧枪

让我们考虑带有顶部吹扫的氧气转换器装置。转炉体中部为圆柱形，槽壁为球形，底部为平面。头盔的上部是圆锥形的。转炉机壳由厚度为30-90毫米的钢板制成。在具有高达 150 吨的笼子的转炉中，底部是可拆卸的；它用螺栓固定在船体上，便于维修工作。在 250-350 吨的负载下，转炉采用固定底部，这是由于需要创建一个刚性的船体结构，以保证不会发生液态金属突破的情况。

转换器外壳连接到一个特殊的支撑环，耳轴焊接到该支撑环上。其中一个耳轴通过齿轮联轴器连接到旋转机构。在容量超过 XNUMX 吨的转炉中，两个销都被驱动。转炉由安装在底座上的轴承上的耳轴支撑。旋转机构允许您围绕水平轴旋转转换器。

转炉本体和底部内衬耐火砖。氧气通过插入转炉颈部的特殊喷枪供应到转炉浴中以进行金属吹扫。

转炉工艺的第一个操作是装载废料。转炉从垂直轴倾斜一定角度，通过颈部的容量特殊的箱铲装入转炉废料 - 钢铁废料。通常每熔体装载 20-25% 的废料。如果废料没有在转炉中加热，则立即倒入液态铁。之后，将转炉垂直放置，氧气枪通过颈部引入转炉。

成渣材料通过一个特殊的溜槽引入转炉以产生熔渣：石灰和少量铁矿石和萤石。

铁杂质氧化并将金属加热到规定值后，停止吹扫，将喷枪从转炉中取出，将金属和炉渣倒入钢包中。合金添加剂和脱氧剂被引入钢包。

运转良好的转炉中熔化的持续时间几乎与其容量无关，为 45 分钟，吹扫持续时间为 15-25 分钟。每个转炉每月提供 800-1000 次熔炼。转炉的耐用度为 600-800 次熔体。

转炉中金属的运动非常复杂；除了氧气射流外，一氧化碳气泡还作用于液浴。由于熔渣被气体射流推入金属的厚度并与之混合，因此混合过程变得更加复杂。熔池的运动及其因释放的一氧化碳而膨胀，使大部分液体熔体进入乳液状态，其中金属和熔渣滴相互密切混合。结果，形成了金属与炉渣的大接触面，从而确保了高碳氧化率。

氧气底吹转炉由于废铁较少，与顶吹转炉相比，可以获得更高（1,5-2%）的优质钢产量。 180吨底吹转炉熔炼32-39分钟，排污12-14分钟，即生产率高于顶吹转炉。然而，中间更换底部的需要消除了这种性能差异。

国外第一台底吹转炉建于 1966-1967 年。需要创建这样的转换器主要是由于两个原因。首先，需要加工锰、硅和磷含量高的铸铁，因为在顶吹转炉中加工这种铸铁会伴随吹炼过程中的金属排放，并不能保证化学成分的适当稳定性。成品钢。其次，具有这种吹扫功能的转炉是最可接受的设计，它允许重建现有的 Bessemer 和 Thomas 车间，并适合现有平炉车间的建筑。

该转炉的特点是存在大量反应区，从熔化的第一分钟开始碳的强烈氧化，以及炉渣中的铁氧化物含量低。由于底吹炼钢槽操作的特殊性，这种转炉的良品率略高于其他转炉，废气含尘量较低。

在风口较多的底吹转炉中，所有工艺流程都比顶吹转炉进行得更密集，但由于底吹转炉的稳定性有限，底吹转炉的整体性能并没有明显超过顶吹转炉。

为了保护转炉底部的铺设免受高温影响，喷枪采用两根同轴管的形式制成——氧气通过中央一根供应，一些碳氢燃料（通常是天然气）通过外围一根供应. 通常有 16-22 支这样的喷枪。大量较小的风口确保熔池的更好混合和更顺畅的熔化过程。

燃料射流将反应区与底部隔开，降低氧气射流出口处底部附近的温度，这是由于用于燃料加热、燃料组分及其氧化产物的裂解和离解的热量提取。冷却效果也由石灰粉提供，石灰粉被送入氧气射流。因此，用几股氧气从下方喷射熔融金属在转炉的运行中产生了许多有利的特征。提供更多的反应区和氧气射流与金属的大界面接触表面。这使得可以增加吹气强度并增加碳氧化速率。改善了镀液的混合，提高了氧气的利用率。结果，可以熔化大块的废料。熔池更好的流体动力学确保整个熔体的过程更平稳、更安静，几乎消除了排放。正因为如此，底吹转炉可以加工锰和磷含量高的铸铁。

为了提高单元的生产率，同时需要提高金属成分和温度的均匀性，以及制造各种钢的可能性，导致使用相对较小的组合吹炼（与仅底部吹气）通过安装在转炉底部的风口吹出的气体量。

最近，出现了这种工艺的两种主要变体，即从下方提供氧气或惰性气体，以提供浴液的充分混合并加速去除杂质的过程。在这种情况下，与底吹的情况一样，石灰粉可以与气体一起从下方供应。从废钢可能消耗量这样一个重要指标来看，顶吹、底吹和联吹转炉大致处于同一水平，底吹收率略高。

目前，世界上正在使用和开发多种不同的熔池组合吹炼方法，将顶吹和底吹合理组合，后者同时使用氧气和惰性气体（氩气、氮气）。

在采用顶吹的 BOF 工艺中，只有在熔体中部具有充分的碳氧化才能实现充分充分的混合。在熔体的开始和结束时，混合不充分，这使得从硫和磷中深度精炼金属变得困难。通过顶部和底部风口的联合供氧甚至比一次底部吹扫更能加速碳氧化过程并提高转炉的生产率。

与纯底吹相比，在可比条件下的组合工艺的情况下，金属的温度更高。此外，通过组合吹风，减少通过上部风口的氧气流量可减少灰尘和飞溅。

还有一个氧气转换器的优势：这里所有的过程都是机械化和自动化的，转换器的管理越来越多地委托给计算机。

作者：Musskiy S.A.

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