Конвертером называют специальное устройство (от латинского convertere — превращать) для превращения чугуна в сталь. Расплав продувается кислородом под большим давлением. При этом углерод соединяется с кислородом, полученный газ СО2 «выбулькивает» на поверхность и удаляется.
Используемые ранее, воспетые в начале индустриализации мартеновские печи сейчас повсеместно вытесняются кислородными конвертерами. Первый конвертер производительностью 15 тон заработал в 1949 году в Линце, а промышленные цеха запущены в 1953-1954гг. в Линце и Донавице (Австрия). В 1956 на кислородный способ, первым в Союзе, перевели бессемеровский цех на Украине, в Днепропетровском металлургическом комбинате. Кислородно-конвертерный способ очень быстро вытеснил иные способы получения стали – бессемеровский, томасовский, пудлинговый, тигельный.
В сравнении с этими, ныне почти не используемыми способами получение стали в кислородных конвертерах имеет серьёзные преимущества.
• Отличная производительность. Тогда как в мартеновских или электродуговых печах за час работы получается не больше 100 тонн стали, в больших конвертерах производительность 400-500 тонн.
• Относительно небольшие затраты по постройке цеха. Высокая производительность позволяет обходится меньшим числом агрегатов, а их простота ещё уменьшает стоимость. При этом обслуживание требует меньше рабочих, причём более низкой квалификации.
• Значительно меньшие эксплуатационные зарплаты, включающие экономию на зарплате, стоимости электроэнергии, огнеупоров, сменного оборудования и т. п.
• Отсутствие потребности в топливе: необходимая теплота с избытком получается окислением содержащихся в чугуне включений.
• Возможность использовать до 30 % лома.
• Переработка чугунов любого состава, вредные примеси удаляются в процессе работы.
• Отличное качество получаемой стали. Так как продувается кислородом, а не воздухом, исключено растворение азота в металле, ведущее к повышенной его хрупкости и склонности к старению.
• Возможность легирования стали в процессе обработки введением специальных добавок в расплав.
Кислород вводят в расплав с помощью фурм – так называются специальные трубы, погружаемые в расплав. В практике применяют разные схемы продувки: через продувочные блоки, расположенные в днище, сверху через фурму и комбинированную – совместно с разных сторон.
Фурмы работают в тяжёлых условиях, всё же вокруг них – жидкий металл! Кислород благодаря давлению и специальной форме сопел вырывается со сверхзвуковой скоростью, быстро распространяясь в толще расплава и перемешивая компоненты.
Есть конвертеры в виде ванн, с поверхностной подачей кислорода. Такая компоновка помогает снизить требуемую высоту цеха, позволяет загружать куски металлолома большего размера.
Конвертеры сооружают возле домен, чугун не охлаждают: он в виде расплава накапливается в миксерах и периодически заливается на переработку. Дополнительно нагревать не приходится, наоборот, выгорание углерода в чугуне может излишне поднять температуру. Для охлаждения добавляют железный лом и руду железа.
Устройства работают периодически, одна плавка продолжается 30-45 минут. Сейчас в мире работает около 300 кислородных конвертеров, ими производится львиная доля всей выпускаемой стали.
Мировая выработка стали возросла с 851 000 000 в 2001г. до 1 607 000 000 тонн в 2013г., то есть приблизительно вдвое. В 1900 г. было выработано 28 300 000 тонн. Причём половина из выпускаемых сейчас сортов стали ещё десятилетие назад просто не существовала, а прочность за это время выросла на 30%. Но бывают недостатки у современной стали. Когда понадобилась сталь для измеряющих радиацию американских космических спутников, её пришлось добывать из «Кронпринца Вильгельма» – корабля, затопленного в далёком 1919: у современных сортов слишком велик радиационный фон.
Добавкой в конвертере хрома получают нержавеющую сталь. Метод придумал Генри Бреарли ещё в 1913 г. Ему пришлось самому организовать производство столовых ножей, дабы убедить неверующих в нержавеющее железо. Статуя «рабочий и колхозница», являющаяся заставкой в кинокартинах студии «Мосфильм», тоже выполнена из нержавейки.
Сталь расширяется от тепла. Именно поэтому оставляют стыки на железных дорогах, а Эйфелева башня во Франции на 15 см. выше летом, чем зимой.
Не только углерод снижает прочность стали. Содержащиеся в исходном материале сера и фосфор, даже в небольших количествах, отрицательно влияют на качество продукции. При плавке добавляется шихта, в основном оксид кальция, флюсы и другие добавки. Цель – перевести вредные для прочности стали вещества в шлак с последующим удалением его из расплава. Применяются и способы промежуточной – между доменной печью и конвертером – десульфации (удалении серы). Доводка стали в ковше делается добавлением доломитных материалов с удалением шлака перед заливкой в конвертер.
На всех этапах процесс переработки контролируется. К сожалению, из-за высокой температуры установка датчиков в самом конвертере невозможна – они просто сгорят. При этом желательны максимально точные данные для правильного ведения плавки, экономии материалов и улучшении качества стали. Используются статистические, усредненные методы, как и замеры косвенных признаков. Например, определяют состав отходящих газов или световыми сенсорами определяют интенсивность свечения горловины. В ходе работы предусмотрен технологический перерыв с отбором специальной ложкой пробы расплава и его экспресс-анализом.
Железа в природе много, но самородного не бывает, всё в рудах (исключение – упавшее в метеоритах). Из-за высокой температуры плавления люди смогли его добывать, только когда додумались приспособить меха для наддува воздуха. При этом затраты труда и топлива большие, а качество низкое. Только когда разработали метод продувки кислородом, стало возможным действительно массовое производство. В 2012г. на каждого жителя земли выработано 217 кг стали.
Кислород, используемый не только в конвертерах, Вы всегда можете купить в нашей фирме Air Gas. Причём в любых количествах, с доставкой и без, по удобному графику. Так же фирма проводит все, связанные с торговлей кислородом (и иными газами и смесями), работы: проверку оборудования, замены баллонов и других емкостей, вплоть до их покраски. Более подробный перечень товаров и услуг размещён здесь.
