Файл: Технология металлов и других конструкционных материалов учеб. пособие.pdf

Бессемеровский конвертор представляет собой вращающийся сосуд (рис. 23, а), кожух которого 3 изготовлен из листовой стали толщиной 10—30 мм. Внутренняя полость выложена кислой футе­ ровкой 5 из динасового кирпича, содержащего до 94% ЭЮг, или спе­ циальной кислой набойкой, содержащей 90—92% Si02 и глину.

Т

Рис. 23. Конвертор:

а — схема устройства; б — заливка чугуна; в — продувка чугуна

В днище конвертора сделаны отверстия 2 диаметром 10—20 мм для вдувания под давлением 1,5—2 ати сжатого воздуха. В воздуш­ ную коробку 1 воздух подается через одну из цапф, на которые опи­ рается и на которых поворачивается конвертор. Эта цапфа 7 делает­ ся полой и шарнирно соединяется с воздухопроводом 8.

Газообразные продукты процесса удаляются через горлови­ ну 6, через эту же горловину вливается в конвертор чугун и выли­ вается сталь. Для заливки жидкого чугуна конвертор при помощи

4fi

После пуска дутья конвертор поворачивают днищем вниз (рис. 23, в). Металл при этом занимает от Ѵз до Vs высоты цилин­ дрической части.

Процесс переработки чугуна в бессемеровском конверторе рас­ падается на три периода.

1. Окисление кремния и марганца. В конверторе происходят реакции окисления Fe, Si и Mn кислородом вдуваемого воздуха по уравнениям:

Тепло, выделяемое при экзотермических реакциях окисления, поддерживает ванну в расплавленном состоянии, обеспечивая даль­ нейшее повышение температуры металла и компенсацию тепловых потерь (лучеиспусканием, газами).

Одновременно происходят реакции окисления примесей чугуна растворенной в нем закисью железа:

Si + 2 FeO = 2 Fe + Si02

вторичные реакции

Mn + FeO = Fe + MnO

Вторичные реакции имеют большее значение, чем первичные. Продукты окисления кремния и марганца не растворяются в метал­ ле и уходят в шлак. Поэтому первый период называют еще перио­ дом шлакообразования.

В конце первого периода, который длится 3—4 мин, выгорание кремния и марганца замедляется и начинает усиливаться выгорание углерода.

2. Окисление углерода. Усилившееся горение углерода характе­ ризует начало второго периода. Сгорая,'углерод образует окись углерода и углекислый газ по реакциям:

первичные реакции

С + 2 FeO = 2 Fe + С02 1

С + FeO = Fe +СО \ вт0Ричные PeaK1™

Как видно из характера вторичных реакций, в этот период раз­ виваются дальше реакции восстановления железа из его окислов. Горение углерода сопровождается вырывающимся из горловины конвертора ослепительно белым пламенем. Обе реакции протекают с поглощением тепла, поэтому во втором периоде значительного подъема температуры ванйы не наблюдается. К концу выгорания углерода температура металла составляет 1600—1650°. Второй пе­ риод длится 9—16 мин,

47

3. Окисление железа (период дыма). Наличие дыма показ вает, что входящие в состав чугуна примеси почти исчезли и что кислород проходящего через конвертор воздуха соединяется с же­ лезом. С появлением бурого дыма процесс прекращают, так как выгорание железа способствует увеличению угара и большому насыщению металла закисью железа. Третий период является са­ мым коротким и длится иногда меньше минуты.

При изготовлении углеродистой стали процесс иногда останав­ ливают на определенном количестве углерода. Тогда третий период по существу отсутствует. Однако ввиду трудности обеспечения за­ данного количества углерода продувку чаще ведут до мягкого металла (с малым содержанием углерода), затем его раскисляют и науглероживают. Длительность всех трех периодов составляет около 20—25 мин.

По окончании процесса бессемерования в металле остается не­ которое количество закиси железа FeO. Присутствие ее делает сталь красноломкой. Поэтому для окончательного раскисления в конвер­ тор добавляется некоторое количество специального чугуна, содер­ жащего значительное количество Мп и Si (ферромарганец или фер­ росилиций). Прибавление к расплавленной стали ферромарганца вызывает реакцию FeO-f-Mn = Fe + MnO.

Полученная закись марганца МпО переходит в шлак. Такой же результат дает прибавление ферросилиция и алюминия:

2F e0 + Si = 2Fe + Si02;

3FeO + 2 Al = 3Fe + Al20 3.

Чем лучше раскислен металл, тем выше его механические ка­ чества.

Расплавленная сталь способна поглощать газы. Наличие в ме­ талле растворенных газов СО, N2 и Н2 способствует образованию газовых пузырей. Присадкой алюминия и кремния можно достиг­ нуть получения совершенно беспузыристой стали.

Хорошим раскислителем. стали является титан, вводимый в

виде сильно углеродистого ферротитана, содержащего около 15% Ті. Сталь, раскисленная титаном, обладает наилучшими механиче­ скими качествами. А1 и Ті являются не только, хорошими раскислите­ лями, они также размельчают зерно основного металла.

Марганцевая присадка, кроме действия ее в качестве раскисли­ теля, способствует также удалению серы: FeS + Mn = Fe + MnS. Как было указано выше, MnS почти не растворяется в жидком ме­ талле и уходит в шлак.

Применение кислорода в конверторном производстве. Бессеме­ ровская сталь имеет повышенное содержание азота, которое увели­ чивается по мере продувки воздухом жидкого металла. Такая сталь обладает повышенной прочностью, но пониженной пластичностью. Применение в конверторном производстве вместо воздуха техниче­ ски чистого кислорода обеспечивает хорошее качество стали и дает

48

возможность использовать для ■переработки чугуны, содержащие меньше кремния и марганца, чем это допускается при обычном бессемеровском или томасовском процессе. Конверторный металл, выплавленный с применением кислорода, по химическому составу и механическим свойствам не уступает мартеновскому. Вредных при­ месей — фосфора и серы — содержится в нем даже меньше. Газона­ сыщенность его значительно ниже, в частности азота вдвое меньше. Высока также пластичность конверторной стали, полученной с по­ мощью кислорода. Ударная вязкость у конверторной стали выше, чем у мартеновской, в особенности при низкой температуре.

Выход годного металла 85—89%, при утилизации скрапа — до 91 %.

Шлаки содержат 45—64% Si02, 20—45% МпО, 6—18% FeO (остальное АІ20 3, MgO, CaO). Они идут обычно для переплавки в шихте доменных печей. Количество плавок в сутки для конвертора средней емкости — до 40.

Производство стали в основном конверторе. При бессемеров­ ском процессе фосфор не удаляется из чугуна. Для удаления фос­ фора необходимо наличие в конверторе основного шлака (добавка извести). Однако основной шлак недопустим при бессемеровании, так как кислая футеровка вступает в химическую реакцию с из­ вестью (СаО) и разрушается. Для удаления фосфора делают в кон­ верторе основную футеровку и присаживают в начале продувки известняк. Переработка чугуна в конверторах с основной футеров­ кой называется томасовским процессом.

В томасовском процессе фосфор является главным элементом, при выгорании которого повышается температура металла. Содер­ жание фосфора в чугуне должно быть 1,8—2,25%. В конце томасирования количество фосфора снижается до 0,04—0,05%- Нормаль­ ный томасовский чугун содержит приблизительно 3,5% С, до 5,6% Si, 1,5% Mn, 2,0% Р и до 0,08% S. Кремний рассматривается как вредная примесь: он увеличивает количество шлака, разъедает футеровку и обедняет шлак содержанием Р20 5. Марганец предохра­

49