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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Konverter. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Konverter ist eine Vorrichtung (Typ Ofen) zur Herstellung von Stahl aus geschmolzenem Roheisen und Charge durch Einblasen von Luft oder technisch reinem Sauerstoff. Heutzutage wird häufiger Sauerstoff verwendet. Über Blasdüsen wird dem Arbeitsraum des Konverters Sauerstoff zugeführt (bei einem Druck von etwa 1,5 MPa). Dieses Verfahren zur Stahlherstellung wird Konverter oder Sauerstoffkonverter genannt. Der Konverter ist ein Behälter, der aus drei Teilen besteht: oben – der Helm, in der Mitte – der Zylinder und unten – der Boden. Der Boden kann mit einem zylindrischen Teil befestigt, eingesteckt oder massiv sein. In diesem Fall wird der Konverter als Dead-Bottom-Konverter bezeichnet. 1855 führte der Engländer Henry Bessemer ein interessantes Experiment durch: Er schmolz ein Stück Hochofeneisen in einem Schmelztiegel und blies es mit Luft durch. Aus sprödem Gusseisen wurde formbarer Stahl. Alles wurde sehr einfach erklärt - der Sauerstoff der Luft verbrannte Kohlenstoff aus der Schmelze, der in Form von Oxid und Dioxid in die Atmosphäre entfernt wurde. Zum ersten Mal in der Geschichte der Metallurgie war keine zusätzliche Erwärmung von Rohstoffen erforderlich, um ein Produkt zu erhalten. Das ist verständlich, denn Bessemer erkannte die exotherme Reaktion der Kohlenstoffverbrennung. Der Prozess war überraschend schnell. In einem Pfützenofen wurde Stahl in nur wenigen Stunden produziert, hier in Minuten. Also schuf Bessemer einen Konverter – eine Einheit, die geschmolzenes Eisen ohne zusätzliche Erwärmung in Stahl umwandelt. DI. Mendelejew nannte die Bessemer-Konverter Öfen ohne Brennstoff. Und da die Form des Bessemer-Aggregats einer Birne ähnelte, wurde es so genannt - "Bessemer-Birne".
Im Bessemer-Konverter kann nicht jedes Gusseisen geschmolzen werden, sondern nur eines, das Silizium und Mangan enthält. In Verbindung mit dem Sauerstoff der zugeführten Luft setzen sie eine große Wärmemenge frei, die für eine schnelle Verbrennung von Kohlenstoff sorgt. Dennoch reicht die Hitze nicht aus, um feste Metallstücke zu schmelzen. Schrott oder Hartguss können daher nicht in einem Bessemer-Konverter verarbeitet werden. Dies schränkt die Anwendungsmöglichkeiten stark ein. Das Bessemer-Verfahren ist eine schnelle, billige und einfache Methode zur Herstellung von Stahl, hat aber auch große Nachteile. Da die chemischen Reaktionen im Konverter sehr schnell ablaufen, brennt Kohlenstoff aus und schädliche Verunreinigungen – Schwefel und Phosphor – verbleiben im Stahl und verschlechtern dessen Eigenschaften. Außerdem wird der Stahl beim Blasen mit Luftstickstoff gesättigt, was das Metall abbaut. Aus diesem Grund wurde der Bessemer-Konverter, sobald Herdöfen aufkamen, selten zum Schmelzen von Stahl verwendet. Konverter wurden viel mehr zum Schmelzen von Nichteisenmetallen - Kupfer und Nickel - verwendet.
Der heutige Konverter kann natürlich in gewissem Sinne als Nachkomme von Bessemers Nachkommen bezeichnet werden, weil in ihm nach wie vor Stahl durch Durchblasen von flüssigem Eisen gewonnen wird. Aber keine Luft, sondern technisch reiner Sauerstoff. Es stellte sich als wesentlich effizienter heraus. Das Sauerstoffkonverter-Verfahren der Stahlschmelze kam vor mehr als einem halben Jahrhundert in die Metallurgie. Erstellt in der Sowjetunion auf Anregung des Hütteningenieurs N.I. Mozgovoy ersetzte er das Bessemer-Verfahren vollständig und die weltweit erste Tonne Sauerstoffkonverterstahl wurde 1936 im bolschewistischen Werk in Kiew erfolgreich verhüttet. Es hat sich herausgestellt, dass auf diese Weise nicht nur flüssiges Roheisen verarbeitet, sondern diesem auch erhebliche Mengen an festem Roheisen und Eisenschrott beigemischt werden können, die bisher nur in Herdöfen verarbeitet werden konnten. Aus diesem Grund sind Sauerstoffkonverter so weit verbreitet. Aber erst in den 1950er Jahren rückten Stahlkonverter endgültig in den Vordergrund. Der Wärmenutzungsgrad in einem Sauerstoffkonverter ist viel höher als in Herdstahlwerken. Der thermische Wirkungsgrad des Konverters beträgt 70 Prozent, bei Herdfeuerungen nicht mehr als 30. Außerdem werden die Abgase des Konverters zur Nachverbrennung in Abhitzekesseln oder als Brennstoff bei der Entgasung genutzt Konverter ohne Nachverbrennung. Es gibt drei Arten von Konvertern: von unten geblasen, von oben geblasen und kombiniert. Derzeit sind die weltweit am häufigsten verwendeten Konverter Sauerstoffkonverter von oben - die Einheiten sind sehr produktiv und relativ einfach zu bedienen. In den letzten Jahren beginnen jedoch untere und kombinierte (obere und untere) Blaskonverter, die von oben eingeblasenen Konverter auf der ganzen Welt zu verdrängen.
Betrachten wir das Gerät des Sauerstoffkonverters mit der oberen Spülung. Der mittlere Teil des Konverterkörpers ist zylindrisch, die Wände des Bades sind kugelförmig, der Boden ist flach. Der obere Teil des Helms ist konisch. Das Gehäuse des Konverters besteht aus Stahlblechen mit einer Dicke von 30-90 Millimetern. Bei Konvertern mit einem Korb bis 150 Tonnen ist der Boden abnehmbar, er wird mit dem Rumpf verschraubt, was Reparaturarbeiten erleichtert. Beim Laden von 250 bis 350 Tonnen wird der Konverter mit totem Boden hergestellt, was durch die Notwendigkeit verursacht wird, eine starre Rumpfstruktur zu schaffen, die gegen Fälle von flüssigem Metalldurchbruch garantiert. Das Konvertergehäuse ist an einem speziellen Stützring befestigt, an dem die Zapfen angeschweißt sind. Einer der Zapfen ist über eine Zahnkupplung mit dem Drehmechanismus verbunden. Bei Konvertern mit einer Kapazität von mehr als zweihundertfünfzig Tonnen werden beide Stifte angetrieben. Der Konverter wird von Zapfen auf Lagern getragen, die auf den Betten montiert sind. Mit dem Rotationsmechanismus können Sie den Konverter um eine horizontale Achse drehen. Körper und Boden des Konverters sind mit feuerfesten Steinen ausgekleidet. Sauerstoff wird dem Konverterbad zur Metallspülung durch eine spezielle Lanze zugeführt, die in den Konverterhals eingeführt wird. Der erste Arbeitsgang des Konverterprozesses ist das Verladen des Schrotts. Der Konverter wird in einem bestimmten Winkel von der vertikalen Achse geneigt und eine spezielle Schaufelbox mit einer Kapazität durch den Hals wird in den Konverterschrott geladen - Eisen- und Stahlschrott. Laden Sie normalerweise 20-25 Prozent Schrott pro Schmelze. Wenn der Schrott im Konverter nicht erhitzt wird, wird sofort flüssiges Eisen gegossen. Danach wird der Konverter in eine vertikale Position gebracht und eine Sauerstofflanze durch den Hals in den Konverter eingeführt. Schlackenbildner werden über eine spezielle Rutsche in den Konverter eingeführt, um Schlacke zu induzieren: Kalk und eine kleine Menge Eisenerz und Flussspat. Nach der Oxidation von Eisenverunreinigungen und dem Erhitzen des Metalls auf die angegebenen Werte wird die Spülung gestoppt, die Lanze aus dem Konverter entfernt und das Metall und die Schlacke in die Pfannen gegossen. Legierungszusätze und Desoxidationsmittel werden in die Pfanne eingebracht. Die Dauer des Schmelzens bei gut funktionierenden Konvertern ist nahezu unabhängig von deren Kapazität und beträgt 45 Minuten, die Dauer des Spülens 15-25 Minuten. Jeder Konverter liefert 800-1000 Schmelzen pro Monat. Die Haltbarkeit des Konverters beträgt 600-800 Schmelzen. Die Bewegung des Metalls im Konverter ist sehr komplex, zusätzlich zum Sauerstoffstrahl wirken Kohlenmonoxidblasen auf das Flüssigkeitsbad ein. Der Mischvorgang wird zusätzlich dadurch erschwert, dass die Schlacke durch einen Gasstrahl in die Dicke des Metalls geschoben und mit diesem vermischt wird. Die Bewegung des Bades und seine Quellung durch das freigesetzte Kohlenmonoxid bringen einen erheblichen Teil der flüssigen Schmelze in einen Emulsionszustand, in dem Metall- und Schlackentropfen eng miteinander vermischt sind. Dadurch entsteht eine große Kontaktfläche des Metalls mit der Schlacke, die für hohe Kohlenstoffoxidationsraten sorgt. Sauerstoff-Bottom-Blowing-Konverter ermöglichen aufgrund von weniger Eisenabfall eine höhere (um 1,5-2 Prozent) Ausbeute an gutem Stahl im Vergleich zu Top-Blowing-Konvertern. Das Schmelzen in einem 180-Tonnen-Blow-Blow-Konverter dauert 32-39 Minuten, das Abblasen 12-14 Minuten, dh die Produktivität ist höher als die von Top-Blow-Konvertern. Durch die Notwendigkeit eines zwischenzeitlichen Austauschs der Böden wird dieser Leistungsunterschied jedoch beseitigt. Die ersten bodengeblasenen Konverter im Ausland wurden 1966-1967 gebaut. Die Notwendigkeit, einen solchen Konverter zu erstellen, hat hauptsächlich zwei Gründe. Zum einen die Notwendigkeit, Gusseisen mit einem hohen Gehalt an Mangan, Silizium und Phosphor zu verarbeiten, da die Verarbeitung eines solchen Gusseisens in Konvertern mit Aufblasen mit Metallemissionen während des Einblasens einhergeht und keine ausreichende Stabilität der chemischen Zusammensetzung gewährleistet der fertige Stahl. Zweitens die Tatsache, dass der Konverter mit einer solchen Spülung die akzeptabelste Konstruktion ist, die den Umbau der bestehenden Bessemer- und Thomas-Läden ermöglicht und sich in das Gebäude der bestehenden Kaminöfen einfügt. Dieser Konverter zeichnet sich durch das Vorhandensein einer großen Anzahl von Reaktionszonen, einer intensiven Kohlenstoffoxidation ab den ersten Minuten des Schmelzens und einem geringen Gehalt an Eisenoxiden in der Schlacke aus. Aufgrund der Besonderheiten des Betriebs des Stahlschmelzbades beim Bodenblasen ist bei Konvertern dieser Art die Gutausbeute etwas höher als bei anderen Konvertern und der Staubgehalt der Abgase geringer. In bodengeblasenen Konvertern mit einer großen Anzahl von Blasdüsen laufen alle technologischen Prozesse intensiver ab als in kopfgeblasenen Konvertern, jedoch übersteigt die Gesamtleistung von bodengeblasenen Konvertern aufgrund der begrenzten Bodenstabilität die von kopfgeblasenen Konvertern nicht wesentlich. Um die Verlegung des Konverterbodens vor hohen Temperaturen zu schützen, besteht die Lanze aus zwei koaxialen Rohren - Sauerstoff wird durch das zentrale Rohr zugeführt und etwas Kohlenwasserstoffbrennstoff, meistens Erdgas, wird durch das periphere Rohr zugeführt . Es gibt normalerweise 16-22 solcher Lanzen. Eine Vielzahl kleinerer Blasdüsen sorgt für eine bessere Durchmischung des Bades und einen gleichmäßigeren Schmelzprozess. Der Brennstoffstrahl trennt die Reaktionszone vom Boden, senkt die Temperatur in Bodennähe am Austrittspunkt der Sauerstoffstrahlen durch Wärmeentzug zur Brennstofferwärmung, Cracken und Dissoziation der Brennstoffkomponenten und ihrer Oxidationsprodukte. Für die Kühlwirkung sorgt auch Kalkpulver, das in den Sauerstoffstrahl eingebracht wird. Somit schafft das Einblasen des geschmolzenen Metalls mit mehreren Sauerstoffstrahlen von unten eine Reihe von günstigen Eigenschaften beim Betrieb des Konverters. Bietet eine größere Anzahl von Reaktionszonen und eine große Grenzflächenkontaktfläche von Sauerstoffstrahlen mit Metall. Dies ermöglicht es, die Blasintensität zu erhöhen und die Kohlenstoffoxidationsrate zu erhöhen. Die Baddurchmischung wird verbessert, der Sauerstoffausnutzungsgrad erhöht. Dadurch wird es möglich, große Schrottstücke einzuschmelzen. Die bessere Hydrodynamik des Bades sorgt für einen gleichmäßigeren und ruhigeren Verlauf der gesamten Schmelze, wodurch Emissionen praktisch eliminiert werden. Aus diesem Grund können Bottom-Blown-Konverter Gusseisen mit einem hohen Gehalt an Mangan und Phosphor verarbeiten. Der Wunsch, die Produktivität der Einheiten gleichzeitig mit der Notwendigkeit zu erhöhen, die Homogenität der Zusammensetzung und Temperatur des Metalls mit der Möglichkeit der Herstellung von Stählen einer breiten Palette zu erhöhen, führte zur Verwendung von kombiniertem Blasen mit einem relativ kleinen (im Vergleich zu nur Bodenblasen) Menge an Gasen, die durch Blasdüsen geblasen werden, die im Boden des Konverters installiert sind. In letzter Zeit sind zwei Hauptvarianten eines solchen Verfahrens aufgetaucht, bei denen Sauerstoff oder Inertgase von unten zugeführt werden, um für eine intensive Durchmischung des Bades zu sorgen und den Prozess der Entfernung von Verunreinigungen zu beschleunigen. Dabei kann wie beim Bodenblasen Kalkmehl von unten zusammen mit den Gasen zugeführt werden. Nach einem so wichtigen Indikator wie dem möglichen Schrottverbrauch liegen Konverter mit Auf-, Unter- und Kombiblasung etwa auf gleichem Niveau, bei etwas höherer Ausbeute an Unterblasung. Gegenwärtig werden weltweit viele verschiedene Verfahren zum kombinierten Einblasen eines Schmelzbades verwendet und entwickelt, wobei das Einblasen von oben und von unten rationell kombiniert wird, wobei letzteres sowohl Sauerstoff als auch Inertgase (Argon, Stickstoff) verwendet. Beim BOF-Verfahren mit Aufblasen wird eine ausreichend intensive Durchmischung nur in der Mitte der Schmelze mit intensiver Kohlenstoffoxidation erreicht. Am Anfang und am Ende der Schmelze ist die Durchmischung unzureichend, was die Tiefenreinigung des Metalls aus Schwefel und Phosphor erschwert. Die kombinierte Zufuhr von Sauerstoff durch die oberen und unteren Blasdüsen beschleunigt noch stärker als bei einer Bodenspülung den Prozess der Kohlenstoffoxidation und erhöht die Produktivität des Konverters. Im Vergleich zum reinen Bodenblasen ist bei einem kombinierten Prozess unter vergleichbaren Bedingungen die Temperatur des Metalls höher. Darüber hinaus reduziert die Verringerung des Sauerstoffstroms durch die obere Blasdüse beim kombinierten Blasen Staub und Spritzer. Und noch ein Vorteil der Sauerstoffkonverter: Hier sind alle Prozesse mechanisiert und automatisiert, die Verwaltung der Konverter wird immer öfter Computern anvertraut. Autor: Musskiy S.A.
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