История развития процессов выплавки стали, протекающих с использованием дутья воздуха и других газов

В СССР за 1965—71 выплавка стали в кислородных  конвертерах увеличена с 4 до 23,2 млн. т в год, или в 5,8 раза.

   Хорошие технико-экономические показатели, полученные при работе первых кислородно-конверторных цехов на металлургических заводах Австрии, Канады и США, способствовали широкому строительству новых конверторных цехов в ФРГ, Японии, Канаде, США и других странах [7, c 5-11].

   О динамике последующего развития кислородно-конвертерного  производства говорят следующие цифры: В 1961 г. Во всем мире было введено 17 кислородно-конвертерных цехов (с 30 конверторами), а на начало 1963 г. были введены в строй уже 21 цех (с 50 конверторами). В 1962 году во всем мире было выплавлено ~32 мнл. т конверторной стали.

   В 1977 году были внедрены процессы выплавки стали с нижней продувкой кислородом OBM/Q-BOP (1968, Oxygen-Bottom blowing — Maxhutte/Quick, Quiet, Quality — Basic Oxygen Process), K-OBM (Kombiniertes — комбинированный процесс с верхней и нижней продувкой кислородом, MaxhLitte) и аллотермический процесс КMS (Kombiniertes Maxhiitte Steelmaking Process) и позволили довести долю скрапа до 50 % [8, c 67]. Вдувание известняка и угля, а также технология дожигания были разработаны и получили широкое внедрение. Удельный расход дутья при нижней продувке обычно превышал 0,3 м3/т-мин и достигал 5 м3/т-мин. Около 55 млн. т стали производят ежегодно в мире с использованием технологии нижней продувки кислородом.

   Эти усовершенствования конвертерной выплавки стали с нижней продувкой кислородом и комбинированной продувкой привели к прогрессу в процессе с верхней продувкой кислородом с дополнительным перемешиванием расплава путем вдувания инертного газа. Для такого перемешивания применяли N-, при высоком содержании углерода и Аг, когда достигали низкого содержания углерода. Перемешивание осуществляли через специальные огнеупорные перемешивающие элементы или через полые, не защищенные покрытием фурмы, установленные в днище конвертера. Расход дутья при нижней продувке не превышает 0,2 м³/т-мин. Почти все конвертеры в мире, работающие по схеме LD/BOF, используют эту усовершенствованную технологию.

   Последней вехой к настоящему времени, вероятно, можно считать частичную верхнюю  продувку горячим воздухом в высокоуглеродистом диапазоне, сочетающуюся с нижней продувкой кислородом.

   Известны, разумеется, и другие важные усовершенствования процесса конвертерной выплавки стали, касающиеся управления процессом, конструкции  конвертеров с целью повышения  их производительности, разделения стали и шлака в конце выпуска плавки, оборудования фурм для продувки, систем внешней газоочистки, электрических пылеуловителей с низким потреблением энергии и очисткой отходящих газов до содержания пыли в них менее 20 мг/м3, логистики металлургического производства вторичной металлургии, обработки горячего металла и т. д.

   Сочетание всех этих разработок обусловило успешное развитие процесса кислородно-конвертерной выплавки стали за последние 50 лет.

   Металлургический  цех с двумя большими конвертерами производит примерно 1000 т/ч жидкой стали. В то же время цех с двумя очень крупными мартеновскими печами имеет производительность около 160 т/ч. В 1950 г. 80 % мирового производства стали еще приходилось на мартеновские печи, для которых характерны низкая производительность, высокие энергоемкость, расход огнеупоров и трудовые затраты. Мировая выплавка стали по различным технологиям показана на рис. 4 [8, c. 68]

     Рис 4 Мировое производство стали  в слитках по различным технологиям

  В настоящее  время в конвертерах выплавляют около 60 %, в электродуговых печах — 34 %, в мартеновских печах — 4 %, по другим технологиям — 2 % мирового производства стали.

   Первоначально предполагалось выплавлять в кислородных  конвертерах рядовые углеродистые стали, в основном низкоуглеродистые для производства тонкого листа. Теперь этим способом выплавляют высокоуглеродистые и легированные стали, не уступающие мартеновской соответствующих марок. Он развивается такими прогрессирующими темпами, которых не знала сталеплавильная промышленность.

   Увеличение  производства стали будет происходить  и дальше благодаря строительству новых мощных кислородно– конвертерных и электросталеплавильных цехов при полном прекращении строительства мартеновских печей.

   Такое изменение структуры сталеплавильного производства диктуется значительными технико-экономическими преимуществами кислородно-конвертерного способа выплавки стали по сравнению с мартеновским: более высокая производительность на единицу выплавляемой стали, меньшие капитальные затраты, более благоприятные условия для механизации и автоматизации производственных процессов и совмещения процесса выплавки стали с ее непрерывной разливкой.

Заключение

   Производство  стали в мартеновских печах в настоящее время составляет 3,8 % от мирового производства стали в слитках; вероятно, в 2007 г. этот показатель снизится до 2 %. Остальную сталь выплавляют в кислородных конвертерах и электродуговых печах.

    В 2002 г. в мире объем стали, выплавленной кислородно-конвертерным способом, составил 541 млн. т. К 2007 г. этот показатель увеличится на 22 % и достигнет 659 млн. т. Доля кислородно-конвертерной стали останется постоянной — в пределах 60—61 %.[9]

   Даже  после 50 с лишним лет использования, схема производства доменная печь —  кислородный конвертер останется  доминирующей и на следующее десятилетие для массового производства высококачественных сталей, особенно для листового проката. Рост производства конвертерной стали сопровождается ростом ёмкости конвертеров. С технологической точки зрения, увеличение емкости конвертера не создает каких-либо дополнительных трудностей ведения плавки. Поэтому даже в крупных конвертерах выплавляют не только рядовую низкоуглеродистую сталь, но и среднеуглеродистую, высокоуглеродистую, низколегированную и легированную стали. Количественный, рост выплавки конвертерной стали сопровождался совершенствованием оборудования и технологии, а также. расширением марочного сортамента и улучшением качества металла. Применение вместо односопловых - многосопловых фурм позволило увеличить интенсивность, продувки кислородом с 1,5 - 2 до 3- 4 м³/(т·мин) в конвертерах любой мощности и соответственно повысить их производительность.

   Главные направления развития кислородно-конвертерного  процесса: интенсификация плавки (в  первую очередь продувки), повышение  стойкости футеровки, применение современных средств контроля и управления с использованием ЭВМ, разработка новых технологических вариантов. Большие перспективы открывает перед кислородно-конвертерным процессом сочетание его с методами внепечного рафинирования металла.

   Одним из перспективных направлений является замена постоянного дутья в конвертере на пульсирующее. Начиная с 60-х годов  XX века сначала в СССР, а затем и в России в данном направлении производились эксперименты Явойским А.В, Сизовым А.М и другие, однако на настоящее время лишь несколько заводов применяют у себя данную технологию. Так, в 1988 в СССР запатентованы и внедрены в производство фурмы для пульсирующего дутья в кислородных конвертерах емкостью 150 т и 350 т.  
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы

1. С.И. Венецкий «От костра до плазмы», М.: Знание, 1986.- 208 с.
2. С.Г. Струмилин «История черной металлургии в СССР» Т.1, М., АН СССР, 1954, 531с.
3. Н.А Мезенин «Повесть о мастерах железного дела», М.:Знание, 1973
4. А.И. Целиков «Машины и агрегаты металлургических заводов», Т.2 М.:Металлургия, – 1988 – 432 с.
5. Б.И. Медовар «Металлургия вчера, сегодня, завтра», Киев: Наук. думка, 1990.-192с.
6. Х. Пресслингер «50 лет кислородно-конвертерного процесса LD- воспоминания о событиях 40–50-х годов XX века», Черные металлы, №7, 2003, с 70- 73.
7. Зайков, С.Т. Развитие производства кислородно-конверторной стали в СССР и за рубежом / С.Т. Зайков .— Киев : ИТИ, 1965.
8. Э.Фритц, В. Геберт «Достижения в кислородно-конвертерном производстве стали», Черные металлы, №12, 2004, с 64-75.
9. Н.П. Лякишев «Сравнительная характеристика состояния кислородно- конвертерного производства стали в России и за рубежом» М.: «Элиз», 2000. - 64 с.