Производство стали в кислородных конвертерах

Кислородно-конвертерный процесс – это выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом сверху через водоохлаждаемую фурму. При этом используется технически чистый кислород (98,5...99,6%).

Кислородный конвертер [6, рис. 23] – представляет собой сосуд грушевидной формы. Выполнен из листовой стали, изнутри выложен основным (доломитовым) кирпичом. Ёмкость – 130…150 тонн жидкого чугуна. Во время работы конвертер можно поворачивать вокруг горизонтальной оси на 360⁰ для завалки и заливки шихтовых материалов, слива стали, шлака и т.д. [6, см. рис. 25]. Во время продувки чугуна кислородом, который подаётся под давлением (0,9...1,4 МПа), конвертер должен находиться в строго вертикальном положении.

Шихтовыми материалами при кислородно-конвертерном процессе являются жидкий передельный чугун (3,7...4,4% С; 0,7...1,5% Mn; 0,4...0,8% Si; 0,03...0,07% S; 0,15...0,3% P), стальной лом, известь, железная руда, боксит, плавиковый шпат. Известь (более 90% CaO и минимальное количество SiO₂ и серы) для наведения шлака. Боксит (Al₂O₃) и плавиковый шпат (CaF₂) – для разжижения шлака.

Различают два периода процесса плавки в кислородном конвертере.

1 Окислительный период, в ходе которого происходит окисление составляющих чугуна при продувке кислородом.

В зоне контакта струи кислорода с металлом в первую очередь окисляется железо, так как его концентрация гораздо больше концентрации примесей.

Fe + O₂® FeO.

Закись железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом.

FeO ® Fe + O.

Растворённый кислород окисляет примеси:

Si + O ® SiO₂; Mn + O ® MnO; C + O ® CO.

Благодаря присутствию в шлаке значительного количества CaO и FeO и интенсивному перемешиванию металла и шлака происходит удаление фосфора:

P + FeO + CaO ® (CaO)₄P₂O₅ + Fe.

При повышенном (до 0,3%) содержании фосфора в металле, необходимы промежуточный слив и наведение шлака.

Удаление серы происходит по реакции: FeS + CaO ® CaS + FeO.

Высокое содержание в шлаке FeO (до 7…20%) затрудняет протекание реакции удаления серы. Поэтому применяют чугун с ограниченным содержанием серы (до 0,07%).

Подачу кислорода заканчивают в тот момент, когда содержание углерода в металле соответствует заданному содержанию в стали.

2 Раскисление стали происходит при выпуске её из конвертера в ковш. Раскисление осуществляют сначала ферромарганцем, затем ферросилицием и алюминием. Затем из конвертера выливают шлак.

В кислородном конвертере трудно выплавить легированные стали, поэтому, как правило, выплавляют низколегированные стали, содержащие до 2…3% легирующих элементов.