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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Convertitore. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Il convertitore è un apparecchio (tipo di forno) per la produzione di acciaio da ghisa fusa e caricato mediante insufflazione di aria o ossigeno tecnicamente puro. Al giorno d'oggi, l'ossigeno viene utilizzato più spesso. L'ossigeno viene fornito allo spazio di lavoro del convertitore attraverso tubiere (ad una pressione di circa 1,5 MPa). Questo metodo di produzione dell'acciaio è chiamato convertitore o convertitore di ossigeno. Il convertitore è un contenitore composto da tre parti: la parte superiore - il casco, la parte centrale - il cilindro e la parte inferiore - il fondo. Il fondo può essere attaccato, inserito o solido con una parte cilindrica. In questo caso, il convertitore è chiamato a fondo morto. Nel 1855 l'inglese Henry Bessemer condusse un interessante esperimento: fondeva un pezzo di ferro d'altoforno in un crogiolo e lo soffiava con aria. Ghisa fragile trasformata in acciaio malleabile. Tutto è stato spiegato in modo molto semplice: l'ossigeno dell'aria ha bruciato il carbonio dalla fusione, che è stato rimosso nell'atmosfera sotto forma di ossido e biossido. Per la prima volta nella storia della metallurgia, per ottenere un prodotto non era richiesto un riscaldamento aggiuntivo delle materie prime. Questo è comprensibile, perché Bessemer ha realizzato la reazione esotermica della combustione del carbonio. Il processo è stato sorprendentemente veloce. In una fornace per pozzanghere, l'acciaio veniva prodotto in poche ore, ma qui in pochi minuti. Quindi Bessemer ha creato un convertitore, un'unità che trasforma il ferro fuso in acciaio senza ulteriore riscaldamento. DI. Mendeleev chiamò le fornaci dei convertitori Bessemer senza combustibile. E poiché la forma dell'aggregato Bessemer assomigliava a una pera, veniva chiamata così: "Pera Bessemer".
Nel convertitore Bessemer non tutte le ghise possono essere fuse, ma solo quelle che contengono silicio e manganese. Combinandosi con l'ossigeno dell'aria immessa, rilasciano una grande quantità di calore, che garantisce la rapida combustione del carbonio. Tuttavia, non c'è abbastanza calore per fondere solidi pezzi di metallo. Pertanto, rottami di ferro o ghisa dura non possono essere lavorati in un convertitore Bessemer. Ciò limita fortemente le possibilità della sua applicazione. Il processo Bessemer è un modo rapido, economico e semplice per ottenere l'acciaio, ma presenta anche grossi inconvenienti. Poiché le reazioni chimiche nel convertitore sono molto veloci, il carbonio si brucia e le impurità nocive - zolfo e fosforo - rimangono nell'acciaio e ne degradano le proprietà. Inoltre, durante la soffiatura, l'acciaio è saturo di azoto nell'aria e questo degrada il metallo. Ecco perché, non appena sono apparsi i forni a focolare aperto, il convertitore Bessemer è stato usato raramente per la fusione dell'acciaio. Molti più convertitori sono stati utilizzati per la fusione di metalli non ferrosi: rame e nichel.
Il convertitore di oggi, ovviamente, può in un certo senso essere chiamato un discendente della progenie di Bessemer, perché, come prima, l'acciaio si ottiene soffiando attraverso il ferro liquido. Ma non aria, ma ossigeno tecnicamente puro. Si è rivelato molto più efficiente. Il metodo del convertitore di ossigeno per la fusione dell'acciaio è entrato nella metallurgia più di mezzo secolo fa. Creato in Unione Sovietica su suggerimento dell'ingegnere metallurgico N.I. Mozgovoy, sostituì completamente il processo Bessemer e la prima tonnellata di acciaio per convertitori di ossigeno al mondo fu fusa con successo nel 1936 nello stabilimento bolscevico di Kiev. Si è scoperto che in questo modo è possibile non solo lavorare la ghisa liquida, ma anche aggiungere quantità significative di ghisa solida e rottami di ferro, che in precedenza potevano essere lavorati solo in forni a suola aperta. Ecco perché i convertitori di ossigeno sono diventati così diffusi. Ma è stato solo negli anni '1950 che i convertitori di acciaio sono finalmente venuti alla ribalta. Il grado di utilizzo del calore in un convertitore di ossigeno è molto più elevato rispetto alle unità per la produzione di acciaio del tipo a focolare. L'efficienza termica del convertitore è del 70 percento e per i forni a suola aperta non è superiore a 30. Inoltre, i gas di scarico del convertitore vengono utilizzati per la postcombustione nelle caldaie per il calore di scarto o come combustibile quando i gas vengono rimossi dal convertitore senza postcombustione. Esistono tre tipi di convertitori: soffiato dal basso, soffiato dall'alto e combinato. Al momento, i convertitori più comuni al mondo sono i convertitori di ossigeno a soffiaggio dall'alto: le unità sono molto produttive e relativamente facili da usare. Tuttavia, negli ultimi anni, in tutto il mondo, i convertitori a scoppio e quelli combinati (superiore e inferiore) stanno iniziando a spiazzare i convertitori a scoppio.
Consideriamo il dispositivo del convertitore di ossigeno con lo spurgo superiore. La parte centrale del corpo del convertitore è cilindrica, le pareti del bagno sono sferiche, il fondo è piatto. La parte superiore del casco è conica. L'involucro del convertitore è realizzato in lamiera di acciaio con uno spessore di 30-90 millimetri. Nei convertitori con gabbia fino a 150 tonnellate, il fondo è staccabile, è imbullonato allo scafo, il che facilita i lavori di riparazione. Quando si caricano 250-350 tonnellate, il convertitore viene reso senza fondo, il che è causato dalla necessità di creare una struttura dello scafo rigida che garantisca contro casi di sfondamento di metallo liquido. L'alloggiamento del convertitore è fissato a uno speciale anello di supporto, a cui sono saldati i perni di articolazione. Uno dei perni è collegato al meccanismo di rotazione tramite un giunto a ingranaggi. Nei convertitori con una capacità di oltre duecentocinquanta tonnellate, entrambi i perni sono azionati. Il convertitore è supportato da perni di articolazione su cuscinetti montati sui letti. Il meccanismo di rotazione consente di ruotare il convertitore attorno ad un asse orizzontale. Il corpo e il fondo del convertitore sono rivestiti con mattoni refrattari. L'ossigeno viene fornito al bagno del convertitore per lo spurgo del metallo attraverso una speciale lancia inserita nel collo del convertitore. La prima operazione del processo di conversione è il caricamento dello sfrido. Il convertitore è inclinato di un certo angolo rispetto all'asse verticale e una speciale paletta con una capacità attraverso il collo viene caricata nel rottame del convertitore: rottame di ferro e acciaio. Di solito carica il 20-25 percento di scarto per fusione. Se il rottame non viene riscaldato nel convertitore, viene immediatamente versato ferro liquido. Successivamente, il convertitore viene posizionato in posizione verticale e una lancia di ossigeno viene introdotta nel convertitore attraverso il collo. I materiali che formano scorie vengono introdotti nel convertitore attraverso uno speciale scivolo per indurre le scorie: calce e una piccola quantità di minerale di ferro e fluorite. Dopo l'ossidazione delle impurità di ferro e il riscaldamento del metallo ai valori specificati, lo spurgo viene interrotto, la lancia viene rimossa dal convertitore e il metallo e le scorie vengono versati nelle siviere. Nella siviera vengono introdotti additivi e disossidanti per leghe. La durata della fusione in convertitori ben funzionanti è quasi indipendente dalla loro capacità ed è di 45 minuti, la durata dello spurgo è di 15-25 minuti. Ogni convertitore fornisce 800-1000 fusi al mese. La durata del convertitore è di 600-800 fusi. Il movimento del metallo nel convertitore è molto complesso; oltre al getto di ossigeno, sul bagno liquido agiscono bolle di monossido di carbonio. Il processo di miscelazione è ulteriormente complicato dal fatto che le scorie vengono spinte da un getto di gas nello spessore del metallo e mescolate con esso. Il movimento del bagno e il suo rigonfiamento da parte del monossido di carbonio rilasciato portano una parte significativa del liquido fuso in uno stato di emulsione, in cui le gocce di metallo e scorie sono intimamente mescolate tra loro. Di conseguenza, viene creata un'ampia superficie di contatto del metallo con le scorie, che garantisce alti tassi di ossidazione del carbonio. I convertitori a soffiaggio dal basso di ossigeno, grazie ai minori sprechi di ferro, consentono di ottenere una resa superiore (dell'1,5-2%) di buon acciaio rispetto ai convertitori a soffiaggio dall'alto. La fusione in un convertitore con soffiaggio dal basso da 180 tonnellate dura 32-39 minuti, spurgo - 12-14 minuti, ovvero la produttività è superiore a quella dei convertitori con soffiaggio dall'alto. Tuttavia, la necessità di una sostituzione intermedia dei fondi elimina questa differenza di prestazioni. I primi convertitori a soffiaggio all'estero furono costruiti nel 1966-1967. La necessità di creare un tale convertitore è dovuta principalmente a due motivi. In primo luogo, la necessità di lavorare ghisa ad alto contenuto di manganese, silicio e fosforo, poiché la lavorazione di tale ghisa nei convertitori con soffiaggio dall'alto è accompagnata da emissioni di metallo durante la soffiatura e non garantisce la corretta stabilità della composizione chimica del l'acciaio finito. In secondo luogo, il fatto che il convertitore con tale spurgo sia il progetto più accettabile che consente la ricostruzione dei negozi Bessemer e Thomas esistenti e si inserisce nell'edificio dei negozi a focolare aperto esistenti. Questo convertitore è caratterizzato dalla presenza di un gran numero di zone di reazione, da un'intensa ossidazione del carbonio sin dai primi minuti di fusione e da un basso contenuto di ossidi di ferro nelle scorie. A causa delle specificità del funzionamento del bagno di fusione dell'acciaio durante il soffiaggio dal basso, nei convertitori di questo tipo, la resa del bene è leggermente superiore rispetto ad altri convertitori e il contenuto di polvere dei gas di scarico è inferiore. Nei convertitori con soffiaggio dal basso con un numero elevato di tubi, tutti i processi tecnologici procedono più intensamente rispetto ai convertitori con soffiaggio dall'alto.Tuttavia, le prestazioni complessive dei convertitori con soffiaggio dal basso non superano significativamente quelle dei convertitori con soffiaggio dall'alto a causa della stabilità limitata dei fondali. Per proteggere la posa del fondo del convertitore dalle alte temperature, la lancia è realizzata sotto forma di due tubi coassiali: l'ossigeno viene fornito attraverso quello centrale e del combustibile idrocarburico, il più delle volte gas naturale, viene fornito attraverso quello periferico . Di solito ci sono 16-22 di queste lance. Un gran numero di tubi più piccoli assicura una migliore miscelazione del bagno e un processo di fusione più fluido. Il getto di carburante separa la zona di reazione dal fondo, riduce la temperatura vicino al fondo nel punto di uscita dei getti di ossigeno a causa dell'estrazione del calore per il riscaldamento del carburante, il cracking e la dissociazione dei componenti del carburante e dei loro prodotti di ossidazione. L'effetto rinfrescante è fornito anche dalla polvere di calce, che viene immessa nel getto di ossigeno. Pertanto, soffiare il metallo fuso con diversi getti di ossigeno dal basso crea una serie di caratteristiche favorevoli nel funzionamento del convertitore. Fornisce un numero maggiore di zone di reazione e un'ampia superficie di contatto interfacciale dei getti di ossigeno con il metallo. Ciò consente di aumentare l'intensità del soffiaggio e aumentare la velocità di ossidazione del carbonio. La miscelazione del bagno è migliorata, il grado di utilizzazione dell'ossigeno è aumentato. Di conseguenza, diventa possibile fondere grossi pezzi di scarto. La migliore idrodinamica del bagno assicura un andamento più regolare e silenzioso dell'intero fuso, eliminando virtualmente le emissioni. Per questo motivo, i convertitori soffiati possono lavorare ghise con un alto contenuto di manganese e fosforo. La volontà di aumentare la produttività delle unità contestualmente alla necessità di aumentare l'omogeneità della composizione e della temperatura del metallo con la possibilità di produrre acciai di ampia gamma ha portato all'utilizzo della soffiatura combinata con una velocità relativamente ridotta (rispetto al solo soffiaggio dal basso) quantità di gas soffiati attraverso tubi installati nella parte inferiore del convertitore. Recentemente sono apparse due varianti principali di tale processo, quando ossigeno o gas inerti vengono forniti dal basso per fornire una miscelazione intensiva del bagno e accelerare il processo di rimozione delle impurità. In questo caso, come nel caso del soffiaggio dal basso, la calce in polvere può essere fornita dal basso insieme ai gas. Secondo un indicatore così importante come il possibile consumo di rottame, i convertitori con soffiaggio dall'alto, dal basso e combinato si trovano approssimativamente sullo stesso livello, con una resa leggermente superiore in soffiaggio dal basso. Attualmente vengono utilizzati e sviluppati nel mondo diversi metodi di soffiaggio combinato di un bagno fuso, combinando razionalmente il soffiaggio dall'alto e dal basso, quest'ultimo utilizzando sia ossigeno che gas inerti (argon, azoto). Nel processo BOF con soffiaggio dall'alto, una miscelazione sufficientemente intensa si ottiene solo nel mezzo della massa fusa con un'intensa ossidazione del carbonio. All'inizio e alla fine della fusione, la miscelazione è insufficiente, il che rende difficile la raffinazione in profondità del metallo dallo zolfo e dal fosforo. La fornitura combinata di ossigeno attraverso i tubi superiore e inferiore anche più che con uno spurgo inferiore accelera il processo di ossidazione del carbonio e aumenta la produttività del convertitore. Rispetto al soffiaggio dal basso puro, nel caso di un processo combinato in condizioni comparabili, la temperatura del metallo è maggiore. Inoltre, con il soffiaggio combinato, la riduzione del flusso di ossigeno attraverso il tubo superiore riduce la polvere e gli schizzi. E un altro vantaggio dei convertitori di ossigeno: qui tutti i processi sono meccanizzati e automatizzati, sempre più spesso la gestione dei convertitori è affidata ai computer. Autore: Musskiy SA
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