Кислородно-конвертерное производство стали¶
Кислородно-конвертерное производство — это промышленный способ выплавки стали, при котором жидкий чугун продувают технически чистым кислородом в специальном агрегате — конвертере. Метод относится к классу металлургических процессов переработки чугуна в сталь без внешнего нагрева: необходимую температуру обеспечивают экзотермические реакции окисления примесей. Аббревиатура «КИСМД» в отраслевой документации расшифровывается как «кислородно-конвертерный цех металлургического завода» либо как обозначение комплекса «кислородно-конвертерное производство металлургического предприятия»; в узком смысле под ней понимают сам агрегат и участок выплавки.
¶История
До середины XX века сталь массово получали в мартеновских печах и бессемеровских конвертерах. Бессемеровский процесс продувки воздухом имел принципиальный недостаток: азот воздуха насыщал металл, что снижало его качество и ограничивало сортамент.
Ключевым событием стало внедрение продувки кислородом. В 1948 году швейцарский инженер Роберт Дюрер предложил продувать чугун сверху кислородом, а в 1952 году на заводе в Линце (Австрия) заработал первый промышленный кислородный конвертер. По названиям городов Линц и Донавиц процесс получил имя LD. В 1950-е годы технология распространилась в СССР, Японии, ФРГ и США.
В Советском Союзе первый кислородно-конвертерный цех был пущен в 1964 году на Новолипецком металлургическом комбинате. Впоследствии такие цеха построили на Череповецком, Магнитогорском, Западно-Сибирском и Карагандинском комбинатах. К концу XX века кислородно-конвертерный способ стал основным в мировой металлургии, вытеснив мартеновский.
¶Устройство конвертера
Кислородный конвертер — это стальной сосуд грушевидной или цилиндрической формы с конической горловиной, футерованный огнеупорным кирпичом. Основные элементы:
- Корпус — сварная стальная оболочка, закреплённая на опорном кольце с цапфами.
- Футеровка — внутренняя огнеупорная кладка (периклазоуглеродистые, доломитовые материалы), защищающая корпус от расплава и шлака.
- Механизм поворота — обеспечивает наклон конвертера для заливки чугуна, слива стали и скачивания шлака.
- Кислородная фурма — водоохлаждаемая труба, вводимая в горловину сверху для подачи кислорода под давлением.
- Система отвода газов — улавливает и охлаждает отходящие газы, часть которых используется как топливо.
Вместимость современных конвертеров достигает 300–400 тонн, продолжительность плавки составляет 30–40 минут.
¶Технология процесса
Основные этапы плавки:
- Загрузка шихты: заливка жидкого чугуна, загрузка металлолома и шлакообразующих (известь, плавиковый шпат).
- Продувка: через фурму подаётся кислород с давлением до 1,5 МПа; окисляются углерод, кремний, марганец, фосфор и сера.
- Формирование шлака: оксиды примесей связываются с известью, шлак удаляет фосфор и серу.
- Доводка: корректировка температуры и химического состава, ввод раскислителей и легирующих.
- Выпуск: слив стали в ковш, скачивание шлака.
Температура в зоне реакции достигает 2000–2500 °C, температура металла на выпуске — 1600–1650 °C.
¶Разновидности
| Способ | Особенность |
|---|---|
| Верхняя продувка (LD) | Кислород подаётся сверху через фурму |
| Нижняя продувка (Q-BOP) | Кислород вдувается через днище с защитой углеводородами |
| Комбинированная продувка | Сочетание верхнего и нижнего дутья, перемешивание инертным газом |
| Конвертер с дожиганием газов | Утилизация тепла отходящих газов |
¶Преимущества и ограничения
К достоинствам способа относят высокую производительность (плавка за 30–40 минут против 6–8 часов у мартеновской печи), низкий расход топлива, простоту автоматизации и возможность переработки значительной доли металлолома. Ограничения связаны с повышенным расходом чугуна, сложностью выплавки высоколегированных марок и зависимостью от стабильных поставок кислорода.
¶Значение в металлургии России
В России кислородно-конвертерным способом выплавляется более половины всей стали. Крупнейшие цеха действуют на Магнитогорском металлургическом комбинате, Новолипецком комбинате, Череповецком («Северсталь») и Западно-Сибирском комбинате. Технология непрерывно совершенствуется: внедряются системы автоматического управления плавкой, дожигание газов, комбинированная продувка и цифровые модели тепловых режимов.
¶Экологические аспекты
Кислородно-конвертерное производство сопровождается выбросами пыли, оксидов углерода и серы. Современные цеха оснащают газоочистными установками, системами улавливания конвертерного газа и замкнутыми циклами водоснабжения. Утилизация отходящего газа позволяет использовать его как энергоноситель, что снижает общее потребление топлива на предприятии.
¶Источники
- Большая российская энциклопедия, статья «Конвертерное производство».
- Учебники по металлургии стали (методические издания технических вузов).
- Отраслевые обзоры чёрной металлургии России.
- Техническая документация металлургических комбинатов.