Konverteris metalurgijoje: kaip ketaus luitai virsta plienu

Sužinokite, kaip metalurgijos konverteris paverčia ketaus luitus plienu — Bessemerio istorija, deguonies krosnys ir modernūs perdirbimo metodai. Skaitykite dabar.

Konverteris – tai specialus metalurginis reaktorius, kuriame ištirpintas ketausas (pig iron) paverčiamas plienu. Konverterio pagrindinė užduotis – sudeginti perteklinę anglies dalį, pašalinti nepageidaujamus priemaišas ir sukurti sąlygas norimai plieno sudėčiai bei temperatūrai.

Trumpa istorija

Pirmąją praktiškai veikiančią konverterio versiją 1856 m. sukūrė seras Henry Bessemeris. Jo kriaušės formos indas turėjo dugne įrengtus oro purkštukus (tuyeres). Karštas išlydytas ketausas iš aukštakrosnių įpiltas į indą buvo intensyviai pučiamas oro srove – tai labai greitai sudegindavo anglį, dažnai lydintis didelis liepsnos šokis ir triukšmas. Bessemerio procese prireikdavo vos keliolikos minučių, kad ketausas taptų plienu; šis atradimas leido pradėti masinę plieno gamybą ir ženkliai sumažinti jo kainą.

Vėlesni moksliniai ir technologiniai patobulinimai parodė, kad plieno kokybė gerėja, kai pučiamas ne oras, o grynas deguonis – ore esantis azotas gali pakenkti kai kurioms plieno rūšims, sukelti trapumą ar nepageidaujamus mikrostruktūrinius pokyčius. Todėl XX a. viduryje atsirado moderni konverterio versija, vadinama bazine deguonies krosnimi (angl. Basic Oxygen Furnace, BOF). Jos principus ir praktinį pritaikymą 1940–1950 m. vystė Europos metalurgai (tarp jų ir tyrimai Austrijoje), ir ši technologija greitai išplito pramonėje.

Kaip veikia konverteris

Šiuolaikinis konverteris yra didelis moliūgo formos indas, pagamintas iš plieno ir išklotas ugniai atspariomis bei bazinėmis (kalcio ir magnio oksidų) medžiagomis. Bazinė šarminė izoliacija svarbi, nes ji padeda pašalinti fosforą ir kitas rūgštines priemaišas į šlakas.

Pagrindiniai proceso žingsniai:

• Į konverterį kraunamas karštas ištirpęs ketausas (luitas) iš aukštakrosnės ir tam tikras kiekis laužo (šiukšlių / metalo perdirbimo likučių).
• Jei laužas yra rūdijęs ar turi deguonies, dalis jo reaguoja su ketausu, papildomai didindama temperatūrą ir ištirpdydama laužą.
• Kai sistema yra paruošta, į ketaus luitą nuleidžiamas specialus vamzdis – deguonies lanka – ir labai intensyviai pučiamas grynas deguonis. Deguonis oksiduoja anglies atomus (ir kitas priemaišas), susidaro CO/CO2 dujos ir išskiriama šiluma.
• Oksiduotos priemaišos (silicis, manganas, fosforas ir kt.) pereina į šlaką, kurį galima atskirti nuo skysto plieno. Šlaką sudaro raugai, rūgščių ir šarminių oksidų mišinys, kuris vėliau pašalinamas.
• Paleidus degimo procesą, atliekami mėginiai ir analizė; kai anglies kiekis nukrenta žemiau norimos ribos, pagal poreikį įpilama papildoma anglis ar priedai, kad būtų pasiekta reikiama plieno sudėtis.
• Baigus apdorojimą, skystas plienas nuleidžiamas iš čiaupo (tapping) ir perduodamas tolesnei perdirbimo grandinei: antrinei metalurgijai (degazavimui, legiravimui), liejimui ir tolesniam formavimui.

Techniniai ir kokybės kontrolės aspektai

Konverterio procesuose svarbu kontroliuoti:

• deguonies srautą ir slėgį (dažnai naudojamas >99 % grynas deguonis),
• proceso trukmę ir temperatūrą (kad būtų išvengta perdegimo ar netinkamos mikrostruktūros),
• šlako sudėtį ir bazinumą – šlakai turi efektyviai surišti priemaišas, ypač fosforą,
• tikslią cheminę analizę ir mėginių ėmimą, kad būtų pasiektos reikiamos mechaninės savybės.

Be pagrindinio konverterio etapo dažnai taikomi papildomi procesai: desulfidavimas, vakuuminis degazavimas, laminavimas ir kiti metodai plieno kokybei pagerinti. Galutinis žingsnis – brangiausiems produktams skirtas legiravimas bei tolyginis liejimas (continuous casting) į briketus ar luitus, kurie vėliau perdirbami valcavimo staklėse.

Skirtumai tarp Bessemerio ir šiuolaikinių procesų

Bessemerio metodas naudojo oro pučiantį procesą, kuris buvo paprastas ir pigus, tačiau azoto dalis ore galėjo neigiamai paveikti kai kurių plieno rūšių kokybę. Šiuolaikinė bazinė deguonies krosnis naudoja gryną deguonį, o taip pat bazinį šarminį išklotą, leidžiantį efektyviau šalinti fosforą ir kitus nepageidaujamus elementus – dėl to plienas būna švaresnis ir labiau valdomas pagal cheminę sudėtį.

Aplinkosauga ir efektyvumas

Konverterio procesai generuoja CO/CO2 dujas, dulkes ir kitus teršalus. Šiuolaikinės gamyklos taiko dujų surinkimo ir valymo sistemas, šilumos atgavimą (pvz., perdavimą kitoms krosnims ar elektrai), bei filtravimo įrenginius mažinti taršai. Taip pat plieno pramonėje naudojamos alternatyvos, pvz., elektrinės lankinės krosnys (EAF), kurios daugiausia gamina plieną iš surinkto laužo ir gali būti ekonomiškesnės bei mažesnio CO2 intensyvumo, ypač jei elektros energija gaunama iš atsinaujinančių šaltinių.

Išvados

Konverteris – esminė plieno gamybos grandis, leidžianti greitai ir efektyviai paversti ketaus luitus plienu. Nuo Bessemerio išradimo iki šiuolaikinių bazių deguonies krosnių technologijų plieno gamyba tapo labiau kontroliuojama, efektyvi ir orientuota į aukštos kokybės produktus. Tačiau proceso metu svarbūs ir ekologiniai aspektai, todėl modernios gamyklos investuoja į dujų valymą, šilumos atgavimą ir procesų optimizavimą.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra konverteris?

K: Kaip vadinama žalia geležis?

K: Kas išrado pirmąjį sėkmingą konverterį?

K: Kaip veikia šiuolaikinė pagrindinė deguonies krosnis?

K: Kas atsitinka, kai į procesą patenka azoto turintis oras?

Paieška pagal raidę