Что такое бессемеровский способ получения стали

Что такое бессемеровский способ получения стали

Из всех перечисленных способов получения литой стали первым по времени возникновения является .

Этот процесс состоит в том, что через расплавленный чугун продувается воздух с целью выжигания избыточного углерода и других примесей.

В результате получается сталь в расплавленном состоянии, называемая литой сталью.
При плавке этим способом применяется бессемеровский конвертор (рис. 2).

Конвертор представляет грушевидный поворачивающийся сосуд, склепанный из листового железа. Внутренняя футеровка 4 делается из кремнекислых материалов (кварц с глиной — кислая футеровка). Конвертор опирается на две цапфы 2 и может поворачиваться вокруг их оси, принимая разные положения, нужные в процессе работы. Одна из цапф сделана полой, соединена трубой с воздушной коробкой 6, расположенной под дном конвертора и служащей для подвода отверстий 5 сопла, через которые воздух из воздушной коробки продувается под давлением сквозь слой металла, залитого в конвертор. Вторая цапфа служит для поворачивания конвертора и снабжена зубчатым колесом 9, сцепленным с зубчатой
рейкой, которая приводится в движение поршнем воздушного или гидравлического цилиндра.
Расплавленный чугун из доменных печей сливают в миксер (большой ковш), откуда он подается через разливочные ковши и заливается в конвертор, в который впускается воздух под давлением около 2 атм, и конвертор медленно поворачивают в вертикальное положение. Под действием кислорода воздуха окисляется содержащийся в чугуне кремний, а затем марганец, которые переходят в шлак. После этого выгорает углерод, образуя окись углерода, которая, выходя из горловины конвертора и попадая в наружный воздух, горит белым длинным пламенем, образуя факел длиною до 10 м. Наконец пламя спадает и это служит признаком сгорания почти всего углерода, заключающегося в чугуне. Одновременно появляется бурый дым, который дает возможность судить об усиленном сгорании (окислении) железа и об окончании процесса. В результате выгорания примесей, главным образом кремния, температура металла в конверторе сильно повышается (каждый процент содержания кремния при сгорании повышает температуру конвертора на 300°, марганца — на 60°, углерода — на 40°).

Полученный в результате бессемеровского процесса металл почти не содержит углерода, что делает его крайне мягким. Для того чтобы получить металл надлежащего качества, необходимо повысить содержание углерода. С этой целью конвертор приводят опять в горизонтальное положение и загружают в него богатый углеродом зеркальный чугун или ферромарганец. В последнем случае марганец играет роль раскислителя, т. е. кислород воздуха, находящийся в металле, соединяется с марганцем и превращает его в шлак.
О ходе бессемеровского процесса судят по виду спектра пламени, который наблюдают при помощи спектроскопа.

По окончании плавки металл из конвертора выливают в ковш и разливают по чугунным формам — изложницам. Полученные слитки (болванки) подвергают ковке или прокатке для получения профильного материала: листов, полос и т. д.

Вместимость конвертора —15—30 т чугуна; при 40— 50 плавках в сутки производительность составляет 600— 1500 т. Длительность получения из чугуна стали в бессемеровском конверторе составляет 15—20 мин. Для загрузки чугуна и выгрузки стали конвертор может наклоняться, вращаясь на цапфах, как это схематически указано на рисунке 3.

Для бессемеровского процесса годится чугун только определенного состава. Он должен быть сильнокремнистым (кремния 1,5—2 и даже 3%), с минимальным содержанием фосфора (не более 0,05%), так как последний целиком переходит в сталь, придавая металлу хрупкость — хладноломкость.

Воздух, проходя через расплавленный металл, частично окисляет железо, тем самым ухудшая качество приготовляемой стали.

Угар металла при плавке в конверторе составляет 10 — 15%.

Источник

Бессемеровский процесс производства стали

Позднее бессемерование стало применяться в цветной металлургии. В частности, в 1866 году русский изобретатель и инженер Василий Александрович Семенников (1831 – 1898) впервые осуществил бессемерование медного штейна для передела его в черновую медь.

Бессемеровский процесс

Бессемеровский процесс состоит в окислении содержащихся в чугуне примесей воздухом. [1]

Бессемеровский процесс состоит из трех периодов: шлакообразования ( период искр), пламени и бурого дыма. [3]

Бессемеровский процесс является кислым, идущим на кислых шлаках, и футеровка конвертера выполняется из кислого огнеупора – динаса. При кислом процессе из металла не удаляются фосфор и сера, являющиеся вредными примесями. Вследствие этого в бессемеровской стали содержится значительное количество фосфора. Кроме того, в результате тесного контакта с воздухом дутья в ней содержится много азота. Все это определяет основные недостатки бессемеровской стали – повышенная хрупкость, особенно при низких температурах, и повышенная склонность к старению. [4]

Бессемеровский процесс был разработан Бессемером ( Англия) в 1856 г. Сущность способа состоит в том, что сталь получают, окисляя примеси расплавленного чугуна, налитого в конвертор, путем продувки воздухом снизу, через фурмы, расположенные в днище, Окисление углерода, кремния и марганца идет по тем же реакциям, что и при кислородном дутье. Емкость бессемеровских конверторов 10 – 35 т, время продувки 12 – 15 мин. [5]

Бессемеровский процесс состоит из трех периодов: 1) шлакообразования, 2) яркого пламени и 3) бурого дыма. [6]

Бессемеровский процесс отличается высокой производительностью. Уже в самые первые годы своего существования он позволял за считанные минуты превратить 10 – 15 т чугуна в ковкое железо или сталь. [7]

Бессемеровский процесс непригоден для переработки чугунов с повышенным содержанием фосфора, выплавленного из фосфористых руд. Для переработки чугунов высокофосфористых руд, значительные запасы которых имеют страны Западной Европы ( Франция, Бельгия, ФРГ, Люксембург), был предложен томасовский процесс. [8]

Бессемеровский процесс весьма интенсивен и продолжается ( от заливки чугуна в конвертор до получения стали) всего 15 – 20 мин. [9]

Бессемеровский процесс – получение стали из чугуна в конверторе путем окисления кремния, марганца, углерода и железа атмосферным воздухом, обогащенным кислородом. [10]

Бессемеровский процесс весьма интенсивен и продолжается ( от заливки чугуна в конвертор до получения стали) всего 15 – 20 мин. [11]

Бессемеровский процесс производства стали разработан в 1852 г. американцем Уильямом Келли и независимо от него в 1855 г. англичанином Генри Бессемером. Через специальные сопла, вмонтированные в дно конвертера, в расплав продувают воздух, который окисляет кремний, марганец и другие примеси, а в последнюю очередь углерод. Реакция завершается примерно за 10 мин, что можно наблюдать по изменению характера пламени горящей окиси углерода, выбрасываемого из конвертера. Затем добавляют высокоуглеродистый сплав и готовую жидкую сталь разливают. [12]

Достоинствами бессемеровского процесса являются высокая производительность, простота устройства конвертера, отсутствие необходимости применять топливо, сравнительно низкие затраты и расходы по переделу. [13]

Преимущество бессемеровского процесса состоит в том, что он не требует дополнительного нагревания, и сталь, полученная по этому способу, хорошо сваривается, прокатывается и протягивается на холоду. [14]

Изобретение бессемеровского процесса обычно относится к 1855 г., когда англичанин Генри Бессемер ( Henry Bessemer, 1813 – 1898 гг.) взял патент на новый способ производства стали, названный впоследствии его именем. Великое открытие Бессемера было подготовлено всем ходом социально-экономич. Главная сущность изобретения Бессемера заключалась в том, что он предложил плавильный аппарат с высоким темп-рным режимом и значительно ускорил реакции окисления примесей за счет интенсивного перемешивания жидкого чугуна струей проходящего через его толщу воздуха. Тепло, выделяющееся при протекании химических реакций окисления примесей в чугуне ( кремния, марганца, углерода, а частично и самого железа), используется в бессемеровской реторте для покрытия всех тепловых потерь процесса. С этой точки зрения предложенный Бессемером способ п о-лучения стали без затраты горючего является непревзойденным по стройности своей теоретич. Для пром-сти того времени Бессемер дал совершенно новый способ массового получения дешевой литой стали, позволяющий немедленно увеличить масштаб производства черного металла в десятки и сотни раз. Вместо громоздких агрегатов для получения пудлингового желеаа и тигельной стали, вместо примитивных горнов и печей, металлич. Бессемер дал оригинальный плавильный аппарат, в к-ром можно было за одну операцию в течение 10 – 15 мин. Так обстояло дело в области количественных отношений. Не менее разительные по тому времени результаты дало внедрение нового процесса в части повышения качества стальных изделий. Достаточно указать, что первые бессемеровские рельсы выдерживали срок службы в 40 – 50 раз больший, чем рельсы из пудлинговой стали, изготовлявшиеся в добессе-меровские времена. Этими обстоятельствами объясняется огромное историч. Бессемер должен был не только установить его производственную схему, но впервые во всех деталях конструктивно разработать всю аппаратуру и вспомогательное оборудование для массового получения литой стали, начиная от плавильного агрегата ( конвертера) и кончая изложницей и разливочным ковшом со стопорным аппаратом, к-рые являются теперь необходимым оборудованием для каждой сталеплавильной мастерской. [15]

Бессеме́ровский процесс, бессемерование чугуна, производство бессеме́ровской стали — в настоящее время устаревший метод передела жидкого чугуна в литую сталь путём продувки сквозь него сжатого воздуха, обычного атмосферного или обогащённого кислородом. Операция продувки производится в бессемеровском конвертере. Превращение чугуна в сталь происходит благодаря окислению примесей, содержащихся в чугуне — кремния, марганца и углерода (отчасти также железа) кислородом воздуха дутья. Несмотря на возрастание (с окислением примесей) температуры плавления металла, он остаётся в жидком состоянии благодаря выделению тепла при реакциях окисления. Термин «бессемеровский процесс» обычно присваивают так называемому кислому конвертерному процессу, который ведут в агрегате с кислой футеровкой (кремнистый материал, динас). Процесс был предложен в Англии Генри Бессемером в 1856 году [1] .

Содержание

Технология [2]

Течение бессемеровского процесса определяется химическим составом и температурой жидкого чугуна (так называемый «бессемеровский чугун»).

Получившиеся при продувке чугуна нелетучие окислы входящих в его состав элементов (SiO₂, MnO, FeO) совместно с компонентами разъедаемой футеровки образуют кислый шлак, содержащий при выплавке низкоуглеродистой стали до 65 % SiO₂. Наличие кислого шлака не даёт возможность удалить из металла присутствующие в нём вредные примеси — в первую очередь фосфор и серу, чем бессемеровский процесс отличается от томасовского процесса. Поэтому чистота в отношении серы и фосфора является непременным требованием к бессемеровским чугунам, а следовательно, и к «бессемеровским» рудам (содержание фосфора в руде не более 0,025—0,030 %).

На нагрев балластного азота, являющегося при бессемеровском процессе основным компонентом дымовых газов, при средней их температуре 1450 °C расходуется около 110 ккал на 1 кг продуваемого чугуна. При полной замене воздуха кислородом кремний перестаёт играть ведущую роль в тепловом балансе бессемеровского процесса. Оказывается возможной продувка химически холодных чугунов, поскольку количество тепла дымовых газов снижается в этом случае примерно с 28 % до 8,5 %. При чисто кислородном дутье содержание в шихте лома, как показывают тепловые расчёты, может быть очень значительным (до 25 %).

Условия прекращения процесса

Вследствие кратковременности бессемеровского процесса (около 15 мин.) весьма трудно определить момент прекращения продувки на заданном содержании углерода в стали. Примерно до 40-х годов XX века бессемеровский процесс обычно заканчивался на пониженном (против заданного) содержании в стали углерода; сталь затем дополнительно науглероживали в ковше. Продувка приводила к повышению содержания в металле остаточного кислорода, а следовательно, к увеличению расхода ферросплавов — раскислителей; в результате повышалось также содержание в стали неметаллических включений. Впоследствии на агрегатах были установлены приборы для непрерывного определения по спектру вырывающегося из горловины конвертера пламени содержания в металле углерода (а также температуры); это позволило автоматически точно определять момент требуемого окончания продувки, с получением стали заданного состава. Для достижения этой цели стали применяться и другие способы, например, кратковременная остановка продувки для взятия пробы на углерод. Температура металла при выпуске составляет около 1600 °C. Выход годных слитков (см. Бессемеровская сталь) к весу залитого в конвертер чугуна колеблется в пределах 88—90 %, поднимаясь до 91—92 % при добавке в конвертер руды.

Малый бессемеровский процесс

Разновидностью бессемеровского процесса является малое бессемерование (малый бессемеровский процесс), проводимое в небольших конвертерах ёмкостью обычно 0,5—4 т, в которых воздух не пронизывает толщу металла, а направляется на его поверхность. При этом получается горячая сталь (1600—1650 °C) с относительно небольшим содержанием азота (примерно до 0,0075 %), используемая главным образом для тонкостенного и мелкого фасонного стального литья; жидкий чугун для малого бессемеровского процесса готовится в вагранках.

Источник

Бессемеровский процесс производства стали

Сталь является распространенным материалом, который обладает высокими эксплуатационными характеристиками. Он встречается в самых различных отраслях промышленности, применяется при изготовлении изделий, предназначенного для быта или других целей существует просто огромное количество различных методов производства стали, каждый обладает своими определенными особенностями.

Бессемеровский процесс производства стали – новая эра в металлургии, которая позволила получить более качественные металлы с высокими эксплуатационными качествами. Рассмотрим особенности бессемеровского процесса производства стали подробнее.

История изобретения

При развитии машиностроительной, судостроительной промышленности и распространении железной дороги появилась необходимость в появлении более качественной стали. Для этого ранее применяемые технологии изготовления не подходили.

Год изобретения бессемеровского процесса производства стали принято считать 1856. Именно тогда рассматриваемая технология была запатентована автором. Подобное изобретение позволило существенно ускорить развитие машиностроительной промышленности и распространить железную дорогу для транспортировки различных вещей.

Выплавка стали в конверторах

К особенностям изобретения бессемеровского процесса изготовления стали отнесем нижеприведенные моменты:

1. Ранее применяемые методы производства обладали относительно невысоким показателем производительности. Поэтому на заводах не было достаточного количества металла. Тигельный метод был достаточно дорог, а главное, органичен по объему выпуска
2. Бессемер начал работать над улучшением качества получаемого чугуна, которое применялось для изготовления дальнобойного орудия. Получаемые механизмы для дальних выстрелов должны выдерживать длительную эксплуатации.
3. На протяжении длительного периода он разработал довольно большое количество различных технологий, которые позволили повысить качество чугуна и упростить процесс производства металла.
4. До появления бессемеровского процесса производства меиалла в промышленности практически не было плавленой стали, так как разогреть шихту до температуры более 1 500 градусов Цельсия пока не могли.
5. Продувка полученного сплава проводилась атмосферным воздухом. При этом подача воздуха проходит не на протяжении всего периода производства стали.
6. Основной недостаток этой технологии заключается в получении низкокачественного металла. Это связано с тем, что из состава не выводятся достаточное количество серы и фосфора.
7. Достаточно высокая стоимость получаемого металла также является причиной, по которой бессемеровский процесс производства за достаточно длительный период существования практически не изменилась.

Получение стали в конверторе Бессемера

Разработанная технология основана на применении специального конвертора, при помощи которого происходит продувка сырья.

Бессемеровский конвертер

Распространение этой технологии в 20 веке было очень обширным. Она применялась в странах Америки и Европы. Объем выплавки на тот момент составлял примерно 12,5 миллионов тонн стали. Разработанная технология была настолько удачной, что ее на протяжении многих лет оставляли практически неизменной.

Конструкция конвертера бессемера обладает весьма большим количеством особенностей:

1. Устройство представлено корпусом и днищем, а также воздушной коробкой.
2. Корпус устанавливается на металлический пояс, который перераспределяет нагрузку.
3. Днище имеет сопла, через которые может подаваться воздух для обеспечения протекания процесса окисления.

Устанавливаемое оборудование имеет большие размеры и массу, что существенно усложняет установку и фиксацию. Для конвертора требуется надежный фундамент, который сможет выдерживать давление от устройства и шихты в нем. Кроме этого, возникает довольно много трудностей с нагревом среды до температуры выше 1500 градусов Цельсия.

Технология

Бессемерование – процесс плавки чугуна, который позволяет получить сталь относительно высокого качества. Следует отметить, что подобная технология на сегодняшний день применяется крайне редко. Это связано с появлением довольно большого количества современных технологий, которые позволяют получить более качественную сталь за меньшие сроки.

Весь бессемеровский процесс производства стали можно разделить на несколько основных этапов:

1. Выполняется заливка чугуна в конвертор через горловину. Важным моментом назовем то, что в подобном положении устройство должно находится в горизонтальном положении, так как есть вероятность заливки сопла металлом. Сопла необходимы для того, чтобы продувать шихту. Именно окисление примесей и их вывод в качестве шлаков позволяет получать сталь повышенного качества.
2. Следующий этап заключается в пуске дутья и переворачивании конвертора в вертикальное положение.
3. Для того чтобы обеспечить окисление вредных примесей и излишков углерода проводится продувка металла воздухом. На данном этапе происходит образование шлака, с которым и уходят ненужные химические вещества.
4. После достаточно длительного периода продувки конвертор снова переворачивается в горизонтальное положение, прекращается продувка расплавленного металла.
5. Выполняется слив расплавленного металла в ковш и его раскисление путем добавления специальных веществ.

На момент начала продувки состава происходит активное окисление марганца и кремния. На первоначальной стадии углерод практически не окисляется. Это связано с тем, что данный компонент реагирует исключительно на воздействие высоких температур. Кроме этого, на процесс окисления примесей оказывает влияние термодинамические факторы, которые определяют активность переноса кислорода к местам протекания бессемеровского процесса.

Рассматривая данную технологию отметим нижеприведенные моменты:

1. На первом этапе происходит образование большого количества различных шлаков, который в составе имеет высокую концентрацию кремнезема. Временной интервал протекания первого этапа составляет 2-5 минут.
2. На втором этапе бессемеровского процесса производства обеспечиваются наиболее благоприятные условия для окисления углерода. Примером можно назвать повышение рабочей температуры примерно до 2000 градусов Цельсия. Протяженность данного этапа составляет примерной 13 минут. В конце этого этапа температура понижается примерно до отметки 1600 градусов Цельсия.
3. Добиться высокого качества стали можно различными методами бессемерования. Все зависит от особенностей состава применяемого лома, концентрации крема в составе.
4. Для того чтобы исключить вероятность возникновения процесса передувки металла активная подача воздуха прекращается уже на втором этапе.
5. Только на третьем этапе можно отметить активное окисление железа, что становится причиной выделения бурого дыма. Данный этап начинается на тот момент, когда концентрация углерода меньше 0,1%.

Как ранее было отмечено, бессемеровский метод изготовления стали получил большое распространение по причине высокой производительности. В литейных цехах довольно часто устанавливается оборудование, которое имеет садку около 35 тонн.

Бессемеровский метод выплавки стали

Сегодня бессемеровский метод производства стали практически не применяется, что связано с низким качеством получаемого металла и его достаточно высокой стоимостью.

Источник