Томасівський процес. томасівських сталь
Томасівський процес - технологія виготовлення стали шляхом продувки знизу повітрям рідкого фосфористого чавуну в Футеровані зі спокійної цеглою конвертері, що отримав назву томасівського (по імені винахідника).
Даний спосіб був запатентований англійським металургом Сідні Гілкріст Томасом, який розробив міцну основну футеровку, створивши, таким чином, основу для втілення основного конвертерного процесу. Особливістю даного методу є те, що вдалося здійснити такий випал доломіту, щоб домогтися спікання його зерен і оплавлення їх поверхні. Це дозволило отримувати доломіт, який не розсипається протягом довгого часу.
Мал. 1 Сідні Гилкрист Томас
Після того, як проведено випал, дроблення і сортування по фракціях, зерна доломіту (2-5 мм) змішують з збезводненої смолою. Здійснюють пресування цегли тиском 30-40 МПа і випал в самому конвертері в процесі його розігріву і сушки. Утворені в результаті коксування смоли частки вуглецю міцно скріплюють зерно доломіту.
Успішна дефосфорация (очищення від фосфору) металу відбувається в умовах збільшеного вмісту оксиду заліза і основності шлаку, коли надлишки окису кальцію в шлаку дозволяють забезпечити отримання міцних фосфатів. При наявності основної футеровки, про яку йшла мова вище, і за рахунок присадок вапна можна отримати достатню основність.
Застосування даного процесу швидко набрало популярність в Європі в кінці 70-х - початку 80-х років 19 століття, особливо в країнах, які мають багатими запасами фосфористої залізної руди. Однак з часом успішне впровадження переділу високофосфористих чавунів в кисневих конвертерах зменшило обсяги металу, обробленого томасівських методом.
У бессемерівських конвертерів, як говорилося в попередній статті, в більшості випадків приставні днища, а отвори сопел виконані в шамотовий фурмах, які вставляються в гнізда динасових днищ. Що ж стосується томасівських конвертерів, то їх конічні доломітові днища не мають фурм, а сопла розташовуються в самому їхньому тілі. У томасівського конвертера товщина футерування стін і днища в 1,5-2 рази більше, ніж в бессемеровском. Це пояснюється великою кількістю шлаку, що утворюється в першому випадку, через що футерування швидше зношується. Даний конвертер також має відмінні від бесемерівського площа поперечного перерізу і ставлення їх внутрішнього об'єму та об'єму рідкого чавуну.
Рис.2 Схема томасівського конвертера садкой 45 т
Досить-таки важливу роль в томасівському процесі відіграє вапно, яку присаживают для отримання основного шлаку. Вимоги до вапна такі - вона повинна бути добре обпечена, свіжа, містити мінімальну кількість вуглекислого газу, води, діоксиду кремнію (кремнезему) і сірки, так як діоксид кремнію зменшує флюси здатність вапна, а сірка знижує Десульфуруючі здатність шлаку. Застосовують вапно, що містить приблизно такий склад,%: 90-92 оксиду кальцію, 0,5-2 оксиду кремнію, 1-1,5 оксиду магнію, 0,5-1,2 оксиду алюмінію, 0,1 0,2 сірки , 3-5 (CO2 + H2O). Для розкислення томасівських стали використовують феромарганець, феросиліцій і алюміній. У разі необхідності науглеродіть метал, в ківш присаживают дзеркальний чавун замість феромарганцю, або вдаються до коксу, деревного вугілля, антрациту або графіту.
Томасівський процес виробництва включає в себе такі етапи:
- Завантаження вапна в конвертер в розмірі 12-18% від маси чавуну слідом за випуском попередньої плавки, контрольний огляд робочого стану стінок і днища;
- Заливає чавун (конвертер розташований горизонтально);
- Пуск дуття і переклад конвертера у вертикальне положення.
- Продування чавуну. Спочатку окислюються в основному кремній, марганець, частина заліза і трохи вуглець і фосфор. Потім, у другому періоді, активно окислюється вуглець і частково фосфор, а вже в третьому періоді - фосфор (до 0,05-0,07%). У томасівському процесі складніше визначати, коли закінчувати продування, оскільки падіння полум'я відноситься до початку третього періоду, коли відбувається тільки інтенсивна дефосфорация металу і процес ще не закінчився.
- Після окислення фосфору конвертер повертають в горизонтальне положення (повалкою) і припиняють дуття.
- Зливають шлак, для того щоб не допустити повернення фосфору з шлаку в метали в процесі розкислення.
- Метал раскисляют і зливається в ківш.
У першому періоді відбувається окислення незначної кількості фосфору. Це пояснюється високою в'язкістю шлаку і маленькою активністю оксидів кальцію, а також тим, що ще не відбулося розчинення вапна в шлаку і вона циркулює в ванні в формі великих шматків з невеликою питомою поверхнею.
Під час другого періоду продувки для окислення вуглецю є сприятливі умови через підвищену температуру металу. Низький вміст марганцю і відсутності кремнію. На окислення вуглецю витрачається не тільки весь вступник в ванну кисень, а й деяка частина закису заліза, раніше накопичилася в шлаку. Як підтвердження цього - зменшення оксидів заліза по ходу продувки.
Сталь, отримана томасівських методом - малоуглеродистая. Якщо потрібно отримати сталь з концентрацією вуглецю 0,1% або більше, то розкислення проводиться разом з науглероживанием металу. Томасівський метал не слід понижати в присутності шлаку, оскільки віддалений фосфор може назад перейти з шлаку в метал (даний процес називається рефосфорація).
Практика показала, що оптимальним і найефективнішим способом підвищення якості томасівських стали є використання для продувки ванні сумішей кисню з іншими газами або чистого кисню.
Тривалість продувки (від 16 до20 хв) і циклу плавки (від 25 до 40 хв) в томасівському процесі набагато більше, ніж в бессемеровском. У зв'язку з цим для отримання однієї і тієї ж річної продуктивності число конвертерів в томасівському цеху повинно бути більше, ніж в бессемеровском.
Продуктивність томасівського цеху з чотирма 25-т конвертерами дорівнює приблизно 0,5 млн.т. за рік, а з чотирма 40-т конвертерами - 1,5 млн. т за рік. Перехід на дуття, збагачене киснем до 30%, дозволяє забезпечити збільшення продуктивності праці на 15-20%, а вихід придатних злитків становить 85-88% до маси чавуну.
Олександр Рибаков
Джерела використані при написанні статті:
В.І. Баптізманскій, М.Я. Меджибізький, В.Б. Охотський "Конвертерні процеси виробництва сталі"