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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Conversor. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Conversor - um aparelho (tipo de forno) para produzir aço a partir de ferro-gusa fundido e carregue soprando com ar ou oxigênio comercialmente puro. O oxigênio é agora mais comumente usado. O oxigênio é fornecido ao espaço de trabalho do conversor através das ventaneiras (a uma pressão de cerca de 1,5 MPa). Este método de obtenção de aço é chamado de conversor ou conversor de oxigênio. O conversor é um recipiente composto por três partes: o topo - o capacete, o meio - o cilindro e o fundo - o fundo. A parte inferior pode ser anexada, plug-in ou integral com uma parte cilíndrica. Nesse caso, o conversor é chamado de surdo-fundo. Em 1855, o inglês Henry Bessemer realizou um experimento interessante: ele derreteu um pedaço de ferro de alto-forno em um cadinho e o soprou com ar. Ferro fundido frágil transformado em aço maleável. Tudo foi explicado de forma muito simples - o oxigênio do ar queimou o carbono do derretimento, que foi removido para a atmosfera na forma de óxido e dióxido. Pela primeira vez na história da metalurgia, o aquecimento adicional de matérias-primas não foi necessário para obter um produto. Isso é compreensível, porque Bessemer percebeu a reação exotérmica da combustão do carbono. O processo foi surpreendentemente rápido. Em uma fornalha, o aço era produzido em apenas algumas horas, mas aqui em questão de minutos. Então Bessemer criou um conversor - uma unidade que transforma ferro fundido em aço sem aquecimento adicional. DI. Mendeleev chamou os conversores Bessemer de fornos sem combustível. E como a forma do agregado Bessemer se assemelhava a uma pêra, foi chamada assim - "Pêra Bessemer".
No conversor Bessemer, nem todo ferro fundido pode ser fundido, mas apenas um que contém silício e manganês. Combinando com o oxigênio do ar fornecido, eles liberam uma grande quantidade de calor, o que garante a rápida queima do carbono. Ainda assim, não há calor suficiente para derreter pedaços sólidos de metal. Portanto, sucata ou ferro fundido duro não podem ser processados em um conversor Bessemer. Isso limita severamente as possibilidades de sua aplicação. O processo Bessemer é uma maneira rápida, barata e fácil de fazer aço, mas também apresenta grandes desvantagens. Como as reações químicas no conversor são muito rápidas, o carbono queima e impurezas nocivas - enxofre e fósforo - permanecem no aço e degradam suas propriedades. Além disso, ao soprar, o aço fica saturado com nitrogênio do ar, e isso degrada o metal. É por isso que, assim que surgiram os fornos a céu aberto, o conversor Bessemer raramente era usado para fundição de aço. Os conversores foram usados muito mais para fundir metais não ferrosos - cobre e níquel.
O conversor de hoje, é claro, pode, em certo sentido, ser chamado de descendente da descendência de Bessemer, porque, como antes, o aço é obtido por sopragem de ferro líquido. Mas não ar, mas oxigênio tecnicamente puro. Ficou muito mais eficiente. O método de conversão de oxigênio de fundição de aço entrou na metalurgia há mais de meio século. Criado na União Soviética por sugestão do engenheiro metalúrgico N.I. Mozgovoy, ele substituiu completamente o processo Bessemer e a primeira tonelada de aço conversor de oxigênio do mundo foi fundida com sucesso em 1936 na fábrica bolchevique em Kiev. Descobriu-se que desta forma é possível não apenas processar ferro-gusa líquido, mas também adicionar quantidades significativas de ferro-gusa sólido e sucata de ferro, que anteriormente só podiam ser processadas em fornos a céu aberto. É por isso que os conversores de oxigênio se tornaram tão difundidos. Mas não foi até a década de 1950 que os conversores de aço finalmente vieram à tona. O grau de utilização de calor em um conversor de oxigênio é muito maior do que em unidades siderúrgicas do tipo lareira. A eficiência térmica do conversor é de 70 por cento, e para fornos de lareira aberta não é superior a 30. Além disso, os gases de escape do conversor são usados para pós-combustão em caldeiras de calor residual, ou como combustível quando os gases são removidos do conversor sem pós-combustão. Existem três tipos de conversores: soprado por baixo, soprado por cima e combinado. Atualmente, os conversores mais comuns no mundo são conversores de oxigênio de última geração - as unidades são muito produtivas e relativamente fáceis de operar. No entanto, nos últimos anos, os conversores de explosão inferiores e combinados (superior e inferior) estão começando a eliminar os conversores de explosão superiores em todo o mundo.
Vamos considerar o dispositivo do conversor de oxigênio com a purga superior. A parte central do corpo do conversor é cilíndrica, as paredes do banho são esféricas, o fundo é plano. A parte superior do capacete é cônica. A carcaça do conversor é feita de chapas de aço com espessura de 30 a 90 milímetros. Nos conversores com gaiola de até 150 toneladas, o fundo é destacável, aparafusado ao casco, o que facilita os trabalhos de reparo. Ao carregar 250-350 toneladas, o conversor é feito com fundo morto, o que é causado pela necessidade de criar uma estrutura de casco rígida que garanta contra casos de rompimento de metal líquido. A carcaça do conversor é fixada a um anel de suporte especial, ao qual os munhões são soldados. Um dos munhões está conectado ao mecanismo de rotação através de um acoplamento de engrenagem. Em conversores com capacidade superior a duzentas e cinquenta toneladas, ambos os pinos são acionados. O conversor é suportado por pinos em rolamentos montados nas camas. O mecanismo de rotação permite girar o conversor em torno de um eixo horizontal. O corpo e o fundo do conversor são revestidos com tijolos refratários. O oxigênio é fornecido ao banho do conversor para purga de metal através de uma lança especial inserida no pescoço do conversor. A primeira operação do processo de conversão é o carregamento da sucata. O conversor é inclinado em um determinado ângulo em relação ao eixo vertical e uma caixa de coleta especial com capacidade através do pescoço é carregada na sucata do conversor - sucata de ferro e aço. Normalmente carregue 20-25 por cento de sucata por fusão. Se a sucata não for aquecida no conversor, o ferro líquido será imediatamente derramado. Depois disso, o conversor é colocado na posição vertical e uma lança de oxigênio é introduzida no conversor através do pescoço. Os materiais formadores de escória são introduzidos no conversor através de uma calha especial para induzir a escória: cal e uma pequena quantidade de minério de ferro e espatoflúor. Após a oxidação das impurezas de ferro e aquecimento do metal para os valores especificados, a purga é interrompida, a lança é removida do conversor e o metal e a escória são despejados nas panelas. Aditivos de liga e desoxidantes são introduzidos na panela. A duração da fusão em conversores que funcionam bem é quase independente de sua capacidade e é de 45 minutos, a duração da purga é de 15 a 25 minutos. Cada conversor dá 800-1000 derretimentos por mês. A durabilidade do conversor é de 600-800 derretimentos. A movimentação do metal no conversor é muito complexa, além do jato de oxigênio, bolhas de monóxido de carbono atuam no banho líquido. O processo de mistura é ainda mais complicado pelo fato de que a escória é empurrada por um jato de gás na espessura do metal e misturada com ele. O movimento do banho e seu inchamento pelo monóxido de carbono liberado trazem uma parte significativa do líquido fundido para um estado de emulsão, no qual o metal e as gotas de escória são intimamente misturados entre si. Como resultado, é criada uma grande superfície de contato do metal com a escória, o que garante altas taxas de oxidação do carbono. Os conversores soprados por baixo de oxigênio, devido ao menor desperdício de ferro, possibilitam obter um rendimento maior (de 1,5-2%) de aço bom em comparação com os conversores soprados por cima. A fusão em um conversor soprado pelo fundo de 180 toneladas dura de 32 a 39 minutos, a purga - 12 a 14 minutos, ou seja, a produtividade é maior que a dos conversores soprados pelo topo. No entanto, a necessidade de substituição intermediária dos fundos elimina essa diferença de desempenho. Os primeiros conversores soprados no exterior foram construídos em 1966-1967. A necessidade de criar um conversor desse tipo se deve principalmente a dois motivos. Em primeiro lugar, a necessidade de processar ferros fundidos com alto teor de manganês, silício e fósforo, uma vez que o processamento desses ferros fundidos em conversores com sopro superior é acompanhado por emissões de metais durante o sopro e não garante a estabilidade adequada da composição química dos o aço acabado. Em segundo lugar, o fato de que o conversor com tal purga é o projeto mais aceitável que permite a reconstrução das lojas Bessemer e Thomas existentes, e se encaixa na construção das lojas existentes. Este conversor é caracterizado pela presença de um grande número de zonas de reação, oxidação intensiva do carbono desde os primeiros minutos de fusão e baixo teor de óxidos de ferro na escória. Devido às especificidades da operação do banho de fundição de aço durante o sopro de fundo, em conversores desse tipo, o rendimento do bem é um pouco maior do que em outros conversores, e o teor de poeira dos gases de escape é menor. Em conversores bottom blown com um grande número de ventaneiras, todos os processos tecnológicos são mais intensos do que nos conversores top blown, mas o desempenho geral dos conversores bottom blown não excede significativamente o dos conversores top blown devido à estabilidade limitada dos fundos. Para proteger a colocação do fundo do conversor de altas temperaturas, a lança é feita na forma de dois tubos coaxiais - o oxigênio é fornecido pelo central e algum combustível de hidrocarboneto, geralmente gás natural, é fornecido pelo periférico . Geralmente, existem 16-22 dessas lanças. Um grande número de ventaneiras menores garante uma melhor mistura do banho e um processo de fusão mais suave. O jato de combustível separa a zona de reação do fundo, reduz a temperatura próxima ao fundo no ponto de saída dos jatos de oxigênio devido à extração de calor para aquecimento do combustível, craqueamento e dissociação dos componentes do combustível e seus produtos de oxidação. O efeito de resfriamento também é fornecido pela cal em pó, que é alimentada no jato de oxigênio. Assim, soprar o metal fundido com vários jatos de oxigênio por baixo cria uma série de características favoráveis na operação do conversor. Fornece um maior número de zonas de reação e uma grande superfície de contato interfacial de jatos de oxigênio com metal. Isso torna possível aumentar a intensidade do sopro e aumentar a taxa de oxidação do carbono. A mistura do banho é melhorada, o grau de utilização de oxigênio é aumentado. Como resultado, torna-se possível derreter grandes pedaços de sucata. A melhor hidrodinâmica do banho garante um curso mais suave e silencioso de todo o fundido, praticamente eliminando as emissões. Por isso, os conversores soprados podem processar ferros fundidos com alto teor de manganês e fósforo. O desejo de aumentar a produtividade das unidades simultaneamente com a necessidade de aumentar a homogeneidade da composição e temperatura do metal com a possibilidade de fabricar aços de ampla gama levou ao uso de sopro combinado com um sopro de fundo) quantidade de gases soprados através de ventaneiras instaladas no fundo do conversor. Recentemente, surgiram duas variantes principais desse processo, quando oxigênio ou gases inertes são fornecidos por baixo para proporcionar uma mistura intensiva do banho e acelerar o processo de remoção de impurezas. Neste caso, como no caso do sopro de fundo, a cal em pó pode ser fornecida por baixo junto com os gases. De acordo com um indicador tão importante como o possível consumo de sucata, os conversores com sopro superior, inferior e combinado estão aproximadamente no mesmo nível, com um rendimento um pouco maior de sopro inferior. Atualmente, muitos métodos diferentes de sopro combinado de um banho fundido são usados e desenvolvidos no mundo, combinando racionalmente o sopro superior e inferior, este último usando oxigênio e gases inertes (argônio, nitrogênio). No processo BOF com sopro superior, a mistura suficientemente intensiva é alcançada apenas no meio da fusão com oxidação intensiva do carbono. No início e no final da fusão, a mistura é insuficiente, o que dificulta o refinamento profundo do metal a partir de enxofre e fósforo. O fornecimento combinado de oxigênio através das ventaneiras superior e inferior ainda mais do que com uma purga inferior acelera o processo de oxidação do carbono e aumenta a produtividade do conversor. Comparado ao sopro de fundo puro, no caso de um processo combinado em condições comparáveis, a temperatura do metal é maior. Além disso, com o sopro combinado, a redução do fluxo de oxigênio através da ventaneira superior reduz a poeira e os respingos. E mais uma vantagem dos conversores de oxigênio: aqui todos os processos são mecanizados e automatizados, cada vez mais o gerenciamento dos conversores é confiado a computadores. Autor: Musskiy S.A.
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