Бессемеровский процесс производства стали технология, изобретение

• 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.

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.

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]

Читать также:  Усилитель для автомобильного сабвуфера своими руками

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]

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.

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]

Читать также:  Кованые перила с деревом

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 %).

Читать также:  Принцип работы авр генератора

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.

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: https://morflot.su/bessemerovskij-process-proizvodstva-stali/

Изобретение бессемеровского способа получения стали

Требования, предъявляемые к металлургии тяжелой промышленностью, не могли быть удовлетворены существовавшими в 60-х гг. XIX в. методами получения железа и стали, т.е. кричным переделом чугуна и пудлингованием, т. к. последние обладали рядом существенных недостатков.

Бессемерование чугуна (по имени Г. Бессемера) — это процесс передела жидкого чугуна в литую сталь путем продувки сквозь него сжатого воздуха.

Превращение чугуна в сталь в конвертере происходит благодаря окислению углерода и примесей, содержащихся в чугуне, кислородом воздуха.

Процесс бессемерования происходит без подвода тепла извне и без применения какого-либо горючего материала. Тепло, необходимое для процесса, образуется благодаря окислению железа и его примесей.

Чугун заливается в конвертер. Наполнив конвертер, его поворачивают в вертикальное положение и через отверстия в дне начинают вдувать воздух, который пузырьками проходит через расплавленный металл.

Кислород воздуха при этом приходит в соприкосновение с каждой частицей чугуна и в результате соединяется с углеродом, находящимся в чугуне, совершенно так же, как углерод угля, сгорая, соединяется с кислородом воздуха.

Когда процесс закончен, конвертер переводят опять в горизонтальное положение и прекращают вдувание воздуха.

После окончания процесса в конвертере образуется железо, в которое затем добавляют строго определенную дозу примеси, содержащей углерод, поддерживающий дальнейший процесс окисления железа. В результате в конвертере образуется сталь, содержащая требуемый процент углерода.

Процесс бессемерования протекает 15 мин. В конвертере 10-15 т чугуна превращается в железо или сталь в течение 10 мин. Для того чтобы получить такое же количество стали, раньше требовалось несколько дней работы пудлинговой печи или две недели работы старого кричного горна.

Бессемерование стало внедряться в металлургическое производство лишь с 70-х гг. XIX в., спустя 20 лет после изобретения. В 50-х гг. XIX в. потребности тяжелой промышленности в металле были ограничены; капиталисты, вложившие большие средства в пудлинговые установки, боролись против введения нового способа получения стали.

На крупных металлургических заводах производительность конвертеров с 1870 по 1903 г. увеличилась в 62,5 раза.

В России внедрение бессемеровского процесса в промышленных масштабах началось лишь с 1872 г. на Обуховском заводе и с 1875 г. — на Нижне-Салдинском заводе.

Сущность русского процесса бессемерования состояла в том, что в конвертер поступал уже сильно перегретый в отражательной печи чугун, и поэтому первый период английского процесса бессемерования — горение кремния и получение шлака — здесь или отсутствовал или был крайне ограничен.

Нагрев чугуна до высокой температуры заменял первый период процесса и поэтому вел к ликвидации необходимости в искусственном увеличении содержания кремния в чугуне.

Источник: http://www.cheluskin.ru/period-monopolisticheskogo-kapitala-xix-xx-vv/1475-izobretenie-bessemerovskogo-sposoba-polucheniya.html

§ 3. Бессемеровский процесс получения стали

Конвертер имеет
кислую футеровку из динассового кирпича.
В нем перерабатывают на сталь чугуны
Б1 и Б2. Чугун заливают в конвертер при
температуре 1300 – 1350°С. При этом различают
три периода плавки.

І
период:
происходит интенсивное окисление
железа, кремния и марганца.
Окислы SiO2,
MnO,
и частично FeO
всплывают на поверхность металла и
образуют шлак (кислый), который в своем
составе имеет около 50 % SiO2.

Углерод в этот период плавки окисляется
медленно. Через горловину конвертера
выделяются газы, короткое слабосветящееся
пламя и искры, образующиеся от горения
брызг металла в воздухе.

Этот период
продолжается 3 – 6 мин, при этом температура
металла быстро повышается.

ІІ
период плавки:
характеризуется активным
окислением углерода.
Окись углерода выделяется из металла
в атмосферу вместе с другими газами,
вызывая бурное клокотание металла и
сильный шум.

В конце второго периода содержание
углерода в металле снижается до десятых
долей процента и пламя над конвертером
постепенно укорачивается.

ІІІ
период плавки:
носит название периода
дыма.
Появление над конвертером бурого дыма
показывает, что из чугуна почти полностью
выгорели Si,
Mn
и С и началось очень сильное окисление
железа.

ІІІ
период продолжается не более 2 – 3 мин,
после чего конвертер поворачивают в
горизонтальное положение и в ванну
вводят раскислители: зеркальный чугун,
ферромарганец либо ферросилиций и
алюминий для понижения содержания
кислорода в металле.

После некоторой
выдержки, необходимой для всплывания
продуктов раскисления из металла в
шлак, готовую сталь, нагретую до
температуры 1600 – 1650°С выливают в ковш
и направляют на разливку.

При плавке в кислом
конвертере не условий для удаления из
металла Р и S,
из чугуна они полностью переходят в
сталь. В процессе продувки воздухом в
металле растворяется до 0,012 – 0,025 % N,
много неметаллических включений.

Полученную сталь
при низком содержании С (0,1 – 0,2 %)
используют для изготовления сварных
труб, болтов, винтов, тонкой жести. Сталь
с содержанием С 0,5 – 0,7 % используют для
прокатки рельсов, строительных балок
и др.

При емкости
бессемеровских конвертеров 10 – 35 т,
длительность всей плавки — 20 – 30 мин
(от выпуска до выпуска). Выход годной
стали 87 – 90 % от массы чугуна, заливаемого
в конвертер.

§4. Томасовский процесс получения стали

Конвертер имеет
основную футеровку из молотого обожженного
доломита. Форма конвертера такая же, но
он имеет больший объем.

В конвертер вначале
загружается в качестве флюса обожженная
известь в количестве 8 – 12 % от объема
металла. Затем заливают чугун марки Т,
который имеет 1,6 – 20 % Р до 0,08 % S
до 0,6 % Si
и температуру 1200 – 1250°С.

При воздушном
дутье также различают 3
периода плавки:

І
период:енергично
окисляются Mn,
Si,
и Fe
и незначительно углерод. Температура
металла медленно повышается. Часть
тепла расходуется на нагревание извести,
хотя она в первом периоде и не расплавляется
полностью.

ІІ
период:
характеризуется окислением углерода.
От горения окиси углерода над конвертером
появляется пламя, которое становится
ярко-желтым. Всплески металла протекают
более бурно и уровень содержимого
конвертера поднимается до верхних
частей горловины. После выгорания
большей части углерода начинается
окисление Р, которе сопровождается
большим выделением тепла.

ІІІ
период плавки:
когда углерод почти весь выгорел (до
0,1 %), начинается енергичное окисление
Р и Fe.
В результате окисления Р переходит из
металла в шлак.

Температура металла
резко повышается ввиду выделения тепла
при реакциях окисления Р. ІІІ
период продолжается 3 – 5 мин и
приостанавливается, как только содержание
Р уменьшается до 0,05 – 0,07 %.

После поворота
конвертера и остановки дутья из печи
сливают основную часть шлака, а затем
в сталь вводят раскислители. Так как
сталь к концу процесса имеет низкое
содержание С, то науглероживание стали
проводят путем добавки в ковш перед
разливкой зеркального чугуна или
ферромарганца.

S
в І
и ІІ периоде
плавки не удаляется. В ІІІ
периоде
при наличии в шлаке свободной извести,
часть S
удаляется в шлак в виде СаS.
Небольшое количество S
окисляется в процессе плавки и удаляется
из металла в виде SО2.
Наименьшее содержание S,
получаемое в основной стали – 0,05 %.

Выплавляемая сталь
применяется для изготовления рельсов,
сортового проката, листа, болтов.

Шлак, имеющий
ценные фосфатные соединения, используют
как удобрение.

При емкости
конвертеров 12 – 70 т продолжительность
продувки 16 – 22 мин, а длительность всей
плавки – 25 – 40 мин. Выход готовой стали
– 85 – 89 % от массы чугуна.

Источник: https://studfile.net/preview/5775160/page:8/

Бессемеровский процесс. Технология бессемеровского процесса

• редакционная статья
• Категории: история металлургии, сталеплавильное производство
•   Новая эра в металлургии
• С развитием машиностроения, железнодорожного и водного вида транспорта стала особенно актуальной разработка новых способов изготовления стали, которые бы заменили старые — кричный, пудлинговый, тигельный.

И такие способы были найдены, и получили название конвертерные. Суть этих процессов состояла в том, что при производстве жидкой стали чугун продували окислительными газами.

Речь пойдет о таком конвертерном процессе, который получил название бессемеровский, в честь автора, изобретателя Генри Бессемера, запатентовавшего в 1856 г. способ, при котором для получения жидкой стали осуществляют продувку чугуна через дно сосуда паром, сжатым воздухом, или смесями из них.

Рис. 1 Сэр Генри Бессемер

Осуществление процесса в стационарном аппарате не давало возможности отключать дутье в процессе плавки и заливки чугуна, поэтому в 60-х гг. 19 в. Бессемером было предложено использование поворачивающегося конвертера, который устранял недостатки данного агрегата.

Данный процесс быстро обрел популярность в странах Европы и Америки.  В начале 20 века объем выплавки стали таким способом достиг 12,5 млн.т. Разработанная  Бессемером конструкция  конвертера показала себя настолько удачно и технологично, что за свою более чем столетнюю историю не претерпела при донном дутье никаких существенных изменений.

Бессемеровский конвертер изображен на рисунке 2.

Рис.2   Бессемеровский конвертер

Конструкция данного конвертера включает в себя корпус (3) (в виде футерованного динасовым кирпичом стального кожуха), днища (2) и воздушной коробки (1).

  Опирается корпус на металлический пояс (5) – опорное кольцо с двумя цапфами. Цапфы опираются на подшипники, установленные на двух колоннах, располагающихся на фундаментах.

В футерованном динасом днище имеются сопла для поступления воздуха из воздушной коробки.

При пребывании конвертера в вертикальном положении воздух через сопла попадает в обрабатываемый чугун.

  Избыточное (примерно 0,2 МПа) давление сжатого воздуха гораздо больше, чем давление столба жидкого металла, это защищает от заливания им сопел.

Особенности формы верхней части корпуса конвертера позволяют увеличивать вместительность ванны, заливать в него чугун и осуществлять дутье в горизонтальном положении.

Подача воздуха начинается после заливки чугуна в момент, когда конвертер поворачивают из горизонтального в вертикальное положение, и прекращается в конце плавки после т.н. повалки (возвращения в горизонтальное положение) конвертера, когда уровень металла становится ниже уровня ближайших к “спине” (в верхней части корпуса конвертера) сопел.

Оптимальный показатель давления дутья равен 0,2 – 0,25 МПа, интенсивность продувки металла воздухом 15-25 м³.   Чугун является исходным материалом, используемым во время бессемеровского процесса.

  Количество фосфора и серы в чугуне должно быть ограниченным, поскольку из-за того, что футеровка конвертера кислая (динасовая), то и шлак получается кислым, а это лишает возможности выведения фосфора и серы из металла в шлак.

Что касается кремния и марганца, то их оптимальная концентрация в чугуне зависит от теплового баланса плавки и условий службы футеровки.

Играет роль не только содержание кремния и марганца, но и отношение этих значений друг к другу – если оно ниже оптимального значения 1,8-2, то полученные марганцовистые шлаки разрушают огнеупоры, а если гораздо выше, то происходит повышение вязкости кремнеземистых шлаков, что приводит к зарастанию футеровки.

В качестве шихтовых материалов пользуются охладителями металла, например стальным ломом, железной рудой, прокатной окалиной,  раскислителями и легирующими ферропластами.  Серу, фосфор, ржавчину, землю и цветные металлы в стальном ломе стараются сводить до минимума.

  Оптимальнее всего использовать мелкий лом,  который полностью расплавляется до конца продувки. Что касается железной руды как шихтового материала, то она должна быть кусковой и содержать минимум влаги.

Процесс плавки состоит из таких этапов:

• Заливка чугуна через горловину (при этом важно следить, что конвертер находился в горизонтальном положении и сопла не заливались металлом);
•  Пуск дутья и одновременное переведение конвертера в вертикальное положение;
•  Продувка металла воздухом (шлакообразование, обезуглероживание, передувка);
•  Прекращение дутья и возвращение конвертера в горизонтальное положение (повалка конвертера);  
• Слив металла в ковш и его раскисление (или в конвертере, или в ковше).

    Изменения, происходящие с составом металла, шлака, отходящих газов и температуры во время нормальной бессемеровской плавки, проводящейся без присадок материалов, регулирующих нагрев ванны, изображены на рис.3.

 В первой периоде продувки активно окисляются кремний и марганец и медленно (или почти не окисляется) углерод.

  Это происходит потому, что под воздействием низких температур и при соответствующих процентных содержаниях элементов в металле максимальная работа реакции окисления углерода гораздо меньше, чем реакций окисления кремния и марганца.

На окисление примесей металлов оказывают влияние не только термодинамические факторы, но и факторы переноса массы кислорода к местам протекания реакции.

Первый период – это период шлакообразования, в течение которого формируется кислый шлак с высоким содержанием кремнезема.  Временной интервал данного периода растет с повышением кремния и с уменьшением исходной температуры чугуна и длится от 2 до 5 мин.

Во время второго периода создаются благоприятные термодинамические и кинетические условия для окисления углерода. За пределами горловины догорают CO и CO2  и из горловины вырывается ослепительно яркое пламя, с температурой выше 2000 Сº. В конце периода нагрев металла составляет примерно 1600 Сº.

Длительность периода определяется интенсивностью продувки и равна 8-13 мин.

Повышение температуры металла во втором периоде происходит не так быстро, как в первом, поскольку при продувке воздухом  количество тепла реакции окисления углерода, нагревающего металл, меньше тепла реакции окисления кремния (в расчете на единицу массы окисленного элемента).

  Передувку стараются не допускать, потому что тогда ухудшается качество металла, повышается концентрация O и N, угар раскислителей, и концентрация неметаллических включений в стали, а также получают меньше выход годного из-за дополнительного угара железа.

Во время третьего периода происходит активное окисление железа и выделение бурого дыма. Начинается этот период, когда углерода меньше 0,1%.  В течение этого периода активно растут (FeO),  температура металла и концентрация азота в газах и металле, а также повышается окисленность стали.

  Могут применяться различные способы бессемерования, в зависимости от футеровки, содержания кремния в обрабатываемом чугуне и нагрева чугуна.  Необходимую производительность конвертера и качество стали можно достигнуть путем комбинации большого нагрева чугуна (примерно 1450ºС) и низкого содержания в нем кремния (около 0,7%).

Такой вариант лежит в основе трудов ученых Д.К.Чернова и К.П. Поленова.

В крупных бессемеровских цехах обычно устанавливали три конвертера садкой 25-35 т. Производительность цеха, имеющего три таких конвертера, достигала 0,7-0,8 млн.тонн или 1,5-1,6 млн.тонн (в зависимости от садки конвертера)  в год, производительность труда рабочего 1200-1800 тонн в год.

И хоть данная производительность и выше, чем у мартеновских печей, их все равно стали заменять на мартеновские, по таким причинам, как: малый расход стальных ломов и железной руды, приводящий к повышению себестоимости стали; низкое качество стали из-за повышенного содержания в ней азота, фосфора и серы; узкий диапазон подлежащих к обработке видов чугуна – только с достаточно большой концентрацией кремния в составе и маленькой – фосфора и серы. 

1. Александр Рыбаков

Источники использованные при написании статьи:

В.И.Баптизманский, М.Я.Меджибожский, В.Б. Охотский «Конвертерные процессы производства стали»

>

Источник: https://www.metaljournal.com.ua/bessemer-process-technology/

Производство стали, Бессемер и Мартен



• Министерство образования и науки Российской Федерации
• федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
• «Московский государственный индустриальный университет»
• (ФГБОУ ВПО «МГИУ»)
• История науки и техники
• Реферат
• на тему «Производство стали, Бессемер и Мартен»
• Москва 2012
• Содержание

1.    Введение……………………………….………………………….…….…….3

2.     Производство стали, Бессемер и Мартен.……………………………..…..4

3.    Список использованной литературы………………………………….…..11

Введение.

Искусство получения железа из Греции распространилось в Центральную и Западную Европу, где ранний железный век относят к VII-V в. до н.э., а наиболее широкое распространение железа — к V-I в. до н.э. Первые сыродутные печи обнаружены в нынешней Австрии. Археологи их относят к периоду 1000 — 4560 г. до н.э.

Большой вклад в распространение железа в Европе в латинский период (V-I в. до н.э) внесли кельтские народы, овладевшие передовой по тому времени технологией получения железа. Расселившись по Европе в конце прошлой и начале нашей эры, кельты заняли территории современной Франции, Германии, Англии, Польши и др.

Кельтское название железа «изарнон» перешло в современный немецкий («айзен») и английский («айрон») языки. Помимо сельскохозяйственных орудий, кельтские кузнецы с большим искусством изготовляли оружие, закаливали его, мастерски украшая травлением, чеканкой, насечкой.

Это оружие высоко ценилось германцами и римлянами.

В средние века горн уже обрел вид шахтной печи, достигавшей в высоту нескольких метров. Теперь печи «дышали» с помощью энергии воды — воздуходувные мехи  приводились в движение сначала специальными водяными трубами, а позже огромными водяными колесами.

Процесс в шахтной печи происходит при больших температурах. Именно это привело к тому, что вместо требуемой железной крицы из печи вытекал чугун, Позже заметили, что при повторном переплаве чугуна получалась желанная сталь. Так возник двухстадийный процесс получения стали.

2. Производство стали, Бессемер и Мартен

До конца XVIII- начала XIX века в процессе получения стали больших сдвигов не происходило. Промышленных способов, позволяющих в больших объемах получать сталь еще не было.

До конца XVIII века передел чугуна в мягкое железо происходил только в кричных горнах. Этот способ, однако, был неудобен во многих отношениях.

Получавшийся в ходе него металл был неоднородным — местами приближался по своим качествам к ковкому железу, местами — к стали. Кроме того, работа требовала больших затрат времени и физических сил.

Важное отличие пудлинговой печи от кричного горна заключалось в том, что она допускала использовать в качестве горючего любое топливо, в том числе и дешевый неочищенный каменный уголь, а объем ее был значительно больше. Благодаря пудлинговым печам железо стало дешевле.

Вместе с тем в отличие от кричных горнов печь Корта не требовала принудительного вдувания. Доступ воздуха и хорошая тяга достигались благодаря высокой трубе. Это была одна из причин, почему пудлинговые печи получили широкое распространение во всем мире.

Пудлингование было очень тяжелым и трудоемким процессом. Работа шла при нем таким образом. На подину пламенной печи загружались чушки чугуна, их расплавляли. По мере выгорания углерода и других примесей температура плавления металла повышалась, и из жидкого расплава начинали «вымораживаться» кристаллы довольно чистого железа.

На «подине» собирался комок слипшейся тестообразной массы. Рабочие-пудлинговщики приступали в операции накатывания крицы. Перемешивая металл ломом, они старались собрать вокруг него комок (крицу) железа. Такой комок весил до 50-80 килограммов и более.

Крицу вытаскивали из печи и подавали сразу под молот для проковки, чтобы удалить частицы шлака и уплотнить металл.

Многие изобретатели думали над тем, как заменить пудлингование более совершенным способом восстановления железа. Раньше других эту задачу удалось разрешить английскому инженеру Бессемеру. В 1856 году Бессемер публично демонстрировал изобретенный им неподвижный конвертер.

Конвертер имел вид невысокой вертикальной печки, закрытой сверху сводом с отверстием для выхода газов. Сбоку в печи было второе отверстие для заливки чугуна. Готовую сталь выпускали через отверстие в нижней части печи (во время работы конвертера его забивали глиной).

Весь процесс длился не более 20 минут. Малейшая задержка в выпуске давала брак. Это

Рис. 1 Развитие Бессемеровского процесса

неудобство, а также ряд других недостатков неподвижного конвертера заставили Бессемера перейти к вращающейся печи. В 1860 году он взял патент на новую конструкцию конвертера, сохранившуюся в общих чертах до наших дней. Способ Бессемера был настоящей революцией в области металлургии.

За 8-10 минут его конвертер превращал 10-15 т чугуна в ковкое железо или сталь, на что прежде потребовалось бы несколько дней работы пудлинговой печи или несколько месяцев работы прежнего кричного горна.

Однако, после того как бессемеров метод стал применяться в промышленных условиях, результаты его оказались хуже, чем в лаборатории, и сталь выходила очень низкого качества.

Два года Бессемер пытался разрешить эту проблему и наконец, выяснил, что в его опытах чугун содержал мало фосфора, в то время как в Англии широко использовался чугун, выплавленный из железных руд с высоким содержанием фосфора.

Между тем фосфор и сера не выгорали вместе с другими примесями; из чугуна они попадали в сталь и существенно снижали ее качество. Это, а кроме того высокая стоимость конвертера, привело к тому, что бессемеровский способ очень медленно внедрялся в производство. И 15 лет спустя в Англии большая часть чугуна переплавлялись в пудлинговых печах. Гораздо более широкое применение конверторы получили в Германии и США.

Рис. 2. Бессемеровский конвертер: 1 — корпус; 2 — пустотелая цапфа; 3 — патрубок; 4 — воздушная коробка; 5 — редуктор; 6 — днище; 7 — фурмы; 8 — горловина.

Наряду с бессемеровским способом производства стали вскоре огромную роль приобрел другой способ получения литой стали — на поду пламенной регенеративной печи.

Идея получать литую сталь на поду впервые была высказана еще в 1722 году Реомюром — он писал о возможности превращения мягкого железа в сталь путем погружения его в жидкий чугун.

Но по-настоящему этой идеей заинтересовались лишь в первой половине XIX века, когда назревшие экономические условия настойчиво толкали на поиски способов массового получения стали.

Многие годы Пьер Мартен вместе с отцом занимался решением вопроса получения литой стали путем сплавления лома и чугуна на поду пламенной печи. Мартены терпели неудачи, как и другие исследователи, из-за того, что не могли создать в пламенной печи температурный режим, необходимый для сталеплавильного процесса. Нужна была температура свыше 1600° С.

Делу помогло использование принципа регенерации тепла, предложенного братьями Сименс. 2 декабря 1856 года немецкий инженер Фридрих Сименс (1826 -1904) взял в Англии, где он жил с 1844 года, патент на устройство регенеративного угольного горна с применением принципа регенерации для воздуха.

Продукты горения проходили по кирпичным каналам, следуя сверху вниз из печи в дымовую трубу. Когда кирпичная насадка регенератора получала определенное количество тепла, продукты горения направлялись в другой регенератор, а через раскаленные каналы насадки пропускали холодный воздух.

При прохождении через каналы воздух нагревался и поступал в печь с большим запасом физического тепла. Это давало возможность получать в печи высокую температуру.

Получив чертежи регенеративной печи от В. Сименса и редкий в то время английский динасовый кирпич, П. Мартен построил в Сирейле печь, в которой получил 8 апреля 1864 года годную литую сталь. На это производство Мартен взял патент от 10 апреля во Франции и от 15 августа в Англии. В патенте П. Мартен указал три способа получения стали — два на поду и один в вагранке.

П. Мартен более основательно разработал первый из предложенных способов. В патенте от 28 июля 1865 года он описывался так: в ванну расплавленного на поду регенеративной печи чугуна загружаются холодные или нагретые куски железа — лом, обрезки, стружка и при длительном нагреве ванны до высокой температуры получается сталь.

Патент от 23 марта 1866 года излагал тот же способ применительно к переработке отходов бессемеровского производства в виде скрапа.

На помощь является знаменитое изобретение Мартена — его сталеплавильная печь». Возможность переработки скопившегося к тому времени бессемеровского скрапа и другого лома во многом способствовала распространению мартеновского процесса.

25 июля 1867 года П. Мартен взял патент, в котором указывает на применение зеркального чугуна в целях обуглероживания и получения стали определенных свойств.

Успех первых плавок позволил П. Мартену сразу наладить производство литой стали в промышленном масштабе. На заводе Сирейль работали попеременно три печи емкостью по 2-3 тонны.

Мартеновский процесс получил с самого начала благоприятные условия для развития: цены на скрап в 60-70-х годах были невысоки ввиду трудности его использования.

Мартеновский процесс не конкурировал с бессемеровским, а как бы дополнял его, перерабатывая стальные отходы бессемеровского производства, скопившиеся в больших количествах на заводах.

Оборудование в мартеновском цехе стоило много дешевле, чем в бессемеровском, так как мартеновская фабрика того времени имела весьма примитивное оборудование. По этим причинам, несмотря на несовершенство первых мартеновских печей и большой расход топлива, скрап-процесс считался экономически выгодным.

1. Мартеновский процесс, введенный в 1864 году, быстро распространялся по металлургическим, заводам разных стран.
2. Рис 3 Устройство мартеновской печи:
3. 1 — рабочее пространство; 2 — свод; 3 — подина; 4 — сталевыпускное отверстие; 5 — отверстие для спуска шлака; 6 — завалочные окна; 7 — передняя стенка; 8 — задняя стенка; 9 — головки; 10 — вертикальные каналы; 11 — шлаковик; 12 — регенераторы: 13 — насадка регенераторов; 14 — борова; 15 — рабочая площадка.

В первой половине XX века мартеновский процесс занял господствующее положение в мировом производстве стали. До середины нашего века около 80-85% всей стали в мире производилось мартеновским процессом.

Пре обладание мартеновского процесса в мировой металлургии было вызвано рядом его преимуществ по сравнению с другими. В мартеновской печи можно использовать большое количество старого лома и возможна работа на любом чугуне.

Здесь годилось самое разнообразное сырье, в то время как в конверторном процессе имелись определенные ограничения в химсоставе исходных материалов.

Уже в первые пять лет после введения мартеновского и бессемеровского производств мировой выпуск стали увеличился на 60%.

Производство стали в мартеновских печах в настоящее время составляет 3,8 % от мирового производства стали в слитках; вероятно, в 2007 г. этот показатель снизится до 2 %. Остальную сталь выплавляют в кислородных конвертерах и электродуговых печах.

Список использованной литературы.

1.      С.И. Венецкий «От костра до плазмы», М.: Знание, 1986.- 208 с.

2.      С.Г. Струмилин «История черной металлургии в СССР» Т.1, М., АН СССР, 1954, 531с.

3.      Н.А Мезенин «Повесть о мастерах железного дела», М.:Знание, 1973

4.      А.И. Целиков «Машины и агрегаты металлургических заводов», Т.2 М.:Металлургия, – 1988 – 432 с.

5.      «Технология металлов и других конструкционных материалов»

В.Т.Жадан, Б.Г. Гринберг, В.Я. Никонов. Издание второе.

Источник: https://www.stud24.ru/history/proizvodstvo-stali-bessemer-i-marten/347947-1059308-page1.html

§ 1. Краткая характеристика бессемеровского и томасовского производства стали

Бессемеровский процесс был предложен Г. Бессемером в 1856 г. Существовавший до этого тигельный способ, производства стали не мог удовлетворить потребности развивающегося железнодорожного строительства, судостроения и машиностроения.

Сущность метода заключается в продувке жидкого чугуна воз­духом в конвертере. Продувка осуществляется через установленные в днище конвертера фурмы.

Под действием кислорода дутья при­меси чугуна (кремний, марганец, углерод) окисляются, выделяя зна­чительное количество тепла.

При этом происходит снижение содер­жания примесей и повышение температуры металла, достаточной для нагрева получаемой стали до температуры выпуска (~1600°С).

Общий вид конвертера для продувки чугуна снизу показан иа

Риц. 51. Устройство бессемеровского конвертера:

/ — цапфы; 2 —опорное кольцо; 3—горловина; 4 — шестерня; 5—опор­ная станина; 6 — диище; 7 —воздушная коробка; « — патрубок для подачи дутья; 9 — корпус; 10— футеровка; И — сопла

Рис. 51. Корпус — стальной кожух, футерован огнеупорным кирпи­чом. Футеровка конвертера кислая (дииасовый кирпич). Футерован­ное днище скабжеио соплами для подачи воздуха. Сопла выполнены в отдельных огнеупорных (шамотных) кирпичах — фурмах.

Основными недостатками процесса являются невысокое каче­ство металла, присутствие в нем не удаленных при продувке вредных примесей: фосфора и серы. Для выплавки бессемеровских чугунов нужны очень чистые по содержанию серы и фосфора железные руды, природные запасы которых ограничены. В 1878 г. С.

Томас вместо кислой футеровки бессемеровского конвертера применил основную, а для связывания фосфора предложил использовать известь.

Однако и томасовский процесс имеет серьезные недостатки, главным из которых является понижение качества стали вследствие высокого содержания в ней азота. Повышенная хрупкость и склон­ность к старению томасовской стали ограничивают область ее приме­нения.

• Для расширения сортамента томасовской стали были разработа­ны новые технологические варианты этого процесса, обеспечивающие уменьшение хрупкости металла и склонности его к старению. В практике томасовского производства нашли применение работы иа двойном шлаке для снижения содержания фосфора (до 0,015 %), продувка через дно воздухом, обогащенным кислородом, и продувка
• Через дно смесями кислород — пар и кислород — углекислый газ для получения стали с низким содержанием азота (до 0,001—0,0035 %).
• Дальнейшее совершенствование томасовского производства при­вело к созданию способов передела высокофосфористых чугунов с донным кислородным дутьем.

Источник: https://mitalolom.ru/2012/04/16/1-kratkaya-xarakteristika-bessemerovskogo-i-tomasovskogo-proizvodstva-stali/

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

• Cтраница 1
• Бессемеровский процесс состоит РІ окислении содержащихся РІ чугуне примесей РІРѕР·РґСѓС…РѕРј.  [1]
• Бессемеровский процесс состоит РёР· трех периодов: шлакообразования ( период РёСЃРєСЂ), пламени Рё Р±СѓСЂРѕРіРѕ дыма.  [3]

Бессемеровский процесс является кислым, идущим РЅР° кислых шлаках, Рё футеровка конвертера выполняется РёР· 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.

РљСЂРѕРјРµ того, РІ результате тесного контакта СЃ РІРѕР·РґСѓС…РѕРј дутья РІ ней содержится РјРЅРѕРіРѕ азота. Р’СЃРµ это определяет основные недостатки бессемеровской стали — повышенная хрупкость, особенно РїСЂРё РЅРёР·РєРёС… температурах, Рё повышенная склонность Рє старению.  [4]

Бессемеровский процесс был разработан Бессемером ( Англия) в 1856 г.

Сущность СЃРїРѕСЃРѕР±Р° состоит РІ том, что сталь получают, окисляя примеси расплавленного чугуна, налитого РІ конвертор, путем РїСЂРѕРґСѓРІРєРё РІРѕР·РґСѓС…РѕРј СЃРЅРёР·Сѓ, через фурмы, расположенные РІ днище, Окисление углерода, кремния Рё марганца идет РїРѕ тем же реакциям, что Рё РїСЂРё кислородном дутье. Емкость бессемеровских конверторов 10 — 35 С‚, время РїСЂРѕРґСѓРІРєРё 12 — 15 РјРёРЅ.  [5]

Бессемеровский процесс состоит РёР· трех периодов: 1) шлакообразования, 2) СЏСЂРєРѕРіРѕ пламени Рё 3) Р±СѓСЂРѕРіРѕ дыма.  [6]

Бессемеровский процесс отличается высокой производительностью. Уже РІ самые первые РіРѕРґС‹ своего существования РѕРЅ позволял Р·Р° считанные минуты превратить 10 — 15 С‚ чугуна РІ РєРѕРІРєРѕРµ железо или сталь.  [7]

Для переработки чугунов высокофосфористых СЂСѓРґ, значительные запасы которых имеют страны Западной Европы ( Франция, Бельгия, ФРГ, Люксембург), был предложен томасовский процесс.  [8]

1. Бессемеровский процесс весьма интенсивен Рё продолжается ( РѕС‚ заливки чугуна РІ конвертор РґРѕ получения стали) всего 15 — 20 РјРёРЅ.  [9]
2. Бессемеровский процесс — получение стали РёР· чугуна РІ конверторе путем окисления кремния, марганца, углерода Рё железа атмосферным РІРѕР·РґСѓС…РѕРј, обогащенным кислородом.  [10]
3. Бессемеровский процесс весьма интенсивен Рё продолжается ( РѕС‚ заливки чугуна РІ конвертор РґРѕ получения стали) всего 15 — 20 РјРёРЅ.  [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 Рё готовую жидкую сталь разливают.  [12]

Достоинствами бессемеровского процесса являются высокая производительность, простота устройства конвертера, отсутствие необходимости применять топливо, сравнительно РЅРёР·РєРёРµ затраты Рё расходы РїРѕ переделу.  [13]

Преимущество бессемеровского процесса состоит РІ том, что РѕРЅ РЅРµ требует дополнительного нагревания, Рё сталь, полученная РїРѕ этому СЃРїРѕСЃРѕР±Сѓ, хорошо сваривается, прокатывается Рё протягивается РЅР° холоду.  [14]

Р�зобретение бессемеровского процесса обычно относится Рє 1855 Рі., РєРѕРіРґР° англичанин Генри Бессемер ( Henry Bessemer, 1813 — 1898 РіРі.) РІР·СЏР» патент РЅР° новый СЃРїРѕСЃРѕР± производства стали, названный впоследствии его именем.

Главная сущность изобретения Бессемера заключалась РІ том, что РѕРЅ предложил плавильный аппарат СЃ высоким темп-рным режимом Рё значительно СѓСЃРєРѕСЂРёР» реакции окисления примесей Р·Р° счет интенсивного перемешивания жидкого чугуна струей проходящего через его толщу РІРѕР·РґСѓС…Р°. Тепло, выделяющееся РїСЂРё протекании химических реакций окисления примесей РІ чугуне ( кремния, марганца, углерода, Р° частично Рё самого железа), используется РІ бессемеровской реторте для покрытия всех тепловых потерь процесса. РЎ этой точки зрения предложенный Бессемером СЃРїРѕСЃРѕР± Рї Рѕ-лучения стали без затраты горючего является непревзойденным РїРѕ стройности своей теоретич. Для РїСЂРѕРј-сти того времени Бессемер дал совершенно новый СЃРїРѕСЃРѕР± массового получения дешевой литой стали, позволяющий немедленно увеличить масштаб производства черного металла РІ десятки Рё сотни раз. Вместо РіСЂРѕРјРѕР·РґРєРёС… агрегатов для получения пудлингового желеаа Рё тигельной стали, вместо примитивных РіРѕСЂРЅРѕРІ Рё печей, металлич. Бессемер дал оригинальный плавильный аппарат, РІ Рє-СЂРѕРј можно было Р·Р° РѕРґРЅСѓ операцию РІ течение 10 — 15 РјРёРЅ. Так обстояло дело РІ области количественных отношений. РќРµ менее разительные РїРѕ тому времени результаты дало внедрение РЅРѕРІРѕРіРѕ процесса РІ части повышения качества стальных изделий. Достаточно указать, что первые бессемеровские рельсы выдерживали СЃСЂРѕРє службы РІ 40 — 50 раз больший, чем рельсы РёР· пудлинговой стали, изготовлявшиеся РІ добессе-меровские времена. Этими обстоятельствами объясняется РѕРіСЂРѕРјРЅРѕРµ историч. Бессемер должен был РЅРµ только установить его производственную схему, РЅРѕ впервые РІРѕ всех деталях конструктивно разработать РІСЃСЋ аппаратуру Рё вспомогательное оборудование для массового получения литой стали, начиная РѕС‚ плавильного агрегата ( конвертера) Рё кончая изложницей Рё разливочным ковшом СЃРѕ стопорным аппаратом, Рє-рые являются теперь необходимым оборудованием для каждой сталеплавильной мастерской.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Источник: https://www.ngpedia.ru/id346258p1.html