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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Convertisseur. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Convertisseur - un appareil (type de four) pour produire de l'acier à partir de fonte brute et charger en soufflant de l'air ou de l'oxygène commercialement pur. L'oxygène est maintenant plus couramment utilisé. L'oxygène est fourni à l'espace de travail du convertisseur par des tuyères (à une pression d'environ 1,5 MPa). Cette méthode d'obtention de l'acier est appelée convertisseur ou convertisseur d'oxygène. Le convertisseur est un conteneur composé de trois parties: le haut - le casque, le milieu - le cylindre et le bas - le bas. Le fond peut être rapporté, enfichable ou solidaire d'une pièce cylindrique. Dans ce cas, le convertisseur est appelé sourd-bottom. En 1855, l'Anglais Henry Bessemer a mené une expérience intéressante : il a fait fondre un morceau de fer de haut fourneau dans un creuset et l'a soufflé avec de l'air. Fonte cassante transformée en acier malléable. Tout a été expliqué très simplement - l'oxygène de l'air a brûlé le carbone de la masse fondue, qui a été éliminé dans l'atmosphère sous forme d'oxyde et de dioxyde. Pour la première fois dans l'histoire de la métallurgie, un chauffage supplémentaire des matières premières n'était pas nécessaire pour obtenir un produit. C'est compréhensible, car Bessemer a réalisé la réaction exothermique de la combustion du carbone. Le processus a été étonnamment rapide. Dans un four à puddler, l'acier était produit en quelques heures seulement, mais ici en quelques minutes. Bessemer a donc créé un convertisseur - une unité qui transforme le fer fondu en acier sans chauffage supplémentaire. DI. Mendeleev a qualifié les convertisseurs Bessemer de fours sans combustible. Et comme la forme de l'agrégat Bessemer ressemblait à une poire, on l'appelait ainsi - "poire Bessemer".
Dans le convertisseur Bessemer, toutes les fontes ne peuvent pas être fondues, mais une seule qui contient du silicium et du manganèse. En se combinant avec l'oxygène de l'air fourni, ils dégagent une grande quantité de chaleur, ce qui assure la combustion rapide du carbone. Pourtant, il n'y a pas assez de chaleur pour faire fondre des morceaux de métal solides. Par conséquent, la ferraille ou la fonte dure ne peuvent pas être traitées dans un convertisseur Bessemer. Cela limite fortement les possibilités de son application. Le procédé Bessemer est un moyen rapide, bon marché et facile de fabriquer de l'acier, mais il présente également de gros inconvénients. Étant donné que les réactions chimiques dans le convertisseur sont très rapides, le carbone brûle et des impuretés nocives - soufre et phosphore - restent dans l'acier et dégradent ses propriétés. De plus, lors du soufflage, l'acier est saturé d'azote de l'air, ce qui dégrade le métal. C'est pourquoi, dès l'apparition des fours à sole, le convertisseur Bessemer fut rarement utilisé pour la fusion de l'acier. Les convertisseurs étaient beaucoup plus utilisés pour la fusion de métaux non ferreux - cuivre et nickel.
Le convertisseur d'aujourd'hui, bien sûr, peut dans un certain sens être appelé un descendant de la progéniture de Bessemer, car, comme auparavant, l'acier y est obtenu en soufflant dans du fer liquide. Mais pas de l'air, mais de l'oxygène techniquement pur. Il s'est avéré beaucoup plus efficace. La méthode de fusion de l'acier par conversion d'oxygène est entrée dans la métallurgie il y a plus d'un demi-siècle. Créé en Union soviétique à la suggestion de l'ingénieur métallurgiste N.I. Mozgovoy, il a complètement remplacé le procédé Bessemer et la première tonne d'acier de conversion d'oxygène au monde a été fondue avec succès en 1936 à l'usine bolchevique de Kiev. Il s'est avéré que de cette manière, il est possible non seulement de traiter la fonte brute liquide, mais également d'y ajouter des quantités importantes de fonte brute solide et de ferraille, qui ne pouvaient auparavant être traitées que dans des fours à foyer ouvert. C'est pourquoi les convertisseurs d'oxygène sont devenus si répandus. Mais ce n'est que dans les années 1950 que les convertisseurs d'acier ont finalement fait leur apparition. Le degré d'utilisation de la chaleur dans un convertisseur à oxygène est beaucoup plus élevé que dans les unités sidérurgiques à sole. L'efficacité thermique du convertisseur est de 70% et pour les fours à foyer ouvert, elle ne dépasse pas 30. De plus, les gaz d'échappement du convertisseur sont utilisés pour la postcombustion dans les chaudières à récupération de chaleur ou comme combustible lorsque les gaz sont retirés du convertisseur sans postcombustion. Il existe trois types de convertisseurs : soufflé par le bas, soufflé par le haut et combiné. Actuellement, les convertisseurs d'oxygène soufflés par le haut sont les plus courants dans le monde - les unités sont très productives et relativement faciles à utiliser. Cependant, ces dernières années, partout dans le monde, les convertisseurs soufflés par le bas et combinés (haut et bas) commencent à évincer les convertisseurs soufflés par le haut.
Considérons le dispositif du convertisseur d'oxygène avec la purge supérieure. La partie médiane du corps du convertisseur est cylindrique, les parois du bain sont sphériques, le fond est plat. La partie supérieure du casque est conique. Le boîtier du convertisseur est constitué de tôles d'acier d'une épaisseur de 30 à 90 millimètres. Dans les convertisseurs avec cage jusqu'à 150 tonnes, le fond est amovible, il est boulonné à la coque, ce qui facilite les travaux de réparation. Avec une charge de 250 à 350 tonnes, le convertisseur est rendu à fond mort, ce qui est dû à la nécessité de créer une structure de coque rigide qui garantit contre les cas de percée de métal liquide. Le boîtier du convertisseur est fixé à un anneau de support spécial, auquel les tourillons sont soudés. L'un des tourillons est relié au mécanisme de rotation par un accouplement à engrenage. Dans les convertisseurs d'une capacité de plus de deux cent cinquante tonnes, les deux broches sont entraînées. Le convertisseur est supporté par des tourillons sur paliers montés sur les bancs. Le mécanisme de rotation vous permet de faire pivoter le convertisseur autour d'un axe horizontal. Le corps et le fond du convertisseur sont revêtus de briques réfractaires. L'oxygène est fourni au bain du convertisseur pour la purge du métal par une lance spéciale insérée dans le col du convertisseur. La première opération du processus de conversion est le chargement de la ferraille. Le convertisseur est incliné à un certain angle par rapport à l'axe vertical et une boîte spéciale avec une capacité à travers le col est chargée dans la ferraille du convertisseur - ferraille de fer et d'acier. Chargez généralement 20 à 25 % de ferraille par fonte. Si la ferraille n'est pas chauffée dans le convertisseur, le fer liquide est immédiatement versé. Après cela, le convertisseur est placé en position verticale et une lance à oxygène est introduite dans le convertisseur par le col. Les matériaux formant des scories sont introduits dans le convertisseur par une goulotte spéciale pour induire des scories : de la chaux et une petite quantité de minerai de fer et de spath fluor. Après oxydation des impuretés de la fonte et chauffage du métal aux valeurs spécifiées, la purge est arrêtée, la lance est retirée du convertisseur et le métal et le laitier sont versés dans les poches. Des additifs d'alliage et des désoxydants sont introduits dans la poche. La durée de fusion dans les convertisseurs qui fonctionnent bien est presque indépendante de leur capacité et est de 45 minutes, la durée de la purge est de 15 à 25 minutes. Chaque convertisseur donne 800 à 1000 fusions par mois. La durabilité du convertisseur est de 600 à 800 fusions. Le mouvement du métal dans le convertisseur est très complexe, outre le jet d'oxygène, des bulles de monoxyde de carbone agissent sur le bain liquide. Le processus de mélange est encore compliqué par le fait que le laitier est poussé par un jet de gaz dans l'épaisseur du métal et mélangé avec lui. Le mouvement du bain et son gonflement par le monoxyde de carbone libéré amènent une partie importante du liquide en fusion dans un état d'émulsion, dans lequel les gouttes de métal et de laitier sont intimement mélangées les unes aux autres. En conséquence, une grande surface de contact du métal avec le laitier est créée, ce qui garantit des taux élevés d'oxydation du carbone. Les convertisseurs à oxygène soufflés par le bas, en raison de moins de déchets de fer, permettent d'obtenir un rendement supérieur (de 1,5 à 2 %) en bon acier par rapport aux convertisseurs soufflés par le haut. La fusion dans un convertisseur soufflé par le bas de 180 tonnes dure 32 à 39 minutes, la purge - 12 à 14 minutes, c'est-à-dire que la productivité est supérieure à celle des convertisseurs soufflés par le haut. Cependant, la nécessité d'un remplacement intermédiaire des fonds élimine cette différence de performances. Les premiers convertisseurs soufflés par le bas à l'étranger ont été construits en 1966-1967. La nécessité de créer un tel convertisseur est principalement due à deux raisons. Premièrement, la nécessité de traiter de la fonte à haute teneur en manganèse, silicium et phosphore, car le traitement de cette fonte dans des convertisseurs à soufflage par le haut s'accompagne d'émissions de métaux lors du soufflage et n'assure pas la bonne stabilité de la composition chimique de l'acier fini. Deuxièmement, le fait que le convertisseur avec une telle purge est la conception la plus acceptable qui permet la reconstruction des magasins Bessemer et Thomas existants et s'intègre dans le bâtiment des magasins à foyer ouvert existants. Ce convertisseur se caractérise par la présence d'un grand nombre de zones réactionnelles, une oxydation intensive du carbone dès les premières minutes de fusion, et une faible teneur en oxydes de fer dans le laitier. En raison des spécificités du fonctionnement du bain de fusion d'acier lors du soufflage par le bas, dans les convertisseurs de ce type, le rendement en bien est légèrement supérieur à celui des autres convertisseurs et la teneur en poussière des gaz d'échappement est inférieure. Dans les convertisseurs soufflés par le bas avec un grand nombre de tuyères, tous les processus technologiques se déroulent de manière plus intensive que dans les convertisseurs soufflés par le haut.Cependant, les performances globales des convertisseurs soufflés par le bas ne dépassent pas de manière significative celles des convertisseurs soufflés par le haut en raison de la stabilité limitée des fonds. Pour protéger la pose du fond du convertisseur des températures élevées, la lance est réalisée sous la forme de deux tubes coaxiaux - l'oxygène est fourni par le central et du carburant hydrocarboné, le plus souvent du gaz naturel, est fourni par le périphérique . Il y a généralement 16 à 22 lances de ce type. Un grand nombre de tuyères plus petites assure un meilleur mélange du bain et un processus de fusion plus fluide. Le jet de carburant sépare la zone de réaction du fond, abaisse la température près du fond au point de sortie des jets d'oxygène en raison de l'extraction de chaleur pour le chauffage du carburant, le craquage et la dissociation des composants du carburant et de leurs produits d'oxydation. L'effet de refroidissement est également fourni par de la chaux en poudre, qui est introduite dans le jet d'oxygène. Ainsi, le soufflage du métal fondu avec plusieurs jets d'oxygène par le bas crée un certain nombre de caractéristiques favorables dans le fonctionnement du convertisseur. Fournit un plus grand nombre de zones de réaction et une grande surface de contact interfaciale des jets d'oxygène avec le métal. Cela permet d'augmenter l'intensité de soufflage et d'augmenter le taux d'oxydation du carbone. Le mélange du bain est amélioré, le degré d'utilisation de l'oxygène est augmenté. En conséquence, il devient possible de faire fondre de gros morceaux de ferraille. La meilleure hydrodynamique du bain assure un parcours plus régulier et plus silencieux de l'ensemble de la fonte, éliminant pratiquement les émissions. De ce fait, les convertisseurs soufflés par le bas peuvent traiter des fontes à haute teneur en manganèse et en phosphore. La volonté d'augmenter la productivité des unités simultanément à la nécessité d'augmenter l'homogénéité de la composition et de la température du métal avec la possibilité de fabriquer des aciers d'une large gamme a conduit à l'utilisation du soufflage combiné avec une relativement faible (par rapport à seulement soufflage par le bas) quantité de gaz soufflée à travers des tuyères installées dans le bas du convertisseur. Récemment, deux variantes principales d'un tel procédé sont apparues, lorsque de l'oxygène ou des gaz inertes sont fournis par le bas afin d'assurer un mélange intensif du bain et d'accélérer le processus d'élimination des impuretés. Dans ce cas, comme dans le cas du soufflage par le bas, la chaux en poudre peut être amenée par le bas avec les gaz. Selon un indicateur aussi important que la consommation possible de ferraille, les convertisseurs à soufflage supérieur, inférieur et combiné se situent approximativement au même niveau, avec un rendement de soufflage inférieur légèrement supérieur. A l'heure actuelle, de nombreuses méthodes différentes de soufflage combiné d'un bain fondu sont utilisées et développées dans le monde, combinant rationnellement le soufflage par le haut et par le bas, ce dernier utilisant à la fois de l'oxygène et des gaz inertes (argon, azote). Dans le procédé BOF avec soufflage par le haut, un mélange suffisamment intensif n'est obtenu qu'au milieu de la masse fondue avec une oxydation intensive du carbone. Au début et à la fin de la fonte, le mélange est insuffisant, ce qui rend difficile l'affinage en profondeur du métal à partir du soufre et du phosphore. L'alimentation combinée en oxygène par les tuyères supérieure et inférieure encore plus qu'avec une purge inférieure accélère le processus d'oxydation du carbone et augmente la productivité du convertisseur. Par rapport au soufflage par le bas pur, dans le cas d'un procédé combiné dans des conditions comparables, la température du métal est plus élevée. De plus, avec le soufflage combiné, la réduction du débit d'oxygène à travers la tuyère supérieure réduit la poussière et les éclaboussures. Et un autre avantage des convertisseurs d'oxygène : ici tous les processus sont mécanisés et automatisés, de plus en plus souvent la gestion des convertisseurs est confiée à des ordinateurs. Auteur : Musskiy S.A.
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