Конвертерный цех

Конвертерный цех — это производственное подразделение металлургического завода, в котором осуществляется передел жидкого чугуна в сталь в конвертерах путём продувки кислородом или воздухом. Конвертерный цех является основным звеном в технологической цепочке сталеплавильного производства, обеспечивая получение стали заданного химического состава и температуры для последующей разливки.

История

Первые промышленные конвертеры (бессемеровские и томасовские) появились в середине XIX века. Процесс, изобретённый Генри Бессемером в 1856 году, предполагал продувку расплавленного чугуна воздухом через днище конвертера. В 1878 году Сидни Гилкрист Томас разработал процесс с использованием доломитовой футеровки, позволяющий перерабатывать чугуны с высоким содержанием фосфора. Эти технологии стали основой для создания конвертерных цехов на заводах Европы и США.

В России первый конвертерный цех (бессемеровский) был построен в 1873 году на Сормовском заводе (Нижний Новгород). В 1880-х годах конвертерные цеха появились на Воткинском, Путиловском и других заводах. Однако до середины XX века конвертерное производство уступало мартеновскому по объёму и качеству стали.

Революционным этапом стало внедрение кислородно-конвертерного процесса (LD-процесса) в 1950-х годах. В 1952 году в Австрии (Линц) был запущен первый промышленный конвертер с продувкой кислородом сверху. В СССР первый кислородный конвертер был введён в эксплуатацию в 1958 году на Нижнетагильском металлургическом комбинате. С этого времени конвертерные цеха стали вытеснять мартеновские, обеспечивая более высокую производительность и качество стали.

Технологический процесс

Подготовка шихты

Перед началом плавки в конвертер загружают металлический лом (скрап) и заливают жидкий чугун из чугуновозных ковшей. Соотношение чугуна и лома варьируется в зависимости от технологии, обычно от 70:30 до 80:20. В качестве шлакообразующих добавляют известь, плавиковый шпат, боксит и другие материалы.

Продувка

Основная операция — продувка расплава кислородом через фурму, опущенную в конвертер сверху. Кислород под давлением 10–15 атмосфер окисляет примеси чугуна (углерод, кремний, марганец, фосфор, серу). Процесс длится 15–25 минут, сопровождается бурным кипением ванны, выделением газов и образованием шлака. Температура металла поднимается до 1600–1700 °C.

Раскисление и легирование

После продувки сталь раскисляют — удаляют растворённый кислород добавлением ферросплавов (ферромарганец, ферросилиций, алюминий). Для получения легированных марок стали вводят легирующие элементы (хром, никель, молибден, ванадий). Легирование может проводиться как в конвертере, так и в ковше.

Выпуск стали

Готовую сталь выпускают через лётку в сталеразливочный ковш. Шлак, накопившийся на поверхности, оставляют в конвертере или частично сливают. После выпуска конвертер осматривают, ремонтируют футеровку и готовят к следующей плавке.

Устройство конвертерного цеха

Конвертер

Основной агрегат — стальной сосуд грушевидной формы, футерованный огнеупорным кирпичом. Вместимость современных конвертеров — от 100 до 400 тонн. Конвертер установлен на опорных кольцах и может поворачиваться вокруг горизонтальной оси для загрузки, продувки и выпуска.

Отделения цеха

Конвертерный цех включает несколько функциональных зон:

• Миксерное отделение — для хранения и усреднения жидкого чугуна.
• Шихтовый двор — для приёма и хранения лома, ферросплавов, сыпучих материалов.
• Конвертерное отделение — собственно плавильный зал с конвертерами.
• Отделение разливки — для разливки стали в изложницы или на МНЛЗ.
• Отделение шлакопереработки — для переработки и вывоза шлака.

Вспомогательное оборудование

• Кислородные фурмы и системы подачи кислорода.
• Газоотводящие тракты с очисткой отходящих газов (электрофильтры, рукавные фильтры).
• Системы водяного охлаждения конвертеров и газоходов.
• Краны и тележки для транспортировки ковшей, лома, шлака.

Классификация конвертерных цехов

По типу конвертерного процесса

• Кислородно-конвертерные — продувка техническим кислородом сверху (LD-процесс) или комбинированная (сверху + снизу). Наиболее распространённый тип.
• Бессемеровские — продувка воздухом через днище (исторический, устаревший).
• Томасовские — продувка воздухом с использованием основной футеровки (исторический, устаревший).

По производительности

• Малой мощности — до 1 млн тонн стали в год.
• Средней мощности — 1–3 млн тонн в год.
• Крупные — свыше 3 млн тонн в год. На крупных комбинатах (например, Магнитогорский, Новолипецкий, Череповецкий) конвертерные цеха могут иметь производительность 5–10 млн тонн.

По способу разливки

• С разливкой в изложницы — сталь заливают в чугунные формы, получая слитки.
• С непрерывной разливкой — сталь разливают на машинах непрерывного литья заготовок (МНЛЗ), получая слябы, блюмы или заготовки.

Применение и значение

Конвертерные цеха являются основным источником стали в современной металлургии. На их долю приходится около 70% мирового производства стали. В России кислородно-конвертерный способ обеспечивает более 60% выплавки стали.

Сталь, полученная в конвертерных цехах, используется для:

• Производства листового проката (автомобильная, судостроительная, трубная промышленность).
• Изготовления рельсов, балок, арматуры.
• Производства проволоки, канатов, метизов.
• Выпуска специальных марок стали (конструкционные, легированные, нержавеющие).

Преимущества конвертерного процесса:

• Высокая производительность (плавка длится 30–40 минут).
• Возможность переработки больших объёмов чугуна.
• Относительно низкие капитальные затраты по сравнению с мартеновскими печами.
• Хорошее качество стали, особенно при комбинированной продувке.

Экологические аспекты

Конвертерное производство является источником значительных выбросов. Основные загрязнители: оксиды углерода (CO, CO₂), оксиды азота, пыль, содержащая оксиды железа и шлаковые компоненты. Современные конвертерные цеха оснащаются системами газоочистки, включающими электрофильтры, рукавные фильтры и скрубберы. Улавливаемые газы могут использоваться как топливо (конвертерный газ). Шлак перерабатывается в строительные материалы или используется в дорожном строительстве.

Крупнейшие конвертерные цеха в России

• Новолипецкий металлургический комбинат (НЛМК) — конвертерный цех №1 и №2, суммарная мощность около 10 млн тонн стали в год.
• Магнитогорский металлургический комбинат (ММК) — кислородно-конвертерный цех, производительность около 8 млн тонн.
• Череповецкий металлургический комбинат (Северсталь) — конвертерный цех, мощность около 6 млн тонн.
• Нижнетагильский металлургический комбинат (ЕВРАЗ) — конвертерный цех, производительность около 4 млн тонн.

Источники

• Металлургия стали: учебник для вузов / под ред. В.И. Коротича. — М.: Металлургия, 2000.
• Технология производства стали в конвертерах / А.М. Пожарский, В.И. Довгопол. — М.: Металлургия, 1985.
• Кислородно-конвертерный процесс: справочник / под ред. В.С. Сорокина. — М.: Металлургия, 1990.
• История металлургии России / под ред. В.В. Рыбакова. — М.: Наука, 2005.
• Экологические проблемы металлургического производства / В.Н. Анциферов, А.В. Соколов. — М.: Эко-Пресс, 2010.