Producción de convertidores

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La producción de convertidores  es la producción de acero en unidades convertidoras de fundición de acero soplando hierro líquido con aire u oxígeno. La transformación de la fundición en acero se produce por oxidación de las impurezas contenidas en la fundición ( silicio , manganeso , carbono , etc.) con oxígeno y su posterior eliminación de la masa fundida. El calor liberado durante el proceso de oxidación eleva la temperatura de la masa fundida a la temperatura requerida para fundir el acero, es decir, el convertidor no requiere combustible para funcionar. A principios del siglo XXI, más del 60% del acero del mundo se produce por el método del convertidor [1] .

Procesos

Clasificación de los procesos convertidores

Los principales métodos de clasificación son el método de suministro, la composición de la explosión y otros reactivos, la composición del revestimiento, el método de introducción de calor adicional en el convertidor. Según el método de suministro de granallado, los procesos se dividen en tres grupos:

Los procesos de Bessemer y Thomas pertenecen al grupo de procesos con soplado desde abajo. En estos procesos se utilizan como chorro aire, aire enriquecido con oxígeno y una mezcla de vapor y oxígeno. El proceso BOF y el proceso Caldo pertenecen al grupo de procesos de soplado superior. Los procesos de Bessemer y Thomas están dando paso a procesos de alto nivel.

Según el método de introducción de calor adicional en el convertidor, se distinguen los siguientes procesos:

Proceso Bessemer

La primera producción en masa de acero líquido fue descubierta por el inventor inglés Henry Bessemer en 1856 . Antes de Bessemer no existía el acero fundido: era imposible obtener una temperatura superior a los 1500°, lo que es necesario para fundir metales con un contenido de carbono inferior al del hierro fundido. El acero se obtenía por fraguado y martillado .

La purga de la masa fundida en el convertidor Bessemer se realiza con aire atmosférico. El nitrógeno que contiene se lleva una parte importante del calor útil de reacción, evitando que se introduzcan en la masa fundida grandes cantidades de chatarra, y pasa parcialmente como impureza al acero resultante. La principal desventaja del proceso es la baja calidad del metal debido a las impurezas nocivas ( fósforo y azufre ) que no se eliminan durante el soplado. La fundición de hierro fundido Bessemer requiere minerales de hierro de azufre y fósforo muy puros , cuyas reservas naturales son limitadas.

Proceso de Thomas

El inglés Sidney Gilchrist Thomas en 1878 usó el revestimiento principal en lugar del revestimiento ácido de dinas del convertidor Bessemer y sugirió usar cal para unir el fósforo . El proceso Thomas hizo posible procesar hierros fundidos con alto contenido de fósforo y se generalizó en países donde los minerales de hierro de la mayoría de los yacimientos contienen mucho fósforo ( Bélgica , Luxemburgo , etc.). Sin embargo, el acero de Thomas era de mala calidad.

En 1864, el metalúrgico francés P. Martin desarrolló un proceso para producir acero en un horno de hogar abierto. A diferencia de los métodos de conversión para la producción de acero, el proceso de hogar abierto se caracterizaba por exigencias bajas en la composición química del material de partida y permitía volver a fundir una gran cantidad de chatarra de acero; la calidad del acero de hogar abierto era superior a la del acero convertidor. Sin embargo, cabe señalar que el tiempo de fusión en un horno de solera abierta es mucho más largo que en un convertidor. El horno de hogar abierto requiere calentamiento externo durante toda la fusión, mientras que el convertidor se calienta solo. Como resultado, el método de hogar abierto es finalmente reemplazado por el método del convertidor. La única ventaja del acero fundido en un horno de hogar abierto, en comparación con un horno convertidor, es su gran variedad, mientras que para aumentar el número de grados de acero convertidor, se utiliza una instalación de acabado de acero.

A mediados del siglo XX, alrededor del 80% de todo el acero producido en el mundo se producía mediante el método de hogar abierto. Pero fue durante este período que comenzó una rápida reactivación de la producción de convertidores, asociada con el uso de purga de oxígeno puro.

Proceso BOF

logotipo de youtube Producción de acero convertidor

El inventor del proceso, Henry Bessemer, recibió la primera patente para el chorro de oxígeno. Sin embargo, la prueba de la idea se retrasó durante mucho tiempo por la falta de tonelaje de producción de oxígeno. No fue hasta principios de la década de 1930 que el oxígeno de grado industrial estuvo disponible en grandes cantidades gracias a la creación de plantas criogénicas para licuar el aire y destilarlo en fracciones. Los primeros experimentos de antes de la guerra sobre el soplado de hierro con oxígeno se llevaron a cabo en pequeños cucharones con una capacidad de una tonelada. En 1933-1936, con la presentación y bajo la dirección del ingeniero N. I. Mozgovoy , en la planta bolchevique de Kiev , aparentemente, se llevó a cabo la primera práctica de fusión en el mundo con purga de oxígeno [3] . Paralelamente, hubo experimentos de Robert Durrer en Alemania.

El desplazamiento general del horno de hogar abierto por la producción de convertidores de oxígeno comenzó solo después del final de la Segunda Guerra Mundial , con la implementación de los desarrollos anteriores a la guerra en tecnología criogénica, el diseño y la construcción de plantas de oxígeno muy grandes en plantas metalúrgicas, que proporcionó no solo la purga de los convertidores, sino también el enriquecimiento con oxígeno de la explosión del alto horno. En 1952, en Linz (Austria), comenzó a funcionar el primer taller de conversión de oxígeno del mundo en la planta de VÖEST AG . En 1966, se inauguró un taller de conversión de oxígeno en la planta metalúrgica de Lipetsk , en el que, por primera vez en el mundo, todo el acero producido se vertió en plantas de colada continua . Desde entonces, la combinación de la producción de oxígeno básico con la colada continua se ha convertido en la dirección principal en el desarrollo de la fabricación de acero [4] .

Al mismo tiempo, se desarrollaron métodos para el control rápido de los parámetros de fundición: en comparación con la fundición BOF de hogar abierto, tiene una vida muy corta (decenas de minutos) y requiere un control cuidadoso del contenido de carbono, la temperatura de la masa fundida y el escape. gases, etc. para dejar de soplar en el momento oportuno. La mejora de la automatización, equipos de laboratorio e instrumentos de medición fue la misma condición necesaria para la fundición de acero convertidor de alta calidad, así como la obtención de las cantidades requeridas de oxígeno. El metal obtenido por el proceso del convertidor de oxígeno se ha vuelto equivalente en calidad al acero de hogar abierto , el costo del acero ha disminuido en un 20-25% y la productividad ha aumentado en un 25-30%.

Hasta la fecha, existen tres modos principales de funcionamiento de un convertidor de oxígeno: con poscombustión completa de monóxido de carbono, con poscombustión parcial y sin poscombustión de CO.

Hay muchas variedades del proceso de oxígeno básico diseñado para producir acero de la calidad requerida a partir de hierros fundidos de varias composiciones: bajo y alto fósforo, silicio y bajo silicio, manganeso y alto manganeso, etc. (pureza no inferior al 99,5%, el 0,5% restante - nitrógeno , argón , criptón).

Al comienzo del desarrollo de la producción de convertidores de oxígeno, la durabilidad del revestimiento era baja (200–250 fundidos) y la duración del cambio del revestimiento era bastante alta. En este estado de cosas, uno de los convertidores instalados en el taller estaba constantemente en reparación. En el futuro, el tiempo de funcionamiento del convertidor antes de la sustitución del revestimiento aumentó (así, se alcanzaron experimentalmente 2500 calores en ZSMK ), el tiempo de sustitución del revestimiento se redujo y los talleres quedaron totalmente cargados [5] .

Dispositivo convertidor

Los convertidores Bessemer y Thomas son un recipiente en forma de pera fabricado en chapa de acero con revestimiento interior. El revestimiento del convertidor Bessemer es ácido (ladrillo dinas), el revestimiento del convertidor Tomasovsky es básico (smolodolomita).

Encima de la parte cónica del convertidor, el cuello, hay un orificio que sirve para verter hierro y liberar acero. En un convertidor clásico con purga inferior, el chorro suministrado a la caja de aire ingresa a la cavidad del convertidor a través de toberas (orificios pasantes) en el revestimiento inferior. El chorro es aire suministrado bajo una presión de 0,30-0,35 MPa. La parte cilíndrica del convertidor está cubierta por un anillo de soporte; se le unen pines, en los que el convertidor gira alrededor de un eje horizontal.

La resistencia de la parte inferior del convertidor Bessemer es de 15-25 fundidos, después de lo cual se reemplazan. La resistencia del resto del revestimiento es mayor: el convertidor Tomas tiene 250-400 fundidos, el convertidor Bessemer tiene 1300-2000 fundidos. Por lo tanto, el revestimiento del convertidor es un consumible químicamente activo que requiere una renovación periódica.

En un convertidor de oxígeno básico moderno, la explosión se alimenta a través de una lanza de arriba hacia abajo con varias boquillas supersónicas de Laval en el extremo, dirigidas casi en ángulo recto con respecto a la superficie fundida. La lanza en sí, por regla general, no penetra en la masa fundida. Para protegerlo contra salpicaduras y gases de escape, el cuello del convertidor está cubierto con una campana descendente y los dispositivos de control, como pirómetros y analizadores de gases , también están montados en la parte superior . El régimen de fusión y la composición de la carga (porcentaje de hierro fundido, chatarra, mineral, composición y cantidad de ferroaleaciones añadidas ) se calculan por computadora en base a los resultados de los análisis rápidos de laboratorio y las mediciones actuales.

Automatización del proceso de conversión

Conceptos básicos

El proceso de conversión se caracteriza por un alto caudal, lo que complica el proceso de control de fusión. Los parámetros de proceso controlados se dividen en cuatro grupos:

Los parámetros especificados en los sistemas de control generalmente están determinados por el grado de acero y el peso de los lingotes fundidos. Estos parámetros incluyen: la masa de acero líquido, la composición y temperatura del metal, la basicidad especificada de la escoria final. Los parámetros iniciales son la composición, temperatura y masa del hierro líquido, así como el tipo y masa de chatarra y materiales a granel. También relacionados con los parámetros iniciales están la masa total de carbón para la fundición y la cantidad total de oxígeno requerida para el proceso de fundición.

Los parámetros que cambian durante la purga se denominan dinámicos. Éstos incluyen:

Los parámetros finales transmiten información sobre la masa del acero resultante, la composición y temperatura del metal y la composición de la escoria. Se considera que los resultados exitosos del control de fusión son la coincidencia de los parámetros finales y especificados. Factores adicionales son el consumo mínimo de materiales y el tiempo del proceso de fusión.

Sistemas de control para el proceso de conversión

La fusión del convertidor se caracteriza por los siguientes sistemas de control:

Sistemas de control automático para tecnología de fundición

Desde el punto de vista del control automático en la producción de convertidores, se distinguen las siguientes cantidades [6] :

Tipos de control de procesos del convertidor

En el caso general, se calcula la cantidad de oxígeno necesaria para la fusión y la cantidad de impurezas, así como la cantidad total de oxígeno. Dichos cálculos generalmente se realizan para sistemas con fusión de convertidor controlada estáticamente . El control dinámico del proceso de fundición se utiliza como método para aumentar la precisión del control cuando es necesario obtener acero de una composición y temperatura dadas sin una operación de soplado adicional.

El objetivo del control dinámico no es solo obtener las temperaturas y el contenido de carbono especificados en el momento en que se detiene la purga, sino también proporcionar ciertas trayectorias para medir la temperatura del metal y la concentración de carbono durante la fusión. La forma en que cambia la temperatura del metal durante el proceso de soplado depende del curso de formación de la escoria, y de ella la posibilidad de emisiones del convertidor y el grado de defosforación y desulfuración del metal [6] .

Hay cuatro períodos de fusión dependiendo de la dinámica del cambio de temperatura de los gases de combustión [6] :

Véase también

Notas

  1. ↑ http://steelcast.ru/ld_process Archivado el 13 de julio de 2015 en Wayback Machine Steelmaking en un convertidor de oxígeno
  2. ↑ Starov R. V., Nagorskikh V. A. Producción de acero en convertidores (un manual para un asistente de siderúrgico).- K .: Tekhnika, 1987.- 167 p.
  3. ↑ http://kpi.ua/ru/928-7-foto Copia de archivo fechada el 17 de julio de 2015 en Wayback Machine Nikolay Illarionovich Mozgovoy, un destacado inventor y científico, graduado de KPI
  4. ↑ Conversión
  5. ↑ Stepanov, Igor Germánovich. Organización de la producción. Novokuznetsk. 2003 . Consultado el 27 de febrero de 2018. Archivado desde el original el 27 de enero de 2018.
  6. ↑ 1 2 3 Glinkov G. M., Makovsky V. A. ACS TP en metalurgia ferrosa. - 2ª, revisada.. - M. : Metalurgia, 1999. - S. 188-189. — 310 s. — ISBN 5-229-01251-X .