Производство стали в кислородных конверторах.

В середине XIX в. развитие машиностроения и транспорта начало сдерживаться низким уровнем процессов производства стали. Сварочное железо (кричное, пудлинговое), дорогое и получаемое в малых количествах, не могло служить основой для массового изготовления рельсов, сортовых профилей, листовой стали и т.д. Необходимы были высокопроизводительные и относительно дешевые способы передела чугуна, позволяющие получать жидкую сталь в больших количествах и удовлетворительного качества. Первый такой способ был предложен и развит до промышленных масштабов в 1855…1860 г.г. Генри Бессемером.

В основе бессемеровского процесса лежит принцип продувки жидкого чугуна воздухом через донные сопла в специальном поворотном устройстве -конверторе. Первые промышленные опыты показали, что тепла окислительных реакций, развивающихся при такой продувке, достаточно для компенсации всех тепловых потерь и нагрева садки до температуры выпуска на 300…350 ⁰С выше температуры заливаемого чугуна. Для футеровки конверторов использовали единственный известный тогда высокоогнеупорный материал - динасовый кирпич; это предопределило развитие кислого бессемеровского процесса. Он распространился в странах с развитой металлургией (США, Англия, Россия, Швеция и др.), особенно там, где были месторождения железных руд, позволяющих получать чугун чистый по фосфору. Так, США, используя железные руды месторождений Великих озер, в начале XX в. достигли уровня производства бессемеровской стали (2 млн. т/год). На юге России в 1913 г. производилось 600 тыс. тонн кислой конверторной стали.

Запасы чистых руд, пригодных для выплавки бессемеровских чугунов, ограничены, большая часть месторождений позволяет получать чугун с повышенным содержанием фосфора, а ряд крупных месторождений Западной Европы - высокофосфористые чугуны (1,8…2,2 % Р).

Для переработки фосфористых чугунов был необходим конвертор с основной футеровкой. Длительные поиски металлургов и химиков привели к созданию доломитовых огнеупоров на связке из каменноугольной смолы пригодных для футеровки конверторов.

В 1879 г. братья Джим и Крист Томасы (Англия) запатентовали способ передела фосфористого чугуна в сталь в конверторе со смолодоломитовой футеровкой. Процесс этот назвали томасовским.

Большое распространение томасовский процесс получил в Германии, Франции, Бельгии, имеющих значительные месторождения фосфористых железных руд. Процесс этот оказался (по сравнению с бессемеровским) очень жизнеспособным и еще в 1963 г. выплавляли: в ФРГ - 39 %, во Франции - 56 %, в Бельгии - 87 % томасовской стали (от общего объема выплавки). В России томасовский процесс развился в 90-х годах XIX в. на базе фосфористых руд Керченского месторождения; томасовские цехи были построены на металлургических заводах в городах Керчи, Таганроге и Мариуполе. В 30-х годах ХХ в. работал только томасовский цех на Керченском заводе. После Великой Отечественной войны производство стали томасовским процессом в СССР прекратилось.

И бессемеровский и томасовский способ - это продувка жидкого чугуна в конверторах донного дутья.

В 60-х годах ХХ в. начался быстрый рост и развитие кислородно-конверторных процессов. Этот способ стал ведущим в сталеплавильном производстве. Появлению этого прогрессивного способа выплавки стали предшествовали многочисленные опыты применения кислорода для рафинирования чугуна. В ряде случаев кислород вводили в металл сверху через автономные устройства: металлические или огнеупорные трубки, сопла. Заслуживают внимания опыты инженера Н.И. Мозгового, предложившего в 1933 г. продувать чугун в ковшах через графитовые трубки, погружаемые в металл. Эти опыты показали возможность удаления из чугуна кремния, марганца, углерода. Выяснилось, что для глубокого рафинирования металла ковши оказались непригодными (малый свободный объем, сильный износ шамотной футеровки и низкая стойкость керамических и графитовых трубок, через которые вводили кислород). Эти первые опыты показали, что сталеплавильный процесс на кислородном дутье нужно вести в специальном агрегате - конверторе, а для подачи кислорода сверху использовать высокостойкие (например, водоохлаждаемые) фурмы. Новый способ получения стали был развит до промышленных масштабов и запатентован в Австрии, где получил название ЛД - процесса (Линцер Дюзенферфарен, сопловый процесс Линца). В отечественной литературе этот процесс принято называть кислородно-конверторным.

Первые промышленные конверторы на кислородном дутье начали работать в 1952 г. в Австрии. В СССР кислородно-конверторный процесс отрабатывали с 1954 г. на полупромышленном конверторе садкой 10 т (НТМЗ, г. Тула). Промышленные конверторы были введены в эксплуатацию в 1956 г. на заводе им. Петровского (г. Днепропетровск) и в конце 1957г. - на Криворожском металлургическом заводе.

В настоящее время работает ряд крупных цехов, оборудованных кислородными конверторами садкой 100…350 т. Доля кислородно-конверторной стали в настоящее время составляет около 40 % от общего ее производства. Наиболее мощные конверторные цехи работают в г. Липецке, Жданове, Караганде, Череповце и других. Строятся новые более совершенные цехи.

К 1990 г. на отечественных предприятиях черной металлургии было построено и пущено в работу 35 конверторов емкостью 250…350 тонн.