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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Convertidor. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Un convertidor es un aparato (tipo de horno) para producir acero a partir de arrabio fundido y cargarlo soplando con aire u oxígeno técnicamente puro. Hoy en día, el oxígeno se utiliza con más frecuencia. El oxígeno se suministra al espacio de trabajo del convertidor a través de toberas (a una presión de aproximadamente 1,5 MPa). Este método de producción de acero se llama convertidor o convertidor de oxígeno. El convertidor es un contenedor que consta de tres partes: la superior es el casco, la del medio es el cilindro y la inferior es el fondo. El fondo puede fijarse, insertarse o ser macizo con una parte cilíndrica. En este caso, el convertidor se llama de fondo muerto. En 1855, el inglés Henry Bessemer realizó un interesante experimento: fundió un trozo de hierro de alto horno en un crisol y lo sopló con aire. Hierro fundido quebradizo convertido en acero maleable. Todo se explicó de manera muy simple: el oxígeno del aire quemó el carbono del fundido, que se eliminó a la atmósfera en forma de óxido y dióxido. Por primera vez en la historia de la metalurgia, no fue necesario calentar adicionalmente las materias primas para obtener un producto. Esto es comprensible, porque Bessemer se dio cuenta de la reacción exotérmica de la combustión del carbón. El proceso fue sorprendentemente rápido. En un horno de charcos, el acero se producía en unas pocas horas, pero aquí en cuestión de minutos. Entonces Bessemer creó un convertidor, una unidad que convierte el hierro fundido en acero sin calentamiento adicional. D.I. Mendeleev llamó a los convertidores de Bessemer hornos sin combustible. Y dado que la forma del agregado Bessemer se parecía a una pera, se llamó así: "pera Bessemer".
En el convertidor Bessemer no se puede fundir todo el hierro fundido, sino solo uno que contenga silicio y manganeso. Al combinarse con el oxígeno del aire suministrado, liberan una gran cantidad de calor, lo que garantiza la rápida quema de carbono. Aún así, no hay suficiente calor para derretir piezas sólidas de metal. Por lo tanto, la chatarra o el hierro fundido duro no se pueden procesar en un convertidor Bessemer. Esto limita severamente las posibilidades de su aplicación. El proceso Bessemer es una forma rápida, barata y fácil de obtener acero, pero también tiene grandes inconvenientes. Dado que las reacciones químicas en el convertidor son muy rápidas, el carbono se quema y las impurezas nocivas (azufre y fósforo) permanecen en el acero y degradan sus propiedades. Además, al soplar, el acero se satura con nitrógeno del aire, y esto degrada el metal. Por eso, tan pronto como aparecieron los hornos de hogar abierto, el convertidor Bessemer rara vez se utilizó para la fundición de acero. Se utilizaron muchos más convertidores para fundir metales no ferrosos: cobre y níquel.
El convertidor de hoy, por supuesto, en cierto sentido puede llamarse descendiente de la descendencia de Bessemer, porque, como antes, el acero se obtiene soplando hierro líquido. Pero no aire, sino oxígeno técnicamente puro. Resultó ser mucho más eficiente. El método del convertidor de oxígeno para la fundición del acero entró en la metalurgia hace más de medio siglo. Creado en la Unión Soviética por sugerencia del ingeniero metalúrgico N.I. Mozgovoy, reemplazó por completo el proceso Bessemer y la primera tonelada de acero convertidor de oxígeno del mundo se fundió con éxito en 1936 en la planta bolchevique de Kiev. Resultó que de esta manera es posible no solo procesar arrabio líquido, sino también agregarle cantidades significativas de arrabio sólido y chatarra de hierro, que anteriormente solo podía procesarse en hornos de hogar abierto. Es por eso que los convertidores de oxígeno se han generalizado tanto. Pero no fue hasta la década de 1950 que los convertidores de acero finalmente pasaron a primer plano. El grado de utilización del calor en un convertidor de oxígeno es mucho mayor que en las unidades de fabricación de acero de tipo solera. La eficiencia térmica del convertidor es del 70 por ciento, y para los hornos de hogar abierto no es superior al 30. Además, los gases de escape del convertidor se utilizan para postcombustión en calderas de calor residual, o como combustible cuando los gases se eliminan del convertidor sin postcombustión. Hay tres tipos de convertidores: de soplado inferior, de soplado superior y combinados. Actualmente, los más comunes en el mundo son los convertidores de oxígeno de soplado superior: las unidades son muy productivas y relativamente fáciles de operar. Sin embargo, en los últimos años, en todo el mundo, los convertidores de explosión de soplado inferior y combinados (superior e inferior) están comenzando a desplazar a los convertidores de soplado superior.
Consideremos el dispositivo del convertidor de oxígeno con la purga superior. La parte media del cuerpo del convertidor es cilíndrica, las paredes del baño son esféricas, el fondo es plano. La parte superior del casco es cónica. La carcasa del convertidor está hecha de láminas de acero con un espesor de 30 a 90 milímetros. En los convertidores con jaula hasta 150 Tn, el fondo es desmontable, se atornilla al casco, lo que facilita las labores de reparación. Con una carga de 250-350 toneladas, el convertidor se hace con fondo muerto, lo que se debe a la necesidad de crear una estructura de casco rígido que garantice contra casos de penetración de metal líquido. La carcasa del convertidor está unida a un anillo de soporte especial, al que se sueldan los muñones. Uno de los muñones está conectado al mecanismo de rotación a través de un acoplamiento de engranajes. En convertidores con una capacidad de más de doscientas cincuenta toneladas, ambos pines son accionados. El convertidor está soportado por muñones sobre cojinetes montados en las camas. El mecanismo de rotación le permite girar el convertidor alrededor de un eje horizontal. El cuerpo y la parte inferior del convertidor están revestidos con ladrillos refractarios. Se suministra oxígeno al baño del convertidor para purgar el metal a través de una lanza especial insertada en el cuello del convertidor. La primera operación del proceso de conversión es cargar la chatarra. El convertidor se inclina en un cierto ángulo desde el eje vertical y se carga una cuchara especial con una capacidad a través del cuello en la chatarra del convertidor: chatarra de hierro y acero. Por lo general, cargue 20-25 por ciento de chatarra por fusión. Si la chatarra no se calienta en el convertidor, el hierro líquido se vierte inmediatamente. Después de eso, el convertidor se coloca en posición vertical y se introduce una lanza de oxígeno en el convertidor a través del cuello. Los materiales formadores de escoria se introducen en el convertidor a través de un conducto especial para inducir la escoria: cal y una pequeña cantidad de mineral de hierro y espato flúor. Después de la oxidación de las impurezas de hierro y el calentamiento del metal a los valores especificados, se detiene la purga, se retira la lanza del convertidor y el metal y la escoria se vierten en las cucharas. Los aditivos de aleación y los desoxidantes se introducen en la cuchara. La duración de la fusión en convertidores que funcionan bien es casi independiente de su capacidad y es de 45 minutos, la duración de la purga es de 15 a 25 minutos. Cada convertidor da 800-1000 fundidos por mes. La durabilidad del convertidor es de 600-800 fundidos. El movimiento del metal en el convertidor es muy complejo, además del chorro de oxígeno, sobre el baño líquido actúan burbujas de monóxido de carbono. El proceso de mezclado se complica aún más por el hecho de que la escoria es empujada por un chorro de gas hacia el espesor del metal y mezclada con él. El movimiento del baño y su hinchamiento por el monóxido de carbono liberado lleva una parte significativa del líquido fundido a un estado de emulsión, en el que las gotas de metal y escoria se mezclan íntimamente entre sí. Como resultado, se crea una gran superficie de contacto del metal con la escoria, lo que asegura altas tasas de oxidación del carbono. Los convertidores de oxígeno soplados por la parte inferior, debido a la menor cantidad de residuos de hierro, hacen posible obtener un mayor rendimiento (entre 1,5 y 2 por ciento) de buen acero en comparación con los convertidores de soplado superior. La fusión en un convertidor de soplado inferior de 180 toneladas dura de 32 a 39 minutos, la purga, de 12 a 14 minutos, es decir, la productividad es mayor que la de los convertidores de soplado superior. Sin embargo, la necesidad de sustitución intermedia de los fondos elimina esta diferencia de rendimiento. Los primeros convertidores de fondo soplado en el extranjero se construyeron en 1966-1967. La necesidad de crear un convertidor de este tipo se debe principalmente a dos razones. En primer lugar, la necesidad de procesar hierro fundido con un alto contenido en manganeso, silicio y fósforo, ya que el procesamiento de dicho hierro fundido en convertidores con soplado en la parte superior va acompañado de emisiones de metales durante el soplado y no proporciona la estabilidad adecuada de la composición química de el acero acabado. En segundo lugar, el hecho de que el convertidor con tal purga es el diseño más aceptable que permite la reconstrucción de las tiendas Bessemer y Thomas existentes, y encaja en el edificio de las tiendas de hogar abierto existentes. Este convertidor se caracteriza por la presencia de un gran número de zonas de reacción, una intensa oxidación del carbón desde los primeros minutos de fusión y un bajo contenido de óxidos de hierro en la escoria. Debido a las características específicas del funcionamiento del baño de fundición de acero durante el soplado de fondo, en convertidores de este tipo, el rendimiento del bien es algo mayor que en otros convertidores y el contenido de polvo de los gases de escape es menor. En los convertidores de soplado de fondo con un gran número de toberas, todos los procesos tecnológicos avanzan más intensamente que en los convertidores de soplado de cabeza. Sin embargo, el rendimiento general de los convertidores de soplado de fondo no supera significativamente al de los convertidores de soplado de cabeza debido a la estabilidad limitada de los fondos. Para proteger la colocación de la parte inferior del convertidor de las altas temperaturas, la lanza está hecha en forma de dos tubos coaxiales: el oxígeno se suministra a través del central y algo de combustible de hidrocarburo, a menudo gas natural, se suministra a través del periférico. . Por lo general, hay 16-22 lanzas de este tipo. Una gran cantidad de toberas más pequeñas asegura una mejor mezcla del baño y un proceso de fusión más suave. El chorro de combustible separa la zona de reacción del fondo, baja la temperatura cerca del fondo en el punto de salida de los chorros de oxígeno debido a la extracción de calor para el calentamiento del combustible, el craqueo y la disociación de los componentes del combustible y sus productos de oxidación. El efecto de enfriamiento también lo proporciona cal en polvo, que se alimenta al chorro de oxígeno. Así, soplar el metal fundido con varios chorros de oxígeno desde abajo crea una serie de características favorables en el funcionamiento del convertidor. Proporciona un mayor número de zonas de reacción y una gran superficie de contacto interfacial de los chorros de oxígeno con el metal. Esto hace posible aumentar la intensidad de soplado y aumentar la tasa de oxidación del carbono. Se mejora la mezcla del baño, se incrementa el grado de utilización de oxígeno. Como resultado, es posible fundir grandes piezas de chatarra. La mejor hidrodinámica del baño asegura un curso más suave y silencioso de toda la masa fundida, eliminando virtualmente las emisiones. Debido a esto, los convertidores de soplado inferior pueden procesar hierros fundidos con un alto contenido de manganeso y fósforo. El deseo de aumentar la productividad de las unidades simultáneamente con la necesidad de aumentar la homogeneidad de la composición y temperatura del metal con la posibilidad de fabricar aceros de una amplia gama condujo al uso de soplado combinado con un relativamente pequeño (en comparación con solo soplado de fondo) cantidad de gases soplados a través de toberas instaladas en la parte inferior del convertidor. Recientemente, han aparecido dos variantes principales de dicho proceso, cuando se suministra oxígeno o gases inertes desde abajo para proporcionar una mezcla intensiva del baño y acelerar el proceso de eliminación de impurezas. En este caso, como en el caso del soplado de fondo, se puede suministrar cal en polvo desde abajo junto con los gases. Según un indicador tan importante como el posible consumo de chatarra, los convertidores con soplado superior, inferior y combinado se encuentran aproximadamente al mismo nivel, con un rendimiento de soplado inferior ligeramente superior. En la actualidad, se están utilizando y desarrollando en el mundo muchos métodos diferentes de soplado combinado de un baño fundido, combinando racionalmente el soplado superior e inferior, utilizando este último tanto oxígeno como gases inertes (argón, nitrógeno). En el proceso BOF con soplado superior, la mezcla suficientemente intensa se logra solo en el medio de la masa fundida con oxidación intensiva de carbono. Al principio y al final de la fusión, la mezcla es insuficiente, lo que dificulta el refinado profundo del metal a partir del azufre y el fósforo. El suministro combinado de oxígeno a través de las toberas superior e inferior incluso más que con una purga inferior acelera el proceso de oxidación del carbono y aumenta la productividad del convertidor. En comparación con el soplado de fondo puro, en el caso de un proceso combinado en condiciones comparables, la temperatura del metal es más alta. Además, con el soplado combinado, la reducción del flujo de oxígeno a través de la tobera superior reduce el polvo y las salpicaduras. Y una ventaja más de los convertidores de oxígeno: aquí todos los procesos están mecanizados y automatizados, cada vez más a menudo la gestión de los convertidores se confía a las computadoras. Autor: Musskiy S.A.
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