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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
변환기. 발명과 생산의 역사
변환기 - 선철에서 강철을 생산하고 공기 또는 상업적으로 순수한 산소로 불어 충전하는 장치(용광로 유형). 이제 산소가 더 일반적으로 사용됩니다. 산소는 송풍구를 통해 변환기의 작업 공간에 공급됩니다(약 1,5MPa의 압력에서). 강철을 얻는 이 방법을 변환기 또는 산소 변환기라고 합니다. 변환기는 상단 - 헬멧, 중간 - 실린더 및 하단 - 하단의 세 부분으로 구성된 컨테이너입니다. 바닥은 부착, 플러그인 또는 원통형 부품과 통합될 수 있습니다. 이 경우 변환기를 귀머거리라고합니다. 1855년에 영국인 Henry Bessemer는 흥미로운 실험을 했습니다. 깨지기 쉬운 주철이 가단성 강철로 변했습니다. 모든 것이 매우 간단하게 설명되었습니다. 공기의 산소는 용융물에서 탄소를 태워 산화물과 이산화물의 형태로 대기로 제거되었습니다. 야금 역사상 처음으로 제품을 얻기 위해 원료를 추가로 가열할 필요가 없었습니다. 이것은 Bessemer가 탄소 연소의 발열 반응을 깨달았기 때문에 이해할 수 있습니다. 그 과정은 놀라울 정도로 빨랐다. 웅덩이 용광로에서 강철은 불과 몇 시간 만에 생산되었지만 여기에서는 몇 분 만에 생산되었습니다. 그래서 Bessemer는 추가 가열 없이 녹은 철을 강철로 바꾸는 장치인 변환기를 만들었습니다. 디. Mendeleev는 Bessemer 변환기를 연료가 없는 용광로라고 불렀습니다. 그리고 Bessemer 골재의 모양이 배와 비슷했기 때문에 "Bessemer pear"라고 불렀습니다.
Bessemer 전로에서는 모든 주철을 녹일 수 있는 것이 아니라 규소와 망간을 포함하는 주철만 녹일 수 있습니다. 공급된 공기의 산소와 결합하여 많은 양의 열을 방출하여 탄소의 빠른 연소를 보장합니다. 그러나 단단한 금속 조각을 녹이기에는 열이 충분하지 않습니다. 따라서 Bessemer 전로에서 고철 또는 경주철을 처리하는 것은 불가능합니다. 이는 적용 가능성을 심각하게 제한합니다. Bessemer 공정은 강철을 얻는 빠르고 저렴하며 쉬운 방법이지만 큰 단점도 있습니다. 변환기의 화학 반응이 매우 빠르기 때문에 탄소가 연소되고 유해한 불순물 (유황 및 인)이 강철에 남아 특성이 저하됩니다. 또한 불면 강철이 공기 질소로 포화되어 금속이 열화됩니다. 그렇기 때문에 노천로가 등장하자마자 Bessemer 변환기가 철강 제련에 거의 사용되지 않았습니다. 구리와 니켈과 같은 비철 금속을 제련하는 데 훨씬 더 많은 변환기가 사용되었습니다.
물론 오늘날의 변환기는 어떤 의미에서 Bessemer 자손의 후손이라고 할 수 있습니다. 이전과 마찬가지로 액체 철을 불어서 강철을 얻습니다. 그러나 공기는 아니지만 기술적으로 순수한 산소입니다. 훨씬 더 효율적인 것으로 판명되었습니다. 강철 제련의 산소 변환기 방법은 반세기 이상 전에 야금에 도입되었습니다. 야금 엔지니어 N.I.의 제안으로 소련에서 만들어졌습니다. Mozgovoy, 그는 Bessemer 공정을 완전히 대체했으며 세계 최초의 산소 변환기 강철이 1936년 키예프의 볼셰비키 공장에서 성공적으로 제련되었습니다. 이런 식으로 액체 선철을 처리할 수 있을 뿐만 아니라 이전에는 노천로에서만 처리할 수 있었던 상당한 양의 고체 선철과 철 스크랩을 추가할 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이것이 산소 변환기가 널리 보급된 이유입니다. 그러나 1950년대가 되어서야 비로소 강철 컨버터가 전면에 등장했습니다. 산소 변환기의 열 이용 정도는 화로형 제강 장치보다 훨씬 높습니다. 전로의 열효율은 70%이며 노천로의 경우 30을 넘지 않는다. 또한 전로에서 배출되는 배기가스는 폐열보일러에서 재연소에 사용하거나 가스를 제거할 때 연료로 사용한다. 애프터 버닝 없는 컨버터. 컨버터에는 바텀 블로우, 탑 블로운 및 결합의 세 가지 유형이 있습니다. 현재 세계에서 가장 일반적인 변환기는 최고의 산소 변환기이며 장치는 매우 생산적이고 상대적으로 작동하기 쉽습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 전 세계적으로 상향식 및 결합식(상단 및 하단) 블래스트 변환기가 상단식 변환기를 밀어내기 시작했습니다.
상단 퍼지가 있는 산소 변환기의 장치를 고려해 봅시다. 변환기 본체의 중간 부분은 원통형이고 욕조의 벽은 구형이며 바닥은 평평합니다. 헬멧의 윗부분은 원추형입니다. 변환기의 케이싱은 30-90mm 두께의 강판으로 만들어집니다. 최대 150톤의 케이지가 있는 컨버터에서 바닥은 분리 가능하며 선체에 볼트로 고정되어 수리 작업이 용이합니다. 250-350톤의 하중을 가하는 변환기는 액체 금속 돌파의 경우를 보장하는 견고한 선체 구조를 만들어야 하기 때문에 바닥이 바닥으로 만들어집니다. 컨버터 하우징은 트러니언이 용접되는 특수 지지 링에 부착됩니다. 트러니언 중 하나는 기어 커플링을 통해 회전 메커니즘에 연결됩니다. XNUMX톤 이상의 용량을 가진 변환기에서는 두 핀이 모두 구동됩니다. 컨버터는 베드에 장착된 베어링의 트러니언으로 지지됩니다. 회전 메커니즘을 사용하면 수평축을 중심으로 변환기를 회전할 수 있습니다. 변환기의 몸체와 바닥은 내화 벽돌로 늘어서 있습니다. 산소는 컨버터 넥에 삽입된 특수 랜스를 통해 금속 퍼징을 위해 컨버터 수조에 공급됩니다. 컨버터 프로세스의 첫 번째 작업은 스크랩을 로드하는 것입니다. 변환기는 수직축에서 특정 각도로 기울어지고 목을 통과하는 용량이 있는 특수 상자 국자가 변환기 스크랩(철 및 강철 스크랩)에 로드됩니다. 일반적으로 용융당 스크랩의 20-25%를 로드합니다. 스크랩이 변환기에서 가열되지 않으면 액체 철이 즉시 부어집니다. 그런 다음 변환기를 수직 위치에 놓고 목을 통해 변환기에 산소 랜스를 삽입합니다. 슬래그 형성 물질은 슬래그를 유도하기 위해 특수 슈트를 통해 전로에 도입됩니다: 석회와 소량의 철광석 및 형석. 주철 불순물을 산화하고 금속을 지정된 값으로 가열한 후 퍼지를 중지하고 변환기에서 랜스를 제거하고 금속과 슬래그를 레이들에 붓습니다. 합금 첨가제 및 탈산소제가 레이들에 도입됩니다. 잘 작동하는 컨버터의 용융 시간은 용량과 거의 무관하며 45분, 퍼지 시간은 15-25분입니다. 각 변환기는 매월 800-1000 용융을 제공합니다. 변환기의 내구성은 600-800 용융입니다. 변환기에서 금속의 움직임은 매우 복잡하며 산소 제트 외에도 일산화탄소 기포가 액체 수조에 작용합니다. 혼합 공정은 슬래그가 가스 제트에 의해 금속 두께로 밀려 들어가 혼합된다는 사실로 인해 더욱 복잡해집니다. 수조의 움직임과 방출된 일산화탄소에 의한 팽윤은 액체 용융물의 상당 부분을 에멀젼 상태로 만들고 금속과 슬래그 방울이 서로 밀접하게 혼합됩니다. 결과적으로 금속과 슬래그의 넓은 접촉면이 생성되어 높은 탄소 산화율을 보장합니다. 산소 바텀 블로운 전로는 철 폐기물이 적기 때문에 탑 블로운 전로에 비해 더 높은(1,5~2%) 양질의 강철을 얻을 수 있습니다. 180톤 하단 취입 전로의 용융은 32-39분 동안 지속되며, 블로우다운은 12-14분 동안 지속됩니다. 즉, 상단 취입 전로보다 생산성이 더 높습니다. 그러나 하단의 중간 교체가 필요하므로 이러한 성능 차이가 사라집니다. 해외 최초의 바텀 블로운 컨버터는 1966-1967년에 제작되었습니다. 이러한 변환기를 만들어야 하는 필요성은 주로 두 가지 이유 때문입니다. 첫째, 망간, 규소 및 인 함량이 높은 주철을 탑 블로잉으로 전환기에서 처리하면 블로잉 중 금속 배출이 수반되고 화학 조성의 적절한 안정성을 보장하지 못하기 때문에 주철을 처리해야 할 필요성이 있습니다. 완성된 스틸. 둘째, 그러한 퍼지가 있는 변환기가 기존 Bessemer 및 Thomas 상점의 재건을 허용하고 기존 노상 상점의 건물에 맞는 가장 적합한 설계라는 사실입니다. 이 변환기는 많은 수의 반응 구역이 존재하고 용융 첫 몇 분부터 탄소가 집중적으로 산화되며 슬래그의 산화철 함량이 낮다는 특징이 있습니다. 바닥 블로잉 중 제련조 작동의 특성으로 인해 이러한 유형의 컨버터에서는 제품 수율이 다른 컨버터보다 다소 높고 배기 가스의 먼지 함량이 낮습니다. 송풍구 수가 많은 바텀 블로운 전로의 경우 모든 기술 공정이 탑 블로운 전로보다 집약적이지만, 바닥의 안정성이 제한되어 있기 때문에 바텀 블로운 전로의 전반적인 성능은 탑 블로운 전로의 성능을 크게 초과하지 않습니다. 변환기 바닥을 고온으로부터 보호하기 위해 랜스는 두 개의 동축 튜브 형태로 만들어집니다. 산소는 중앙 튜브를 통해 공급되고 일부 탄화수소 연료, 대부분 천연 가스는 주변 튜브를 통해 공급됩니다. . 일반적으로 16-22 개의 랜스가 있습니다. 다수의 더 작은 송풍구는 수조의 더 나은 혼합과 더 부드러운 용융 과정을 보장합니다. 연료 제트는 바닥에서 반응 구역을 분리하고, 연료 가열을 위한 열 추출, 연료 성분 및 그 산화 생성물의 분해 및 분해로 인해 산소 제트의 출구 지점에서 바닥 근처의 온도를 낮춥니다. 냉각 효과는 또한 산소 제트에 공급되는 분말 석회에 의해 제공됩니다. 따라서 아래에서 여러 개의 산소 제트로 용융 금속을 불어 넣으면 변환기 작동에 여러 가지 유리한 기능이 생성됩니다. 더 많은 수의 반응 영역과 금속과 산소 제트의 큰 계면 접촉 표면을 제공합니다. 이를 통해 분사 강도를 높이고 탄소 산화 속도를 높일 수 있습니다. 수조의 혼합이 개선되고 산소 이용도가 증가합니다. 결과적으로 큰 조각의 스크랩을 녹일 수 있게 됩니다. 수조의 더 나은 유체 역학은 전체 용융물의 더 부드럽고 조용한 과정을 보장하여 사실상 배출물을 제거합니다. 이 때문에 바텀 블로운 컨버터는 망간과 인 함량이 높은 주철을 처리할 수 있습니다. 넓은 범위의 강철을 제조할 수 있는 가능성과 함께 금속의 조성 및 온도의 균질성을 증가시켜야 하는 필요성과 동시에 장치의 생산성을 높이려는 욕구는 상대적으로 작은(단지 바닥 송풍) 변환기 하단에 설치된 송풍구를 통해 송풍되는 가스의 양. 최근에 이러한 공정의 두 가지 주요 변형이 나타났습니다. 산소 또는 불활성 가스가 아래에서 공급되어 수조의 집중 혼합을 제공하고 불순물 제거 공정을 가속화합니다. 이 경우 바닥 취입의 경우와 마찬가지로 분말석회를 가스와 함께 아래에서 공급할 수 있다. 스크랩 소비 가능성과 같은 중요한 지표에 따르면 상단, 하단 및 복합 블로우가 있는 컨버터는 거의 동일한 수준이며 하단 블로운 수율이 약간 더 높습니다. 현재 전 세계적으로 용융 수조의 여러 가지 혼합 취입 방법이 사용되고 있으며, 상부 및 하부 취입을 합리적으로 결합하고 후자는 산소와 불활성 가스(아르곤, 질소)를 모두 사용합니다. 탑 블로잉이 있는 BOF 공정에서는 집중적인 탄소 산화로 용융물 중간에서만 충분히 집중적인 혼합이 이루어집니다. 용융 시작과 끝에서 혼합이 불충분하여 유황과 인으로부터 금속을 심도 정련하기가 어렵습니다. 상단 및 하단 풍구를 통한 결합된 산소 공급은 하나의 하단 퍼지보다 훨씬 더 많이 탄소 산화 과정을 가속화하고 변환기의 생산성을 증가시킵니다. 순수한 바닥 취입에 비해 비슷한 조건에서 복합 공정의 경우 금속의 온도가 더 높습니다. 또한 결합 송풍으로 상부 송풍구를 통한 산소 흐름을 줄여 먼지와 스패터를 줄입니다. 그리고 산소 변환기의 또 다른 장점은 여기에서 모든 프로세스가 기계화되고 자동화되며 점점 더 자주 변환기 관리가 컴퓨터에 위임된다는 것입니다. 저자: Musskiy S.A.
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