Конверторне виробництво

Коротко

• Конвертор — грушоподібна сталева посудина, викладена всередині вогнетривкою цеглою, що повертається на цапфах для заливання чавуну й зливання сталі.
• Історичні різновиди — бесемерівський (1856) і томасівський (1878) процеси з повітряним дуттям.
• Сучасний стандарт — киснево-конверторний процес, уперше застосований у промисловості 1952 року в австрійському Лінці.
• Близько 70 % світової сталі виплавляють саме в кисневих конверторах (дані 2011 року).

Чавун із доменної печі містить забагато вуглецю, а також кремній, марганець, фосфор і сірку. Щоб отримати сталь, ці домішки треба «випалити». Конвертор робить це найпростіше: крізь розплав продувають повітря або кисень, і домішки згорають, самі ж і нагріваючи метал.

Від Бессемера до кисню

Бесемерівський процес (1856, Генрі Бессемер) — перший промисловий спосіб масової виплавки сталі. Повітря продували крізь днище конвертора з кислою, кремнеземистою футерівкою. Метод був швидким, але не видаляв фосфору, тож підходив лише для чистих чавунів.

Томасівський процес (1878, Сідні Томас) використовував основну, доломітову футерівку і вапно. Фосфор переходив у шлак, а сам шлак — «томасшлак» — став цінним фосфорним добривом.

Обидва процеси мали спільну ваду: з повітрям у метал потрапляв азот, і сталь виходила крихкішою. Тому з поширенням дешевого технічного кисню з’явився киснево-конверторний процес. У промисловому масштабі його вперше запустили 27 листопада 1952 року в Лінці, а 22 травня 1953-го — у Донавіці (Австрія).

Як іде плавка

У нахилений конвертор завантажують брухт і вапно, заливають рідкий чавун, ставлять посудину вертикально й опускають у неї водоохолоджувану фурму. Кисень під тиском близько 1 МПа б’є в поверхню металу. Спершу окиснюється залізо, а утворений закис заліза окиснює кремній, марганець і вуглець. Вуглець виходить у вигляді чадного газу, решта домішок — у шлак.

Реакції виділяють стільки тепла, що метал доводиться охолоджувати — для цього й додають брухт чи руду. Наприкінці плавки сталь розкиснюють і легують, після чого зливають у ківш. Відхідні гази, багаті на чадний газ, уловлюють і використовують як паливо, а шлак іде на будівельні матеріали.

Поширення

У промислово розвинених країнах уже наприкінці 1970-х понад 70 % сталі виплавляли в кисневих конверторах. У СРСР процес поширювався повільніше: до 1990 року на нього припадало лише близько 35 % сталі.

В Україні киснево-конверторну сталь уперше отримали 1956 року на Дніпропетровському металургійному заводі імені Петровського. До середини 2000-х частка конвертерної сталі в країні досягла приблизно половини, решту давали мартени й електропечі. Після 2022 року значна частина українських конверторних потужностей, зокрема в Маріуполі, була знищена або втрачена через війну.

Запитання

Чим конвертор відрізняється від мартенівської печі?

Мартенівській печі потрібне паливо — газ чи мазут, а плавка триває годинами. У конверторі тепло дає окиснення вуглецю, кремнію й марганцю самого чавуну, і плавка займає кілька десятків хвилин. Тому в другій половині XX століття кисневі конвертори майже всюди витіснили мартени.

Хто винайшов киснево-конверторний процес?

Питання дискусійне. Радянська історіографія вказувала на досліди інженера М. І. Мозгового 1933 року з продування чавуну киснем зверху. На Заході розробником вважають швейцарця Роберта Дюррера. Промислове впровадження відбулося в Австрії: у Лінці 1952 року й у Донавіці 1953-го, звідси німецька назва LD-процес.

Див. також

• Мартенівська піч Висока температура досягається завдяки регенераторам — камерам із вогнетривкою цеглою, які нагріваються відхідними газами й віддають тепло повітрю та паливу.
• Ливарне виробництво Литтям можна отримати деталь майже будь-якої складності й маси — від кількох грамів до сотень тонн.
• Електронно-променева технологія Джерело пучка — електронна гармата потужністю від часток кіловата до сотень кіловатів, з енергією електронів 10–200 кеВ.
• Розділ «Металургія та металознавство» Добування й обробка металів, сплави та їхні властивості.

Джерела

1. Киснево-конверторний спосіб одержання сталі — Вікіпедія (українська)
2. Basic oxygen steelmaking — Wikipedia (англійська)
3. Wikidata: Q1501437

Статтю написано редакцією словника за наведеними джерелами; дати й факти звірено між ними. Якщо джерела розходяться, це сказано в тексті.