Томас болатының қасиеті мен қолданылуы

Томас болатының ескеруге бейімділігі, морттылығы және пластикалық қасиетінің төмендігі, оның қолданылуын шектеді. Томас болаты онша жауапты емес құрылыс профилі, арматура, сым, пісірілетін құбырдың дайындамасы және т.б. жасауға пайдаланылады.

Фосфатты қождың сапасы Р₂О₅ мөлшерімен және фосфаттың органикалық қышқылдарда ерігіштігімен анықталады. Фосфор тотығының 2%–дық лимон қышқылындағы (С₆Н₈О₇) ерігіштігі 90%–дан кем болмауы керек. Кремнезем мөлшері 7–9% болғанда қождың топыраққа сіңуі және ең жақсы ерігіштігі орын алады.

4. 
   Болат қорытудың LD үрдісі
   

Бессемерлік және томастық үрдістердің өнімділігі жоғары болғанмен, болат сапасы төмендеу болды. Болат сапасын арттыру жолында жүргізілген ізденіс пен ғылыми зерттеу жұмыстары, негізді конвертерде сұйық шойынды оттегімен үрлеу мәселесін шешу керек екенін көрсетті. Үрлемені жоғарыдан беру үшін сумен салқындатылатын фурманың конструкциясы ойдағыдай шешілгенде, енді өндірістік деңгейге көшуге мүмкіншілік туды.

Сөйтіп, 1952–жылы Австрияның Линц, 1953–жылы Донавиц қалалары металлургиялық зауыттарының алғашқы өндірістік конвертерінде, мартендік шойынды техникалық таза оттегімен жоғарыдан фурма арқылы үрлеп, болат қорыту басталды.

Жаңа конвертерлік болат қорыту тәсілі LD (ЛД) үрдісі (нем. Linzer Düsenferfahren – Линцтің соплолық үрдісі) деп аталды. Сонымен қатар ВОР үрдісі (ағылш. Basic Oxygen Process – оттегілі негізді үрдіс), кислородно конвертерный процесс – оттегілі конвертерлік үрдіс (Россия) деп те аталады. «Азан шақырып, қойған аты» ЛД үрдісі болған соң, осылай атауды жөн көрдік.

Алғашқы өндірістік ЛД конвертерлерінің сыйымдылығы 25–35 т болса, қазіргі кездегі ең үлкен конвертерлер 350–400 т.

Қысқа мерзімнің ішінде ЛД үрдісі көптеген елге тарап үлгерді. Көптеген елде болат өндіруді ұлғайту осы тәсілмен іске асырыла бастады. Өйткені мартендік және электрлік болат қорыту тәсілдеріне қарағанда, ЛД үрдісінің артықшылықтары бар[13]:

1) өнімділігі жоғары;

2) капиталсалымы төмен;

3) болат қорыту шығыны аз;

4) химиялық құрамы әр түрлі шойындардан болат қорыту мүмкіндігі;

5) үрдісті басқаруды автоматтандыруға ыңғайлы.

ЛД конвертерінің кескіні, түптік ауа үрлеме конвертеріне қарағанда, симметриялы. Шегені негізді отқатөзімді кірпіш. Конвертердегі сұйық шойынды жылжымалы фурма (сумен салқындатылатын) арқылы жоғарыдан техникалық таза оттегімен (99,5%) үрлейді. Оттегімен үрлеу уақыты 13–20 минут болса, балқыманың жалпы ұзақтығы 30–40 минуттай. Шойынның химиялық құрамы мен температурасына қарай, шикіқұрамда 20–25 кейде 30% скрап болады. Конвертер шегенінің негізді отқатөзімді материал болуына байланысты, металдың фосфорсыздану және күкіртсіздену үрдістерін қамтамасыз ету үшін негізгі қожтүзгіш материал ретінде әк қолданылады.

ЛД үрдісін жетілдіру және зауыттың (немесе цехтың) нақты жағдайына бейімделу жұмыстарының арқасында, сұйық шойынды оттегімен үрлеп болат алудың басқа түрлері пайда бола бастады. Оттегіні конвертердің жұмыс кеңістігіне енгізу бойынша үш түрі бар:

1) оттегіні жоғарыдан үрлеу;

2) оттегіні түптік үрлеу;

3) оттегіні жоғарыдан әрі түптен (комбинациялық) үрлеу.

Оттегіні жоғарыдан үрлеудің ЛД, ОЛП, ОЦП (немесе ЛД–АЦ) және т.б үрдістері бар.
4.1 Конвертер құрылысы

ЛД конвертерінің шегені отқатөзімді негізді материалдан, қаптамасы қалың болат қаңылтырдан жасалған, горизонталь өс бойымен айнала алатын, шойынды жоғарыдан фурма арқылы оттегімен үрлеп, болат қорытуға арналған агрегат (4.1–сурет).

Конвертердің орталық цилиндрлік бөлігіне сфералы түп жалғасып, үсті симметриялы қиық конуспен біткен.

Скрапты салу және шойынды құю, қожтүзгіш және қосымша материалдарды салу, фурманы түсіріп және шығару, қожды ағызу және т.б. технологиялық операциялар үшін конвертердің үстінде шеңбер түрінде аузы бар.

Цилиндрлік және жоғарғы конустық бөліктердің түйіскен тұсында болат ағызуға арналған тесік болады.

Оттегіні жоғарыдан үрлеу конвертерінің түбін, металл циркуляциясын жеңілдету үшін, сфералы етіп жасайды.

Қазіргі кездегі конвертерлердің сыйымдылығы 50400 т.

Конвертерді пішіні бойынша екі түрге бөлуге болады. Біріншісінде орталық цилиндрлік бөлікке үстінен симметриялы қиық конус жалғасып, астыңғы жағы жіңішкеріп келіп, сфералы түппен біткен (4.2, а–сурет). Екіншісінде төменгі жіңішкерген бөлік жоқ, конвертердің орталық цилиндрлік бөлігіне сфералы түп жалғасқан (4.2,б–сурет)

4.2–сурет–ЛД конвертері кескінінің сұлбасы

Конвертертер қаптамасын қалыңдығы 20–150 мм болат қаңылтырдан негізінен пісіру әдісімен тұтас немесе түбін алынбалы етіп жасайды.

Сыйымдылығы үлкен конвертерлердің қаптамасы тұтас келсе, аз және орташа сыйымдылықты конвертерлердің түбін алынбалы етіп жасайды. Конвертердің алынбалы түбі жанасу (4.3,а және 4.1,б суреттер) және енгізу алынбалы түбі (4.3,б–сурет) болып бөлінеді. Алынбалы түпті конвертер шегенінің жөндеу жұмыстары жеңілдеп әрі тездейді, бірақ конструкцияның беріктілігі мен сенімділігі төмендейді. Түбі тұтас конвертердің қатаңдығы мен конструкциясының сенімділігі жоғарылайды, сондықтан сыйымдылығы үлкен конвертерлердің түбін тұтас етіп жасайды.

4

4.4 сурет Конвертердің шлемі

Конвертердің металконструкциясы қаптама мен цапфалы (2) тыянақ белдіктен (4) тұрады (4.5–сурет). Тыянақ белдіктің екі цапфасы подшипниктер (1) арқылы станиналарға (10) бекітіліп, конвертердің айналуын қамтамасыз етеді.

Алғашқы конвертерлердің цапфалары қаптамаға бекітілген болатын. Температура әсерінен қаптама деформацияланып, цапфалардың өсінде шалыстық пайда болып, подшипниктер мен тісті дөңгелектердің мерзімнен бұрын тозуы орын алды. Сондықтан қазіргі конвертерде цапфалар тыянақ белдікке бекітіліп, тыянақ белдік пен қаптама арасында саңылау қалдырылады.


4.5–сурет–Айналдыру механизмі екі жақты конвертер (300 т)
Тыянақ белдіктің конструкциясы өзара бекітілген екі жарты қорапты сақина (1), цапфалық плиталар (2) және цапфалардан (3) тұрады (4.6–сурет). Цапфаларды соғу әдісімен жасаса, сумен салқындатылатын қорапты тыянақ белдікті пісіру әдісімен. Тыянақ белдікті қызудан, металл мен қож тамшыларынан қорғағышпен (3) (4.5–сурет) қорғайды

4.6–суретКонвертердің тыянақ белдігі

Балқыманың қарқынды араласуынан, үрдістің жоғарғы температурасынан , конвертерді айналдыру кезіндегі инерциялық күштерден, металл мен қождың физика–химиялық әсірінен және т.б факторлардан конвертер шегені өте күрделі және ауыр жағдайда жұмыс атқарады. Сол себепті конвертер шегеніне жоғарғы талаптар қойылады. Негізгілері мыналар:

1) жоғары отқатөзімділік;

2) жоғары термиялық төзімділік;

3) жүктемеден деформациялануға тұрақтылық;

4) химиялық коррозияға жоғары төзімділік.

Конвертердің шегенін қалауға қолданылатын отқатөзімділерді күйдірілген және күйдірілмеген деп бөлуге болады. Күйдірілген отқатөзімді кірпіштерге жатады: магнезитті, магнезитхромитті, хроммагнезитті және т.б. Күйдірілмеген материалдарға шайырдоломитті, шайырмагнезитті және т.б жатады.

Конвертердің қаламасы ретінде кеңірек тарағаны арзандау әрі төзімділеу шайырдоломитті және шайырдоломитмагнезитті отқатөзімділер.

Конвертердің цилиндрлік бөлігінің шегенін 2–3 қабат етіп жасайды. Көбінесе үш қабат жасайды (4.7–сурет);

1) жұмыстық қабат (1);

2) аралық қабат (2);

3) арматуралық (тұрақты) қабат (3).

Конвертердің қаптамасын қорғауға арналған арматуралық немесе тұрақты қабатты (110–250 мм) магнезитті, магнезитхромитті немесе күйдірілген доломитті кірпіштен қалайды.

Аралық қабатты (50–100 мм) шайырдоломитті массадан жасайды.

Металл, қож, газ, жоғарғы температура және т.б факторлардың әсеріне ұшырайтын жұмыстық қабатты (500–750мм) периклазшпинелидті, шайырдоломитті және т.б отқатөзімділерден қалайды. Сыйымдылығы 50–300 тонналық конвертерлер шегенінің қалыңдығы 700–1000мм. Жұмыстық қабаттың тезірек тозатын зоналарын кейде қалыңдау етіп жасайды.

Конвертердің түбі бірнеше қабаттан тұрады: төменгі қабат шамот кірпішінен қаланса, содан кейінгі бірнеше қабатмагнезиттен, үстіңгі қабатшайырдоломиттен. Алынбалы түптің корпуспен жанасу бетін шайырдоломит массасымен (4) тығыздады.

Үстіңгі конустық бөліктің қаламасы ретінде жоғары төзімді шайырдоломитті немесе магнезитхромитті кірпіш пайдаланылады.

4.7суретСыйымдылығы 150 т типтік конвертердің шегені

Шойын құрамында кремний жоғары болса, шеген төзімділігіне кері әсер етеді. Өйткені қожда кремнезем мөлшері жоғарыласа, қождың негізділігі төмендеп әрі әк шығыны артып, қож мөлшері көбейеді. Қож мөлшері көбейіп, оның аққыштығы жоғарыласа, шеген тозуы үдейді. Қождың негізділігі төмендесе, яғни кремнезем мөлшері жоғарыласа, қождың негізді шегенмен әрекеттесуі артып, шегеннің тозуы жеделдейді. Әк, боксит, темір кені және т.б қосымша материалдарда кремнезем мөлшері мүмкіндігінше аз болғаны жөн.

Шегеннің төзімділігі қождағы темір оксидтерінің мөлшеріне байланысты. Темір оксидтері шегеннің кальций және магний оксидтерімен әрекеттесіп,балқу температурасы төмен қосылыстар түзе алады. Төмен көміртекті болат қорытқанда, қождағы темір оксидтерінің мөлшері жоғарылайды, әсіресе балқыма соңында. Сондықтан шеген төзімділігі мен қорытылатын болат арасында тығыз байланыс орын алады.

Конвертердің балқыма аралық бос тұру уақытының ұзақтығы, шеген төзімділігіне кері әсерін тигізеді. Кокстық қабыршақтың тотығуынан доломиттің тозуы жеделдейді. Температураның күрт төмендеуінен, термиялық кернеулер пайда болып, шегеннің беті жарықшақтануы мүмкін.

Болат қорыту барысында шегеннің тозуы бірқалыпты емес. Шеген тозуы балқыманың басы мен соңында жоғарырақ. Балқыма басында әк еріп үлгермегендіктен, қожда SiO₂ мен FeO көп болса, соңында–қождың тотықтырушылық дәрежесі мен температурасы жоғары.
4.1.5 Конвертер жетегі

Металл сынығын салу, шойын құю, болат пен қожды ағызу және т.б. технологиялық операцияларды орындау үшін конвертерді айналдыру қажет. Сондықтан цапфалар өсінің бойымен минутына 0,1–1,5 айналым жасау үшін жетек қолданылады.

Конвертердің айналдыру механизмі бір және екі жақты болады. Сыйымдылығы 160 тоннаға дейінгі конвертерлердің айналдыру механизмі бір жақты, олардың бір цапфасы жетекпен қосылған (4.1сурет). Сыйымдылығы үлкен конвертерлердің айналдыру механизмі екі жақты. 4.5суретте айналдыру механизмі екі жақты көп қозғалтқышты 300 тонналық конвертер көрсетілген. Цапфаға бекітілген тісті дөңгелекті (7) алты электр қозғалтқыш редукторларымен (6) қозғалысқа келтіреді. Қозғалтқыштар тісті дөңгелектің корпусына (5) бекітіліп, демпферлермен (8) ұстатылған. Тісті дөңгелек корпусына да демпферлер (9) қолдынылады.

Аспалы көп қозғалтқышты жетектің өз артықшылықтары бар:

1) цапфа шалыстығының әсері жоқ;

2) бір қозғалтқыштың істен шыққанының жетек жұмысына әсері жоқ;

3) қозғалтқышты қосу және тежеу кезіндегі динамикалық жүктемелерді демпферлер төмендетіп механизмнің тозуын азайтады;

4) жетек массасы аз;

5) аспалы жетек жабдықтарын орналастыру ыңғайлы.
4.1.6 Конвертердің өлшемі

Конвертердің қалыпты жұмысы мен оның өлшемдерінің арасында тығыз байланыс бар. Конвертердің өнімді де сапалы жұмысына әсер ететін негізгі конструкциялық өлшемдері мыналар: меншікті көлем, жұмыс кеңістігінің диаметрі мен биіктігі, металл тереңдігі және т.б. Кейбір ЛД конвертерінің конструкциялық өлшемдері 4.1–кестеде берілген [13].

Конвертер ішкі кеңістігі көлемінің сыйымдылығына қатынасы болатын меншікті көлем, оның өлшемдерін анықтайтын негізгі параметрі болып табылады. Конвертерлердің сыйымдылығына қарай меншікті көлемі 0,81,1 аралығында. Конвертердің сыйымдылығы жоғарылаған сайын, оның меншікті көлемінің мәні төмендей бастайды. Сыйымдылығы үлкен конвертерлер үшін оңтайлы меншікті көлем мәні 0,8–0,9 деген жөн.

Конвертер ішкі кеңістігі биіктігінің диаметріне (H/Д) катынасы оның маңызды көрсеткіштерінің бірі болып саналады. Өйткені ол балқыма бетінің меншікті ауданымен (0,12–0,18 м²/т) тығыз байланыста.

Бүгінгі күні конвертер өлшемдерін анықтаудың ғылыми дәлелденіп, жалпы қабылданған әдістемелігі жоқ. Сондықтан да сыйымдылығы бірдей конвертердің әр ел түгіл, бір елдің өзінде, конструкциялық параметрлері бірдей бола бермейді.

ЛД конвертерінің конструкциялық өлшемдерін анықтау. Есептелінетін конвертер орталық цилиндрлік, жоғарғы және төменгі конустық бөліктерден, сонымен қатар шар сегменті түріндегі түптен тұрады деп алайық (4.8–сурет).

Конвертердің геометриялық өлшемін анықтауда оның берілген сыйымдылығы мен меншікті көлемінің мәні алынады. Конвертердің қалған өлшемдерін агрегаттың жұмыс істеу барысындағы жинақталған тәжірибеге сүйеніп таңдайды немесе белгілі эмпириялық формулалар арқылы анықтайды.

Конвертердің сыйымдылығы (Т) мен меншікті көлемі (V_м) мәндерін 4.1–кестеден алуға болады. Сонымен қатар конструктивті түрде алынады [13]:

1) α=62^o (жоғарғы конустық бөліктің көлбеу бұрышы);

2) β=60^о (төменгі конустық бөліктің көлбеу бұрышы, 4.1–кестедегі орташа мән );

3
) h_м – конвертердегі сұйық металдың тынық күйдегі тереңдігі (4.1–кесте бойынша).

Сыйымдылығы 50–350т ЛД конвертерлерінің конструкциялық параметрлерін (4.1–кесте) салыстырғанда, жоғары конустық бөліктің диаметрі жұмыс кеңістігі цилиндрлік бөлігінің диаметрінен 2 еседей кіші екені байқалады,сондықтан

Конвертердің жоғарғы конустық бөлігі құраушысының горизонталь сызыққа көлбеу бұрышы 62° деп алынады, өйткені көлбеу беттегі шегеннің орнықтылығы көптеген отқатөзімді кірпіштер үшін 28° болғандықтан. Сонда конвертердің жоғарғы конустық бөлігінің биіктігі

Конвертердің бос көлемі

Көпіршіген балқыма көлемінің үрлеме қарқындылығымен және металдың тынық күйдегі көлемімен байланысы

Жоғарғы конустық бөліктің көлемі

Конвертердің цилиндрлік бөлігінің биіктігі

Шар сегментінің биіктігі

Теңдеудің (4.14) белгілі мәндерін қойып, оны математикалық жолмен шешу арқылы h_т.к мәнін анықтаймыз.

Конвертер түбінің радиусы

(4.15)