Конвертерные процессы с донным воздушным дутьем

Первым способом массового производства жидкой стали был бессемеровский процесс (в конвертере с кислой футеров­кой), предложенный и разработанный англичанином Г. Бессемером в 1856-1860 гг.; несколько позже - в 1878 г. - С.Томасом был разработан схожий процесс в конвертере с основной футеровкой (томасовский процесс).

Возникновение бессемеровского процесса имело исклю­чительно важное значение для развития техники, поскольку до его появления не существовало способов производства литой стали в больших количествах, а применявшиеся в то время пудлинговый процесс получения железа в тестообраз­ном состоянии и тигельный процесс получения жидкой стали в тиглях емкостью менее 50 кг не могли удовлетворить пот­ребности развивающегося машиностроения.

Сущность конвертерных процессов на воздушном дутье (бессемеровского и томасовского) заключается в том, что залитый в плавильный агрегат (конвертер) чугун продувают снизу воздухом; кислород воздуха окисляет примеси чугуна, результате чего он превращается в сталь; при томасовском процессе, кроме того, в основной шлак удаляются фос­фор и сера. Тепло, выделяющееся при окислении, обеспечи­вает нагрев стали до температуры выпуска (~1600°С).

Общая длительность плавки  в бессемеровском конвертере составляет 20-30 мин; по­скольку шлак кислый (55-65 % SiO₂; 15-25 % FеО; 15-20 % МnО), при плавке не удаляются сера и фосфор.

А плавка в томасовском конвертере составляет 25-40 мин. Состав конечного шлака: 16-24% Р₂О₅, 42-45% СаО, 5-10% SiO₂, 8-15 % FеО, 7-10 % МnО; благодаря высокому содержанию Р₂О₅ этот шлак используют в качестве удобрения.

Достоинства бессемеровского и томасовского процессов - высокая производительность, простота устройства конверте­ра, отсутствие необходимости применять топливо, малый расход огнеупоров и связанные с этим более низкие, чем при мартеновском и электросталеплавильном процессах, ка­питальные затраты и расходы по переделу. Однако обоим процессам был присущ большой недостаток - повышенное со­держание азота в стали (0,010-0,025%), вызываемое тем, что азот воздушного дутья растворяется в металле. По этой причине бессемеровская и томасовская стали обладают повы­шенной хрупкостью и склонностью к старению.

Для получения стали с пониженным содержанием азота в 1950-1965 гг. были разработаны и находили промышленное применение способы продувки снизу дутьем, обогащенным кислородом (до 30-40% О₂ в дутье), смесью кислорода и водяного пара в соотношении 1:1 и смесью кислорода и СО₂ в соотношении 1:1.

Увеличение содержания кислорода в дутье до 30-40% (вместо 21 % в воздухе) не решило проблему; выплавляемая сталь содержала 0,006-0,009% азота, т.е. больше, чем мартеновская. Дальнейшее же увеличение доли кислорода в дутье оказалось неприемлемым, так как вызывало быстрое разрушение футеровки днища из-за его перегрева вблизи фурм вследствие выделения здесь тепла экзотермических реакций окисления составляющих чугуна. При воздушном дутье столь сильного перегрева действия азота, которого в воздухе больше (79%), чем в обогащенном дутье.

Способы продувки смесями O₂-CO₂ и O₂-H₂O_пар обеспечивали низкое содержание азота в  стали (0,001-0,0035%), но из-за высокой стоимости и сложности не нашли широкого применения.

В период с 1955 по 1975 г. бессемеровский и томасовский процессы и их разновидности были вытеснены кислород­но-конвертерными процессами с верхней и нижней подачей дутья.

Впервые кислородно-конвертерный процесс в промышленном масштабе был осуществлен в Австрии в 1952 - 1953 гг. на заводах в городах Линце и Донавице.

В настоящее время работают конвертеры емкостью от 20 до 450 т, продолжительность плавки в которых составляет 30-50 мин.

Современное конверторное производство России включает восемь цехов с 23 кислородными конверторами вместимостью 10х350-400т общей мощностью 38млн т. Большую роль в создании уникальных технологий кислородно-конверторного производства качественных сталей сыграло развитие уральской металлургии. Это Нижнетагильский, Челябинский и Магнитогорский металлургические комбинаты. Сегодня кислородно-конверторные цеха этих комбинатов входят в число цехов мира, самых оснащённых техническим и технологическим оборудованием, которое основано на новейших отечественных и зарубежных разработках.