С развитием в XIX в. машиностроения, железнодорожного и водного транспорта возникла огромная потребность в качественной стали, которая не могла бы удовлетворена старыми способами ее производства.
Новая эра в металлургии наступила после создания конверторных процессов - высокопроизводительных способов получения жидкой стали путем продувки чугуна окислительными газами. Первым из таких процессов был бессемеровский, названый по имени его изобретателя Генри Бессемера, который в 1856 г. запатентовал способ получения жидкой стали путем продувки чугуна снизу паром, сжатым воздухом или их смесями.
Сущность бессемеровского процесса заключается в получении жидкой стали путем продувки расплавленного чугуна воздухом через дно грушевидного сосуда, футерованного динасовым кирпичом. Такой сосуд был назван конвертором.
Устройство конвертора Г. Бессемера:
Конструкция конвертора, разработанная Г.Бессемером более 120 лет назад, оказалась настолько удачной и технологичной, что до настоящего времени не претерпела при донном дутье каких-либо изменений.
Конвертор состоит из корпуса 3(стальной кожух, футерованный динасовым кирпичом), днища 2 с воздушной коробкой 1. Корпус опирается на металлический пояс (опорное кольцо) 5 с двумя цапфами. Футерованное динасом днище имеет сопла для подачи воздуха из воздушной коробки. При вертикальном положении конвертора воздух через сопла поступает в слой чугуна. Избыточное давление сжатого воздуха, составляющее около 0,2 МПа, значительно больше давления столба жидкого металла, что предотвращает заливания им сопел. Корпус конвертора имеет в верхней части выгиб ("спину"), что позволяет увеличить вместимость ванны, заливать в него чугун и пускать дутье при горизонтальном положении. Через верхнее отверстие 4, называемое горловиной, заливаю чугун (иногда загружают стальной лом или железную руду для охлаждения металла), выливают в конце плавки сталь и шлак, отводя при продувке конверторные газы.
Цапфы пояса опираются на подшипники, которые установлены на 2х колоннах, а последние на фундаментах. Одна из цапф имеет жестко посаженое зубчатое колесо, соединенное с механизмом поворота конвертора. Другая цапфа пустотелая. Она соединена с воздухопроводом, скользящим уплотняющем сальником, обеспечивающем беспрепятственный поворт конвертора вокруг горизонтальной оси. Через отверстие в цапфе и патрубок воздух от возуходувки поступает в воздушную коробку. Такая схема обеспечивает непрерывную подачу воздуха через днище при любом положении конвертора и во время его поворота.
Шихтовые материалы: Исходным материалом, используемом при бессемеровском процессе, является чугун. Так как футеровка конвертора кислая, шлак получается тоже кислым, что обуславливает невозможность удаления фосфора и серы из металла в шлак. Поэтому содержание P и S в чугуне должно быть ограничено. К шихтовым материал относятся также охладители металла (стальной лом, железная руда и прокатная окалина), раскислители и легирующие ферросплавы. В стальном ломе должно быть минимум S и P, ржавчины, земли и цветных металлов.
В 1878 г. английский металлург С.Томас изготовил стойкую основную футеровку, заложив фундамент для реализации основного конверторного процесса.
В этом процессе сталь получают путем продувки жидкого фосфористого чугуна снизу воздухом в основном конверторе, футерованном смолодоломитовым кирпичом.
Устройство конвертора С.Томас:
В отличии от бессемеровских конверторов, в которых днища приставные, а отверстия сделаны в шамотовых фурмах, в томасовских конверторах доломитовые днища конические вставные, не имеют фурм, а сопла выполнены в самом их теле. Основная (доломитовая) футеровка стен и днища томасовского конвертора в 1,5-2 раза толще, чем бессемеровского, тк в первом случае образуется больше шлака, в результате чего футеровка изнашивается быстрее. Кроме того, разрушение кладки вызывается тем, что в начале томасовской плавки шлак содержит много двуокиси кремния, химически агрессивного по отношению к основной футеровке.
Томасовские конверторы отличаются от бессемеровских увеличенным отношением их внутреннего объема к объему жидкого чугуна и площадью поперечного сечения сопел. Это обусловлено тем, что в томасовском процессе образуется большее количество шлака, выбросы во время обезуглероживания металла происходят чаще, концентрация примесей в чугуне и расход кислорода выше.
Рисунок 3 Конвертер: а) Бессемеровский садкой 35 т., б) Томасовский садкой 45 т.