Конверторний спосіб виробництва сталі

Для отримання сталі застосовують бессемерівський, томасівський та кисневий конвертори. В передових країнах зараз застосовують тільки кисневі конвертори, які почали впроваджуватись в 1954 році. В цілому в світі кисневі конвертори дають зараз близько 60% сталі.

Кисневий конвертор має сталевий корпус грушоподібної форми, обкладений зсередини вогнетривкою цеглою. Конвертор опирається на дві опори і може повертатись навколо горизонтальної осі для завантаження скрапу, наливання чавуну, насипання флюсу і залізної руди, виливання сталі та шлаку. Конвертор вміщує від 100 до 400 т рідкого чавуну.

Матеріалами для киснево-конверторного процесу служать: рідкий переробний чавун (понад 70%), скрап (до 25%), залізна руда (до 10%), вапно СаО та плавиковий шпат для розрідження шлаку.

В конвертор заливають чавун з температурою 1300 - 1450ºС, насипають скрап, руду, вапно та плавиковий шпат і через вертикальну фурму, яка охолоджується водою, вдувають кисень під тиском 0,9 – 1,4 МПа. Продування киснем триває 12 – 25 хв.

При вдуванні кисню відбувається оксидація заліза

2Fе + О₂ = 2FеО

Оксид заліза розчиняється у металі і реагує з кремнієм, фосфором та марганцем:

2FеО + Si = 2Fе + SiO₂

5FеО + 2P = 5Fе + P₂O₅

FеО + Mn = Fе + MnO

Оксиди SiO₂ та MnO випливають на поверхню металу і утворюють шлак. Фосфорний ангідрид реагує з оксидом кальцію, утворюючи фосфід кальцію, який також переходить в шлак.

P₂O₅ + 3СаО = (СаО)₃ · P₂O₅

З підвищенням температури активізується оксидація вуглецю та переведення сульфіду заліза в сульфід кальцію, який переходить в шлак:

FеО + С = Fе + СO

FeS + CaO = FeO + CaS

Бульбашки СО, піднімаючись вгору, добре перемішують вміст ванни, але внаслідок цього в майбутньому зливку залишаються безліч порожнин, заповнених СО. Така сталь називається киплячою. Ці порожнини можуть спричинити крихке руйнування при низьких температурах. Тому під час випуску сталі в ковші проводиться дезоксидація сталі спочатку марганцем, потім кремнієм та наприкінці - алюмінієм:

FеО + Mn = Fе + MnO

2FеО + Si = 2Fе + SiO₂

3FеО + 2Al = 3Fе + Al₂O₃

В результаті дезоксидації отримують спокійні та напівспокійні сталі.

Коли виплавляють леговані сталі, легуючі елементи вводять до їх складу у вигляді феросплавів або чистих металів під час виплавлення або в ківш.

Цей спосіб забезпечує високу продуктивність та не вимагає палива, але значна частина металу вигоряє і для процесу необхідно до 80% рідкого чавуну.