В 1877 г. Томасу удалось получить очень прочную и стойкую футеровку конвертера из хорошо обожженного доломита; на такой основной футеровке конвертера он впервые осуществил выплавку стали из фосфористого чугуна путем добавки к нему извести для образования основного шлака.
Таким образом, особенностью томасовского способа производства стали является то, что футеровка конвертера делается не из кислого огнеупорного материала, а из основного — доломита. Кроме того, продувка чугуна ведется с известью, присаживаемой до заливки чугуна. При этом возможно перевести в шлак образующуюся в металле пятиокись фосфора посредством извести.
Горение фосфора сопровождается выделением большого количества тепла, а именно:
Поэтому фосфор в томасовском процессе является основным элементом, повышающим температуру металла. Изменение состава металла в процессе томасирования показано на рисунке 84.
Ход томасовского процесса делится на три периода.
Первый период. При продувке воздуха через томасовский конвертер вначале очень энергично выгорают кремний, марганец и железо, начинается шлакообразование, и температура ванны повышается. Выходящие при этом из конвертера газы светятся слабо, так как содержание в них окиси углерода незначительно. Этот период длится примерно 4—5 мин.
Второй период. Интенсивно выгорает углерод; появляются длинные языки пламени. Состав шлаков также изменяется по сравнению с первым периодом; они делаются более основными. Этот период длится примерно 4— 8 мин.
Третий период. Происходит энергичное выгорание фосфора, благодаря чему температура металла сильно повышена и одновременно происходит дальнейшее окисление железа до закиси. Этот период обычно длится 3—5 мин. Третий период томасовского процесса заканчивается тогда, когда содержание фосфора уменьшается до 0,05—0,08%. Полного удаления фосфора все же добиться не удается из-за опасений получить высокий угар железа и понизить температуру.
К концу продувки в томасовском конвертере получается малоуглеродистая, мягкая сталь, так как удаление фосфора происходит при малом содержании углерода. Повышение содержания углерода в стали достигается введением в конвертер бесфосфористого чугуна.
При наличии достаточного количества извести в процессе томасирования образуется очень прочное соединение — основная кальциевая соль ортофосфорной кислоты 4СаО • Р206, которое переходит в шлак. Практически принято считать, что фосфор из образовавшегося шлака не восстанавливается. Этот фосфористый шлак (томас-шлак) представляет собой ценное удобрение.
Производство стали в конвертерах характеризуется существенными преимуществами по сравнению с другими способами, а именно:
1) высокая производительность конвертеров;
2) простота устройства и компактность агрегатов;
3) отсутствие необходимости затраты топлива, так как процессы протекают за счет теплоты химических реакций выгорания примесей, содержащихся в чугуне. Существенный недостаток бессемеровской и томасовской стали — это наличие растворенных в ней газов (азота и кислорода).
Возможность применения кислородного дутья в конвертерах открывает перспективы улучшения качества конвертерной стали путем уменьшения содержания азота, а также кислорода. Кроме того, применение кислорода в конвертерном процессе снижает ведущую роль кремния в тепловом балансе, что позволяет вводить в шихту стальной лом и применять чугуны разного состава. В современной металлургии производство стали в конвертерах эффективно не только для прямого передела чугуна в сталь, но и в так называемых комбинированных процессах (например, в сочетании с мартеновским процессом).
|