کنورتور ال دی

کنورتور ال دی  کوره‌ای است که در فولادسازی به روش اکسیژن قلیایی   به کار می‌رود. در این کوره اکسیژن خالص (99.5 تا 99.8 درصد اکسیژن) با فشار (4 تا 10 اتمسفر) به طور عمودی روی مذاب دمیده و واکنش‌های شیمیایی به طور کلی واکنش‌های فلز-سرباره  ایجاد می‌شود. در ادامه با تشکیل ترکیبات سرباره ساز ناخالصی های فولاد حذف و مذاب فولاد ، خالص می‌گردد. 

استفاده از کنورتور فوق که سریعترین روش فولاد سازی است جایگزین مناسبی برای کوره زیمنس مارتین محسوب می شود. در کارخانجات ریخته گری که امکان تهیه چدن مذاب وجود دارد می‌توان از کوره با اکسیژن دمنده به مذاب فولاد ، با کیفیت مرغوب که دارای مقدار جزئی فسفر و گوگرد و ازت و هیدروژن است دست یافت. زمان مورد نیاز برای این عملیات از شارژ مواد به درون کوره و دمش اکسیژن تا خاتمه، از 40 دقیقه تا یک ساعت متغیر است. 

در اثر دمیدن اکسیژن در ”نقطه سوخت“ دمایی در حدود 2500 درجه سانتیگراد تولید می‌شود. درنتیجه جریانی از فولاد گرم از نقطه سوخت به طرف قسمت های تحتانی بوته حرکت می‌کند که مقدار زیادی FeO همراه دارد. اکسیژن FeO صرف سوزاندن ناخالصی های بین راهی می‌شود.

در اثر فقدان ازت ، بیلان گرما در روش دمش با اکسیژن خالص نسبت به روش های دمش با هوا تا اندازه زیادی بالاست. این کار سبب می‌شود اول بتوانیم انواع مختلف آهن را که در صنعت تولید می‌شود با این روش به فولاد تبدیل کنیم ثانیا از گرمای حاصله در کنورتور ال دی برای سوختن آهن خامی که درصد ناخالصی های آن زیاد است استفاده کنیم.

تاریخچه 
در ابتدا دمش اکسیژن در کنورتور توماس کلاً با شکست مواجه شد (چون کف کنورتور به ضخامت 80سانتیمتر تنها تحمل یکبار شارژ را داشت) بعد از جنگ جهانی دانشمندان  به این نتیجه رسیدند که مخلوطی از اکسیژن و بخار آب به کنورتور دمیده شود. نظریه کاربرد اکسیژن تحت فشار روی فلز مذاب با وجود سرباره ، توسط پرفسور روبرت دور سوییسی برای اولین بار مطرح گردید و یک کنورتور سه تنی آزمایشی برای این منظور در سال 1947 ساخته شد و در سال 1948 ، در حدود یک تن فولاد به این صورت تولید گردید . بر اساس این آزمایش ، یک کنورتر دو تنی نیز در Linz واقع در اتریش ساخته شد و اولین فولاد محصول آن به شکل موفقییت آمیزی در25 ژوئن سال 1949 به دست آمد. اصول این روش، امروزه همان است که در ابتدا بود. فقط گنجایش کنورتورها تا حدود 330 تن و نیز مقدار تولید اکسیژن افزایش یافته است ،ولی مدت زمان دمیدن اکسیژن ثابت مانده است. روش ال.دی را می توان برای هر کارگاهی، که دارای فلز مذاب باشد، جهت تهیه فولادهای معمولی ، ساختن ورق و نیز فولادهای آلیاژی به کار برد.

علل توسعه این کوره ها 
1- بالا بودن مقادیر ازت، اکسیژن و فسفر در فولادسازی به روش توماس ( فسفرزدایی قبل از کربن زدایی) که منجر به ایجاد خواص نامطلوب در فولاد می‌شود.

2- نامناسب بودن بیلان گرما در روش های دمش هوا (وجود ازت در هوای دمش و تلف کردن گرمای کنورتور توماس یا بسمر)

3- گرانی آهن خام در کوره زیمنس – مارتین و بالا بودن قیمت فولاد تولیدی به علت زیادی زمان و مصرف بالای سوخت

مواد اولیه 
مواد اولیه ای که جهت فولاد سازی به طریقه ال.دی به کار برده می شود عبارت اند از فلزمذاب کوره بلند، آهن خام سرد، قراضه فولاد، آهک، سنگ آهک ، دولومیت، فلوئور سپار، بوکسیت سنگ آهن و گاز اکسیژن. نسبت این مواد برای هر نوع فولاد، نسبت به ترکیب آهن، نوع فولاد و محصول و بعضی شرایط محلی تغییر می کند. قراضه فولاد به عنوان ماده سرد کننده به کار رفته و مقدار آن تابع مقدارفلز مذابی است که به کار برده می شود. سنگ آهن نیز گاهی اوقات به عنوان ماده اصلی ولی اغلب به مقدار کم، جهت کمک به تشکیل سرباره و در آخر کار فولادسازی، برای از بین بردن حرارت اضافی کنورتور، به کار برده می شود. میزان آهک، به نسبت مقدار فسفر، سیلیسیم و سیلیس بار تغییر می کند. فلوئورسپار، بوکسیت و سایر مواد گداز آور برای افزایش درصد آهک سرباره ،در جریان کار فولادسازی به کار می رود.

مقایسه روشهای مختلف دمش با اکسیژن

روش کالینگ (کالدو) 
در روش کالینگ فشار اکسیژن کمتر از 4 اتمسفر است و به طور مایل روی مذاب دمیده می‌شود. حمام مذاب به هنگام دمش اکسیژن در اثر حرکت دورانی بوته (30دور در دقیقه) به خوبی به هم می‌خورد و در نتیجه فعل و انفعالات بین سرباره و مذاب از قبیل فسفرزدایی بهتر عملی میشوند.

روش روتور 
در روتور ابرهاوزن (کوره استوانه ای دوار) از دو ونتیل برای دمیدن اکسیژن استفاده میشود. ونتیل اولیه اندکی در مذاب فرو رفته و اکسیژن خالص را درون آن میدمد. ونتیل ثانویه اکسیژن را به اتمسفر دمیده و سبب سوختن کربن مونو اکسید و تبدیل آن به کربن دی اکسید میشود. درجه خلوص اکسیژنی که در ونتیل دوم به کار می رود حدود 75 درصد است. همانطور که می‌دانیم سوختن CO ارزش حرارتی کوره را بالا می برد.  در اینجا نیز فعل و انفعالات بین سرباره و مذاب در اثر حرکت دورانی روتور ( 1 تا 2 دور در دقیقه) بهتر عملی می‌شوند.

روش LD 
در این روش اکسیژن خالص (99.5 تا 99.8 درصد اکسیژن) با فشار (4تا10اتمسفر) به طور عمودی روی مذاب دمیده میشود. ونتیل دمش یا لنس اکسیژن    که با آب سرد می‌شود، در وسط بوته قرار می‌گیرد. فاصله آن از سطح مذاب از 25برابر قطر ونتیل بیشتر است. بر حسب نوع مذاب می‌توان لوله دمش را به طرف بالا و پایین حرکت داد. بوته متحرک به هنگام دمیدن اکسیژن ثابت می‌ماند.

اجزای کنورتور ال.دی

لوله اکسیژن 
لوله اکسیژن  از سه لوله متحدالمرکز تشکیل شده‌است. لوله مرکزی،جهت عبور اکسیژن ، لوله وسطی جهت آب خنک کننده و لوله خارجی جهت بازگشت آب می‌باشد. انتهای این لوله به افشانکی مسی منتهی شده است. لوله اکسیژن از فولاد ساخته شده، دارای قطر 53 الی 52 سانتی متر و طول نسبتا زیاد است زیرا، علاوه بر اینکه باید وارد کنورتور گردد از داخل کلاهک دود گیر نیز باید رد شود لذا، باید طول کافی داشته باشد. نحوه دمیدن اکسیژن از این لوله دارای اهمیت فراوان است. لوله باید طوری مستقر شود که اکسیژن درست در وسط کنورتور دمیده شود. به این منظور لوله در داخل یک کشوی راهنما مستقر و این کشو داخل کلاهک نسب و تثبیت شده است. لوله اکسیژن داخل این کشو، به سمت پایین حرکت و وقتی که به نقطه مورد نظر رسید، آن وقت به کشو قفل می شود و پس از اتمام دمیدن، قفل آزاد و لوله اکسیژن بالا برده می شود. 

از آنجایی که گنجایش کنورتورها متفاوت است (بین 5 تا 300 تن) به همان نسبت اکسیژن مصرفی نیز در این کنورتورها تفاوت می‌کند (بین 20 تا 900 مترمکعب در هر دقیقه) به همین خاطر باید سر ونتیل را متناسب با مقدار اکسیژن ورودی انتخاب کرد. در گذشته از ونتیل هایی استفاده می‌کردند که در سر آنها تنها یک سوراخ برای خروج اکسیژن وجود داشت و این سوراخ در وسط افشانک قرار داشته و دارای دیواره ای موازی با لوله بوده است ولی امروزه به خصوص در کنورتورهای بزرگ از ونتیل های چند سوراخه استفاده می‌کنند. قطر این سوراخ ها به اکسیژنی که باید دمیده شود بستگی دارد.

نسوز ها 

در کنورتورهای بزرگ، مصرف مواد نسوز در حدود 3.6 الی 5.4 کیلوگرم برای هر تن فولاد می باشد. این مقدار از نصف مقداری که در کوره های باز به کار برده می شود کمتر بوده به طور متوسط از یک چهارم آن بیشتر نمی باشد. با وجود    این کوشش می شود که مصرف را از این حد باز هم کاهش دهند. 

عواملی که برعمرپوشش نسوز تاثیرمی گذارند به قرار زیراست: 

الف) مقدار کم و ثابت سیلیسیم، عمر پوشش را زیاد می کند ولی، ازدیاد درصد فلز مذاب باعث کاهش آن می شود. 

ب) قطعات بزرگ ممکن است لطمه زیادی به پوشش کنورتور بزند، لذا باید ابعاد این قطعات را حداقل در نظر گرفت. 

پ) تهیه فولاد کم کربن عمر پوشش را کم می کند و تهیه فولادهای آلیاژی نیز می تواند همین تاثیر را داشته باشد. 

ت) اولین سرباره تولید شده در جریان دمیدن اکسیژن اسیدی است، بنابراین الزام است سریع مقداری آهک به بار اضافه شود تا تاثیر سرباره را کم کند. 

ث) درصد آهن محتوی سرباره باید در حداقل آن نگاه داشته شود و این امر نه تنها نقطه نظر متالورژی را تامین می کند بلکه عمر پوشش را نیز را افزایش می دهد. 

ج) با کوتاه کردن فاصله زمانی بین شروع کردن دمیدن اکسیژن وتخلیه بار کنورتور می توان عمر پوشش را افزود. 

چ) در صورتی که فاصله بین دو ذوب بیش از حد معمول باشد، کنورتور سرد گشته و عمر پوشش کاهش می یابد. 

ح) گرمای بیش از حد متعارف فولاد مذاب باعث کاهش عمر پوشش کنورتور می گردد. 

برای پوشش کنورتورهای بزرگ، آجرهای نسوز به کار می رود که در آن قیر یا زفت به عنوان ماده چسب آور، به کار برده شده است. این آجرها یا در ماشین های فشار به صورت فشرده در می آیند یا این که آنها را در کوره هایی می پزند. وقتی که آجرهای نسوز فشرده به کار می بریم، برای پوشش کنورتور ابتدا یک پوشش منیزیتی پخته و به ضخامت کم و به عنوان آستری در مجاورت جداره کوره به کار برده، سپس پوشش نسوز آجری به عنوان قشر روکاری با فاصله کمی از قشر آستری کار گذاشته می شود. فاصله گذاشتن بین دو قشر، خرد کردن مواد نسوز روکاری و برداشتن آنها را ،جهت ترمیم و تجدید پوشش تسهیل می کند. 

نوع پوششی که به کار برده می شود تابع نوع مواد نسوز و قیمت آنها است، برای مثال در نقاطی که دولومیت فراوان و ارزان است کمتر از منیزیت استفاده می شود.

کلاهک دودگیر 
دود و گاز داغ،که حاوی مقدار زیادی مواد معلق است،از دهانه کنورتور خارج می گردد و می‌بایست قبل از فرستادن آن به هوای آزاد تصفیه و تمیز گردیده و مواد معلق آن گرفته شود، تصفیه گازهای داغ ممکن نیست لذا، الزام است گازها را ابتدا سرد نمایند. بعلاوه چون گازهای خروجی از کنورتور بیشتر از اکسید کربن،که احتمال انفجار آن همیشه وجود دار،تشکیل شده است باید حین سرد و تمیز کردن آن اقدامات احتیاطی ضروری صورت گیرد.

جستارهای وابسته 

 فولادسازی به روش اکسیژن قلیایی
 فرایند بسمر
 کوره بلند روباز
 فولادسازی
 کربن‌زدایی

منابع 

فولادسازی

پیوند به بیرون 

 Basic Oxygen Steelmaking module at steeluniversity.org, including a fully interactive simulation (archived)
 Basic Oxygen Steelmaking cost model showing typical cost structure for liquid steel
 فیلم نحوه عملکرد کنورتور ال دی converter LD
 converter-carbon-steelmaking