Жоғарыдан және түптік оттегі үрлеме конвертерлерінде болат қорыту үрдістерінің артықшылықтары мен кемшіліктерін талдау негізінде конвертерлік болат өндірудің комбинациялық үрдісі 1978-жылы дүниеге келді. Комбинациялық үрлеу конвертерлік үрдісіне балқыманы жоғарыдан оттегімен (негізгі бөлігі) үрлесе, түптен-оттегімен, оттегі+ұнтақ әкпен немесе аргонмен (азотпен).
Жоғарыдан оттегімен үрлеу активті сұйықаққыштығы жоғары әк-темірлі қождың түзілуін тездетеді әрі СО-ның бір бөлігі конвертер кеңістігінде жанып, жылу балансының кіріс бөлігі ұлғаюынан шикіқұрамдағы скрап мөлшері жоғарылайды. Түптен оттегі немесе немесе басқа газды үрлеу балқыманың қарқынды араласуын қамтамасыз етіп, үрдісті тездетеді. Сонымен қатар балқыманың тотықтандырғыштық дәрежесі төмендеп, темір жоғалтымы азаяды. Сөйтіп, комбинациялық үрлеу екі үрдістің де (оттегіні жоғарыдан және түптік үрлеу) негізгі артықшылықтарын сақтайды.
Қазіргі кезде комбинациялық үрлеу үрдісі, конвертерлік үрдістердің ішінде, болат қорытудың негізгі үрдісі бола бастады.
Комбинациялық үрлеу үрдісінің варианттары. Комбинациялық үрдістің технологиялық варианттары:
1) жоғарыдан оттегімен үрлеп, оның бір бөлігін түптен беру;
2) балқыманы түптен аргонмен үрлеу (жоғарыдан оттегімен үрлеу кезінде немесе үрлеуді тоқтатқан соң);
3) аргон орнына азотты қолдану;
4) ұнтақ тәрізді әкті конвертер түбінен үрлеу.
Конвертерлік комбинациялық үрлеу үрдісінің барлық варианттарында жоғарыдан фурма арқылы оттегінің негізгі бөлігі беріледі.
Түптен үрленетін газдың түріне қарай үрдістерді екі топқа бөлуге болады [11]:
1) оттегіні (бір бөлігі) түптік үрлеу үрдістері;
2) Ar, N2, CO немесе CO2 газын түптік үрлеу үрдістері.
Оттегіні түптік үрлеу үрдістерінің өзін үрлеме қарқындылығына қарай екіге бөлуге болады:
1) түптік үрленетін оттегі мөлшері 2-10% үрдістер (үрлеме қарқындылығы 0,08-0,5 м3/мин.т).
2) түптік үрленетін оттегі мөлшері 20%-дан жоғары үрдістер (үрлеме қарқындылығы 0,7-1,5 м3/мин.т).
Түптен үрленетін оттегі метан, пропан және т.б. газдармен қорғалады. Үрдістің кейбір варианттарында оттегі ағынымен түптен ұнтақ әқ үрлейді. O2+N2, O2+Ar газдары қолданылады.
Үрдіс ерекшеліктері.Түптік үрлеме қарқындылығы төмендеу үрдістердің негізгі мақсаттары: жарамды болат шығынын арттыру, төменгі көміртекті болат қорыту.
Түптік үрлеме қарқындылығы жоғарылау үрдістердің негізгі мақсаттары: металдық шикіқұрамдағы скрап мөлшерін жоғарылату (60-80 кг/т), шойын мөлшерін азайту. Бұл мақсаттар конвертер кеңістігінде СО-ны көбірек жағуды ұйымдастыру, қатты, сұйық немесе газ отынын қосымша пайдалану және т.с.с. технологиялық амалдар арқылы жүзеге асырылады. Үрлеу алдында 7 кг/т көмір салу, шойын мөлшерін 24 кг/т төмендетті.
Комбинациялық үрлеу үрдісіне жаңа технологиялық амалдарды қолдану скрап мөлшерін 40-45%-ға жоғарылатады.
Түптік үрлеме қарқындылығынан көміртегі мен темірдің тотығу жылдамдығының ара қатынасы, балқыманың тотығушылығы, яғни үрдістің өрбу сипаты өзгереді. Сөйтіп, жоғарыдан оттегімен және түптен технологиялық газдармен үрлеп, олардың ара қатынасын реттеу арқылы оттегінің металл-қож жүйесінде бөлінуі басқарылады. Оттегіні жоғарыдан үрлеу арқылы негізінен қож түзілу үрдісі мен СО-ны конвертер кеңістігінде жағу ұйымдастырылса, технологиялық газдарды түптен үрлеу арқылы балқыманың араласу қарқындылығын арттырып, оның температурасы мен құрамының көлем бойынша бірдейленуі орын алады.
Балқыманың араласу қарқындылығын түптен оттегіні үрлегенде, бейтарап газға қарағанда, жоғары. Балқыманы аргонмен үрлеуді, оның қымбаттылығынан, көбінесе үрдістің соңында қолданады. Сондықтан үрдістің көпшілік уақытында балқыманы араластыру үшін азот қолданылады.
Комбинациялық үрлеу үрдісінде түптен берілетін газдың мөлшері онша көп емес. Негізгі үрлеу уақытында газдың қарқындылығы төмен (0,02-0,05 м3/мин.т). Төменгі көміртекті болат қорыту көзделгенде, үрдістің соңына қарай (3-7 минут қалғанда) аргонның үрлеу қарқындылығын 0,1-0,3 м3/мин.т жоғарылатады. Сонда аса тотықпаған балқыманың көміртегісі 0,03-0,04%-ға дейін төмендейді. Балқыма көміртегісінің концентрациясын бұдан әрі төмендету көзделсе, онда аргонмен үрлеуді қайта жалғастырады. Балқыманы аргонмен қосымша араластыру кезінде металдағы көміртегі мөлшері 0,01-0,02%-ға дейін төмендейді.
Балқыманы бейтарап газбен араластыру үрдісіне металл мен қождың тотығушылық дәрежесі төмендейді, металл фазасының газдар мен металл емес кірінділерден тазарту үрдісі үдейді, металдың температурасы мен химиялық құрамы бірдейленеді.
ЛД үрдісімен салыстырғанда қождағы FeO мөлшері 3-10%-ға төмен, осыған сәйкес металдағы оттегі мөлшері де төмен, ал марганец концентрациясы 0,05-0,10%-ға жоғары.
Комбинациялық үрлеу үрдісінде, ЛД үрдісімен салыстырғанда, массаалмасу үрдістері жылдамырақ жүреді. Мысалы, балқыманың күкіртсізденуі10-15% -ға жоғары.
Комбинациялық үрлеу үрдісінде, қождағы FeО концентрация-сының төмендігінен, балқыманың фосфорсыздану үрдісі баяу жүріп, көміртегінің төменгі концентрациясында ғана аяқталады. Осыған орай үрлемені көміртегінің берілген концентрациясында тоқтатып, орташа және жоғарғы көміртекті болат қорыту қиындық туғызады. Сондықтан оттегі ағынымен ұнтақ әк беруге немесе түптен берілетін газ қарқындылығын төмендетуге тура келеді. Балқыманы 2-4 минут бейтарап газбен қосымша үрлеу, фосфор концентрациясын 20-25%-ға азайтады.
Комбинациялық үрлеу үрдісі балқыманың техника-экономикалық көрсеткіштерін жақсартумен қатар конвертерде қорытылатын болат маркаларын ұлғайтты.
Балқыманы жоғарыдан оттегімен үрлеу үрдісімен салыстырғанда, комбинациялық үрдістің артықшылықтары:
1) болат шығымы жоғарылау;
2) қождың тотығушылығын жоғарылатпай көміртегісі төмен (0,01-0,02%) болат қорыту мүмкіндігі;
3) балқыманы бейтарап газбен үрлеу газ (азот, сутегі) және металл емес кірінділер мөлшерін төмендеткендіктен болат сапасы жоғарылау;
4) металл-қож жүйесі тотығушылығының төмендігінен ферроқорытпалардың шығыны төмендеу;
5) массаалмасу үрдістерінің жеделдеуінен қожтүзгіш және қосымша материалдардың шығыны төмендеу;
6) конвертерлік балқыма жылуын пайдалану коэффициентінің жоғарылауынан шойын шығыны төмендеу;
7) балқыманы газбен қосымша араластыру, оның құрамы мен температурасын бірдейлендіреді.
Негізгі кемшіліктері:
1) конвертердің конструкциясы күрделілеу;
2) цех жабдықтары күрделілеу.
Конвертерлік комбинациялық үрлеу үрдістері, ЛД үрдісімен салыстырғанда, технологиялық және экономикалық жағынан артықшылықтары барын дәлелдей алды. Бүгінгі күні комбинациялық үрлеу үрдістері варианттарына жоғарыдан және төменнен берілетін оттегінің оңтайлы ара қатынасын анықтау, конвертер түбі мен үрлеу құрылғыларының конструкциясын жетілдіру және т.с.с. ғылыми-зерттеу жұмыстары жалғастырылуда.