Мартеновское производство стали

Мартеновский способ производства стали получил наибольшее распространение, и до недавнего времени свыше 85% стали в нашей стране производилось этим способом.

Мартеновский процесс был разработан во Франции в 1864 г. отцом и сыном Мартенами.

В России первая мартеновская печь емкостью 2,5 т была построена в 1870 г. на Сормовском заводе известными металлургами А. А. Износковым и Н. Н. Кузнецовым. После Октябрьской революции мартеновское производство в нашей стране получило бурное развитие: были построены самые крупные в мире (масса садки около 900 т) и высокопроизводительные (около 1 млн. т стали в год) печи.

Мартеновские печи относятся к пламенным отражательным регенеративным печам. Высокую температуру в рабочем (плавильном) пространстве обеспечивает регенерация (восстановление) тепла. Это достигается применением регенераторов — камер с огнеупорной насадкой, в которых нагреваются газ и воздух. С каждой стороны мартеновской печи (рис. 43, а) имеется пара регенераторов — газовый 7 и воздушный 6. Когда отходящие из печи по каналам 4, 5 газы, имеющие температуру 1500...1600 °С, нагревают насадку регенераторов до 1250... 1350 С, противоположная пара охлаждается, так как поступающие в печь через них и каналы 8, 9 газ и воздух, нагреваясь, отбирают тепло насадок. Поэтому через каждые 15...20 мин происходит автоматическое переключение клапанов 10, изменяющее направление движения газа, воздуха и дыма. В результате в рабочее пространство печи А то слева, то справа поступает нагретая до 1100...1200 °С смесь (смешение происходит в головках 3) газа и воздуха, а отходящие газы отдают тепло то левой, то правой паре регенераторов — происходит как бы возвращение тепла в печь. В рабочем пространстве печи температура достигает 1800... 1900 °С.

Рис. 43Схема устройства мартеновской печи

а — однованной; б — двухванной; 1— свод печи; 2 — загрузочные окна; 3 — головки; 4,5 — каналы; 6 — воздушный регенератор; 7 — газовый регенератор; 8, 9 — каналы; 10 — клапаны; 11 — под; 12 — дожигающие фурмы; 13—горелки; 14 —продувочные фурмы

 

Большинство печей имеют основную футеровку подины — магнезитовый кирпич с набивкой магнезитовым и доломитовым порошками. Свод 1 печи не соприкасается со шлаком, и его выкладывают динасом, магнезитом или хромомагнезитом как в основной, так и в кислой печи. Подина кислой печи изготовляется из динаса с набивкой кварцевым песком.

Завалку шихты в мартеновскую печь производят через загрузочные окна 2, выпуск готовой стали — через выпускное отверстие в задней стенке печи. Сталь по желобу выпускают в разливочный ковш. В зависимости от емкости печи, марки выплавляемой стали, качества шихты и других факторов длительность мартеновской плавки составляет от 3 до 18 ч. Дороговизна и сложность мартеновских печей, длительность плавки привели к тому, что с середины 1960 г. новые мартеновские печи в нашей стране не строятся. Тем не менее около 40% годового производства стали приходится на долю мартеновской плавки.

Основные показатели работы мартеновских печей:

· суточный съем стали (в тоннах с 1 м пода печи) и

· расход топлива.

Среднесуточный съем стали составляет около 9 т/м², в ряде случаев — до 12 т/м², а расход топлива на выплавку 1 т стали — 100...200 кг.

В зависимости от состава шихты различают:

· скрап-рудный,

· рудный и

· скрап-процессы.

При скрап-рудном процессе в мартеновскую печь вводят 60...75% жидкого чугуна, 40...25% скрапа, до 15% железной руды и повышенное содержание флюса. Окисление примесей чугуна происходит за счет кислорода руды.

Если металлическая шихта состоит только из жидкого чугуна и в печь в твердом виде заваливают только железную руду, то процесс называется рудным.

Рудный и скрап-рудный процессы применяются на больших металлургических заводах, имеющих доменные цехи.

При скрап-процессе шихта состоит из 60...70% стального лома и 30...40% чушкового передельного чугуна. Этот процесс реализуется на заводах, не имеющих доменных цехов. В большинстве своем стали скрап-процессом получают в основных печах, кислые печи используются редко — при выплавке высококачественных сталей.

В основных печах флюсами служат:

· известняк,

· бокситы,

· плавиковый шпат;.

В в кислых печах флюсами служат— кварцевый песок, шамотный бой и др.

Плавка при основном скрап-рудном процессе делится на следующие периоды:

· заправка печи,

· завалка шихты,

· прогрев шихты,

· заливка чугуна,

· плавление,

· кипение,

· раскисление и

· выпуск готовой стали.

После осмотра и заделки поврежденных участков подины (заправка) в печь загружают железную руду и известняк, прогревают их и загружают скрап. Затем вторично прогревают и заливают в шихту жидкий чугун, взаимодействие которого с рудой и скрапом в период плавления приводит к окислению примесей и образованию шлака. По окончании расплавления шихты наступает период кипения ванны — после добавки железной руды или вдувания в ванну кислорода интенсивно образуется окись углерода. Временное отключение подачи топлива и воздуха в печь вызывает понижение давления в рабочем пространстве, и бурное выделение окиси углерода вспенивает шлак, который начинает вытекать через порог завалочного окна в шлаковые чаши. При этом удаляются сера и фосфор. Для дополнительной очистки металла от вредных примесей наводят новый шлак, загружая в печь известь и боксит или плавиковый шпат. Затем вновь включают подачу газа и воздуха в печь. Происходят химические реакции окисления примесей.

В период кипения начинают раскисление стали и заканчивают его в ковше при выпуске стали из печи.

Если варят легированную сталь, то легкоокисляющиеся элементы вводят в печь после раскисления металла.

Разработано несколько методов интенсификации мартеновской плавки:

· использование природного газа,

· обогащение газовоздушной смеси кислородом (до 30%),

· продувка металла кислородом через специально введенные через свод фурмы.

Они позволяют повысить температуру в плавильном пространстве печи, более полно удалять вредные примеси, уменьшать длительность процесса и улучшать качество металла.

Интересен опыт Магнитогорского и Череповецкого комбинатов, на которых в 1965 г. с целью более полного использования тепла отходящих газов построили и опробовали двухванныемартеновские печи (рис. 43, б). Примененные тандемы (две ванны по 300 т) имеют производительность до 1,5 млн. т в год при удельных расходах топлива до 5 кг/т и кислорода до 55 м³/т стали. Смысл нововведения состоит в том, что когда в одной ванне идет нагрев и плавление шихты, в другой осуществляется продувка кислородом. Образующаяся при этом окись углерода направляется в первую ванну и догорает над шихтой, что значительно увеличивает долю полезного тепла.

В мартеновских печах выплавляют качественные углеродистые (конструкционную и инструментальную) и легированные стали. Сталь, полученная в кислых печах, используется для особо ответственных изделий — роторов крупных турбин, шарикоподшипников и т. д.