Мартеновский способ

Начало мартеновского процесса относится к 1865 г., когда металлурги П. и Э. Мартены во Франции построили 1,5-тонную регенеративную* печь и получили в ней сталь удовлетворительного качества из стального лома и чугуна.

В России первая мартеновская печь более совершенной конструкции емкостью 2,5 т была построена в 1869 г. на Сормовском заводе инж. А. А. Износковым. Современные мартеновские печи имеют емкость до 900 т. Более распространенными являются печи емкостью 150—300 т. Все мартеновские печи с полным металлургическим циклом работают на смешанном газе (коксовальный + доменный). Имеются печи, работающие на мазуте и природном газе.

По роду кладки печи делятся на основные и кислые. Наиболее распространены основные печи. В основных печах под и стенки выложены магнезитом, свод у многих печей динасовый.

Современные крупные печи целиком выкладывают из хромо-магнезитового кирпича.

Исходными материалами для выплавки стали в мартеновских печах являются: металлический лом (скрап), чугун передельный мартеновский марок Mlи М2 (чушковый или жидкий), железная руда. Кроме того, применяют флюсы (преимущественно известняк). В зависимости от шихтовых материалов, поступающих для плавки, различают три основные разновидности мартеновского процесса.

1. Скрап - процесс,  в котором шихтой служит металлический лом и чушковый чугун. Этот процесс применяют в мартеновских печах машиностроительных заводов, где всегда имеется большое количество металлических отходов, причем содержание их в шихте достигает 50—70%.

2.Скрап-рудный процесс, в котором содержание жидкого чугуна в шихте составляет 50—75%, остальное — металлический лом.

Скрап-рудный процесс получил свое название потому, что в нем для окисления примесей преобладающей части шихты — жидкого чугуна — расходуется значительное количество руды.

3. Рудный процесс, в котором плавка ведется только на жидком чугуне без стального лома. В настоящее время рудный процесс не применяется, так как экономически невыгоден.

Из перечисленных процессов наибольшее распространение получил скрап-рудный.  Его применяют на заводах с полным металлургическим циклом.

Рис. 1. Схема устройства мартеновской печи

Устройство мартеновской печи.

Мартеновская печь называется пламенной регенеративной, так как принцип ее работы основан на регенерации тепла, обеспечивающей высокую температуру печи, необходимую для ведения плавки.

Важнейшей частью мартеновской печи является рабочее пространство А (рис. 1). Здесь происходят важнейшие физико-химические процессы: горение топлива, окисление примесей, расплавление шихты, образование металла и шлака. Сверху рабочее пространство ограничено сводом1, снизу — подом (или подиной) 10, задней и передней стенками, а с боковых сторон — головками2. В передней стенке сделаны завалочные окна 11 (их бывает от трех до семи в зависимости от величины печи). Через них загружают печь, берут пробы, наблюдают за процессом, а также наваривают или исправляют под. Завалочные окна закрываются огнеупорными  заслонками. В задней стенке внизу имеется отверстие для выпуска металла и шлака, забитое огнеупорной пробкой, которую при выпуске пробивают. Головки печи расположены симметрично. В них находятся каналы3 и 4, через которые в печь поступают газ и воздух и отходят продукты горения. В нижней части головки соединяются с регенераторами 5 и б, установленными попарно с обеих сторон печи (всего их четыре); при работе на жидком топливе можно ограничиться двумя регенераторами (по одному с каждой стороны). Регенераторы представляют собой камеры, выложенные огнеупорным кирпичом. Внутри регенератора имеется огнеупорная насадка с вертикальными каналами. В нижней части регенераторы соединены с каналами 7 и 8, по которым поступают воздух и газ и отходят продукты горения. Чтобы регулировать направление движения газа и воздуха в печь, а продуктов горения — к дымовой трубе, в каналах имеются перекидные клапаны9.

Работа мартеновской печи начинается с ее загрузки. печь загружается завалочными машинами. При скрап-процессе вначале заваливают лом и известняк, затем чугун, при скрап-рудном процессе — сначала железную руду и известняк, а затем жидкий чугун. чугун заливают из ковша по желобу, устанавливаемому в завалочном окне. В зависимости от величины печи и степени механизации завалка длится от двух до трех часов. Одновременно с завалкой шихты в печь подают топливо и воздух (попеременно через правые и левые головки печи).

Подогрев продуктов горения обеспечивает при сгорании топлива в рабочем пространстве температуру около 2000° С. При работе на жидком топливе регенераторы подогревают только воздух, а нефть или мазут подаются форсунками, установленными в каналах головок печей.

Процесс получения стали в мартеновской печи делится на три периода.

Первый  период — плавление — начинается вскоре после начала загрузки. После окончания загрузки расплавление идет интенсивнее, так как уменьшаются потери тепла.

Во время плавления надо вводить в печь наибольшее количество тепла. Это предохранит металл от растворения в нем газов и от излишнего окисления.

Период плавления характеризуется окислительными реакциями: окисляются кремний, марганец, железо, фосфор.

Одновременно образуется большое количество закиси железа FeO, которая является основным окислителем примесей — кремния, марганца, фосфора.

Второй  период — окисление — характеризуется энергичным окислением углерода за счет FeO. Это окисление протекает по реакции

С + FeO= СО + Fe— Q

Образующиеся при этом газы, стремясь вырваться из ванны, приходят в состояние кипения, поэтому второй период плавки называют периодом кипения. Выгорание углерода длится 2—3 часа. По получении требуемого процента углерода заканчивается второй период плавки.

Третий  период — раскисление. Цель раскисления та же, что и в конверторе, и применяются те же раскислители: ферросилиций, ферромарганец, алюминий. Более тяжелые раскислители загружают прямо в печь, более легкие — в желоб или в ковш. Иногда для проверки раскисленности стали делают пробу. Застывший раскаленный кусок стали подвергают ковке; при плохой раскисленности образуются трещины. Если в мартеновской печи выплавляют легированную сталь, после раскисления в нее вводят легирующие элементы: ферротитан, феррохром, высококремнистый ферросилиций и др. Для получения никелевой стали вводят чистый никель.

После окончания плавки сталь выпускают в ковш. процессплавки длится 5—8 часов, при скоростном сталеварении сроки сокращаются до 4,5—5,5 часа. Важнейшим фактором повышения производительности мартеновских печей является внедрение новой прогрессивной технологии, в первую очередь применение кислорода в мартеновской плавке.

Кислород вводят при плавке двумя способами: а) путем обогащения факела пламени в период завалки и расплавления шихтовых материалов и б) продувкой жидкой ванны в период выгорания углерода.

Применение кислорода повышает производительность мартеновской плавки на 15—25%. Особенно эффективные результаты достигаются в печах большой мощности.

В мартеновских печах выплавляют качественную углеродистую конструкционную и инструментальную сталь, а также низколегированную и среднелегированную. Сталь, выплавленная в мартеновских печах, идет на изготовление проката и поковок. Из нее делают рельсы, рессоры, балки и другие детали машин.