Pereosnastka.ru

Мартеновское производство возникло в 1864 г., когда П. Мартен построил первую регенеративную (использующую теплоту отходящих газов) печь, давшую годную литую сталь из твердой’шихты. В России первая мартеновская печь была построена в 1869 г. А. А. Износковым на Сормовском заводе. Вплоть до 90-х годов мартеновские печи использовались для производства стали лишь с завалкой твердой шихты и работали по так называемому скрап-процессу. Разработка технологии рудного процесса на жидком чугуне была осуществлена в России братьями А. М. и Ю. М. Горяиновыми; они же внедрили плавку по этой технологии в 1894 г. на Александровском заводе в Екатерино-славле (ныне Днепропетровский завод им. Г. И. Петровского).

В мартеновской Зпечи осуществляется передел загруженной в нее шихты: твердого или жидкого чугуна, стального и чугунного лома с использованием железной, руды, окалины, кислорода, флюсов и ферросплавов —в сталь заданного состава; при этом получается побочный продукт плавки — мартеновский шлак.

Мартеновская печь. Верхняя часть мартеновской печи (рис. 2) состоит из рабочего пространства (ограниченного ванной, передней стеной, задней стеной, сводом) и головок, расположенных с обоих концов рабочего пространства. В передней стене находятся загрузочные окна, через которые с рабочей площадки загружается шихта, берутся пробы и ведется наблюдение за плавкой. Подина печи имеет наклон к задней стене, в которой находится отверстие для выпуска готовой стали, разделываемое перед выпуском.

Через каналы 1, 2, 3 и 7 головок подается газ (топливо) и окислительное дутье и отводятся продукты горения.

Нижняя часть печи состоит из двух пар шлаковиков, двух пар регенераторов, подземных каналов с перекидными клапанами и дымового борова, соединенного с дымовой трубой или котлом утилизатором.

Шлаковики и регенераторы расположены попарно и симметрично по обе стороны печи. На рис. 10 (главный вид) сечение через воздушный шлаковик и газовый шлаковик сделано в одной плоскости с сечением рабочего пространства, а сечение через воздушный регенератор и газовый регенератор — в другой плоскости: шлаковики находятся под головками, а регенераторы под рабочей площадкой. На горизонтальном разрезе, внизу слева (рис. 10), показано взаимное расположение шлаковиков и регенераторов. Регенераторы служат для нагрева воздуха и горючего газа, поступающих в рабочее пространство при температуре 1000—1150°. Необходимость нагрева вызвана тем, что в рабочей пространстве должна быть обеспечена температура до 1700° и более, если же предварительного нагрева дутья и газа не производить, то температура в печи будет недостаточна для нагрева и последующего плавления мягкой стали.

Камеры регенераторов заполнены насадкой в виде решетчатой кладки из огнеупорного кирпича.

Регенераторы работают попарно и попеременно: в то время как одна пара нагревает дутье и газ, другая аккумулирует (запасает) теплоту отходящих продуктов горения; по охлаждении регенераторов до нижнего предела либо по достижении верхнего предела нагрева регенераторов, аккумулирующих теплоту, происходит перемена направления движения газов посредством перекидки клапанов. Шла-ковики расположены между головками и регенераторами; они служат для собирания пыли и капель шлака, которые выносятся продуктами горения.

Для нагрева мартеновских печей, работающих на машиностроительных заводах, применяется также жидкое топливо (мазут). Мазут в рабочее пространство вводится с помощью форсунки и распыляется струей воздуха или пара под давлением 5—8 ати. Печи, работающие на мазуте, оборудуются только двумя регенераторами (и соответственно двумя шлаковиками) для подогрева окислительного дутья по одному с каждой стороны.

Мартеновские процессы и печи разделяют на основные и кислые в зависимости от характера процесса и, соответственно, материала футеровки подины и стен.

Плавка стали на шихте, содержащей фосфор и серу в количестве, превышающем допустимое в готовой стали, производится основным процессом, т. е. под основным шлаком и в печах с основной футеровкой.

Ванна основных печей футеруется обожженным доломитом или магнезитом. Для кладки свода рабочего пространства, головок и стен шлаковиков применяют магнезитохромитовый кирпич, имеющий высокую стойкость. В небольших печах, а также при отсутствии магне-зитохромитового кирпича, свод печей делается из динасового кирпича.

Для плавки стали под кислым шлаком применяются кислые печи с футероКкой из динасового кирпича и кварцевого песка.

Помимо стационарных мартеновских печей, применяются также качающиеся мартеновские печи. Верхняя часть качающейся печи опирается на систему роликов. Между торцовыми стенками рабочего пространства и головками имеются небольшие щели, обеспечивающие возможность поворота корпуса печи. Посредством поворотного механизма осуществляется наклон до 15° в сторону рабочей площадки для скачивания шлака, или на 30—33° в сторону выпускного отверстия для выпуска стали.

Продолжительность службы мартеновской печи (ее кампания) определяется числом плавок, выдерживаемых сводом рабочего пространства; она составляет обычно для печей с динасовым сводом 250—• 300 плавок (при большой емкости) или 400—500 плавок (при малой и средней емкости), а для печей с хромомагнезитовым сводом 700 и более плавок.

В мартеновских печах выплавляют углеродистую конструкционную сталь, а также легированную сталь различных марок.

Плавка в мартеновских печах. Мартеновский процесс протекает при физико-химическом взаимодействии между металлом, шлаком, газовой средой и футеровкой печи в условиях высоких температур.

Задачей процесса является уменьшение до требуемой нормы содержания углерода, марганца и кремния и возможно более полное удаление вредных примесей (серы, фосфора, кислорода, водорода, азота).

Окисление элементов металлической канны протекает при взаимодействии их с кислородом, который вносится в рабочее пространство печи дутьем, а также с рудой и окалиной; применяется также вдувание кислорода в расплавленный металл.

Существуют две главные разновидности мартеновского процесса: скрап-рудный процесс (основной) и скрап-процесс (кислый или основной).

Скрап-рудный процесс. Этот процесс применяется в мартеновских печах металлургических заводов (комбинатов), где имеются доменные печи. Шихта при скрап-рудном процессе состоит в основном (обычно более чем на 65%) из жидкого чугуна, небольшого количества (10—15%) стального лома (скрапа), железной руды и флюсов.

В настоящее время основную часть стали получают скрап-рудным процессом.

Мартеновский чугун почти всегда содержит повышенное количество фосфора, поэтому для скрап-рудного процесса применяются основные печи. Сначала в печь загружают твердую шихту: стальной лом, флюс (известняк или известь) и железную руду. Заливку жидкого чугуна производят, когда шихта в печи нагреется до температуры несколько более высокой, чем температура плавления чугуна.

Образовавшиеся окислы Si02 и MnO всплывают в шлак.

Кипение способствует перемешиванию металла, выравниванию его состава и температуры, отделению в шлак неметаллических включений и дегазации металла.

Помимо обесфосфоривания (дефосфорации), свободная СаО обеспечивает обессеривание (десульфурацию) металла, что также совершенно необходимо.

После кипения приступают к раскислению металла в печи, для чего в ванну вводят раскислит^ли преимущественно в виде ферросплавов. Раскислители восстанавливают железо из его закиси (FeO) и связывают кислород в прочные соединения, нерастворимые в металле.

При выплавке легированной стали обычно вслед за раскислением производится введение в ванну легирующих элементов: некоторые из легирующих элементов могут явиться одновременно и раскислите-лями.

Когда состав стали проверен пробой и найден соответствующим заданному, разделывают выпускное отверстие и плавку выпускают в заранее подготовленный сталеразливочный ковш. При этом для спокойной стали производится дополнительное раскисление путем заброски раскислителей в струю металла на желобе и в ковш. После этого приступают к разливке стали.

Продолжительность плавки зависит от емкости печи, рода топлива, состава шихты и других условий и занимает от 5 до 12 час.

Емкость печей для скрап-рудного процесса принимается в пределах от 100 до 500 т.

Скрап-процесс. Этот процесс осуществляется в мартеновских цехах машиностроительных заводов, где имеются в большом количестве отходы производства в виде стального и чугунного лома, стружки, обрезков металла, а также в виде частей машин, пришедших в негодность, и т. п.

При скрап-процессе металлическая шихта содержит 65 — 80% отходов и лома (скрапа); остальное — чушковый чугун.

Основной скрап*процесспо реакциям, протекающим после расплавления шихты, подобен описанному выше скрап-рудному процессу.

В кислых мартеновских печах (кислый скрап-процесс) можно получать сталь лишь из шихты материалов, содержащих настолько мало серы и фосфора, что удаление этих вредных примесей не является необходимым. В этих печах шлак состоит на 55—60% из окиси кремния (Si02).

Для наведения шлака в завалку вводят шлак прежних кислых мар^ теновских плавок. При необходимости руда для окисления загружается на жидкий шлак.

Окись кремния связывает окислы железа в силикаты (например, FeSiOa), поэтому окисляющая способность кислого шлака значительно меньше, чем основного; следовательно, и процесс окисления в кислых печах идет медленнее, чем в основных. Этим определяется относи^ тельно меньшая производительность кислых печей и большая стоимость кислой стали.

Однако замедленное течение окислительных реакций и отсутствие в шлаке свободных окислов железа обеспечивает более полное удаление из стали неметаллических включений, меньшее содержание в ней кислорода. В кислой стали содержится меньше, чем в основной, азота и водорода, так как кислые шлаки являются более вязкими, чем основные, и меньше пропускают эти газы из газовой среды печи.

В практике кислого мартеновского процесса применяются двп варианта плавки: активный процесс и кремневосстановительньш процесс.

Активный процесс протекает при усиленном кипении ванны, вызванном интенсивным окислением углерода кислородом, проникающим из атмосферы печи через шлак в ванну жидкой стали.

При кремневосстановительном процессе приток кислорода к металлу из атмосферы печи уменьшается, так как ему препятствует густой шлак, образуемый добавкой кварцевого песка (состоящего преимущественно из Si02).

При кремневосстановительном процессе сталь полностью раскисляется в печи и не требует дополнительного раскисления ферросплавами (или алюминием), как при основном и кислом (активном) процессах. В результате кремневосстановительного процесса получают высококачественную спокойную сталь, применяемую для изготовления деталей ответственного назначения.

Емкость печей для скрап-процесса обычно составляет от 20 до 100 т.

Показатели работы мартеновского цеха. Основным показателем, характеризующим работу мартеновской печи, является количество стали в т, снимаемой с 1 м2 пода печи в сутки. В зависимости от емкости печи, вида процесса, применяемого топлива и вида выплавляемой стали съем стали составляет в среднем от 5 до 9 т стали на 1 м2 площади пода в сутки.

В СССР производительность мартеновских печей в результате технического усовершенствования их работы непрерывно повышается. Важное значение в этом отношении имеет работа сталеваров-скоростников, которые, совершенствуя технологию плавки (сокращая время завалки ш^хты, проводя рациональный тепловой режим, своевременно вводя добавки), достигают уменьшения продолжительности плавок и соответственно значительного повышения показателей. Средний съем стали по мартеновским печам по специализированным заводам черной металлургии СССР в 1959 г. составил 7,86 т с 1 м2 площади пода в сутки.

Значительное увеличение производительности печей дает применение кислорода. В мартеновском производстве кислород применяют для резки нагретой шихты в печи; кроме этого, он применяется для интенсификации сжигания топлива (для чего вводится через специальные форсунки или горелки в головках мартеновской печи) и для ускорения окисления примесей стали путем вдувания кислорода непосредственно в жидкую ванну.

Контрольными цифрами развития-народного хозяйства СССР на 1959—1965 гг. предусмотрено увеличение на 20—30% производительности мартеновских печей за счет широкого использования кислорода и природного газа.

Все современные мартеновские печи имеют автоматизированное управление тепловым режимом, основанным на регулировании подачи топлива с коррекцией по температуре свода печи и верха насадки регенераторов, а также автоматическую перекидку клапанов регенераторов.

Читать далее:

Производство стали в электропечах

• Металлургия алюминия, магния и титана
• Металлургия меди
• Разливка стали
• Производство стали в электропечах
• Конвертерный способ производства стали