Мартеновское производство стали
Мартеновское производство — это процесс получения стали методом окислительной плавки в мартеновских печах.
Мартеновская печь — пламенная регенеративная печь с горизонтальным рабочим пространством. Для выплавки стали в мартеновской печи может применяться как жидкий, так и твердый чугун. В отличие от кислородного конвертора для выплавки стали в мартеновской печи недостаточно того тепла, которое выделяется в результате экзотермических реакций окисления примесей чугуна. Поэтому в печь подводится дополнительное тепло, получаемое в результате сжигания топлива в рабочем пространстве. В качестве топлива применяют природный газ, мазут, а также смесь доменного и коксового (образующегося при производстве кокса) газов.
Мартеновская печь состоит из следующих основных частей: рабочего пространства 4 (ограниченного подом 7, сводом 5, передней стенкой с завалочными окнами 9 задней стенкой), которое служит для проведения самого процесса плавки; головки (правая и левая) 1, 5 и каналов 2— для подачи в печь топлива и воздуха на горение и отвода из него продуктов сгорания; шлаковиков (воздушных и газовых) —для осаждения содержащихся в продуктах сгорания пыли и частиц шлака; регенераторов 6, 8 (воздушных и газовых) —для подогрева поступающих в печь газа и воздуха за счет аккумуляции тепла выходящих из печи продуктов сгорания; боровов (каналов) — для прохода продуктов сгорания; системы перекидки клапанов; дымовой трубы. Мартеновская печь — агрегат симметричный: правая и левая ее стороны относительно вертикальной оси одинаковы по устройству. Топливо и воздух для горения поступают в рабочее пространство поочередно то с правой, то с левой стороны; продукты сгорания отводятся из рабочего пространства соответственно с противоположной стороны.
Проходя через регенераторы, горячие продукты сгорания нагревают огнеупорную насадку. Когда через эти регенераторы направляются в печь холодные газ и воздух, они нагреваются от горячей насадки.
Мартеновские печи сооружают емкостью до 900 т. Наибольшее распространение получили две разновидности мартеновского процесса: скрап-рудный, при котором основной составляющей шихты является чугун, и скрап-процесс, при котором основной составляющей шихты является металлический лом. Как правило, при скрап-рудном процессе, чугун применяется в жидком виде, скрап-процесс осуществляется целиком на твердых шихтовых материалах. Кислый мартеновский процесс в последние годы находит все меньшее распространение. В кислых печах проводится только скрап-процесс.
Процесс плавки при скрап-рудном варианте состоит из следующих периодов: завалка твердых шихтовых материалов (железная руда, известняк, скрап); прогрев; заливка жидкого чугуна; плавление, кипение; раскисление и легирование; выпуск металла. Во время плавления в результате реакций окисления примесей формируется шлак. К моменту полного расплавления всей шихты отбирается проба металла на химический анализ. После спуска первичного шлака и наводки нового с помощью извести в металле достигается нужное содержание фосфора. Если его содержание превышает допустимое, то операция спуска и наводки нового шлака повторяется несколько раз. Период кипения предназначен для доведения состава металла (главным образом по содержанию углерода) до требуемого и нагрева металла до температур, обеспечивающих дальнейшую разливку. Главной реакцией этого периода является реакция окисления углерода. Образующаяся окись углерода в виде газовых пузырей всплывает через толщу металла, проходит шлак и удаляется в атмосферу печи. Процесс выделения пузырей углерода создает впечатление кипения. Этот процесс позволяет перемещать всю толщу металла, приводит к выравниванию химического состава металла, а также ускоряет процесс нагрева металла по всей высоте ванны и очищает металл от находящихся в нем газов и неметаллических включений. В этот же период происходит реакция удаления серы из металла.
В момент, когда будет достигнуто требуемое содержание углерода в металле, его раскисляют—вводят вещества, которые легче соединяются с кислородом, чем углерод. При выплавке легированных сталей в этот же период в металл вводят легирующие добавки. После непродолжительной выдержки открывают сталевыпускное отверстие, расположенное в середине нижней части задней стенки, и готовую сталь выпускают по желобу в сталеразливочный ковш.
В последние годы получили большое распространение различные способы интенсификации мартеновской плавки. Широко используется кислород как для интенсификации процесса горения топлива в печи, так и для непосредственной продувки металла по типу продувки в кислородном конверторе. Для этого через свод печи к поверхности металла опускают водоохлаждаемые кислородные фурмы.
Работа мартеновских печей в значительное степени автоматизированa.
Основными показателями, характеризующими работу мартеновской печи, являются годовая производительность и съем стали с 1 м2 площади пода. Годовая производительность — это количество стали, выплавленной в течение года на данной печи. Производительность крупных печей превышает 0,5 млн. т стали в год. Съем стали характеризует интенсивность работы различных печей и исчисляется отношением суточного производства стали к площади пода печи. Обычно съем стали составляет 12—13 т/(м2-сут).