Применение мартеновских печей при выплавке стали и чугуна

Все знают, для каких целей служит мартеновская печь. Конечно, для получения очень прочного материала под названием – сталь. Всем также известно, что химический состав ее бывает разным, что определяет ее качества. Состав задается закладкой в печь кроме железного лома и руды разных добавок. В мартенах переплавляется около половины стального лома.

В мартенах можно получать металл высокого качества, определенно заданного состава. Управление за процессом изготовления жидкой стали простое, контроль несложный, а закладываемые материалы могут быть разнообразными. Стоимость получения стали таким способом относительно небольшая.

В последнее время доля выплавки стали таким способом падает, потому что развивается новый способ – кислородно-конвертерный, а возведение домен прекратилось.

 

 

 

Принцип работы мартеновских печей

Мартеновская печь использует принцип передачи тепла материалам от сгораемого топлива и раскаленной внутренней кладки стен. Она является представительницей печей отражательного типа. Для строительства стен мартена применяется только огнеупорный кирпич. Получается ванна, где происходит плавка под действием высокой температуры.

Верхняя часть сделана в виде полусферы. Благодаря такой особенности конструкции печи материалы в ванне разогреваются очень равномерно. Тепло охватывает всю поверхность шихты.

Сейчас в качестве топлива в печах подается газ, который предварительно нагревается вместе с воздухом в регенераторах и подается над ванной.
Температура в мартенах достигает 2000 градусов по Цельсию. При такой высокой температуре происходит полное расплавление всех загруженных в печь компонентов.

 

 

 

В стенке спереди печи есть проемы окон для подачи шихты и заливки чугуна, которые закрываются во время плавки жаростойкими заслонками со специальными смотровыми щелями. В них может смотреть сталевар, наблюдая за происходящим внутри печи.

Есть в мартене специальный проем окна, через который выливается готовый металл. Он заделывается огнеупорным материалом в виде пробки перед началом плавки.

Многоэтапная плавка

Получение расплавленной стали в мартене – процесс многоэтапный. В печь загружается в мульдах (стальные ящики) шихта. Это лом, известь, руда. На загрузке работает завалочная машина. При закрытых заслонках запускается газ с воздухом, чтобы твердые материалы расплавились. Это первый этап.

Следующий этап – загрузка жидкого чугуна. Он после получения в домне в жидком виде находится в специальном хранилище – миксере. Доставляется доменный чугун в ковшах и по желобу заливается в печь.

 

 

 

Сталь варится несколько часов. Сталевар время от времени берет пробы стали специальным приспособлением и отправляет в лабораторию для быстрого анализа. Каждый раз по результатам экспресс-анализа в печь добавляются те или иные ингредиенты: элементы цветных металлов, углерод, серу и другие составляющие стали. Состав получаемой стали должен соответствовать определенной марки.

На последнем этапе очищается сталь от ненужных примесей, включая кислород. Это называется – рафинирование стали.

Два вида мартеновского процесса

Плавка стали может происходить с применением чугуна в болванках на предприятиях, где не построены домны, или с использованием доменного жидкого чугуна.

В первом случае подразумевается – скрап-процесс, когда более половины объема загружаемой шихты состоит из металлического лома.

Во втором случае шихта состоит в основном из расплавленного чугуна и железной руды. Этот процесс называется – скрап-рудный.

 

 

 

Футеровка печи

Есть два вида футеровки мартеновской печи. При преобладании в шлаке основных оксидов в пробах плавки, то говорят, что идет основной мартеновский процесс. Если результаты пробы покажут преобладание кислых оксидов, то сталевары имеют дело с кислым мартеновским процессом.

Основная масса стали выплавляется скрап-рудным типом процесса в мартенах с основной футеровкой. Первым делом в печи подогревается известняк и руда, затем добавляют металлом. В последнюю очередь в расплавленную шихту подается доменный чугун. При плавлении примеси чугуна окисляются оксидами руды и металла. Образуется железистый шлак. В нем есть оксиды железа, а также и марганца в большом количестве.

Далее, проводятся мероприятия по освобождению жидкой стали от ненужных оксидов. Используется с повышенной валентностью кислород и железная руда, подача топлива и воздуха прекращается, шлак выводится.

Чтобы избавиться от серы, используют известь с бокситами, создавая новый шлак. Сталевары следят, чтобы было достаточно углерода для химических реакций. Из жидкой стали удаляются различные взвеси и включения.

 

 

 

 
Химический состав металла должен соответствовать на этом этапе требуемой марке стали.

Остается произвести раскисление металла. Оно имеет определенные стадии. Используются раскислители, например, ферромарганец.

В кислых мартеновских печах жидкая сталь содержит меньший процент водорода и кислорода. Почти нет в ней неметаллических включений. Эта сталь получается более пластичная, с высокими механическими свойствами. Из такого материала можно изготавливать детали, которые используются на особо ответственных участках производства.

Экономические показатели мартеновской печи

Основной показатель любого производственного процесса – производительность. Производительность мартеновской печи рассчитывается как показатель объема стали в тоннах на один квадратный метр площади пода в сутки.

 

 

Вторым важным показателем эффективности работы мартеновской печи экономисты установили потребление топлива на производство тонны стали.

Самая большая печь с рабочим объемом в 900 м3 построена на металлургическом заводе в городе Жданов. Она самая крупная в мире.

В России уже построены печи с двумя ванными, выплавка в которых дает стали в два раза больше с одного квадратного метра площади пода, чем в обычных мартенах за один и тот же период времени. Вместо воздуха с газом подается кислород. Расход топлива экономнее в 10-15 раз. Этим печам не нужны регенераторы.