Мартеновский процесс

Мартеновский процесс (1864-1865, Франция). В период до семидесятых годов являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.

Мартеновская  печь по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.

Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней – отверстие 9 для выпуска готовой стали.

Схема мартеновской печи

Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую  подсчитывают на уровне порогов загрузочных  окон. С обоих торцов плавильного  пространства расположены головки  печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный  газ, мазут.

Для подогрева воздуха  и газа при работе на низкокалорийном  газе печь имеет два регенератора 1.

Регенератор – камера, в которой размещена насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.

Отходящие от печи газы имеют  температуру 1500…1600 ⁰C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 ⁰C. Через один из регенераторов подают воздух, который проходя через насадку нагревается до 1200 ⁰C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6. Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли и направляются во второй регенератор. Охлажденные газы покидают печь через дымовую трубу 8. После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток газов в печи изменяет направление.

Температура факела пламени  достигает 1800⁰C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей –  до 12 часов. Готовую плавку выпускают  через отверстие, расположенное  в задней стенке на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают малоспекающимися огнеупорными материалами, которые  при выпуске плавки выбивают. Печи работают непрерывно, до остановки  на капитальный ремонт – 400…600 плавок.

В зависимости от состава  шихты, используемой при плавке, различают  разновидности мартеновского процесса:

• скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома;
• скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали, в шлаке преобладают  основные оксиды, то процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые – кислым мартеновским процессом.

Наибольшее количество стали  производят скрап-рудным процессом  в мартеновских печах с основной футеровкой. В печь загружают железную руду и известняк, а после подогрева  подают скрап. После разогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун. В период плавления за счет оксидов руды и  скрапа интенсивно окисляются примеси  чугуна: кремний, фосфор, марганец и, частично, углерод. Оксиды образуют шлак с высоким  содержанием оксидов железа и  марганца (железистый шлак). После этого  проводят период «кипения» ванны: в  печь загружают железную руду и продувают  ванну подаваемым по трубам 3 кислородом. В это время отключают подачу в печь топлива и воздуха и удаляют шлак.

Для удаления серы наводят  новый шлак, подавая на зеркало  металла известь с добавлением  боксита для уменьшения вязкости шлака. Содержание CaO в шлаке возрастает, а FeO уменьшается.

В период «кипения» углерод  интенсивно окисляется, поэтому шихта  должна содержать избыток углерода. На данном этапе металл доводится  до заданного химического состава, из него удаляются газы и неметаллические  включения.

Затем проводят раскисление  металла в два этапа. Сначала  раскисление идет путем окисления  углерода металла, при одновременной  подаче в ванну раскислителей  – ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное раскисление алюминием и ферросилицием осуществляется в ковше, при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в ковш.

В основных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.

В кислых мартеновских печах  выплавляют качественные стали. Применяют  шихту с низким содержанием серы и фосфора. Стали содержат меньше водорода и кислорода, неметаллических  включений. Следовательно, кислая сталь  имеет более высокие механические свойства, особенно ударную вязкость ипластичность, ее используют для особо ответственных деталей: коленчатых валов крупных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

Основными технико-экономическими показателями производства стали в мартеновских печах являются:

• производительность печи – съем стали с 1м² площади пода в сутки (т/м² в сутки), в среднем составляет 10 т/м²; р
• расход топлива на 1т выплавляемой стали, в среднем составляет 80 кг/т.

С укрупнением печей увеличивается  их экономическая эффективность.