§ 18. Производство стали на поду мартеновской печи

Наиболее совершенным и распространенным является способ плавки» стали на поду мартеновской печи за счет внешнего тепла от сгорания топ­лива. При этом способе можно перерабатывать металлический лом и по­лучать высококачественную сталь.

Мартеновские печи выкладывают кислыми огнеупорными или основ­ными огнеупорными материалами. Отсюда и получили свое название ме­таллургические процессы: в печах с кислой футеровкой — кислый метал­лургический процесс и в печах с основной футеровкой — основной метал­лургический процесс.

По видам перерабатываемых материалов различают три процесса плавки: скрап-процесс когда в печь загружают твердые исходные материалы: (стальной лом и твердый чугун), чугунно-рудный процесс — жидкий чугун; и железная руда для окисления примесей и скрап-рудный процесс — при загрузке стального лома, жидкого чугуна и железной руды для окисления? примесей.

Первый процесс применяют на заводах, удаленных от доменных печей;., два последних характерны для металлургических комбинатов, где стале­плавильные печи расположены близко к доменным печам.

Устройство мартеновской печи и принцип ее работы

Для получения жидкой стали на поду мартеновской печи в плавиль­ном пространстве должна быть высокая температура.

Для получения высоких температур в печи подаваемые в нее воздух и газы нагревают до 1100—1300° В современной практике для нагрева воздуха и газа применяют регенераторы, которые нагревают отходящими из печи горячими газами.

Другой способ получения высоких температур в плавильном простран­стве достигается за счет введения в печь для сжигания топлива кисло-

Фиг. 19. Схема устройства мартеновской печи:

/ — расплавленный металл; 2 — расплавленный шлак; 3— свод; 4 — под; 5 — задняя стенка; в — передняя стенка; 7 — загрузочные окна; 8 — выпускная летка для металла и шлака; 9—огнеупорный материал; /0 —воз­душный регенератор; //—тазовый регенератор; /^ — рабочий уровень площадки; 13 и /<?' —каналы для подвода воздуха и отвода продуктов горения; 14 и 14' — каналы для подвода газа и отвода продуктов горения: 15 — перекидные клапаны; 16 — головка; 17 — дымовой канал; 18 — тележка для шлака.

рода. Кислород в этом способе для сжигания топлива применяют в чистом виде или в смеси с воздухом.

На фиг. 19 показана принципиальная схема устройства мартеновской печи. Плавильное пространство А является самой ответственной частью печи. Эта часть печи подвергается действию высоких температур и хими­ческому действию расплавленного металла / и жидкого шлака 2. Рабочее плавильное пространство ограничивается сверху сводом 3, снизу — по­дом 4 и задней 5 и передней 6 стенками. В передней-стенке имеются загру­зочные окна 7, количество которых зависит от размеров печи. В стенке 5 сделано выпускное отверстие (летка) 6\ закрытое во время плавки огнеупор­ным материалом 9. Перед выпуском готовой стали огнеупорный материал 9, закрывающий отверстие, разрушают и отверстие 8 пробивают стальным ломом.

Под печи конструктивно выполнен с уклоном к выпускному отверстию, чтобы весь металл и шлак могли полностью выливаться из печи Рабочее плавильное пространство расположено на высоте 4,5 - 8 м от уровня пола с таким расчетом, чтобы под выпускной желоб можно было подводить раз­ливочный ковш.

В настоящее время на наших заводах применяют стационарные печи большой емкости — до 300—400 т и качающиеся печи емкостью до 500 т.

Регенераторы 10 и 11, которые служат для подогрева воздуха и газа, располагаются под печью или под рабочей площадкой. Как показано на фиг. 20, регенераторы 7 занимают первый этаж и опущены значительно ниже уровня пола. Регенераторы устанавливают с двух сторон печи по­парно. При этом одна пара нагревается, вторая пара отдает тепло. Реге­нераторы 10 (фиг. 19) нагревают воздух, а регенераторы 11 нагревают газ. Если печь работает на жидком топливе или высококалорийном газе, то регенераторы нагревают только воздух.

Для предохранения отдельных частей металлической арматуры печей от высокой температуры последние охлаждают водой.

Мартеновская печь работает по следующему принципу. Через правую пару регенераторов по каналам подают газ и воздух, которые, проходя регенераторы 10 и 11, постепенно нагреваются. Газовый регенератор // внизу имеет температуру 400°, в верхней части 1100° и выше. Воздух в воздушном регенераторе 10 внизу имеет температуру 100°, а вверху 1100° и выше. Нагретые газ и воздух смешиваются в головке и сгорают, давая высокую температуру. Образующиеся продукты сгорания напра­вляются на поверхность металлической ванны, потом идут в проти­воположную сторону печи. Продукты горения удаляют из рабочего пространства через каналы 13' и 14', откуда они попадают в регенера­торы.

Температура отходящих газов в верхней части регенератора 1600°; по мере опускания отходящих газов вниз их температура понижается; из газового регенератора они удаляются в дымовые каналы с температу­рой 600°.

Направление отходящих газов и подачу холодного воздуха и газа регу -­ лируют при помощи специальных перекидных клапанных устройств 15. Спустя некоторое время движение газов в печи переключают в противо­- положное направление так, чтобы левая пара нагревала воздух и газ, а правая нагревалась.

При современном состоянии техники регулирование теплового режима большинства мартеновских печей производится автоматически. Для этой цели в тех местах, где надо иметь заданные температуры, устанавливают термопары, которые связывают с приборами автоматического упра­вления.

При отклонении от нормального режима работы происходит автомати­ческое переключение клапанов и регулирование подачи воздуха и газа.

Устройство типового цеха с мартеновскими печами

Поперечный разрез главного здания типового цеха с мартеновскими печами показан на фиг. 20. Печь 2 располагают на уровне второго этажа с таким расчетом, чтобы металл можно было выпускать в разливочные ковши 6. Регенераторы 7 расположены под рабочей площадкой. Загрузку печей производят специальными крановыми или напольными машинами 1. Эти же машины используют для выполнения ряда технологических опе­раций: выравнивания¹ шихты, снятия шлака, перемешивания металла: и др. Материалы подаются в печь в металлических ящиках мульдах 3. Ма­териалы доставляют с шихтового двора на рабочую площадку вагонет­ками 4. Готовую сталь, выпускают через, летку, в по желобу в разливочный ковш 6 и при помощи крана разливают из ковшей в изложницы 5, установленные на вагонных тележках.

Заливку жидкого чугуна в печь производят со стороны рабочей пло­щадки. Для заливки в загрузочное окно устанавливают промежуточный желоб.

Фиг. 20. Поперечный разрез главного здания типового цеха с мартеновскими печами.

Чугун при помощи крана сливается из чугуновозного ковша в печь.

Основной процесс плавки на твердой завалке

При плавке стали в печах с основной футеровкой на твердой завалке шихта состоит из стального лома и чушкового передельного чугуна. За­гружают шихту в минимально короткий срок, не допуская охлаждения печи. Расплавление шихты также ведут форсированно.

Быстрое расплавление шихтовых материалов предохраняет железо от излишнего окисления и насыщения газами и повышает производитель­ность печей. В период расплавления кремний почти полностью окисляется:

Si + O₂ Si0₂.

Частично окисляются Mn, P и С:

2Мп + 0₂ 2МпО;

2Р -f 50₂ 2Р₂0₅;

2С + 0₂ 2СО.

После полного расплавления металла на поду печи образуется два слоя: внизу - металл 1, вверху — шлак 2 (фиг. 19). Дальнейший процесс плавки протекает под слоем шлака. В этот период окисление примесей идет за счет растворенной в металле закиси железа, которая переходит из шлака в металл. Закись железа FeO на поверхности шлака окисляется до Fe₈0₄, a Fe₈0₄ опускается в шлаке вниз, соприкасается с металлом и окисляет железо:

Fe₂0₄ + Fe FeO.

FeO растворяется в металле и окисляет примеси:

Si + 2FeO 2Fe + Si0₂;

кремнезем связывается известью основного шлака:

Si0₂ + 2СаО 2 (СаО) Si0₂;

Мn + FeO -* МnО + Fe;

2Р + 5FeO 5Fe + Р₂0₅;

(FeO)₃ + Р₂0₅ (Fe0)₃P₂0₅;

образующаяся соль фосфорной кислоты связывается известью:

(FeO)₃P₂0₅ + 4СаО (СаО)₄Р₂0₅+ 3FeO,

поэтому содержание фосфора в металле уменьшается.

Главной из происходящих в печи реакций считается окисление угле­рода:

С + FeO Fe + CO.

Окись углерода, выделяясь из металла, вызывает его кипение. При плавке в пламенных печах в результате этой реакции металл перемеши­вается, восстанавливается железо и из металла удаляются газы и неметал­лические включения, которые всплывают на пузырьках СО, Реакция окис­ления углерода должна продолжаться до тех пор, пока сталь не будет нагрета до заданной температуры, если же углерод выгорит раньше времени, вос­становление железа прекратится, и оно будет окисляться. Такую плавку приходится исправлять введением ферромарганца и удлинением времени плавки.

По температуре и содержанию углерода плавку доводят до заданных технологических пределов в соответствии с маркой стали. Перед оконча­нием плавки раскисляют металл путем введения раскислителей (Mn, Si и А1).

Для получения легированной стали после раскисления в ванну загру­жают добавки соответствующих ферросплавов (ферромарганец, ферроси­лиций, феррохром, ферротитан и др.) или чистых металлов (никель, медь и др.).

Готовую сталь выпускают из печи через отверстие 8 (фиг. 20) в ковш 6. Выпуск стали осуществляют при возможно большей температуре, так как часть раскислителей и присадок, которые нельзя вводить в печь, присажи­вают непосредственно в ковш. При растворении присадок металл охлаждается. Выход жидкой стали при плавке скрап - процессом составляет около 96% на 100 весовых частей загруженной шихты.