10. Глава VI. Плавильные печи черной металлургии § 20. Мартеновские печи

Схема мартеновской печи и основы мартеновского процесса

Мартеновская печь служит для выплавки стали из чугуна и стального лома (скрапа). Сталь по составу отличается от чугуна меньшим содержанием углерода, а также вредных примесей— серы и фосфора. Сущность получения стали заключается в удалении из чугуна части углерода и вредных примесей.

Различают два способа получения стали в мартеновских печах: скрап-процесс и рудный процесс.

При скрап-процессе плавка ведется на твердой шихте, состоящей главным образом из 60—80% стального лома и 15—40% чугуна. Скрап-процесс применяется на заводах, не имеющих доменного производства.

На заводах, имеющих доменные печи, работают на рудном процессе, при котором в мартеновскую печь заливают жидкий чугун. В этом случае шихта состоит из 80—90% чугуна и 20— 10% железной руды и скрапа.

Мартеновские печи отапливаются природным газом, мазутом или смешанным коксо-доменным газом.

Мартеновская печь, отапливаемая природным газом или мазутом, представляет собой ванную регенеративную печь, основными элементами которой являются: рабочее пространство с ванной, в которой происходит плавление стали; головки печи, расположенные по торцам рабочего пространства и служащие попеременно для подачи топлива и воздуха в рабочее пространство и отвода из него продуктов горения; вертикальные каналы, по которым попеременно с одной стороны подается к головкам воздух от регенераторов, а с противоположной стороны уходят продукты горения; регенераторы для подогрева воздуха; шлаковик и, расположенные между вертикальными каналами и регенераторами и служащие для осаждения капель шлака, уносимых отходящими из рабочего пространства газами; система боровов и газоходов, по которым отводятся из регенераторов продукты горения и подается в регенераторы воздух, и дымовая труба для отвода продуктов горения.

При отоплении печи низкокалорийным смешанным коксо-доменным газом помимо воздуха подогревают также и газ. Поэтому печи, работающие на коксо-доменном газе, оборудуются с каждой стороны двумя регенераторами — одним для подогрева воздуха и другим для подогрева газа —и соответственно двумя шлаковиками и вертикальными каналами —воздушными и газовыми.

Так как температура продуктов горения, уходящих из регенератора, еще достаточно высока (600—800°С), то для использования их физического тепла в современных мартеновских цехах между печью и дымовой трубой устанавливают котел-утилизатор.

Рабочее пространство, головки и вертикальные каналы называют верхним строением печи, а шлаковики и регенераторы, расположенные под рабочей площадкой, — нижним.

Мартеновские печи разделяются на кислые с футеровкой из кислых материалов —динаса, кварцевой набойки и основные с футеровкой из основных материалов —магнезита и магнезитовой наварки. В настоящее время распространены основные печи; выплавка стали в кислых печах изредка встречается на машиностроительных заводах.

Загрузку печи скрапом и рудой производят при помощи завалочной  машины, которая берет хоботом  мульду   (короб) со скрапом или рудой, вводит ее в печь через рабочие окна, устроенные в передней стене, и там,  опрокидывая,   выгружает.

Жидкий чугун заливают в печь из ковша по желобу, устанавливаемому в завалочном окне. В печь сначала загружают мелкий чистый лом и железную руду, а затем известняк, стальной лом и чугун. Во время загрузки в печь подают наибольшее количество тепла, чтобы прогреть загружаемые материалы и ускорить их плавление. Процесс плавки в основных мартеновских печах делится на два периода: плавление и доводка.

В период плавления скрапа и чугуна окисляется железо, которое переходит в шлак в виде FeO. В дальнейшем FeO взаимодействует с примесями чугуна, окисляя их

Si + 2FeO = 2Fe + Si02;    Mn + FeO = Fe + MnO;

2P 4- 5FeO = 5Fe + P205;   С + FeO = Fe + CO (газ).

К концу плавления шихты известняк прогревается и превращается в известь (СаСОз=СаО+С02), которая ошлаковывает кремнезем Si02. Окислы марганца и фосфора также переходят в шлак.

Период доводки металла наступает сейчас же за расплавлением шихты. Начало его характеризуется энергичным окислением углерода за счет FeO. Для обеспечения в этот период более интенсивного окисления примесей добавляют железную руду, увеличивающую содержание FeO в ванне. Образовавшиеся при окислении углерода газы, удаляясь из ванны, создают впечатление бурного кипения жидкой ванны период кипения сталь доводится до требуемого химического состава, дегазируется, но в ней еще растворено большое количество окиси железа FeO. Кислород в стали является вредной примесью, придающей ей красноломкость — хрупкость в горячем состоянии. Поэтому для удаления кислорода сталь раскисляют, добавляя в ванну раскислители — ферромарганец и ферросилиций. Раскисление идет по реакциям:

FeO + Mn = MnO + Fe;

2FeO + Si = Si02 + 2Fe.

После раскисления сталь выпускают через летку в ковш. Отверстие летки забивается огнеупорной пробкой, которую при выпуске пробивают.

При выплавке специальных легированных сортов стали в ванну добавляют соответствующие легирующие элементы: ферротитан, феррохром, никель и др. Для интенсификации процесса в последние годы применяют обогащение воздуха, идущего на горение, кислородом.

Мартеновские печи характеризуются емкостью, которая соответствует массе металлической садки (чугуна и скрапа). Фасонносталелитейные цехи, где сталь используется для отливки изделий, оборудуют печами емкостью 5—100 г; на металлургических заводах наибольшее распространение получили печи емкостью 250—600 и до 900 т. За сутки печь выдает 1,5—2,5 плавки. Удельная производительность мартеновских печей в Советском Союзе составляет в среднем 6—10 т на 1 м2 площади пода в сутки (площадь пода условно замеряется на уровне порога завалочных окон). Удельный расход тепла колеблется от 3760— §400 кДж/кг (900—1300 ккал/кг) стали для больших печей и до 840 кДж/кг (2000 ккал/кг) для малых печей. В последние годы строительство новых мартеновских печей прекратилось, их заменили конверторы. Однако большая часть стали выплавляется пока еще в мартеновских печах.