Производство стали мартеновским способом

В течение первых 15-20 лет развития мартеновского процесса плавку вели только в кислых печах, т. е. в середине XIX века работали исключительно кислым процессом. В дальнейшем кислый процесс постепенно заменили основным процессом, что объяснялось невозможностью дефосфорации и десульфурации металла при ведении плавки под кислыми шлаками. Кислые шлаки имеют большую вязкость, меньше передают металлу кислорода и тепла из рабочего пространства печи, поэтому продолжительность плавки и расход топлива больше, производительность и стойкость кислой печи меньше, чем основной. Несмотря на это кислым мартеновским процессом и в настоящее время выплавляют небольшое количество стали, так как кислая мартеновская сталь имеет меньшее содержание и особенно благоприятное расположение неметаллических включений. Благодаря этому изделия из кислой стали имеют меньшую анизотропию свойств вдоль и поперек волокон, получаемых после обработки давлением, и лучше переносят динамические нагрузки.

Кислая мартеновская сталь, выплавляемая в настоящее время, как правило, является легированной и используется для изготовления подшипников, некоторых деталей бурового оборудования, прокатных валков и других изделий, несущих динамические нагрузки и имеющих ответственное назначение. Кислая сталь значительно дороже основной, так как, во-первых, для кислых мартеновских печей требуется шихта, чистая по содержанию фосфора и серы; во-вторых, производительность и стойкость кислых печей ниже основных. Тем не менее, в ряде случаев применение кислой стали экономически оправдано вследствие существенного повышения долговечности и надежности работы изделий из нее.

Если имеется малофосфористый и низкосернистый чугун, который обычно получают на древесном угле, то плавку стали в кислых мартеновских печах ведут по обычной схеме, например, как при обычном скрап-процессе: в шихту вводят 30-35% чугуна, высококачественный лом и плавку полностью ведут в одном агрегате, считаясь с особенностями проведения периода доводки.

Однако в настоящее время древесноугольный чугун в металлургических целях не производят, и в шихте кислых мартеновских печей чугун полностью или частично заменяют полупродуктом, получаемым в основных мартеновских печах из обычного коксового чугуна. Следовательно, современный кислый мартеновский процесс по существу является второй стадией дуплекс-процесса: основная мартеновская печь-кислая мартеновская печь.

В основной мартеновской печи производят предварительное рафинирование обычного передельного чугуна главным образом для дефосфорации и десульфурации его. В кислой печи завершают рафинирование (в основном, удаление углерода и газов), производят нагрев металла до требуемой конечной температуры, а также раскисление и легирование.

Полупродукт, полученный в основной мартеновской печи, может подаваться в кислую печь в жидком или твердом виде — в виде так называемых шихтовых болванок (ШБ). Если полупродукт получают в том же цехе, где находится кислая печь, то для повышения производительности кислой печи целесообразно работать на жидком полупродукте, используя его физическое тепло и уменьшая продолжительность периода плавления. Однако при работе на жидком полупродукте трудно синхронизировать работу основной и кислой печей, увеличивается износ ванны кислой печи и возрастают простои для заправки и горячих ремонтов. В связи с этим ШБ используют для плавки не только в том случае, когда полупродукт получают на одном заводе, а перерабатывают его на другом, но часто и тогда, когда полупродукт получают в том же цехе, где его перерабатывают.

Основное требование к полупродукту — это возможно низкое содержание фосфора и серы (не более 0,015-0,020% каждой примеси). Полупродукт должен иметь определенное содержание углерода, которое обычно колеблется в пределах 1,0-2,0% и зависит в основном от содержания углерода в готовой стали. При прочих равных условиях содержание углерода в твердом полупродукте должно быть несколько (на 0,25-0,35%) выше, чем в жидком, так как часть углерода неизбежно окисляется в период плавления твердого полупродукта.

Определенное значение имеет содержание кремния в металлической шихте, следовательно, в полупродукте. Специальные исследования, проведенные на Серовском металлургическом комбинате (СМК), показали, что содержание кремния в металлической шихте желательно иметь не более 0,15%. При таком содержании обеспечиваются наилучшие технико-экономические показатели работы кислой мартеновской печи на твердой завалке активным процессом. Содержание кремния 0,10-0,15% является минимально необходимым так­ же для обеспечения нормальной разливки полупродукта в шихтовые болванки. Металлическая шихта 90-т кислой мартеновской печи СМК обычно содержит: 70-80% шихтовых болванок собственного производства; 10-20% высококачественного (салдинского) чугуна; 10% лома (отходов проката).

При работе на жидком полупродукте металлическая шихта может состоять только из полупродукта, который обычно не содержит кремния, поэтому перед заливкой полупродукта в печь дают 2-3% оборотного шлака — шлака от предыдущей плавки. Иначе ощущается недостаток шлака и осложняется наведение конечного шлака в требуемом количестве и заданного химического состава.

В случае ведения плавки на твердой шихте обычного состава в период завалки шлакообразующих не дают. Их дают только в период доводки, причем в качестве флюса может быть использована как CaO (известь, известняк), так и SiO2 (песок).

Кроме особых требований к металлической шихте, кислый мартеновский процесс отличается от основного своеобразием проведения периода доводки, которое состоит в следующем. В кислой мартеновской печи, если не принимать специальные меры, шлак насыщается кремнеземом ( aSiO2 ≈ 1) и остаточное содержание кремния в металле, определяемое по формуле: [Si] = (KSi • [О] 2 ) -1 , в зависимости от температуры может составлять 0,2-0,4% и более. Вследствие такого высокого содержания кремния в металле и высокой вязкости шлаков, насыщенных кремнеземом, реакция окисления углерода протекает медленно и даже может прекратиться. Это ухудшает условия нагрева и дегазации металла, т. е. приводит к снижению производительности и стойкости печи, и может отрицательно влиять на качество металла. Однако при остаточных содержаниях кремния в металле 0,3-0,4% достигается естественное раскисление металла (без введения раскислителей, продукты окисления которых загрязняют металл неметаллическими включениями), поэтому при высоком остаточном содержании кремния металл получается чище по содержанию оксидных неметаллических включений.

Существуют два варианта проведения периода доводки плавки в кислых мартеновских печах и в связи с этим два варианта кислого процесса: активный процесс с ограниченным (не более 0,10-0,12%) восстановлением кремния и пассивный или кремневосстановительный процесс (0,3-0,4% Si).

Производство стали мартеновским способомАктивный процесс получил большее распространение. Обычный характер изменения состава металла и шлака по ходу доводки плавки при активном процессе показан на рис. 102. В начале доводки как при активном, так и пассивном процессе содержание кремния в металле в основном зависит от температуры и концентрации углерода, определяющей концентрацию кислорода в металле, и обычно колеблется в пределах 0,1-0,2%.

Присадки железной или марганцевой руды, даваемые в начале доводки для интенсификации окисления углерода и нагрева ванны, приводят к снижению концентрации кремния до 12.10.2014

Конвертерный процесс плавки осуществляют в конвертерах — плавильных агрегатах грушевидной формы, изготовленных из стального листа и выложенных внутри основным кирпичом. В процессе работы конвертер можно поворачивать па цапфах вокруг горизонтальной оси на 360° для загрузки скрапа и других компонентов (известь, боксит, плавиковый шпат), заливки чугуна, слива стали, шлака и т.д.

Исходные шихтовые материалы (чугун, скрап, известь, боксит, плавиковый шпат) вводят в конвертер через горловину (рис. 2.8, а, б). Количество скрапа составляет 25. 30 % от массы чугуна. Чугун, используемый для переработки в кислородных конвертерах, должен содержать 3,7. 4,4 % углерода, 0,7. 1,1 % марганца, 0,4. 0,8 % кремния,

Читать также:  Соединение проводов медь с алюминием варианты

Производство стали мартеновским способом

Рис. 2.8. Последовательность операций при выплавке стали в кислородных конвертерах:

а — загрузка твердых исходных материалов; 6 — заливка жидкого чугуна; в — кислородное дутье; г — выпуск стали; д — слив шлака

0,03. 0,08 % серы, ОД5. 0,30 % фосфора. Температура заливки чугуна — 1250. 1400 °С. Известь необходима для наведения шлака, боксит и плавиковый шпат для его разжижения.

После ввода исходных шихтовых материалов внутрь конвертера через горловину вводят водоохлаждаемую кислородную фурму и начинают подавать кислород (рис. 2.8, в). Фурму устанавливают строго вертикально по оси конвертера. Ее поднимают специальным механизмом, сблокированным с механизмом вращения так, что конвертер нельзя повернуть, пока из него не удалена фурма. Во время продувки чугуна кислородом конвертер находится в вертикальном положении. Одновременно с началом продувки и далее, по мере надобности, в конвертер загружают шлакообразующие материалы.

В зоне контакта кислородной струи с металлом (0,9. 1,4 МПа) кислород окисляет все примеси, но наиболее интенсивно — железо, так как его концентрация во много раз выше концентрации примесей:

Производство стали мартеновским способом

Образовавшийся оксид железа FeO растворяется в металле и частично в шлаке. Растворяясь в металле, он обогащает его кислородом:

Производство стали мартеновским способом

В результате этого окисление примесей происходит как кислородом, растворенным в металле, так и оксидом железа на границе шлак — металл по реакциям: Производство стали мартеновским способом

Производство стали мартеновским способом

Удаление фосфора происходит путем связывания его известью и оксидом с образованием фосфата кальция, поглощенного шлаком:

Производство стали мартеновским способом

При повышенном содержании фосфора в жидком металле (более 0,15 %) производят промежуточный слив шлака и наведение нового путем загрузки шлакообразующих элементов.

Удаление серы происходит по реакции:

Производство стали мартеновским способом

Поскольку высокое содержание оксида железа FeO (до 7. 20 %) затрудняет протекание реакции удаления серы из металла, то для передела в сталь в кислородных конвертерах применяют чугун с ограниченным содержанием серы (до 0,07 %).

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному содержанию его в стали. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рис. 2.8, г), раскисляя ее. Для этого в ковш добавляют ферромарганец, затем ферросилиций и алюминий. Раскисляющие элементы, соединяясь с кислородом, образуют нерастворимые в металле окислы, всплывающие в шлак. Затем шлак сливают из конвертера (рис. 2.8, д).

В кислородных конвертерах трудно выплавлять легированные стали, содержащие легкоокисляющиеся легирующие элементы, поэтому такие конвертеры используют для получения конструкционных углеродистых и низколегированных сталей, содержащих 2. 3 % легирующих элементов. Последние вводят в ковш в виде ферросплавов, предварительно расплавив их в электропечи.

К технико-экономическим показателям конвертерной плавки относятся производительность (т/ч), себестоимость 1 т конвертерной стали и расход 02 на 1 т металла. В связи с тем что процесс плавки составляет 25. 50 мин, производительность конвертеров достигает

400. 500 т/ч. Расход кислорода колеблется от 1,8 до 4,0 м 3 на 1 т стали.

Процесс плавки мартеновским способом осуществляется в мартеновских печах — пламенных отражательных регенеративных плавильных агрегатах (рис. 2.9). Основной частью мартеновской печи является плавильное пространство 12, образуемое передней 5 и задней 10 боковыми стенками и сводом 11. В передней стенке печи нахо-

Производство стали мартеновским способом

Рис. 2.9. Схема мартеновской печи

дятся загрузочные окна 4 для подачи шихтовых материалов в печь. В задней стенке расположено сталевыпускное отверстие 9. С обоих торцов сталеплавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с нагретым воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство.

Для подогрева воздуха печь оборудована двумя воздухонагревателями (регенераторами) 1, в которых размещены насадки из огнеупорного кирпича, выложенного в клетку. Оходящие от печи газы при температуре 1500. 1600 °С попадают, например, в левый воздухонагреватель и нагревают его насадку до температуры 1250. 1280 °С. Воздух, поступая в печь через нагретый, например, правый воздухонагреватель, нагревается до температуры 1100. 1200 °С, в головке 2 печи смешивается с топливом (мазут, газ) и на выходе из головки образует горящий факел 7, направленный на шихту 6. Факел имеет температуру

1750. 1800 °С, нагревает рабочее пространство и шихту и способствует окислению примесей шихты при плавке.

Отходящие газы, направляясь в левую головку, очищаются в очистных устройствах (шлаковиках) от шлака и пыли, нагревают насадку и в охлажденном виде покидают печь через дымовую трубу 8.

За расплавлением шихты, окислением значительной части примесей и разогревом металла наступает период «кипения» ванны. При этом в печь загружается руда или ванна продувается поступающим по трубам 3 кислородом, способствующим созданию оксида углерода. В это время может отключаться подача смеси топлива и воздуха в печь и удаляться шлак.

В качестве топлива в мартеновских печах используют природный газ или мазут. Футеровка печи может быть основной и кислой. Если при плавлении стали в шлаке преобладают кислотные оксиды, мартеновский процесс называется кислым, если основные соединения — основным. Кислую футеровку изготовляют из динасового кирпича, верхний рабочий слой набивают кварцевым песком, а о с н о в — н у ю — футеровку выполняют из магнезитового кирпича, на который набивают магнезитовый порошок.

Свод мартеновской печи не соприкасается со шлаком, поэтому его делают из динасового или шамотного кирпича независимо от типа процесса, осуществляемого в печи.

Наибольшее количество стали получают в мартеновских печах с основной футеровкой, так как в этом случае возможно переделывать в сталь различные шихтовые материалы, в том числе и с повышенным содержанием фосфора и серы.

Посредством кислого мартеновского процесса выплавляют качественные стали, которые содержат значительно меньшее количество растворенных газов, неметаллических включений, чем стали, полученные в основной печи. Поскольку в печах с кислой футеровкой нельзя навести основный шлак, способствующий удалению фосфора и серы, то при плавке в таких печах применяют металлическую шихту с низким содержанием серы и фосфора. Благодаря этому кислая сталь имеет более высокие показатели механических свойств, особенно ударной вязкости и пластичности. Ее используют для ответственных деталей: коленчатых валов судовых двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников, стволов орудий и т.д.

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

  • 1) скрап-процесс, при котором основной частью шихты является стальной скрап (кроме скрапа входит 25. 46 % чушкового передельного чугуна);
  • 2) скрап-рудный процесс, при котором основная часть шихты состоит из жидкого чугуна (55. 75 %), а твердая часть — из скрапа и железной руды; применяется на заводах, имеющих доменные печи.

При скрап-рудном процессе по окончании прогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун, который, проходя через слой скрапа, взаимодействует с железной рудой. В период плавления примеси чугуна интенсивно окисляются за счет восстановления железа из руды и скрапа: Производство стали мартеновским способом

Производство стали мартеновским способом

В этот период плавления полностью окисляется кремний и марганец, большая часть углерода и фосфора.

Для ускорения плавления и окисления производят продувку ванны кислородом через специальные фурмы, опускаемые в расплав через отверстия в своде печи. При этом в процессе плавления происходит дальнейшее удаление фосфора по реакции

Читать также:  Структура доэвтектоидной стали после полного отжига

Производство стали мартеновским способом

Образовавшийся фосфат кальция удаляется со скачиваемым из печи шлаком. Но окончании расплавления шихты наступает период кипения.

В процессе кипения в печь дополнительно подают некоторое количество железной руды или продувают ванну кислородом, что создает условия для окисления содержащегося в металле углерода с образованием оксида углерода. В это время отключают подачу топлива и воздуха в печь, в результате чего давление газов в плавильном пространстве печи уменьшается, и выделяющийся оксид углерода вспенивает шлак. Появляющиеся при кипении пузырьки оксида углерода интенсивно перемешивают металл, выравнивая его состав и температуру по объему ванны. Кроме того, на своем пути они захватывают растворенные в металле водород и азот и способствуют всплытию взвешенных неметаллических включений. Сера удаляется в конце периода кипения: Производство стали мартеновским способом

Шлак начинает вытекать из печи через завалочные окна в шлаковые чаши. Эта операция называется скачиванием шлака. Вместе со шлаком удаляется значительное количество фосфора и серы. После этого вновь включают подачу топлива и воздуха, давление газов в печи возрастает, шлак перестает вспениваться и его скачивание прекращается.

Для более полного удаления из металла серы и фосфора в печи наводят новый шлак. Процесс кипения считают закончившимся, если содержание углерода в металле соответствует заданному, а содержание серы и фосфора минимально.

После этого приступают к раскислению. Металл раскисляют в два этапа: в период кипения, путем прекращения подачи руды в печь (вследствие чего раскисление происходит за счет углерода, содержащегося в металле) и подачи в ванну раскислителей: ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное раскисление стали производят в ковше при выпуске ее из печи. При выплавке легированных сталей легкоокисляющиеся легирующие элементы вводят в ванну после раскисления, перед выпуском металла из печи. Плавку считают готовой, когда сталь имеет заданный химический состав и температуру.

Мартеновской плавкой получают углеродистые и разнообразные марки легированных сталей. Посредством основного скрап-рудного процесса преимущественно выплавляют углеродистые стали, так как чугун, известняк и железная руда вносят в металл много вредных примесей. Наиболее качественную, чаще всего легированную сталь получают в кислых мартеновских печах.

Технико-экономические показатели мартеновской плавки:

  • ? средний объем стали с 1 м 2 площади в сутки (в современных печах составляет приблизительно 10 т/сут.);
  • ? расход топлива на 1 т выплавки стали (до 80 кг/т);
  • ? расход кислорода на 1 т стали;
  • ? расход жидкого чугуна на 1 т стали (кг/т);
  • ? себестоимость 1 т стали.

Пути повышении эффективности мартеновской плавки:

  • ? интенсификация металлургических процессов (обогащение дутья кислородом);
  • ? улучшение конструкции печи;
  • ? увеличение интенсивности продувки ванны кислородом и вдувание угольной пыли в жидкую ванну.

Наиболее эффективной является замена обычных мартеновских печей прямоточными двухванными сталеплавильными агрегатами. В этих печах имеются две ванны: в то время как в одной из них протекают процессы загрузки, прогрева, плавления, в другой происходят металлургические процессы получения стали. Двухванные печи не имеют регенераторов, просты по конструкции, в обслуживании и ремонте. Производительность таких печей в 2. 3 раза выше при снижении затрат топлива в 4. 6 раз.

Мартеновский способ является основным способом, дающим около 70% высококачественной стали выплавляемой в мире. В 1865 г. во Франции инженеру П. Мартену после многочисленных попыток удалось получить на поду пламенной печи жидкую сталь. Мартен применил для сталеплавильной печи принцип регенерации тепла отходящих печных газов для подогрева топлива и воздуха, подаваемого в печь. По этому принципу строятся и работают мартеновские сталеплавильные печи до настоящего времени.

Современные мартеновские печи (рис. 12) отапливают обычно газом (чаще всего смесью доменного газа с коксовальным или природным газом) и оборудуют четырьмя регенераторами (по два с каждой стороны печи), заполненные кирпичной решетчатой кладкой для раздельного подогрева газообразного топлива и воздуха, подаваемых в печь. Продукты горения из рабочего пространства печи направляются в одну пару регенераторов (например, правую) и нагревают их насадку (решетчатую внутреннюю кладку), а затем выпускаются в дымовую трубу. В это время газовое топливо и воздух подают в печь через вторую пару регенераторов (например, левую), насадка которых была нагрета раньше. Через некоторое время с помощью автоматически переключающихся клапанов меняется направление выхода печных газов и подачи топлива. Мартеновские печи строят разной вместимости и производительности – от 10 до 500÷900 т. На некоторых заводах работают печи, отапливаемые мазутом или природным газом, в которых подогревается только воздух, подающийся в печь.

Ванна печи, удерживающая расплавленные материалы, имеет форму чаши, и ее длину и ширину обычно определяют на уровне порогов садочных окон, через которые и производят загрузку в печь твердых материалов. Современная 500-тонная печь имеет ванну 16,4 м длины, 5,9 м ширины и более 1 м глубины. Произведение этой длины на ширину принято считать условной площадью пода мартеновской печи. Глубиной ванны считают размер в самой глубо­кой ее части, которая расположена около выпускного отверстия, от подины, до уровня порогов садочных окон. Горячий газ подают в печь по центральному каналу, воздух – по двум боковым. Сходясь в рабочем пространстве печи, эти каналы образуют так называемую головку печи, формирующую газовое пламя. Внутрь стенок головки обычно вставляют кессоны, в которых циркулирует вода для сохранения огнеупоров головки от быстрого разгара. Перед регенераторами в мартеновской печи устанавливают шлаковики для сбора пыли и капель шлака, выносимых из печи с отходящими газами, и предохранения регенераторов от быстрого загрязнения. Загрузку твердой шихты в печь производят через окна с помощью завалочных машин. Выпуск стали и шлака из мартеновской печи после завершения плавки проводят через летку, которую располагают в так называемой задней продольной стенке печи, не имеющей загрузочных окон. Некоторое количество шлака выпускают иногда через так называемые ложные пороги загрузочных окон на лицевую сторону печи. На время плавки летку (выпускное отверстие) заделывают магнезитовым порошком и огнеупорной глиной.

Кроме стационарных мартеновских печей иногда для переработки чугунов, содержащих много фосфора, применяют качающиеся мартеновские печи, рабочее пространство которых располагают на катках, что облегчает и ускоряет удаление (скачивание) по ходу передела фосфористых шлаков и тем самым повышает производительность печи.

Мартеновский способ получил широкое применение благодаря возможности использования различного сырья и разнообразного топлива. В настоящее время мартеновский процесс различают в зависимости от используемого сырья: скрап-процесс, если его шихта состоит из стального лома (60÷70%) и твердого чушкового чугуна (30÷40%). Эта разновидность процесса применяется на заводах, не имеющих доменного производства (Московский завод «Серп и молот» и др.).

Производство стали мартеновским способом

Рис. 12. Мартеновская печь (разрез и план)

1 – под печи, 2 – передняя стенка. 3 – задняя стенка, 4 – свод, 5 – загрузочные окна,

6 – бетонные опоры, 7 – откос, 8 – воздушный канал, 9 – газовый канал,

10 – вертикальные каналы, 11 – шлаковики газового регенератора,

12 – шлаковики воздушного регенератора

Широко применяется и скрап-рудный процесс, характерный тем, что его шихта состоит на 20÷50% из скрапа и на 50÷80% из жидкого чугуна, который после выпуска из доменных печей хранится в больших бочкообразных футерованных внутри огнеупорным кирпичом хранилищах, называемых миксерами. Этот процесс называется скрап-рудным потому, что для ускорения окисления примесей чугуна в печь загружают, кроме того, гематитовую железную руду в количестве 15÷30% от массы металлической части шихты.

Читать также:  Корпус конденсатора для асинхронного двигателя

Рассмотрим кратко сущность широко применяемого на наших заводах основного скрап-рудного процесса. Мартеновские печи работают циклами, но нагрев печи ведется непрерывно, поэтому подготовка новой плавки стали начинается с осмотра печи и устранения изъяна в подине и боковых откосах печи путем их заварки новым слоем доломита или магнезита еще во время выпуска предыдущей плавки. После выпуска металла выпускное отверстие заде­лывают и шихту загружают для новой плавки. Сыпучие шихтовые материалы (руда, известняк, скрап) загружают обычно первыми и отдельные их слои хорошо прогревают. На подину принято сначала загружать железную руду, а потом известняк и сверху стальной лом.

Во время загрузки твердых материалов в печь расходуется максимальное количество топлива для обеспечения быстрого прогрева и расплавления шихтовых материалов. Жидкий чугун загружают в печь через окно с помощью вставляемого в него стального желоба, футерованного изнутри огнеупором. Жидкий чугун подают к печи чугуновозном ковше. Чугун заливают в печь, когда твердая шихта прогрета и начинает оплавляться. С заливкой жидкого чугуна резко ускоряется плавление металлической части шихты. Одновременно с прогревом шихты начинается окисление примесей. К моменту расплавления шихты почти полностью окисляется кремний, более половины марганца, третья часть фосфора и частично углерод. Во время плавления образуется значительное количество закиси железа, так как количество воздуха, подаваемого в мартеновскую печь, обычно значительно больше необходимого для сжигания топлива (125% теоретически необходимого) и пламя в мартеновской печи бывает окислительным. После расплавления шихты, начинается период доводки стали. В печи образуется ванна металла, покрытая сверху слоем шлака, содержащего значительное количество окислов железа.

Образующаяся закись железа частично растворяется в шлаке, но частично переходит и в металл, так как она хорошо растворяется в нем. Растворившаяся в металле закись железа продолжает окислять примеси, в том числе и углерод. Образующаяся окись углерода в виде газовых пузырьков хорошо перемешивает ванну и способствует выделению из металла газовых и других включений. Этот процесс выделения угарного газа называют кипением ванны. В это время для интенсификации процесса кипения в печь добавляют железную руду. Увеличение окислов железа в шлаке ускоряет процесс. При перемешивании шлака образовавшаяся в нем закись железа, соприкасаясь с окислительными газами печи, переходит в окись, которая в свою очередь окисляет металл. Таким образом, шлак в ванне мартеновской печи, интенсивно перемешиваемый тепловыми потоками и выделяющимся из металла газом, передает металлу тепло и кислород. В этот же период из шихтовых материалов удаляют фосфор путем периодического скачивания шлака. Важную роль для связывания окислов фосфора в этот период играет известь, так как известь связывает фосфор. Для успешного удаления фосфора необходимо иметь в шлаке максимальное количество извести.

Процесс доводки металладо нужного химического состава производится в так называемый период чистого кипения металла, начищающегося после прекращения добавок в него железной руды. Чистое кипение ванны протекает не менее одного часа. Готовность заданной плавки стали определяют взятием пробы и экспресс-анализом в цеховой лаборатории.

После этого проводится раскисление и выпуск стали в ковши, из которых ее разливают в слитки. Общая продолжительность получения стали в мартеновской печи занимает несколько часов. Раскисление стали в ванне мартеновской печи проводят сначала доменным ферромарганцем, а затем доменным ферросилицием. Кремний ферросилиция отнимает кислород от закиси железа и образует сложные силикаты железа и марганца, которые обладают низкой температурой плавления и малой плотностью. Они всплывают в ванне и переходят в шлак. После этого сталь начинают выпускать из печи и завершают раскисление в ковше (или на желобе, по которому она вытекает в ковш), богатым ферросилицием (45% или 75% Si), и вводят небольшое количество более сильного восстановителя – обычно алюминия или силикоалюминия:

Алюминий является активным раскислителем стали, но образующаяся окись алюминия тугоплавка и в виде тонкой взвеси почти вся остается в стали. Принято считать, что эти частички окиси алюминия являются центрами кристаллизации при формировании слитка, и с увеличением количества алюминия, вводимого для раскисления, можно получить более мелкую структуру слитка или отливки. Обычно для раскисления берут 100÷400 г алюминия на 1 т выплавляемой стали в зависимости от ее марки. Скрап-процесс в основной печи отличается от скрап-рудного процесса, особенно в период завалки и расплавления шихты; заключительная часть процесса отличается меньше.

Мартеновские печи разной мощности принято сравнивать по суточной производительности, отнесенной к площади пода печи, то есть суточному съему стали с 1 м 2 условной площади пода. Наши мартеновские печи непрерывно улучшают этот показатель. Так, в 1932 г. он равнялся 2,68 т, в 1980 г. – более 8 т; в настоящее время достигает 11÷12 т, а с применением кислорода он еще выше.

Общая продолжительность плавки стали 220÷260 т в печах, обычно составляет 7÷10 ч при расходе условного топлива 130÷150 кг на 1 т стали. Таким образом, основными недостатками мартеновского процесса следует считать большую продолжительность процесса и значительный расход топлива. Важнейшим фактором, совершенствующим и ускоряющим мартеновский процесс, является применение кислорода. В мартеновском процессе наметились два реальных и экономически целесообразных пути применения кислорода. Первый путь – это обогащение воздушного дутья кислородом до 25÷35%. В результате интенсификации горения и повышения окислительной способности печи сокращается общая продолжительность плавки, снижается расход топлива, увеличивается производительность. Так, например, при обогащении дутья печи в 100 т кислородом до 29÷30% расход кислорода составляет 55÷70 м 3 на 1 т стали, производительность печи увеличивается в 2,5 раза при сокращении продолжительности плавки с 9 ч до 3 ч 30 мин; расход топлива при этом снижается с 150 кг/т стали до 92 кг/т. Такое обогащение дутья кислородом и форсирование плавки возможно при наличии свода печи, сделанного из высокотермостойких огнеупоров.

Второй путь – это применение кислорода для интенсификации окисления примесей путем кратковременного введения в печь кислорода. Наиболее перспективным в этом направлении является введение кислорода водоохлаждаемыми фурмами через свод печи (по аналогии с кислородно-конверторным производством). Введение кислорода, таким образом, резко сокращает продолжительность окисления примесей в ванне печи, но сильно увеличивает (в 5÷8 раз) содержание пыли в печных газах, за счет разбрызгивания шлака и испарения металла.

На ряде заводов успешно комбинируют эти два способа применения кислорода в мартеновских печах. В последние годы начали применять специально построенные для этих целей двухванные мартеновские печи.

Очень важна автоматизация мартеновских печей, особенно их теплового режима. В период расплавления по заданной программе в газовую смесь вводят больше коксового газа, в период пониженной тепловой нагрузки – меньше. Автоматизируется перекидка клапанов в зависимости от температуры насадок и многое другое. Эти меры приводят к уменьшению расхода топлива, особенно его дорогих компонентов.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *