Металлургия технология угля и неметаллических полезных ископаемых3

футеруются магнезитовым кирпичом и до шлаковой линии прова­ риваются магнезитовым порошком. Этим достигается монолит­ ность подины, ее устойчивость против химического воздействия жидкого металла и основного шлака и достаточная механическая прочность.

Подина кислых печей выполняется из динасового кирпича и проваривается кварцевым песком.

Почти все своды основных мартеновских печей изготовляются из магнезитохромитовых кирпичей, обладающих высокой огне­ упорностью (до 1800°С), что позволяет повысить производитель­ ность печей. Однако большой объемный вес, высокий коэффици­ ент линейного расширения и низкая термостойкость магнезитохро­ митового кирпича делают необходимым изготавливать свод рас­ порноподвесным. Стойкость таких сводов 400—750 плавок.

Через головки печи осуществляется подача в печь топлива и воздуха, а также отвод продуктов горения. Поэтому головки дол­ жны обеспечивать: хорошее перемешивание топлива и воздуха для полного сжигания топлива в рабочем пространстве печи; хо­ рошую настильность факела по всей длине ванны; минимальное сопротивление при отводе продуктов сгорания из рабочего про­ странства.

Необходимость обеспечить максимальные скорости при подаче топлива и воздуха через головки и минимальное сопротивление при отводе продуктов горения усложняет конструирование голо­ вок. Применение высококалорийного топлива (мазута, природного газа) делают возможным изготавливать одноканальные головки (см. рис. 26).

Из головок продукты горения поступают в вертикальные кана­ лы, затем в шлаковики, регенераторы, откуда по системе боровов и через дымовую трубу отводятся в атмосферу.

Нижнее строение мартеновской печи (ниже уровня рабочей площадки) состоит из шлаковиков, регенераторов и боровов с пе­ рекидными устройствами (рис. 27).

В шлаковиках осуществляется осаждение 50—75% наиболее крупной плавильной пыли. Мелкая пыль в количестве 10—25% оседает в насадках регенераторов, остальная тонкая пыль уно­ сится в трубу. Почти вся пыль — основные окислы, в том числе 60—80% окислов железа. В газах, проходящих через вертикаль­ ные каналы, обычно содержится 1—2 г/л*3 пыли. При продувке ванны кислородом или сжатым воздухом количество пыли возрас­ тает в несколько раз.

Удаление шлака из шлаковиков при ремонте печи может осу­ ществляться монолитом на подвижных поддонах, либо выгреб­ ными машинами.

Отходящие из шлаковиков газы с температурой 1500—1600° С попадают в насадки регенераторов. Объем насадок и величина поверхности их нагрева должны обеспечивать постоянную и воз­ можно более высокую температуру нагрева холодного газа и

воздуха, так как от этого зависит производительность печи и рас­ ход топлива.

Верхние ряды насадок выкладываются из форстеритового кир­ пича (форстерит 2Mg0 -Si02), обладающего высокой огнеупор­ ностью (1830—1880°С), термостойкостью и довольно большой

Рис. 27. Нижнее строение 500-тоиной мартеновской печи:

стойкостью против воздействия плавильной пыли. Нижние ряды насадок изготавливаются из более дешевого шамотного кирпича.

Борова печи и дымовая труба футеруются снаружи красным, а внутренний слой — шамотным кирпичом. Высота дымовых труб достигает 100—120 м.

Общий объем огнеупорной кладки 500-тонной мартеновской печи составляет около 3750 м3. Ряд элементов печи (ардгатура, ра­ мы, перекидные устройства, крышки рабочих окон и др.) изготав­ ливается из металла. Поэтому многие элементы конструкции печи нуждаются в непрерывном охлаждении водой. Для этого широкое распространение получила пароиспарительная система охлажде­ ния.

В мартеновской печи периодически изменяется направление движения газов, т. е. производится реверсирование или «перекид­ ка клапанов». Эта операция полностью автоматизирована.

Емкость (садка) мартеновских печей изменяется в пределах 10—900 т. Причем емкость печей, работающих скрап-процессом, обычно не превышает 180—200 т, емкость печей, работающих скрап-рудным процессом, составляет 250-900 г. Размеры и пара­ метры некоторых типовых мартеновских печей приведены в табл. 7.

Топливо и тепловая работа печи

Для отопления мартеновской печи можно использовать газо­ образное, жидкое и твердое топливо. Наиболее часто применяют в качестве топлива смешанный коксодоменный и природный га­ зы, мазут.

Смешанный коксодоменный газ содержит 16—20% СО, 7—9% С02, 20—30% Н2, 8—12% СН4 и 30—40% N2. Теплота сгорания газа в зависимости от его состава изменяется в пределах 2000— 2500 ккал/м3.

Для улучшения светимости факела к смешанному газу обычно добавляют мазут. Калориметрическая температура горения нагре­ того в регенераторах смешанного газа в нагретом воздухе состав­ ляет около 2600° С.

Смешанным газом отапливаются мартеновские печи металлур­ гических заводов, имеющих доменный и коксовый цехи. При не­ достатке смешанного газа или при отсутствии на данном заводе доменного и коксовых цехов для отопления печей используют мазут или природный газ.

Мазут дает настильный светящийся факел; калориметрическая температура горения мазута в нагретом воздухе 2650° С. Для отопления печей обычно используют мазут следующего состава: 83—87% углерода; 10—13% водорода; не более 0,4% кислорода; 0,5% серы и 2% влаги. Теплота сгорания -—10000 ккал/кг. По­ догретый до температуры 70—80° С мазут распыляют сжатым воздухом (6—8 ати) или перегретым паром (10—12 ати). Мазут

боты мартеновской печи достигаются при обогащении, воздуха, кислородом до 32—35%.

Удельный расход тепла на 1 т стали зависит прежде всего от емкости печи: для малых печей (10—20 т) расходуется около 2-106 ккал/т, а для большегрузных печей (600—900 т)— 0,5Х X 106—0,7 • 106ккал[т.

Основной скрап-процесс

Мартеновская плавка при основном скрап-процессе состоит из следующих периодов: заправки печи; завалки шихты; плавления шихты; кипения ванны (доводки), раскисления и легирования; выпуска стали.

З а п р а в к а печи производится обожженным доломитом или магнезитовым порошком в основном по шлаковой линии, где футеровка изнашивается значительнее. При этом устраняются также механические повреждения подины металлической шихтой (ямы, выбоины).

З а в а л к а шихт ы осуществляется мульдами завалочной машиной кранового типа с вращающейся кабиной. В шихту вво­ дятся стальной лом, чушковый чугун, известняк или известь. Ко­ личество чугуна в шихте определяется его составом, маркой вы­ плавляемой стали и окислительной способностью печи. Для обес­ печения необходимых условий кипения ванны и рафинирования содержание углерода в металле после расплавления должно быть на 0,5—0,9% выше, чем в готовой стали.

Порядок завалки шихты оказывает большое влияние на про­ должительность ее плавления и условия доводки плавки.

Обычно завалку шихты производят в следующем порядке: лег­ ковесный лом на подину (10—15% от садки печи), затем извест­ няк или известь, оставшуюся часть лома и сверху чугун.

П л а в л е н и е м е т а л л и ч е с к о й ш и х т ы ведется при максимальной тепловой нагрузке печи. К моменту полного рас­ плавления шихты металл должен быть достаточно нагрет и по­ крыт гомогенным шлаком основностью 1,6—2,2. Для ускорения растворения извести в шлаке используют добавки плавикового шпата, шамотного боя или боксита.

К и п е н и е в а нн ы (рудное) происходит в результате введе­ ния в печь некоторого количества железной руды (1—2%)- При этом ванна кипит вследствие интенсивного окисления углерода по реакции

3 [С] + Fe20 3 = ЗСО + 2Fe.

Перемешивание металла способствует удалению газов и не­ металлических включений, выравниванию температуры ванны. В этих условиях также осуществляется дефосфорация металла шлаком по реакции

2 [Р] + 5 (FeO) + 3 (СаО) = (ЗСа0-Р20 Б) + 5Fe.

Образование пенистого шлака при рудном кипении ванны об­ легчает его скачивание, удаление фосфора и части серы из ме­ талла.

После наводки нового гйлака основностью 2,3—2,9 добавками извести наступает период «чистого» кипения, когда запрещается введение в ванну шлакообразующих материалов.

При чистом кипении, возникающем в результате окисления углерода растворенным в металле кислородом

[С] + [О] = СО,

осуществляется дальнейшая очистка металла от газов (N, Н) и неметаллических включений, происходит нагрев ванны, вырав­

описанными выше способами. Скрап-процессом обычно выплавляют спокойную сталь, используя метод осаждающего раскисления.

Сталь в печи раскисляют ферромарганцем, вводят в нее соот­ ветствующие легирующие элементы и выпускают. В струю металла на желобе или в разливочный ковш вводят ферросилиций (45или 75%-ный) и алюминий.

Разновидностью диффузионного раскисления стали является обработка ее жидким синтетическим (известково-глиноземистым) шлаком в ковше. При падении струи металла с большой высоты получается шлакометаллическая эмульсия с очень большой по­ верхностью раздела фаз. В этих условиях ускоряется диффузия кислорода из металла, удаление серы и неметаллических вклю­ чений.

Выход жидкой стали при скрап-процессе составляет 90—94%.

Скрап-рудным процессом перерабатывают жидкий чугун и

( ^—10%), железную руду (10—15%), известняк или известь (8—10%). После хорошею прогрева неметаллической шихты заваливаюттяжеловесный лом, который также прогревают до оп­ лавления. Количество руды, вводимой в шихту, зависит от марки стали, состава чугуна, окислительной способности печи и опре­ деляется обычно опытным путем, по данным предыдущих плавок. Для ускорения процесса шлакообразования на некоторых метал­

скрап и взаимодействует с железной рудой, сопровождается ин­ тенсивным окислением примесей чугуна (С, Si, Мп и Р) и обра­

зованием пенистого низкоосновного ( —— = 1,0—1,3] железистого

\S i0 2 /

шлака. Этот шлак удаляется из печи самотеком и называется сбегающим первичным шлаком. Количество сбегающего шлака составляет 7—10% от веса металла.

Со сбегающим шлаком удаляется значительное количество SiO2 и Р2О5, а также и окислов железа и марганца.

Бурное кипение ванны при заливке чугуна происходит в ре­ зультате интенсивного окисления углерода чугуна рудой. Выде­ ляющаяся окись углерода дожигается в рабочем пространстве печи, что позволяет снизить расход топлива в этот период плавки.

За период плавления полностью окисляется кремний, почти

преимущественно кислородом железной руды восстанавливается 5—9% железа. Поэтому при скрап-рудном процессе выход жидкой стали составляет 101—103% от веса исходной металлошихты.

Д о в о д к а п л а в к и, р а с к и с л е н и е и л е г и р о в а н и е стали при скрап-рудном процессе практически не отличается от описанной выше технологии при скрап-процессе.

Материальный баланс плавки приведен в табл. 8.

Т а б л и ц а 8

Материальный баланс скрап - рудного процесса (на 100 единиц массы металлической

_____________ шихты)___________________________________

Скрап-рудным процессом выплавляют кипящую, полуспокойную и спокойную сталь на заводах с полным металлургическим циклом.

В мартеновских цехах, работающих скрап-рудным процессом (рис. 28), подача жидкого чугуна из миксера осуществляется в

ковшах, установленных на специальные железнодорожные плат­ формы. Подача металлического лома, железной руды, извести; известняка и других добавочных материалов из шихтового отде­ ления производится в ..мульдах, установленных на тележках нор­ мальной колеи. Завалка твердых материалов осуществляется машиной напольного типа, а заливка чугуна— мостовым краном.

Т е х н и к о-э к оно ^ и ч е с к и е п о к а з а т е л и . Производи­ тельность мартеновских печей измеряют несколькими показате­ лями: съемом стали с 1 м2 площади пода в сутки, часовой и го­ довой производительностью.

С увеличением емкости печей их. производительность возра­

товых материалов, выходом годного металла, а также расходами по переделу. j v

Расход металлошихты на 1 г годных стальных слитщй зави­ сит от вида разливки (сверху, сифоном, непрерывная), брйка и составляет примерно 1050—1100 кг. ‘

С увеличением емкости печей и объема производства металла в цехе снижаются расходы по переделу (топливо, энергетические затраты, ;расходы на амортизацию, ремонт, транспорт, зарплату и др.).

Кислый скрап-процесс

Кислый скрап-процесс осуществляется в печи, подина которой изготовлена из кислых материалов (около 95% SiCb). Сера и фосфор из металла не удаляются. Поэтому к шихте и топливу предъявляют особые требования. Содержание серы в мазуте не должно превышать 0,5%.

В качестве металлической шихты обычно используют высоко­ качественные древесноугольные или коксовые чугуны и шихтовую заготовку, выплавленную в основных мартеновских печах. Со­ держание серы и фосфора в этих материалах не должно превы­ шать 0,020—0,025%.

Возможна работа кислой мартеновской печи на жидком полу­ продукте ;из основной печи. Такой процесс называют дуплекс-про­ цессом (основная — кислая мартеновские печи). Ход плавки в кис­ лой мартеновской печи существенно отличается от плавки в ос­ новной печи.

В завалку используют конечный шлак предыдущих плавок, кварцевый песок и шамотный бой в количестве 2—4% от массы металла.