Выплавка стали в мартеновских печах
Устройство мартеновской печи. Мартеновский способ позволяет использовать значительное количество стального и железного лома. В 1865 г. для этой цели впервые была применена регенеративная печь. Необходимость применения регенераторов объясняется тем, что холодное топливо при сгорании в холодном воздухе развивает температуру до 1400°. При подогреве топлива и воздуха примерно до 1000° температура пламени повышается до 1800°, что достаточно для ведения процесса.
Печь (рис. 4.3) работает следующим образом. Газ и воздух проходят через предварительно разогретые до температуры примерно 1000° камеры 6 и 6', где нагреваются до 800—900°. Сгорая, они поднимают температуру рабочего пространства 1 до 1700°. Забрасываемые через окна 2 шихтовые материалы под влиянием тепла горящих газов плавятся на поду 3. Продукты горения поступают в камеры 7 и 7' и разогревают их. Ко времени охлаждения камер 6 и 6', когда они не могут уже поднимать температуру до 800°, камеры 7 и 7' нагреваются отходящими газами до 1000°. После этого поворотом перекидных клапанов 4 и 5 изменяется направление газа и воздуха, поступающих в печь: они направляются через камеры 7, И Т, а отходящие газы (дым) — через камеры 6 и 6'
Рис. 4.3 Мартеновская печь
Разновидности мартеновского процесса. В зависимости от материала, из которого изготавливается под печи, мартеновский процесс может быть основным или кислым. В основных печах под выкладывается из магнезитового кирпича и наваривается магнезитом или доломитом. В кислых печах под выкладывается из динасового кирпича и наваривается слоем кварцевого песка.
Кислым процессом изготовляют особо ответственные сорта стали: шарикоподшипниковую, сталь специального назначения и т. д. Для массового производства стали этот процесс неприменим, так как требует очень чистых исходных продуктов. Кроме того, кислый процесс идет медленнее основного, так как реакции окисления в нем меньше развиты.
Шлак в основном процессе не только передает кислород и тепло, по также способствует удалению S и Р. Процесс окисления в основной печи идет быстрее и примеси удаляются в большей мере, чем в кислой. В результате в основной печи может быть получен металл с весьма малым содержанием примесей. В мартеновском основном процессе Mn, Si, P удаляются почти полностью, S — до известного предела, содержание С может быть снижено до 0,05%. Это позволяет вести передел на менее чистой шихте, чем при кислом процессе.
В зависимости от применяемой шихты различают рудный процесс и скрап-процесс.
В первом случае шихта состоит из жидкого чугуна, лома и руды. Количество чугуна в шихте 70—90%. Чистая железная руда в количестве до 20% применяется для окисления примесей. Обычно рудный процесс ведется в основных печах и дает главную массу всей производимой стали.
При скрап-процессе шихта состоит из значительного количества скрапа (60—85%) и меньшего количества чугуна (15—40%). Чугун загружается обычно в твердом виде. Вследствие значительного окисления шихты в период плавления и небольшого количества примесей, которое нужно удалить из шихты, руда в печь подается в небольшом количестве. Скрап-процесс распространен на заводах, не имеющих доменных печей.
Большое распространение получил скрап-рудный процесс, который ведется на шихте, состоящей из 40—60% скрапа и 40—60% чугуна в жидком виде. В шихту входит также железная руда.
В мартеновских печах выплавляются стали обычные и высококачественные. В этих печах можно с большой точностью регулировать химический состав, периодически контролируя его в экспресс-лаборатории;
Механические качества кислой мартеновской стали выше, чем основной, так как в кислой стали содержится меньше FeO, растворенных газов и неметаллических включений. Однако основный мартеновский процесс получил большее распространение, так как при кислом процессе нельзя удалить серу и фосфор.
Мартеновский способ дает возможность перерабатывать металлический лом и получать сталь высокого качества, содержащую значительно меньшее количество азота, чем бессемеровская сталь.
Комбинированные процессы. Комбинированными называются процессы, в которых передел стали производится в двух или трех агрегатах. Например, процесс может начинаться в конверторах, а заканчиваться в мартеновских печах или же может производиться последовательно в двух мартеновских печах: в одной происходит начальная часть процесса, а в другой — доводка металла. Комбинированные процессы имеют целью сократить время плавки и расход топлива и увеличить общую производительность печей.