6.2. Разновидности мартеновского процесса

В зависимости от вида, используемых для кладки рабочего пространства печи огнеупоров, мартеновский процесс бывает кислым и основным.

В зависимости от вида используемых шихтовых материалов мартеновский процесс осуществляется в следующих вариантах.

Скрап - угольный или карбюраторный. Скрап – процесс.

Шихта состоит из стального лома или из стального лома и небольшого количества (10 – 15%) твердого чугуна. Недостаток углерода компенсируется введением в шихту угля, антрацита, графита и т.п.

Скрап–процесс. В состав шихты входит 55…75% металлолома, остальное –твердый чугун.

Скрап–рудный процесс характеризуется преимущественным использованием 55…80 жидкого чугуна.

Рудный процесс осуществляется с использованием 100% жидкого чугуна.

Наибольшее распространение получил основной скрап – рудный процесс, осуществляемый в мартеновских печах с основной футеровкой. Его мы и рассмотрим.

6.3. Технология мартеновской плавки

Как ясно из вышесказанного, металлическая часть шихты при выплавке стали основным скрап – рудным процессом состоит из жидкого чугуна и металлического лома.

В качестве твердых окислителей используют железную руду, агломерат, окатыши, прокатную окалину.

Основными шлакообразующими компонентами являются известняк и известь. Известняк обычно дают в завалку, известь в доводку.

Для придания шлаку необходимых физико-химических свойств в качестве флюсов используют боксит, шамотный бой, очень редко плавиковый шпат из-за его дефицитности.

Мартеновская плавка состоит из нескольких частей, называемых периодами, протекающих последовательно: заправка, завалка, прогрев, слив чугуна, плавление, доводка (рудное кипение, чистое кипение), раскисление и выпуск.

Заправка – это операция по восстановлению части огнеупорной футеровки рабочего пространства печи, израсходованной при проведении предыдущей плавки.

Завалка шихты является непосредственно началом плавки. В цехах с рельсовой системой подачи шихты к печам ее подают составами с тележками, на которых установлены мульды объемом от 0,75 до 3,3 м³ каждая (в зависимости от вместимости печи). В мульдах находятся сыпучие материалы и металлический лом. Завалочной машиной напольного типа мульды перемещают в рабочее пространство печи и там высыпают ее содержимое на подину. Вначале загружают железную руду и известняк чередующими слоями с прогревом каждого слоя, затем заваливают металлический лом последовательно легковесный, средний, тяжеловесный. В цехах с крановой системой подачи шихты мульды устанавливают мостовыми кранами на балкон печного пролета, а загрузку производят завалочными машинами кранового типа.

Прочность связи элементов с кислородом при 1600˚С возрастает в такой последовательности : As, Cu, Ni, Mo, Co, N, Fe, Cr, Mn, B, V, Si, C, Ti, Al, Zr, Mq, Ca, Be. Элементы, располагающиеся в этом ряду за железом, легко окисляются, а те, что расположены до железа имеют меньшее сродство к кислороду. Поэтому, при необходимости, их используют как легирующие, они могут быть внесены в ванну во время завалки шихты.

После завалки следует прогрев твердой шихты с целью ее нагрева до 1300…1400˚С.

Время прогрева используют для подсыпки ложных порогов в завалочных окнах и для установки желобов для слива чугуна (если печь не оборудована стационарными желобами).

Слив чугуна из чугуновозных ковшей вместимостью до 140т производят мостовыми заливочными кранами соответствующей грузоподъемности.

Началом плавления считают конец заливки чугуна. Плавление - самый длительный период плавки, в течение которого протекают такие процессы:

- окисление компонентов чугуна и лома (Si, Mn, C, P, Fe):

- плавление лома;

- разложение известняка;

- растворение оксидов пустой породы, твердых окислителей в шлаке, образование которого началось еще при зазливке чугуна.

Во время плавления примеси ведут себя следующим образом.

Кремний выгорает полностью в первые 15…20 мин.

Марганец выгорает примерно на 80% и в дальнейшем его концентрация регулируется условиями равновесия со шлаком.

Фосфор удаляется на 50…90% в виде Р₂О₃ – с первичным спускаемым шлаком, в дальнейшем его содержание регулируется условиями равновесия со шлаком.

Сера удаляется на 5…20% в зависимости от содержания марганца в чугуне.

В период плавления ванна вспенивается за счет выделяющихся пузырей монооксида углерода и СО₂ от разложение известняка. В это время она (металлическая ванна) удерживается в печи с ложными порогами.

Образующийся низкоосновный шлак удаляется из печи через шлаковые летки и пороги завалочных окон.

После расплавления ванна «садится», так что ее уровень находится в пределах основных порогов печи. Наступает следующий период плавки – доводка.

Доводка – это такой период плавки, когда металл доводят до нужного химического состава и нагревают до требуемой по технологии температуре.

Плавку шихтуют так, чтобы после расплавления содержание углерода в металле превышало среднезаданное для выплавляемой марки стали на 0,3…0,7%. В этот период металл содержит и избыточное количество серы и фосфора, а его температура на 60…100˚С ниже температуры перед раскислением.

В доводку необходимо удалить 0,3 – 0,7% С, серу и фосфор таким образом, чтобы при заданном содержании углерода в конце доводки обеспечить требуемый уровень нагрева ванны.

Доводку разделяют на два подпериода:

- рудное кипение (полировка);

- чистое кипение.

Во время рудного кипения присадками руды, извести и боксита обеспечивается снижение содержание углерода и наводка высокоактивного шлака с основностью 2,5 – 2,8.

В период безрудного (чистого) кипения выгорание углерода происходит за счет кислорода атмосферы. Главное назначение этого периода - нагрев металла. Считали, что длительность чистого кипения (≥ 1 час) определяет качество металла с точки зрения содержание газов и неметаллических включений.

Раскисление. По достижении заданного содержания углерода и необходимого уровня температуры металл раскисляют и выпускают в ковш.

Раскисление может быть проведено несколькими способами: полностью в печи, полностью в ковше, в печи и в ковше.

В первом случае все раскислители и легирующие компоненты вводят в металл, находящийся в печи. После некоторой выдержки, необходимой для растворения ферросплавов и усреднения химического состава металла, плавку выпускают в ковш.

Во втором случае все раскислители и легирующие загружают в ковш или дают под струю металла во время выпуска плавки.

Чаще всего используется третья схема. По достижении заданного состава металла в печи проводят предварительное его раскисление, фиксируя тем самым достигнутую концентрацию углерода, а окончательное раскисление проводят в ковше.

Наиболее экономичный второй способ, т.к. угар раскислителей наименьший при их загрузке в ковш. При этом, однако, существует опасность «не попасть в анализ», т. к. процесс окисления углерода, восстановление марганца и фосфора из шлака в металл идет непрерывно.