3.3. Періоди плавки

У мартенівській плавці розрізнюються наступні періоди:

- заправка печі (гарячий ремонт робочого простору);

- завалка і прогрівання шихти (складається з декількох періодів у залежності від місткості печі, і розділяються на завалку сипучих (завалка руди, потім частини вапняку, знову руди, потім руда, що залишилася ) і завалки стального лому);

- заливання рідкого чавуну (в скрап-рудному процесі);

- плавлення;

- доведення, що складається з рудного й чистого кипіння;

- випуск;

- розкислення (у печі або в ковші);

- легування (у печі або в ковші).

Заправка печі переслідує мету підтримки в робочому стані всіх елементів кладки плавильного простору. Для цього в момент випуску на подину і стінки, по мірі їх звільнення від шлаку, заправною машиною закидають вогнетривкі матеріали (дроблений обпалений доломіт, магнезитовий порошок й ін.) Після випуску з печі металу й шлаку подину ретельно оглядають і, якщо треба, виправляють помічені нерівності (бугри, ями). Можливий мінімум тривалості заправки складає1015 хв., який досягається шляхом поєднання з іншими періодами плавки.

Завалка шихти здійснюється завалочною машиною. Всі тверді шихтові матеріали подаються до печі в спеціальних коробах – мульдах (місткістю до 3,3 м³, наприклад: МК «Азовсталь» 1,75 і 1,25 м³; ММК «ім. Ілліча» – 3,3 і 2,2 м³ для періодів завалки й поліровки відповідно). Мульди подаються в складі 7‑12 возиків по 4 на кожній. Тривалість завалки в залежності від місткості печі коливається від 1 до 3 годин. Вона визначається числом мульд, що залежить від насипної щільності матеріалів, які приведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1

Насипна щільність шихтових матеріалів, т/м³

Найменування шихтового матеріалу	Насипна щільність, т/м3	Найменування шихтового матеріалу		Насипна щільність, т/м3
Залізняк	2,02,8	Стальний лом:	легкий	0,31,0
Вапняк	1,41,7		середній	1,12,0
Вапно	0,60,7		важкий	2,53,0
Боксит	1,21,4	Окалина		1,92,0

Через малу теплопровідність сипучих матеріалів доцільно здійснювати їх завалку шарами невеликої товщини з проміжним прогріванням і перемішуванням за схемою: руда-вапняк-руда-вапняк-…-залишок руди. Стальний лом: легкий, середній, важкий. Останній розташовують ближче до задньої стінки, де забезпечується більш сильний нагрів.

Для додаткового підігрівання усього стального лому (температура в печі повинна бути 13001400 С) перед залиттям у піч чавуну проводиться прогрівання шихти (швидкість залежить від теплопровідності шихти, сильно впливає пористість, кількість неметалічної частини шихти, яку розташовують як можна ближче до поду), тривалість якого може становити 0,5  1,5 год.

Заливання чавуну триває 2060 хв. Чавун зливають із ковша по жолобу через завалочні вікна в передній стінці. В період залиття чавуну в ньому розчиняється 3050 % лому від загальної його кількості. Час заливання чавуну прагнуть скоротити до мінімуму.

Період плавлення починається одразу після закінчення заливання чавуну і продовжується 15 год. У піч у цей період подається максимальна кількість палива, ванна продувається киснем. У процесі заливання чавуну у перший момент плавлення відбувається інтенсивне утворення шлаку, оскільки весь кремній і частина марганцю, що міститься в чавуні, окислюються (у шлак частково переходять і оксиди заліза). Товстий шар шлаку, що утворився ускладнює передачу тепла від факела до металу. У зв'язку з цим в першій половині плавлення видаляють із печі (шляхом спуску в шлакові чаші через завалочні вікна) деяку кількість шлаку. У період плавлення забезпечується видалення з металу основної маси фосфору. Хімічний склад металевої ванни в момент повного розплавлення повинен містити на 0,40,8 % вуглецю більше, ніж у заданій марці сталі. Окислення кремнію, більшої частини марганцю й фосфору закінчується в період плавлення, тоді як окислення вуглецю відбувається у всі періоди плавки. Тому окислення вуглецю є основною реакцією мартенівського процесу.

Доведення. Головне призначення цього періоду плавки полягає в тому, щоб забезпечити доведення його до заданого хімічного складу і необхідної температури. На початку цього періоду метал містить деякий надлишок вуглецю, фосфору й сірки, а його температура на 60100 С нижче, ніж перед розкисленням. Складається з двох періодів: періодів рудного й чистого кипіння.

Рудне кипіння (поліровка) – основною задачею періоду поліровки є формування високоосновного шлаку (основність 2,03,0), здатного поглинати сірку і втримувати фосфор до кінця плавки. Головною реакцією цього періоду є реакція окислення розчиненого в рідкому металі надмірного вуглецю. Утворюючись внаслідок цієї реакції пухирці окислу вуглецю вириваються на поверхню металу, пробивають шар шлаку і, виходячи на його поверхню, створюють враження «кипіння» ванни. Швидкість окислення вуглецю в цей період можна регулювати добавками залізняку або окалини, або продуванням ванни киснем. Склад шлаку, що забезпечує видалення з металу небажаних домішок (зокрема сірки), регулюється добавками вапна й ін. флюсуючих матеріалів. Пухирці окислу вуглецю, що виділяються, відіграють важливу роль у мартенівському процесі. Перемішуючи нижні шари металу (менш нагріті) із верхніми (більш нагрітими), вони прискорюють процес нагріву всього об'єму металу. Крім того, вони захоплюють на шляху вгору деяку кількість ін. газів і неметалічних часток, присутність яких у готовій сталі погіршує її якість.

Чисте кипіння, в цей період окислення розчиненого в металі вуглецю продовжується без будь-яких добавок, за рахунок розчиненого в шлаці й металі кисню. У період чистого кипіння відбувається остаточне доведення металу до необхідних температури і хімічного складу. Тривалість чистого кипіння суворо регламентується в залежності від марки сталі, що виплавляється, і складає 2540 хв.

Починаючи з моменту повного розплавлення ванни і до кінця періоду кипіння здійснюється контроль температури металу і хімічний аналіз шлаку і сталі. Загальна тривалість періоду кипіння 12,5 год.

Випуск металу з печі здійснюють з боку задньої стінки через сталевипускний отвір, який відкривають шляхом механічного витягання утрамбованого магнезитового порошку (або прожигають струменем газоподібного кисню). Заздалегідь встановлюють підготовлені жолоб і сталерозливний ківш. Метал по жолобу стікає в сталерозливний ківш (на великій печі плавку випускають в 2 або 3 ковші). Загальна тривалість випуску до 20 хв. Після випуску плавки і необхідного огляду отвір знову закладають вогнетривкими матеріалами. З ковша метал розливають у виливниці або на установках безперервної розливки сталі. Для підвищення якості мартенівської сталі застосовуються різні методи позапічної обробки сталі в ковші.

Розкислення і легування – завершальний період плавки, основне призначення якого складається в зниженні вмісту кисню в металі і доведенні хімічного складу металу до заданого за вмістом усіх елементів, включаючи ті, що легують. Розкислюючі і легуючі добавки в залежності від марки сталі, що виплавляється, вводять або в піч, або в сталеплавильний ківш під час випуску металу.