Принцип работы мартеновской печи

Выплавка стали в подовых сталеплавильных агрегатах

Еще в начале 18 века была предложена идея выплавке стали в отражательных печах, которая воплотилась в 1784 году с появлением так называемой пудлинговой печи. Однако, в таких печах сжигание топлива даже с высокой теплотой сгорания при подаче холодного воздуха не могло обеспечить температуру в плавильном пространстве более 1420—1460 °С. При этой температуре только металл, содержащий >1,5 % С, может нахо­диться в жидком состоянии, но для разливки его в слитки нужно иметь более высокую температуру (на 60—80 °С). Недостатком металлургической техники того времени было также низкое качество огнеупорных материалов. В связи с этим до середины 19 века основным способом получения высокоуглеродистой стали в ничтожно малых количествах был тигельный процесс.

Получить сталь в жидком состоянии путем сплавления чугуна и скрапа впервые удалось П. Мартену, использовавшему тепло отходящих из плавильного пространства продуктов сгорания для подогрева газообразного топлива и воздуха, расходуемого для его сжигания (принцип регенерации тепла).

Таким образом, появилась возможность переплава отходов самого металлургиче­ского производства (стальной скрап), которые невозможно перерабатывать в бессемеровских конвертерах (1855г).

В конце пятидесятых годов в СССР и в некоторых других странах появился и был реализован новый метод использования тепла отходящих из плавильного про­странства продуктов сгорания топлива для нагрева скрапа. Так появился новый подовый сталеплавильный агрегат — двухванная печь.

Для того, чтобы выпустить из печи и разлить сталь, в зависимости от химического состава и способа разливки, ее следует нагреть до 1600—1650 °С. Металл может быть нагрет до этой температуры, если продукты сгорания факела имеют еще более высокую (на 100—150 °С) температуру.

Таким образом, температура факела должна быть не менее 1750—1800 °С. Теоретическая температура горения любого топлива определяется урав­нением

t_т = (Qт + Qгф)/Cпс Vпс,

где Qт — теплота сгорания топлива;

Qгф — физическое тепло нагретых воздуха и горючих газов;

Vпс — объем продуктов сгорания;

Cпс — их средняя теплоем­кость.

Из уравнения следует, что повысить теоретическую температуру факела можно при использовании топлива с высокой теплотой сгорания (мазута, природного газа), повышении температуры подогрева воздуха и уменьшении объема продуктов сгорания Последнее достигается обогащением кислородом воздуха для сжигания топлива, что приводит к уменьшению количества балластного азота в продуктах сгорания. Эта идея широко применяется в настоящее время на большинстве отечественных заводов. Содержание кислорода в воздухе увеличивают от 21 до 25—30 %. Роль подогрева воздуха в тепловой работе печи при этом умень­шается, хотя воздушные регенераторы остаются.