Производство стали в мартеновских печах

Мартеновский процесс более универсальный по со­ставу металлошихты значительно уступает кислородно-конвертерному по производительности, трудоемкости и капитальным затратам. Мартеновский процесс передела чугуна в сталь осу­ществляется в пламенной отражательной печи, оснащен­ной системой регенерации, направленной на использо­вание теплоты отходящих при горении газов для подо­грева воздуха и газообразного топлива.

Устройство мартеновской печи схематически показа­но на рис. 2.3. Передняя стенка с завалочными (рабочи­ми) окнами 2, задняя стенка со сталевыпускным отвер­стием, подом (подиной) и сводом образуют рабочее '(плавильное) пространство печи 1. С торцов плавильно­го пространства расположены головки 3 для смешива­ния топлива с воздухом (кислородом), подачи горючей смеси в плавильное пространство и отвода продуктов сгорания. Головки с помощью вертикальных каналов 4 соединены со шлаковиками 5, регенераторами 6 и боро­вами (каналами) 7.

Продукты-сгорания

10

Топливом для мартеновских печей служат природный газ или мазут. На схеме воздух и газ поступают с правой

Рис. 2.3. Схема мартеновской печи

стороны печи. Проходя через предварительно нагретые насадки, воздух и газ нагреваются до 1000...1200 °С. При сгорании топлива в рабочем пространстве возникает фа­кел с температурой 1800...1900 °С, достаточной для расплавления шихты. Кроме того, температура факела обе­спечивает нагрев металла до 1600... 1650 °С, что создает условия для выпуска стали и разливки ее. Раскаленные продукты сгорания (дымовые газы) проходят через ле­вую головку, попадают в шлаковики, в которых улавли­ваются частицы плавильной пыли и шлака, а затем в ле­вые регенераторы. В них газы разогревают насадки. Охлажденные до 500...600 °С дымовые газы из регенера­торов проходят по боровам, через котел-утилизатор и устройство для очистки газов 10, а затем удаляются с помощью дымовой трубы 11. При достаточном охлаж­дении насадок правых регенераторов и нагреве левых изменяют направление движения газов с помощью пере­кидных клапанов 8. Циклы повторяются в зависимости от огнеупорных материалов, из кото­рых выполнены под, стены и свод рабочего пространст­ва, мартеновские печи делятся на основные и кислые (динасовый кирпич, кварцевый песок, молотый кварцит).

Наибольшее распространение получила плавка стали в мартеновских печах с основной футеровкой, так как в них можно перерабатывать металлошихту со значи­тельным содержанием серы и фосфора и получать каче­ственную сталь.

В зависимости от загружаемых в печь материалов мартеновский процесс делится на скрап-процесс и скрап-рудный процесс.

Более прогрессивный скрап-процесс характери­зуется применением шихты следующего состава: сталь­ной скрап (основная часть), чушковый чугун (25...45%) и другие компоненты.

На под печи с помощью завалочных машин загру­жают скрап и вперемежку с ним известняк или известь. После этого загружается чугун.

При завалке печи и расплавлении шихты окисляются часть углерода, кремний, большая часть марганца и часть железа. Оксиды кремния, марганца и железа с под­нявшейся вверх жидкой известью образуют большое ко­личество основного шлака. Роль шлака при мартенов­ской плавке велика. Еще при плавлении шихты из печи выпускается так называемый первичный «сбегающий» шлак, уносящий образовавшиеся оксиды.

Главной операцией плавки в мартеновских печах яв­ляется кипение металла вследствие окисления уг­лерода. Избыточный углерод вводится в ванну с чугу­ном. Кипение приводит к выравниванию температуры и химического состава ванны; удалению из металла га­зов, вредных примесей и неметаллических включений. Также поднимается уровень шлака. Тогда отключают подачу топлива, над ванной снижается давление, что позволяет проводить «скачивание» шлака более высокой основности, вместе с которым уходит большая часть фос­фора и часть серы. Через некоторое время в печь пода­ется топливо, и шлак оседает. Для более полного удале­ния фосфора и серы вновь наводится уже высокоосновный шлак. В случае необходимости сталь легируют. Периоды кипения, раскисления и легирования называют еще общим периодом рафинирования стали.

Общая продолжительность плавки в основных марте­новских печах вместимостью 180...600 т составляет 6......10,5ч. В настоящее время постепенно отказываются от старых и малопроизводительных однованных мартенов­ских печей.

Повышения эффективности мартеновского производ­ства добиваются применением двухванных мартеновских печей. Работают они непрерывно, но загрузка шихты и выпуск стали осуществляется периодически. Она ли­шена регенераторов, что позволяет вводить кислород для интенсификации плавки. В двухванной печи заложен принцип замены регенерации и использования теплоты отходящих из плавильного пространства газов.

Двухванная печь имеет достаточный объем ванны вместимостью каждого плавильного пространства 250 или 300 т.

Сначала в левой камере (рис. 2.4) проводится плав­ление и доводка чугуна, для чего через сводовые фурмы 2.

Рис. 2.4. Схема двухванной мартеновской печи

подается кислород, а в газовой горелке 1 сжигается не­которое количество топлива; пространство над левой ванной в это время отключено от дымовой трубы. По­этому СО и продукты сгорания топлива поступают в про­странство над правой ванной, в которую в это время производят завалку шихтовых материалов и прогрев их. С помощью кислорода, подаваемого по фурме 3, оксид углерода догорает над ванной. Таким образом, физиче­ская и химическая теплота приводят к быстрому нагреву ванны. Пространство правой ванны через вертикаль­ный канал 4, шлаковик 5, боров и котел-утилизатор со­единяется с дымовой трубой. После доводки металла (по химическому составу и температуре) в левой ванне пре­кращается подача в нее кислорода и топлива, металл вы­пускается, а рабочее пространство соединяется с трубой. В этот момент начинается продувка правой ванны, сжи­гание топлива и дожигание СО. С этой целью левые фурмы и горелка поднимаются, а правые — опускаются. В левую ванну в это время производят завалку шихты. Циклы повторяются.

Преимущества двухванных печей: высокая произво­дительность, более ритмичная работа мартеновского це­ха, в 4...6 раз меньший расход топлива.