Мартенівський спосіб

В мартенівських печах сталь виплавляють з твердого або рідкого чавуну, стального та чавунного брухту (скрапу) окислених та металі­зованих окатишів з добавкою залізних руд, окалини, флюсів та фероспла­вів.

Тривалість процесу 4-12 годин і гірші техніко-економічні показники ніж у киснево-конвертерного способу.

Мартенівська піч будується з вогнетривкої цегли і скріплена рядом стальних балок, які утворюють каркас. Усередині печі знаходиться плавильний простір обмежений знизу - подом, викладеним у вигляді овальної чаші, зверху - сводом, з боків - стінками.

В передній стінці знаходяться завантажувальні вікна, через які завантажують шихтові матеріали і спостерігають за ходом плавки. В задній стінці находиться отвір - льотка для випуску сталі.

З обох сторін плавильного простору знаходяться головки, через які подається та зпалюється паливо (природний газ, доменний та коксовий газ, мазут).

Температура в плавильному просторі до 1700° С підтримується за рахунок зпалювання палива.

Хімізм процесу аналогічний кисне-конвертерному, але кисень використовується той, що знаходиться в оксидах руди та окалини.

Основними різновидами мартенівського способу є скрап-рудний та скрап-процес.

Скрап-рудний процес застосовується на металургійних комбінатах, де є доменне виробництво. Шихта складається на 55-75% з рідкого чавуну, 12-20% руди і скрапа та флюси. (Або 60-80% рідкого чавуну, та 40-25% залізної руди, скрапа та флюси).

Скрап-процес застосовується в мартенівських печах машинобудівних заводів, де накопичуються відходи виробництва: стружка, обрізки, брак, брухт. Шихта складається з 55-75% (65-70%) скрапу і чушкового чавуну 25-45% (30-40%).

Мартенівський спосіб дає можливість одержувати всі види сталей.

Зараз в зв’язку з використанням кисню мартенівські печі перебу­довують на двохванні. В них під одним сводом печі розміщуються дві одна­кові плавильні ємкості. Поки в одній ванні іде продувка киснем і вип­лавка сталі, в другій - завантаження та підготовка до плавки.

Виробництво сталі в електропечах.

Сталі з високою температурою плавлення і покращеними якісними показниками виробляють в електропечах.

В електричних дугових та індукційних печах відсутнє окислювальне полум’я і незначний доступ повітря створює відновлювальну атмосферу і забезпечує можливість більш повного розкислення сталі.

Дугова піч має стальний кожух, викладена усередині вогнетривкими матеріалами. Зйомний свод має отвори для електродів. Вугільні або графітові електроди закріплюються в електроутримувачах, з’єднаних з вторинною обмоткою пічного трансформатора. Електрична дуга виникає між електродами та завантаженим металом і дає температуру до 10000°С.

Завантаження шихти, яка складається на 90% зі скрапа, а 10% пере­робного чавуну, здійснюється через бокове вікно, або зверху, при наяв­ності зйомного своду.

Випуск готової сталі проводиться через льотку.

Для нахилу печі, вона має дугоподібний сегмент, що опирається на ролики, для випуску сталі - на 45° в бік випускного жолоба, а для випуску шлаку - на 10-15° в бік робочого вікна.

Ємкість сучасних печей - до 200-300 т.

В кінці першого періоду (окислювального) плавки в основному закінчується дефосфація - після двох - трьох кратного зливу шлаку і не перевищує 0,01-0,02%.

Завданням другого періоду являється рафінування сталі - повна очистка від домішок шляхом наведення нового шлаку добавляючи вапно (CaO) та плавіковий шпат (CaF₂).

Розкислення проводять феросплавами або алюмінієм.

З індукційних печах виплавляють неіржавіючі сталі.

Вона представляє тигель (графітовий) навкруг якого розмішується багатовитковий індуктор виповнений з мідної трубки, в якій циркулює вода для охолодження. Тигель і індуктор установлені в каркасі печі.

При пропусканні струму через індуктор, завантажений в тігель, метал находиться в швидко перемінному електромагнітному полі і розігріва­ється індуціруваним струмом.

Завантаження шихти здійснюється зверху, а випуск готової сталі – через зливний жолоб.

Продовження плавки в електропечах 1,5-8 годин, (2-4 год. по Ченцову).

Розливання сталі.

Розливання сталі здійснюється двома способами: в ізложниці та в кристалізатор (неперервне розливання).

Ізложниці являють собою чавунні або, рідше, стальні конічні форми. Вони можуть заповнюватися сталлю зверху або знизу. При охолодженні злитки утворюють усадочні раковини (прибуткова частина злитку), яку при подальшій обробці відрізають і направляють в мартенівську піч на переплавку.

Неперервне розливання (в кристалізатор).

З ковша, через проміжну розливну ємкість сталь безперервно посту­пає в кристалізатор охолоджуваний водою, який частіше всього виготовляють з міді.

В ньому формується злиток за формою кристалізатора.

Твердіючий злиток безперервно витягується з кристалізатора роликами, що обертаються, з швидкістю 0,5-1,5 м/хв. На виході з кристалі­затора злиток охолоджується дрібно розбризканою водою. Поділ злитка на куски потрібної довжини проводиться різанням з допомогою кисню.

Для того, щоб почати розливання в кристалізатор вставляють, як тимчасове дно, стальний брусок - затравку, на якому кристалізується сталь.

Переваги - немає усадочних раковин, нема необхідності направляти злитки на прокатку, що знижує собівартість продукції.

Класифікація сталей.

За хімічним складом сталі діляться на вуглецеві та леговані.

Вуглецеві сталі крім вуглецю вміщують також марганець - до 0,8%, силіцій - до 0,4%, а також шкідливі домішки: фосфор - до 0,07% та сірку - до 0,06%.

В залежності від вмісту вуглецю сталі діляться на: низьковугле­цеві з вмістом вуглецю до 0,3%, средньовуглецеві - 0,3-0,6%, високовуглецеві - більше 0,6%.

З збільшенням вмісту вуглецю твердість та пружність зростають, а пластичність та в’язкість знижуються.

Наявність сірки визиває червоноламкість (крихкість при червоному калінні), а наявність фосфору - холодоламкість (крихкість при зви­чайних та знижених температурах).

В леговані сталі, крім названих елементів, для надання особливих властивостей додатково вводять такі елементи, як хром, нікель, вольфрам, молібден, ванадій та ін.

В залежності від кількості легуючих добавок леговані сталі діляться на три групи: низьколеговані, з вмістом легуючих елементів до 2,5%, середньолеговані - 2,5-5,0%, та високолеговані - більше 5,0%.

В залежності від застосування сталі ділять на слідуючи чотири класи:

1. Будівельні сталі, що використовуються в вигляді прокату для будівництва споруд, суден та ін.

2. Машинобудівельні - використовуються головним чином для виготовлення деталей машин.

3. Інструментальні, які ідуть на виготовлення ріжучого, штамповочного та вимірювального інструменту.

4. Сталь що має особливі властивості - жаростійка, електротехнічна, неіржавіюча, кислототривка та ін.

В залежності від застосування сталі діляться також на 3 групи: А, Б, В. Крім того сталі кожної групи діляться на категорії І, 2, З і т.

По групах А і Б сталі випускаються семи марок, а по групі В – п’яти марок.

Група А – Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5, Ст6 поставляються за механіч­ними властивостями. Група Б – БСт0, БСт1, БСт2, БСт3, БСт4, БСт5, БСт6, поставляються за хімічним складом.

Група В – ВСт1, ВСт2, ВСт3, ВСт4, ВСт5 поставляється за хімічним складом та механічними властивостями.

Вуглецеві якісні конструкційні сталі випускаються багатьох марок, наприклад марок 10, 20, 25....85 (цифри показують на вміст вуглецю. Для визначення вмісту вуглецю треба цифру розділити на 100).

В легованих сталях хімічні елементи позначаються слідуючими буквам В - вольфрам, Н - нікель, X - хром, М - молібден, К - кобальт, марганець, С - силіцій, Ю - алюміній.

Цифри, що стоять перед буквами означають середній або максимальний вміст вуглецю в сталі в сотих долях %, а цифри, що стоять після літер вміст легуючих елементів в цілих одиницях.

30X13 - 0,3% вуглецю і 13% хрому

40X10В5 – 0,4% вуглецю, 10% хрому, 5% вольфраму

20Н8КІ2 - 0,2% вуглецю, 8% нікелю, 12% кобальту.

4. Науково-технічний прогрес в сталеплавильному виробництві.

Науково-технічний прогрес в сталеплавильному виробництві направлений на подальше вдосконалення обладнання процесу, інтенсифікацію виробництва, підвищення якості продукції. Основні його напрямки:

1. Вдосконалення конструкції конвертерів - конвертери з комбінованим дуттям (донне і зверху).

2. Реконструкція мартенівських печей в двухванні.

3. Використання губчатого заліза при одержанні електросталей.

4. Застосування нових способів рафінування сталей:

- розкислення у ковшах;

- вакуумування сталі у спеціальних вакуум-камерах для видалення домішок;

- промивання сталі інертними газами.

5.    Проведення електроплавки у вакуумі.

6.    Розробка непреривного способу виробництва сталі.