Получение стали в мартеновской печи

Процесс плавки осуществляется в мартеновских печах — пламенных отражательных регенеративных плавильных агрегатах (рис. 2.4). Основной частью мартеновской печи является плавильное пространство /, образуемое передней 2 и задней 3 боковыми стенками и сводом 4. В передней стенке печи находятся загрузочные окна 5 для подачи шихтовых материалов в печь. В задней стенке печи расположено сталевыпускное отверстие 6. С обоих торцов сталеплавильного пространства расположены головки печи 7. Головки служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива в мартеновских печах используют природный газ или мазут. Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали в шлаке преобладают кислотные окислы, процесс называется кислым мартеновским процессом, а если преобладают основные окислы — основным.

Футеровку кислой мартеновской печи изготавливают из динасового кирпича, а верхний рабочий слой набивают кварцевым песком.

Футеровку основной мартеновской печи выполняют из магнезитового кирпича, на который набивают магнезитовый порошок.

Свод мартеновской печи не соприкасается со шлаком, поэтому его делают из динасового или шамотного кирпича независимо от типа процесса, осуществляемого в печи. Наибольшее количество стали получают в мартеновских печах с основной футеровкой, так как в этом случае возможно переделывать в сталь различные шихтовые материалы, в том числе и с повышенным содержанием Р и S.

В мартеновских печах выплавляют качественные стали. Выплавляемые в них стали содержат значительно меньшее количество растворенных газов, неметаллических включений, чем стали, выплавленные в основной печи. Поскольку в печах с кислой футеровкой нельзя навести основной шлак, способствующий удалению фосфора и серы, то при плавке в таких печах применяют металлическую шихту с низким содержанием серы и фосфора. Благодаря этому кислая сталь

Схема мартеновской печи имеет более высокие показатели механических свойств, особенно ударной вязкости и пластичности

Рис. 2.4. Схема мартеновской печи имеет более высокие показатели механических свойств, особенно ударной вязкости и пластичности. Ее используют для ответственных деталей — коленчатых валов судовых двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников, стволов орудий и т.д.

В зависимости от состава металлической шихты, используемой при плавке, различают следующие разновидности мартеновского процесса:

  • 1) скрап-процесс, при котором основной частью шихты является стальной скрап (кроме скрапа, входит 25—46% чушкового передельного чугуна);
  • 2) скрап-рудный процесс, при котором основная часть шихты состоит из жидкого чугуна (55—75%), а твердая часть шихты из скрапа и железной руды применяется на заводах, имеющих доменные печи.

Технология скрап-рудного процесса. По окончании прогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун, который, проходя через слой скрапа, взаимодействует с железной рудой. В период плавления интенсивно окисляются примеси чугуна за счет восстановления железа из руды и скрапа:

В этот период плавления полностью окисляются кремний и марганец, большая часть углерода и фосфора.

Для ускорения плавления и окисления производят продувку ванны кислородом через специальные фурмы, опускаемые в расплав через отверстия в своде печи. При этом в процессе плавления происходит дальнейшее удаление фосфора по реакции:

Образовавшийся фосфат кальция удаляется со скачиваемым из печи шлаком. По окончании расплавления шихты наступает период кипения.

В процессе кипения в печь подают дополнительно некоторое количество железной руды или продувают ванну кислородом, это создает условия для окисления углерода. Углерод, содержащийся в металле, начинает интенсивно окисляться с образованием его окиси. В это время отключают подачу топлива и воздуха в печь, в результате этого давление газов в плавильном пространстве печи уменьшается и выделяющаяся окись углерода вспенивает шлак. Выделяющиеся при кипении пузырьки окиси углерода интенсивно перемешивают металл, выравнивая его состав и температуру по объему ванны. Кроме того, на своем пути они захватывают растворенные в металле водород и азот и способствуют всплытию взвешенных неметаллических включений. Сера удаляется в конце периода кипения:

Шлак начинает вытекать из печи через завалочные окна в шлаковые чаши. Эта операция называется скачиванием шлака. Вместе со шлаком удаляется значительное количество фосфора и серы. После этого вновь включают подачу топлива и воздуха, давление газов в печи возрастает, шлак перестает вспениваться и его скачивание прекращается.

Для более полного удаления из металла серы и фосфора в печи наводят новый шлак. Процесс кипения считают закончившимся, если содержание углерода в металле соответствует заданному, а содержание серы и фосфора минимально.

После этого приступают к раскислению. Металл раскисляют в два этапа: в период кипения путем прекращения подачи руды в печь (вследствие чего раскисление происходит за счет углерода, содержащегося в металле) и подачи в ванну раскислителей — ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное раскисление стали производят в ковше при выпуске ее из печи. При выплавке легированных сталей легкоокисляющиеся легирующие элементы вводят в ванну после раскисления, перед выпуском металла из печи. Плавку считают готовой, когда сталь имеет заданный химический состав и температуру.

Область применения мартеновской плавки. Мартеновской плавкой получают углеродистые и разнообразные марки легированных сталей. Основным скрап-рудным процессом преимущественно получают углеродистые стали, так как чугун, известняк и железная руда вносят в металл много вредных примесей. Наиболее качественную, чаще всего легированную сталь получают в кислых мартеновских печах. Технике-экономические показатели мартеновской плавки:

  • • средний объем стали с 1 м2 площади в сутки (в современных печах составляет приблизительно 10 т/сут);
  • • расход топлива на тонну выплавки стали (до 80 кг/т);
  • • расход кислорода на тонну стали;
  • • расход жидкого чугуна, кг на тонну стали;
  • • себестоимость 1 т стали.

Пути повышении эффективности мартеновской плавки:

  • • интенсификация металлургических процессов (обогащение дутья кислородом);
  • • улучшение конструкции печи;
  • • увеличение интенсивности продувки ванны кислородом и вдувание угольной пыли в жидкую ванну.

Наиболее эффективным является замена обычных мартеновских печей прямоточными двухванными сталеплавильными агрегатами. В этих печах имеются две ванны: в то время как в одной из них протекают процессы загрузки, прогрева, плавления, в другой — идут металлургические процессы получения стали. Двухванные печи не имеют регенераторов, просты по конструкции, в обслуживании и ремонте. Производительность двухванных печей в 2—3 раза выше при снижении в 4—6 раз затрат топлива.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >