книги из ГПНТБ / Сосненко М.Н. Мартеновское производство стали учебник для сред. проф.-техн. училищ
.pdfМ. Н СОСНЕНКО
МАРТЕНОВСКОЕ
ПРОИЗВОДСТВО
СТАЛИ
М. Н. СОСНЕНКО
МАРТЕНОВСКОЕ
ПРОИЗВОДСТВО
СТАЛИ
Одобрена Ученым советом Государственного Комите та СМ СССР по професси онально-техническому об разованию в качестве учеб ника для средних профес
сионально-технических училищ
і
Мо с к в а
„МЕТАЛЛУРГИЯ“
1974
УДК 669.183.2/4 (075)
УДК 669.183.2/4 (075) |
|
Мартеновское производство |
стали. 2-е изд. С о с н е н к о М . Н. |
М., «Металлургия», 1974. 224 |
с. |
Приведены сведения об устройстве и ремонте мартеновских печей, характеристики шихтовых, огнеупорных, заправочных и теплоизоля ционных материалов, применяемых в мартеновском производстве, основы теории мартеновского процесса, современной технологии плавки и разливки стали. Изложены вопросы автоматического управления работой печей, принципы организации труда сталеваров, техника безопасности и промышленная санитария в мартеновском производстве. Приведены технико-экономические показатели мартеновского способа производства стали.
Книга является учебником для профессионально-технических учи лищ, готовящих подручных сталеваров на мартеновских печах. Ил. 121. Табл. 34. Список лит.: 8 назв.
//< /’
Ц':
©Издательство «Металлургия», 1974.
С |
31005 —093 |
040(01)—74 32—74 |
ПРЕДИСЛОВИЕ
Сталь производят в мартеновских и электрических печах, а также в конвертерах. Высококачественные и высоколегированные стали выплавляют в электрических индукционных вакуумных печах ме тодами вакуумно-дугового и электрошлакового переплава (послед ний разработан в СССР). Важной задачей является внедрение в про изводство электроннолучевой, плазменной и зонной плавок, позво ляющих получать высококачественные сплавы. Около 80% всей выпускаемой стали в СССР выплавляют в мартеновских печах. Ши рокое распространение мартеновского способа производства стали обусловлено возможностью использования в качестве шихты чуш кового чугуна, стального лома, стружки, окалины и других метал лических отходов производства, а также расплавленного чугуна с повышенным содержанием вредных примесей. В мартеновских пе-. чах можно выплавлять качественные углеродистые и легированные (нержавеющие, жаропрочные и др.) стали.
Высокие темпы развития черной металлургии требуют большого количества квалифицированных рабочих. В СССР создана широкая сеть профессионально-технических училищ, готовящих рабочих для нашей промышленности, выпускаются учебные пособия, помогаю щие учащимся в короткие сроки овладеть избранной специаль ностью.
Предлагаемый учебник написан в соответствии с программой под готовки в технических училищах подручных сталевара на марте новских печах, утвержденной Государственным комитетом профес сионально-технического образования при Совете Министров СССР.
В современных условиях производственное обучение должно включать элементы инженерно-технической подготовки. Оно должно дать учащимся достаточный объем знаний, объясняющих физиче ский смысл явлений, связанных с осуществляемыми на производ стве технологическими процессами. Кроме того, во время обучения в училище молодой рабочий должен усвоить комплекс сведений по
1 |
3 |
механизации и автоматизации производственных процессов, необ ходимых для сознательного, прочного и глубокого овладения изу чаемой профессией.
С учетом этих положений в книгу включены научные основы мартеновского процесса плавки, сведения по автоматическому ре гулированию параметров и теплового контроля печей, которые даются в доступной для учащихся форме. Поскольку учащиеся тех нических училищ имеют среднее образование, в учебнике приводится минимум справочного материала. Более подробные сведения и до полнительные данные учащийся легко найдет в технической литера туре, список которой приводится в конце книги.
ГЛАВА i
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ МАРТЕНОВСКОМ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
§ 1. ЗАДАЧИ МАРТЕНОВСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Слово «металлургия» древнегреческого происхождения, состав ными частями которого являются «металлон» (металл, рудник) и «эргон» (работа), дающие представление о добыче руды, выплавке и обработке металлов. С развитием техники область металлургии была ограничена получением первичных металлов. В XVIII в, М. В. Ломоносов писал «. . . металлургии должность тут кончается, когда она поставит.чистые металлы и полуметаллы в дело годные». В наши дни под металлургией понимают отрасль промышленности и отрасль науки, служащие получению чистых металлов или сорто вых сплавов, пригодных для использования в других отраслях про мышленности (обработка металлов давлением, литейное производ ство и др.).
Различают черную металлургию — это производство стали и чу гуна (сплавов железа с углеродом) и цветную — производство меди, алюминия, свинца, цинка, олова и других цветных металлов.
Задача металлургического мартеновского производства заклю чается в выпуске стальных слитков. При этом в качестве основного исходного материала чаще всего используют расплавленный пере дельный чугун, получаемый в доменных печах. Стальные слитки массой 1— 100 т и более предназначают для обработки давлением (подвергают прокатке или ковке). Таким образом, полный металлур гический цикл (рис. 1) включает три самостоятельных производства: доменное, сталеплавильное и прокатное (ковочное).
§ 2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО МАРТЕНОВСКОГО ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ
Способ получения стали на поду печи стал применяться с 1864 г., когда французский инженер П. Мартен построил первую в мире плавильную печь, названную в честь изобретателя мартеновской. В печах такого типа использован принцип регенерации тепла, пред ложенный В. Сименсом. Преимущество таких печей по сравнению с ранее используемыми пламенными печами без регенерации тепла состояло в возможности вести плавку при более высоких темпера турах и меньших затратах топлива.
В России первые мартеновские печи построены в 1866— 1867 гг. С. И. Мальцевым на Иваново-Сергиевском заводе, а в 1870 г. А. А. Из-
5
Исходные материалы |
г |
------------„---------------------- |
Исходные материалы
^ Исходные материалы
Рис. 1. Схема мертеновского производства при полном металлургическом цикле:
а — доменное производство; б — мартеновское производ ство; в — прокатное производство
носковым на Сормовском заводе. Первые мартеновские печи строили с небольшой площадью пода, потому их емкость не превышала 2,5 т. По характеру процесса плавки они являлись кислыми (их подину и стены выкладывали из кислых материалов). Недостатком кислых печей является невозможность переводить в шлак при плавке вред ные примеси, т. е. переплавлять исходные материалы с повышенным содержанием фосфора и серы, резко ухудшающим качество стали.
Бурное развития мартеновского производства стали начинается после освоения в 1878 г. томасовского основного процесса плавки стали в конвертерах, который давал возможность использовать в ка честве исходного материала фосфористый чугун. В России первые плавки стали в основных мартеновских печах осуществлены в 1881 г. на Александровском заводе в Петербурге, когда под печи набивали из обожженного доломита с каменноугольной смолой.
Вначале мартеновские печи работали только на твердой завалке из стального лома — по скрап-процессу. В 1894 г. русские инженеры Горяйновы разработали рудный процесс, при котором можно было получать сталь из расплавленного чугуна.
Огромный вклад в установление теоретических основ металлургии стали внесли своими работами выдающиеся русские ученые-метал лурги, среди которых в первую очередь следует отметить М. В. Ло моносова, П. П. Аносова, Д. К. Чернова, А. С. Лаврова, Н. В. Ка лакуцкого, В. Е. Грум-Гржимайло, Н. Е. Скрядова. М. В. Ломоносов был основоположником отечественной металлургии. В 1763 г. им был опубликован первый научный труд по металлургии: «Первые основания металлургии или рудных дел».
Выдающийся металлург XIX в. П. П. Аносов (рис. 2) разработал теоретические и производственные основы получения высокока чественных сталей, впервые организовал на Златоустовском заводе производство клинковой стали, превосходящей по качеству прослав ленную булатную сталь дамасских мастеров. Он же впервые применил микроскопический метод исследования металлов.
Великий русский металлург и металловед Д. К. Чернов (рис. 3) открыл критические температуры в стали, установил закономер ности кристаллизации стального слитка, а также научные основы тепловой (термической) обработки стали. Выдающиеся русские ин женеры А. С. Лавров и Н. В. Калакуцкий открыли неоднородность по составу и строению стального слитка, изучали процесс образова ния раковин и внутренних напряжений в стали. В. Е. Грум-Гржи майло в своем труде «Гидравлические методы расчета пламенных пе чей» изложил оригинальную теорию пламенных печей, определив шую дальнейшее развитие печной теплотехники в России и за гра ницей. Н. Е. Скарядов в 1911 г. заложил основы современной теории тепловой работы мартеновских печей.
Развитию металлургии стали в дореволюционный период способ ствовали творческие работы русских ученых-исследователей и уче ников Д. К. Чернова, к числу которых следует отнести Н. С. Курни кова, А. А. Байкова, М. М. Карнаухова и др. Акад. Н. С. Курнаков и его последователи разработали основные типы диаграмм состояния
7
сплавов, установили зависимость свойств сплавов от их химиче ского состава. А. А. Байков разработал теорию металлургических процессов на основе систем окислов, находящихся в состоянии дис социации. М. М. Карнаухов впервые создал курс металлургии стали, в основу которого положил упругость диссоциации окислов, харак теризующих сродство элементов к кислороду. Большой вклад в науку и дальнейшее развитие теории сталеплавильных процессов внесли
Рис. 2. П. П. Аносов (1797 — 1851 гг.) Рис. 3. Д. К. Чернов (1839 — 1921 гг.)
многие советские ученые: М. А. Павлов, А. М. Самарин, Н. Н. До брохотов, К. Г. Трубин, И. П. Бардин и др.
До революции емкость мартеновских печей не превышала 75 т, а их производительность составляла около 60 тыс. т стали в год, что не могло удовлетворить внутреннюю потребность страны в этом крайне важном и нужном для промышленности сплаве. После Вели кой Октябрьской социалистической революции металлургические за воды стали народным достоянием, что открыло путь к быстрому вос становлению и развитию металлургии. В марте 1920 г. IX съезд ВКП (б) принял постановление о задачах хозяйственного строитель ства. В 1924 г. опубликован труд М. А. Павлова «Определение раз меров доменных и мартеновских печей», заложивший прочные на учные основы для их расчетов и проектирования. В 1926 г. в Ленин граде создается Государственный институт по проектированию ме таллургических заводов (Гипромез). В 1929 г. вошла в строй первая советская механизированная домна на Макеевском заводе им. С. М. Кирова. Большое значение в развитии металлургии СССР
сыграло историческое решение XVI съезда ВКП (б) в 1930 г. «О созда нии на Востоке второго основного угольно-металлургического центра
СССР путем использования богатейших угольных и рудных место рождений Урала и Сибири». В период первых пятилеток развития
8
народного хозяйства страны введено в строй много новых' металлур гических предприятий, среди которых Магнитогорский и Кузнецкий комбинаты, Ново-Тагильский, Криворожский, «Запорожсталь», «Днепроспецсталь», «Азовсталь», Ново-Тульский, Челябинский за вод ферросплавов и др. Одновременно с этим была увеличена ем кость мартеновских печей— началось массовое строительство 150,
185, а |
затем и 400-т печей усовершенствованных конструкций. |
В 1928 |
г. СССР занимал пятое место в мире по выплавке стали, |
а в 1932 г. наша страна по производству стали вышла на второе место в мире и первое в Европе. За годы первой пятилетки (1928— 1933 гг.) было введено в эксплуатацию 66 мартеновских печей про изводительностью 2 млн. т. стали, в том числе 45 новых, а за вторую
пятилетку |
(1933— 1938 |
гг.) |
89 |
новых |
ѣв |
печей. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Большим достижением советской ме |
|
||||
таллургии в период Великой |
Отечествен |
|
|||
ной войны |
является постройка 29 новых |
|
|||
крупных |
мартеновских |
печей, а |
также |
|
|
освоение выплавки в них легированной |
|
||||
стали различных марок, которые ранее |
|
||||
выплавлялись только |
в электропечах. |
|
|||
В 1942 г. в основных мартеновских печах |
Рис. 4. Выплавка стали в СССР, |
||||
начали выплавлять хромоникельвольфра- |
млн. т |
момолибденовые, а затем шарикоподшипни ковые стали. В 1947 г. впервые применен в широких масштабах кисло
род в мартеновской плавке. Этот процесс, сделавший подлинную ре волюцию не только в мартеновском процессе, но и в доменном, кон вертерном и электродуговом процессах, был разработан в нашей стране и впервые внедрен в производство на Московском заводе «Серп и молот» группой советских специалистов, работавших под руководством акад. И. П. Бардина и проф. К. Г. Трубина. В 1948 г. в мартеновском производстве начали использовать радиоактивные элементы для контроля процессов плавки. В 1955 г. на Всесоюзном совещании сталеплавильщиков в г. Запорожье принято решение о строительстве мартеновских печей емкостью 500 т. В 1955— 1956 гг. вступил в строй крупный Череповецкий металлургический завод, оснащенный передовой техникой. В 1957 г. на Всесоюзном совещании сталеплавильщиков в г. Свердловске принято решение о разработке конструкции 700-т мартеновской печи и цеха с печами такой ем кости. В 1960 г. на Донецком металлургическом заводе пущена крупнейшая в мире установка для непрерывной разливки стали из 140-т ковша.
Направлениями дальнейшего развития сталеплавильного марте новского производства явились постройка 900-т мартеновских печей и цехов с такими печами; использование в качестве топлива марте новских печей природного газа, на котором в 1967 г. было выплав лено более 100 млн. т. стали; широкое использование кислорода на большом числе мартеновских заводов, позволившее интенсифициро вать процессы выплавки стали и ускорить выжигание углерода; по
9