§ 9. Устройство и принцип работы мартеновской печи

Мартеновская печь представляет собой пламенную регенеративную печь.

Рабочее плавильное пространство печи снизу ограничивается подиной, сверху сводом, а с боков передней и задней стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. Сырые материалы (шихту, флюс) загружают на подину со стороны рабочей площади через загрузочные окна, расположенные в передней стенке печи, а готовую сталь сливают через летку в задней стенке печи.

К плавильному пространству печи с обеих сторон примыкают головки печи, в которые поступают газ и воздух, нагретые в регенераторах. Регенератор представляют собой камеру, в которой размещена насадка, выполненная из огнеупорного кирпича. Регенераторов по 2 с каждой стороны – воздушный и газовый. Газ и воздух проходят через нагретую до 1200°С насадку соответствующих регенераторов, нагреваются до 1000 – 1100°С и по вертикальным каналам направляются в головку печи, где смешиваются и сгорают, в результате чего температура под сводом печи достигает 1680 – 1750°С. Продукты горения направляются из рабочего пространства печи в левую пару регенераторов, нагревают их огнеупорную насадку. Когда насадки правой пары регенераторов остывают специальное перекидное устройство переключает направление газов и работает левая пара регенераторов.

Разогрев шихты, расплавление металла и шлака в печи происходит в плавильном пространстве при контакте материалов с флюсом раскаленных газов (1800 – 1900°С).

Рис.

1. Рабочее плавильное пространство;

2. подина;

3. свод;

4. головка печи;

5, 6, 7, 8. регенераторы;

9. перекидное устройство.

§ 10. Принцип работы мартеновской печи

При выплавке стали в мартеновских печах различают следующие периоды:

1. осмотр и заправка подины;

2. завалка шихты;

3. плавление шихты;

4. кипение металла;

5. раскисление и легирование металла;

6. выпуск готового металла.

Основной мартеновский процесс.

На заводах, имеющих доменное производство в основной печи ведут скрап-рудный процесс, как наиболее экономичный.

Заправка печи заключается в заделке поврежденных участков подины, откосов и простенков печи путем засыпки магнезитовым или доломитовым порошком, который при высокой температуре приваривается к основному материалу.

Завалку шихты производят одной или двумя завалочными машинами, которые вносят шихту в печь в специальных металлических ящиках (мульдах) и, опрокидывая их, высыпают шихту на подину печи. Сначала загружают мелкий скрап, затем более крупный и на него кусковую известь (3 – 5 % от массы металла). После прогрева загруженных материалов подают оставшийся стальной лом и передельный чугун 2 – 3 порциями. Этот порядок загрузки шихты позволяет быстро их прогреть и расплавить. Продолжительность загрузки зависит от емкости печи и характера шихты и составляет 1,5 – 3 ч. Заливку чугуна в печь производят большими ковшами (80 – 100 т) в конце периода прогрева, когда шихта начинает охлаждаться

Плавление шихты – самый длительный процесс плавки. В этот период активного окисления примеси чугуна. От обильного окисления углерода выделяется много газов, что вызывает бурление (кипение) металла и шлака. Это усиливает процесс окисления и шлакообразования, что вызывает необходимость скачивания (удаления) первичного шлака через 10 – 20 мин после заливки чугуна в печь. Шлак вытекает из печи через шлаковое отверстие в задней стенке и через порог загрузочного окна в специальные чаши. Вместе со шлаком из ванны удаляется значительная часть окислов Si, Mn, P и Fe, а также соединений S. После этого в печь загружают известняк и боксит, которые к моменту полного расплавления шихты образуют шлак с повышенным содержанием СаО. К этому времени Si, содержащийся в чугуне и стальном ломе, окисляется почти полностью, Mn на 60 – 80 %, P – 30 – 40 % углерод на 25 – 40 %.

Доводку металла до нужного химического состава производят периодическим добавлением на шлак железной руды и повышением теплового режима печи. Это усиливает окисление углерода и вызывает кипение ванны. В процессе кипения из металла выделяется окись углерода, происходит перемешивание металла, что способствует очищению металла от растворенных газов и неметаллических включений. В период доводки заканчивается удаление Р и S, достигается нужное содержание Mn.

Добавку легирующих элементов, не окисляющихся в процессе плавки (Ni, Cu, Mo), производят в начале плавки, а легкоокисляющиеся элементы (Cr, Ti, Si, Al) вводят в сталь после предварительного раскисления.

В процессе раскисления стали происходит удаление кислорода в виде FeO и попутно освобождение ее от газов H₂, N₂. Раскисление металлическими раскислителями (ферромарганцем, ферросилицием, кусками алюминия) производится непосредственно в ванне печи и может быть закончено в разливочном ковше.

После взятия контрольных проб сталь выпускают из печи через выпускное отверстие в задней стенке и через желоб выливают в разливочный ковш.

Для интенсификации мартеновского процесса используют применение кислорода, который вдувается в расплавленный металл через сводовые фурмы.

Общая продолжительность плавки в мартеновских печах зависит от емкости печи и условий производства. Например, для печей емкостью в 200 т – 8 – 9 часов, 400 – 500 т – 12 ч.

Среднесуточный съем стали с 1 м² пода печи составляет от 9 до 12 т/м².