4. Тепловая работа мартеновской печи

Мартеновские печи, как уже отмечалось, отапливаются природным газом в смеси с мазутом. Топливо подается в печь в течение всей плавки. Под действием тепла факела нагреваются кладка печи и шихта. Большая часть тепла (~ 90 %) от факела передается излучением. Известно, что чем выше температура факела и степень черноты пламени, тем интенсивнее нагревается шихта. Повышение температуры достигают улучшением степени нагрева воздуха в регенераторе, обогащения его кислородом, повышением степени черноты факела – карбюризацией пламени и рациональной организацией факела.

В начале плавки, когда температура шихты низкая, разность температур факела и шихты большая, наблюдается максимальное усвоение тепла шихтой (максимальная тепловая нагрузка). По мере нагрева шихты она сама начинает отражать теплолучи, в результате условия поглощения тепла ухудшаются, поэтому необходимо уменьшать подачу топлива в печь.

Для карбюризации факела при сжигании природного газа подают мазут (до 30 % от тепловой мощности), что повышает в пламени содержание сажистых (углеродистых) частиц и соответственно степень черноты пламени; в большинстве случаев она составляет величину 0,6−0,75.

Средняя тепловая нагрузка в зависимости от емкости печи составляет от 23 до 70 МВт.

Удельный расход топлива на 1 т стали зависит от многих факторов и прежде всего от емкости печи. По мере ее увеличения уменьшаются относительные потери тепла на нагрев футеровки, на отвод тепла с охлаждающей водой и другие потери.

С точки зрения энерго (топливо)– потребления мартеновский процесс является неэффективным, а расход условного топлива на 1 т выплавляемой стали составляет в среднем 125−150 кг.

В процессе горения факела в рабочем пространстве печи образуются оксиды азота, которые с отходящим газом выбрасываются через дымовую трубу в атмосферу, поэтому мартеновский передел можно отнести к экологически грязному.

2. Кислородно-конвертерный процесс

Кислородно-конвертерный процесс производства стали является самым массовым способом ее производства, на его долю приходится более 50 % всей выплавляемой стали.

Зарождение конвертерных процессов относится к середине XIXстолетия, когда впервые удалось получить литую сталь путем продувки чугуна окислительными газами без использования топлива (идея Генри Бессемера). В бессемерском конвертере использовались кислые огнеупорные материалы. Продувка воздухом осуществлялась через фурмы, расположенные в днище конвертера. Простота конструкции и высокая производительность делали этот процесс перспективным. Однако в этом конвертере из-за кислой огнеупорной футеровки можно было формировать кислые шлаки (кислый процесс), что существенно ограничивало переработку чугунов с повышенным содержанием фосфора и серы.

В 1978 году Джильхрист Томас заменил кислую футеровку конвертера на основную и таким образом реализовал в конвертере с донной продувкой основной конвертерный процесс, который получил название – томасовский, что значительно расширило гамму перерабатываемых чугунов.

Однако при продувке чугунов воздухом тепловой баланс конвертерной плавки оставался напряженным, что ограничивало использование металлического лома, кроме того, продувка воздухом приводила к повешению содержания азота в стали с ухудшением ее качества. Указанные недостатки устраняются при замене воздушного дутья кислородным. Со второй половины XXстолетия кислородно-конвертерный процесс получил широкое развитие и используется для передела чугуна разнообразного состава (передельного), в том числе с повышенным содержанием фосфора и легированного разными элементами.

Состав чугуна для кислородно-конвертерного процесса:

Элемент	С	Si	Mn	P	S
% содержания	3,8–4,7	0,5–1,1	0,5–1,1	до 0,3	0,03–0,05

Благодаря использованию для продувки чистого кислорода, появилась возможность перерабатывать в конвертере до 25 % лома от массы шихты, за счет сокращения потерь тепла, уносимого конвертерными газами (за счет уменьшения содержания азота в отходящих газах).