4. Устройство мартеновской печи.

Мартеновская печь называется пламенной регенеративной, так как принцип ее работы основан на регенерации тепла, обеспечивающей высокую температуру печи, необходимую для ведения плавки.

Важнейшей частью мартеновской печи является рабочее пространство А. Здесь происходят важнейшие физико-химические процессы: горение топлива, окисление примесей, расплавление шихты, образование металла и шлака. Сверху рабочее пространство ограничено сводом 1, снизу — подом 10, задней и передней стенками, а с боковых сторон — головками 2. В передней стенке сделаны завалочные окна 11. Через них загружают печь, берут пробы, наблюдают за процессом, а также наваривают или исправляют под. В задней стенке внизу имеется отверстие для выпуска металла и шлака. Головки печи расположены симметрично. В них находятся каналы 3 и 4, через которые в печь поступают газ и воздухи отходят продукты горения. В нижней части головки соединяются с регенераторами 5 и б, установленными попарно с обеих сторон печи (всего их четыре); при работе на жидком топливе можно ограничиться двумя регенераторами (по одному с каждой стороны). Регенераторы представляют собой камеры, выложенные огнеупорным кирпичом. Внутри регенератора имеется огнеупорная насадка с вертикальными каналами. В нижней части регенераторы соединены с каналами 7 и 8, по которым поступают воздух и газ и отходят продукты горения. Чтобы регулировать направление движения газа и воздуха в печь, а продуктов горения — к дымовой трубе, в каналах имеются перекидные клапаны 9.

Работа мартеновской печи начинается с ее загрузки. печь загружается завалочными машинами. При скрап-процессе вначале заваливают лом и известняк, затем чугун, при скрап-рудном процессе — сначала железную руду и известняк, а затем жидкий чугун. чугун заливают из ковша по желобу, устанавливаемому в завалочном окне. В зависимости от величины печи и степени механизации завалка длится от двух до трех часов. Одновременно с завалкой шихты в печь подают топливо и воздух.

Подогрев продуктов горения обеспечивает при сгорании топлива в рабочем пространстве температуру около 2000° С. При работе на жидком топливе регенераторы подогревают только воздух, а нефть или мазут подаются форсунками, установленными в каналах головок печей.

Процесс получения стали в мартеновской печи делится на три периода.

Первый   период — плавление — начинается вскоре после начала загрузки. После окончания загрузки расплавление идет интенсивнее, так как уменьшаются потери тепла.

Во время плавления надо вводить в печь наибольшее количество тепла. Это предохранит металл от растворения в нем газов и от излишнего окисления.

Период плавления характеризуется окислительными реакциями: окисляются кремний, марганец, железо, фосфор.

Одновременно образуется большое количество закиси железа FeO, которая является основным окислителем примесей — кремния, марганца, фосфора.

Второй   период — окисление — характеризуется энергичным окислением углерода за счет FeO.

Образующиеся при этом газы, стремясь вырваться из ванны, приходят в состояние кипения, поэтому второй период плавки называют периодом кипения. Выгорание углерода длится 2—3 часа. По получении требуемого процента углерода заканчивается второй период плавки.

Третий   период — раскисление. Цель раскисления та же, что и в конверторе, и применяются те же раскислители: ферросилиций, ферромарганец, алюминий. Более тяжелые раскислители загружают прямо в печь, более легкие — в желоб или в ковш. Иногда для проверки раскисленности стали делают пробу. Застывший раскаленный кусок стали подвергают ковке; при плохой раскисленности образуются трещины. Если в мартеновской печи выплавляют легированную сталь, после раскисления в нее вводят легирующие элементы: ферротитан, феррохром, высококремнистый ферросилиций и др. Для получения никелевой стали вводят чистый никель.

После окончания плавки сталь выпускают в ковш. процесс плавки длится 5—8 часов, при скоростном сталеварении сроки сокращаются до 4,5—5,5 часа. Важнейшим фактором повышения производительности мартеновских печей является внедрение новой прогрессивной технологии, в первую очередь применение кислорода в мартеновской плавке.

5. Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) состоит из рабочей ванны (плавильного пространства), регулятора мощности дуги и вспомогательных технологических механизмов, позволяющих открыть (закрыть) свод печи, скачать шлак и слить металл. Регулятор мощности дуги представляет собой механизм перемещения электродов с приводом, управляемый программно-адаптивным регулятором электрического режима.

Ранее существовали регуляторы дуги с электромеханическими приводами, которые в силу своей большой инерционности не получают дальнейшего распространения и практически полностью вытеснены регуляторами электрогидравлическими.

Как правило, ДСП имеет индивидуальное электроснабжение через печной трансформатор, подключенный к высоковольтной линии. Вторичное напряжение регулируется при помощи переключателя ступеней напряжения (ПСН), который может быть как переключаемым при отключенной печи (ПБВ), так и под напряжением (РПН).

Плавку стали ведут в рабочем пространстве, ограниченном сверху куполообразным сводом, снизу сферическим подом и с боков стенками. Огнеупорная кладка пода и стен снаружи заключена в металлический кожух. Съёмный свод может быть набран из огнеупорных кирпичей, опирающихся на опорное кольцо, а может быть из водоохлаждаемых панелей, как и стенки. Через три симметрично расположенных в своде отверстия в рабочее пространство введены токопроводящие электроды, которые с помощью специальных механизмов могут перемещаться вверх и вниз. Печь обычно питается трёхфазным током, но есть печи постоянного тока. Современная мощная дуговая печь используется преимущественно как агрегат для расплавления шихты и получения жидкого полупродукта, который затем доводят до нужных состава и степени чистоты внепечной обработкой в ковше.

Индукционные печи представляют собой тигель из огнеупорного материала (кислого, основного и нейтрального), окруженный витками медного полого индуктора, по которому проходит ток. В стали, заполняющей тигель, переменные токи большей силы и низкого напряжения, превращающиеся в тепло вследствие омического сопротивления шихты и частых перемен направления.

Переменный ток высокой частоты напряжением 150—2000 в подводится к первичной катушке (индуктору) и создает вокруг нее переменное магнитное поле. Переменный магнитный поток во вторичной цепи (загруженный в печь металл) вызывает индуктированную электродвижущую силу, под влиянием которой в металле возникают переменные токи, нагревающие и расплавляющие металл. Наведенная в металле э. д. с. вызывает образование вихревых токов в плоскости витков обмотки, т. е. перпендикулярных к оси магнитного потока. На поверхности металла плотность тока достигает максимума и снижается от краев к середине. «Вытеснение» тока на поверхность металла обусловливает явление «поверхностного» эффекта. Чем больше частота переменного магнитного тока, тем большее значение приобретает поверхностный эффект. Плотность переменного тока по сечению массивного проводника (металл) неодинакова. У поверхности проводника плотность тока наибольшая, в центре — наименьшая. Вследствие этого прилегающий к стенке тигля металл перегревается сильнее, чем в центре. В печах без железного сердечника имеются два концентрических проводника: внешний — индуктор и внутренний — расплавленный металл.

В связи с тем, что ток по этим проводникам течет в разных направлениях и проводники отталкиваются друг от друга, средняя часть металлической ванны образует «гребешок», что приводит к энергичному перемешиванию металла. Отрицательной стороной этого гребешка является необходимость увеличения слоя шлака, чтобы шлак закрывал металл, а это уменьшает стойкость тигля печи.

Емкость среднечастотных печей, как правило, составляет 8— 12 т. Емкость печей с нормальной частотой достигает 10—20 т. В печах с нормальной частотой металл в то время, когда печь находится под током, поднимается до высокого уровня, поэтому тигель этих печей в 1,5 раза выше тиглей высокочастотных печей. На рисунке справа приводятся эскизы футеровки печей обоего типа.