Мартеновская печь принцип работы: Мартеновская печь — история, схема, принцип работы и актуальность на сегодня

Мартеновская печь — история, схема, принцип работы и актуальность на сегодня

Еще с древних времен способ переработки железной руды свидетельствовал об уровне развития цивилизации и оригинальности технической мысли инженеров того времени. И постепенно человечество перешло от сыродутных печей к крупным сталеплавильным агрегатам.

Так в конце XIX века появилась мартеновская печь. Благодаря универсальности в отношении шихты, состава готовой стали и используемого топлива она длительное время оставалась основным сталеплавильным агрегатом в мировой металлургии.

История возникновения мартеновской печи

Мартен – печь пламенного типа с регенерацией тепла продуктов горения. Ее конструкция разработана великим французским металлургом Пьером-Эмилем Мартеном и названа в его честь, хотя фактически она представляет собой усовершенствованную модель регенеративной печи Сименса. Кстати, в технической литературе мартеновский способ получения стали также часто называется процессом Сименса. И, чтобы понять, откуда название «мартеновская печь» появилось в обиходе металлургов, давайте немного углубимся в историю XIX века.

С 1850 по 1857 год талантливый в разных сферах науки и техники ученый Карл Вильгельм Сименс разрабатывает принцип работы плавильной печи с симметричной конструкцией, в которой металл нагревается за счет подачи нагретого воздуха и обеспечивается эффективная рекуперация тепла. В это же время Пьер Мартен – сын Эмиля Мартена, владельца металлургического завода во французском городе Сирей, и прогрессивный инженер-металлург – возглавляет родительское предприятие и, как многие молодые ученые того времени, также начинает активные научные изыскания. Купив у Сименса патент на его изобретение, Мартен берет за основу принцип регенерации тепловой энергии в подовой пламенной печи и обеспечивает высокую температуру плавления стали за счет нагрева не только воздуха, но и газа, подаваемого в печь.

И уже 8 апреля 1864 года на заводе в г. Сирей была выполнена первая успешная выплавка стали. Удача воодушевила Мартена, и он оформляет на свое изобретение патент во Франции, а чуть позже в Англии. В результате сын и отец за свои достижения в области производства стали в 1867 году награждены золотой медалью Всемирной выставки, организованной в Париже, а запатентованная Мартеном печь для выплавки стали начинает активно использоваться как в Старом, так и в Новом Свете и приобретает его имя. При этом мартены, которые начали массово возводиться в разных странах и конкурировать с бессемеровским конвертером, сохранили принцип действия, но:

• могли иметь стационарные или качающиеся конструкции;
• работали на жидком и газовом топливе;
• имели подины кислые и основные;
• охлаждались водяной и испарительной системой.

Схема и устройство мартеновской печи

Мартеновская печь – это сложный агрегат с горизонтально расположенным плавильным отделением, сложенным из огнеупорного кирпича и заключенным в жесткий стальной каркас из усиленных балок, колонн и облицовочных плит. Все основные процессы происходят в рабочем пространстве, где ведутся сжигание топлива и плавка стали.

Лучше понять, что такое маретновская печь и какие у нее габариты поможет нижеследующий рисунок и таблица с основными размерами. Обращаем внимание, что емкость наиболее крупных мартеновских печей составляла 650…900 тонн.

Упрощенная схема мартеновской печи:

1, 7 – регенераторы, 2 – расплавленный лом и металл, 3 – завалочные окна, 4 – рабочее пространство, 5 – свод, 6 – подина

Параметры пода и главного свода мартеновских печей

Параметры	Садка (емкость), тонны
	85	125	185	260	380	500
Площадь пода, м2	41,5	52,0	67,3	77,0	87,5	94,5
Длина ванны, м	10,5	11,8	13,5	14,5	15,5	16,1
Ширина ванны, м	3,9	4,4	5,0	5,3	5,6	5,8
Глубина ванны в середине печи, м	0,65	0,77	0,85	0,95	1,07	1,2
Высота свода, м	2,3	2,5	2,8	2,9	3,0	3,1

Стены

Исходя из того, какая конструкционная схема мартеновской печи, для большей прочности задняя стенка рабочего пространства наклонена на 45…55 градусов. Она имеет отверстия для выпуска стали и шлака. Из-за увеличенной площади задняя стенка рабочего пространства активно утрачивает тепло и, чтобы минимизировать это, ее оснащают усиленной теплоизоляцией.

В XX веке мартеновские печи производили также с наклонной передней стенкой, что повышало ее устойчивость. В ней располагаются разделенные простенками загрузочные окна, которые со временем утратили свою арочную форму и стали обрамляться металлическими рамами, обеспечивающими защиту от ударов завалочными машинами и охлаждение кладки. Загрузочные окна использовались для загрузки шихты и заливки чугуна. Закрывают их стальными заслонками с центральным смотровым отверстием и футеровкой из магнезитового кирпича.

Свод печи

Принцип работы мартеновской печи основан на отражении тепла. Поэтому перекрывающий ее рабочее пространство свод также выступает важным элементом и подвергается:

• воздействию температуры 1700°С и выше;
• температурным колебаниям и термическим ударам факела;
• абразивному и химическому воздействию пыли шихты и брызг шлака.

Чаще всего в печах создавались арочные распорно-подвесные перекрытия, собирающиеся из прямых и клиновых кирпичей и подвешивающиеся к металлоконструкциям мартена на систему штырей и удлиненных стальных пластин. Свод имеет встроенные фурмы, подающие кислород, и при переходе к головкам приобретает небольшой наклон.

Головка печи

Так называют конструктивные элементы печи, расположенные по торцам рабочего пространства. В них происходит воспламенение топлива.

У мартена две головки: одна подает факел пламени, другая отводит продукты горения. И так как мартеновская печь работает в рекуперативном режиме, то в целом функционально они выполняют:

• смешивание топлива с подогретой струей воздуха;
• правильное и наиболее рациональное направление факела;
• отвод продуктов горения из рабочего пространства.

Шлаковики

Конструктивно это камеры, в которых собираются частички пыли и шлака, увлекаемые продуктами горения при выходе из рабочего пространства. Шлаковики расположены над вертикальными каналами и для более эффективного оседания взвешенных частиц имеют по сравнению с ними более широкое поперечное сечение. Конструкция и футеровка шлаковиков адаптируется к основному виду топлива, но в любом случае их рабочий объем должен быть рассчитан на весь межремонтный период эксплуатации, так как работает мартеновская печь с очень редкими техническими остановками.

Регенераторы

Конструктивный преобразователь, представляющий собой камеру, заполненную насадкой. Конденсирует в себе тепловую энергию отходящих продуктов горения и передает ее газу или воздуху, направляемому в рабочее пространство. Также, как и шлаковики, регенераторы выкладываются из огнеупорного кирпича и заключаются в стальной каркас с кожухом. Они соединены с боровами – каналами, по которым продукты горения отводятся к дымовой трубе (в некоторых случаях к котлу-утилизатору) или подается топливный газ и воздух.

Насадки регенераторов: а) тип Сименса, б) тип Каупера

Перекидные клапаны

Регулирование направления и интенсивности тяги обеспечивают перекидные клапаны и шиберы, управляемые в автоматическом режиме. В зависимости от сигнала задания перекидные клапаны герметизируют каналы, перекрывая движение по ним, или поддерживают плавное движение газов без критических поворотов.

Подина печи

Нижнее основание или дно рабочего пространства. Выполняется из огнеупорных материалов, толщина которых рассчитывается с учетом емкости мартена, так как подвергается воздействию температур до +1600°С и ударным нагрузкам при загрузке шихты. Кирпичная кладка сверху покрывается наваркой, что исключает прорывы металла.

Принцип работы мартеновской печи

Мартеновский процесс протекает на поду рабочего пространства отражательной печи за счет тепла, получаемого от факела, и заключается в переработке чугуна и металлического лома, закладываемых в рабочее пространство печи. Преобладающая часть тепла поступает в мартеновскую ванну из рабочего пространства печи в результате теплоотдачи от факела и элементов кладки. Но, так как для выплавки стали необходимо поддерживать температуру до 1700°С, в рабочем пространстве ее получают путем сжигания в струе воздуха газообразного или жидкого топлива. Это позволяет компенсировать недостаток тепловой энергии химических реакций и физического тепла шихтовых материалов.

Основной вид теплопередачи в рабочем пространстве мартена является излучение от факела. Кладка частично поглощает тепловую энергию и интенсивно отражает ее от свода печи на поверхность нагрева. В потоке нагретого воздуха происходит сгорание топлива, подаваемого через головку. Отходящие дымовые газы нагревают насадку регенератора, которая в свою очередь нагревает подаваемый в печь холодный воздух. А реверсивное направление воздушных потоков, создаваемое перекидными клапанами, обеспечивает регенерацию тепла.

Избыточное содержание кислорода обуславливает в мартене окислительную газовую атмосферу, благодаря чему металл в течение плавки подвергается прямому и косвенному воздействию окислительной среды. После образования шлакового слоя на поверхности расплава тепло передается металлу через него.

Технология плавления металла

Процесс выплавки разделяется на несколько периодов. Но до начала плавки с математической точностью рассчитывается количественный и качественный состав шихты.

Плавление

Самый длительный период плавки. Его химические и физические процессы в мартене начинаются с момента завалки шихты и продолжаются более трех часов в результате прямого контакта железа и примесей с кислородом из атмосферы печи. Для обеспечения процесса плавки и выжигания избыточного количества примесей (во время плавки происходит максимальная десульфурация и дефосфация) в рабочем пространстве обеспечивают температуру, превышающую температуру точки плавления на 100…150°С, и подают количество воздуха выше расчетного значения. К концу плавления тепловую нагрузку снижают до минимально допустимого уровня, так как основная часть шихты расплавилась и снижается потребность в тепле. Металл переходит в жидкое состояние и на поверхности расплава образовывается активный шлак, так как его плотность меньше плотности металла.

Окисление

Металлическая шихта имеет сложный многокомпонентный состав. Кроме железа в ней содержится углерод (C), кремний (Si), сера (S), марганец (Mn), фосфор (P) и другие компоненты, влияющие на свойства стали. И массовая доля этих элементов выше необходимого уровня, чтобы привести их количество до заданных параметров, излишек удаляют путем окисления.

Источником кислорода выступают печная атмосфера и составляющие шихты. Причем в первой половине периода плавления протекает интенсивный процесс диссоциации нагретого до 910°С известняка и происходит реакция:

CaCO₃ → CaO + CO₂

Выделившийся углекислый газ так же, как и кислород, взаимодействует с жидкой сталью и участвует в ее окислении. Окислы примесей и флюсы удаляются вместе с продуктами горения и переходят в шлак. С того момента как шлаковый слой полностью покрывает расплав, прямое окисление стали прекращается.

Последующие процессы окисления уже протекают между жидким металлом и покрывающим его шлаком, который продолжает подвергаться прямому окислению в результате контакта с кислородом печной атмосферы и поступающих после добавления руды окислов железа. Образовавшаяся на поверхности шлака закись железа (FeO) взаимодействует с ним и образует магнитную окись железа (Fe₃O₄). Она в свою очередь распределяется в шлаке, который граничит с расплавленным металлом, и окисляет железо снова в закись. А FeO в расплавленной стали уже вступает в окислительные реакции с примесями. В результате химических реакций и ряда взаимодействий между компонентами окисленные примеси переходят в шлак.

Интенсивное окисление углерода происходит во втором периоде расплавления шихты, так как он обладает не такой большой скоростью окисления как кремний, марганец и фосфор. В виде CO углерод выступает на поверхности стали пузырьками, где и сгорает.

Раскисление

Это последний и наиболее ответственный этап плавки, так как он непосредственно определяет качество полученного металла.

К концу плавки стали в расплаве остается еще значительное количество кислорода. Он находится в виде закиси железа и неметаллических включений, что способствует ухудшению свойств металла. Поэтому для его удаления выполняют раскисление жидкой стали. Плохо раскисленные стали проявляют невысокую ударную вязкость и склонность к хладноломкости и красноломкости.

Раскисление проводят с использованием ферросплавов (ферромарганец, ферросилиций, силикомарганец и др.), а также алюминия, титана и кальция. Эти элементы активно вступают во взаимодействие с FeO и способны выводить кислород как в газ печной атмосферы, так и в виде окислов в шлак. Основываясь на таких свойствах, раскисление стали выполняют в два приема: предварительное раскисление в ванне и финишное – в ковше.

Расход материалов в мартеновской печи

По сути плавка в мартене – передел чугуна, стального лома и скрапа в сталь заданной марки. Обеспечить необходимые физико-химические свойства возможно только при строгом соблюдении соотношения всех компонентов шихты, которая состоит из нескольких основных и вспомогательных материалов.

Шихта для мартеновской плавки стали

Основные группы	Состав
Металлическая	чугун; стальной лом; раскислители; легирующие элементы; железорудное сырье; агломерат.
Неметаллическая	сварочный шлак; известняк; известь; боксит.

Особенности мартеновского процесса позволяют использовать жидкий и чушковый чугун.

Ориентировочный материальный баланс мартеновского процесса

Приход	На 1 тонну стали	Процентное содержание, %	Расход	На 1 тонну стали	Процентное содержание, %
Чугун жидкий	310000	46,85	Сталь жидкая	516000	77,99
Скрап	208000	31,44	Шлак	65374	9,88
Железная руда	64019	9,68	CO2 от окисления углерода, находящегося в шихте, и от разложения известняка	59234	8,95
Известняк	34040	5,14
Руда марганцевая	1936	0,29
Кислород из атмосферы печи	25116	3,80
Окалина	2200	0,33	Невязка	15906	2,40
Ферромарганец	4000	0,60
Чугун чушковый	4000	0,60	Влага, содержащаяся в железной руде, боксите и известняке	5103	0,77
Боксит	8306	1,26
ИТОГО	661617	100,0	ИТОГО	661617	100,0

Примечание: материальный баланс приведен для 500-т мартеновской печи. Источник – М.Н. Сосненко, Мартеновское производство стали, М: Металлургия, 1974.

Наряду с шихтовыми материалами для мартеновского процесса большое значение имеет и топливо, которое обеспечивает необходимые условия протекания физико-химических процессов выплавки стали. При этом большинство мартенов отапливается газовой смесью из двух или трех газов (природный, коксовый, доменный, генераторный), а жидкое топливо в виде мазута, смоляных масел или смолы используется для образования сильно светящегося факела пламени.

Классификация мартеновских процессов

Мартеновский процесс производства стали по-прежнему используется и по своей природе является окислительным, так как превращение чугуна в сталь происходит за счет снижения доли углерода и других элементов в результате окисления. Но наряду с окислительной реакцией, в расплаве происходят и восстановительные процессы. Например, марганец, кремний, хром и фосфор, окислившись в начале плавки, могут восстанавливаться и переходить в металл.

Строительство мартенов – высокое искусство. В разные годы при их создании использовали материалы, которые по химической природе относились к кислым, полукислым, нейтральным и основным огнеупорам. В основном это были кирпичи кремнеземистые (динасовые), алюмосиликатные кислые, шамотные и высокоглиноземистые, а также магнезиальные (магнезитовые, форстеритовые) и хромистые (хромитовые, магнезитохромитовые), а форма их была от простой прямоугольной до сложной многоугольной.

Облицовка печи также влияет на характер протекающих в ней химических процессов. В зависимости от вида огнеупоров и состава шлаков мартеновский процесс разделяют на кислый и основной.

По характеру шихтовых материалов мартеновский процесс делится на несколько разновидностей:

• Скрап-процесс. Технология мартеновской плавки по скрап-процессу предполагает, что металлическая шихта в большей части состоит из лома. Так на долю скрапа может приходиться 55…75%, а на долю чугуна – 25…45%. При этом последний применяется в твердом (чушковом) состоянии. Преимуществом такого процесса является высокая эффективность переработки вторичного сырья и возможности применения на предприятиях неполного металлургического цикла.
• Скрап-рудный процесс. Во время такого сталеплавильного процесса основную часть металлической массы шихты составляет жидкий чугун, массовая доля которого, как правило, достигает 55…80%. Соответственно применение скрап-рудного процесса оправдано на металлокомбинатах полного цикла, в составе которых есть доменный передел. Для окисления примесей при скрап-рудном процессе в шихту вводится значительное количество богатой железом руды, что обеспечивает повышенный выход стали.
• Рудный процесс. В данном случае 100% металлической шихты составляет жидкий чугун. Использование такого метода выплавки оправдано в регионах с низкой ломозаготовительной базой.
• Скрап-угольный (карбюраторный) процесс. В данной технологии металлическая часть полностью состоит из стального лома, а необходимый углерод добавляют в виде углеродсодержащих материалов – графита, угля, кокса. Такой метод не получил широкого промышленного применения.

Актуальность в 21 веке: плюсы и минусы

Несмотря на то, что мартеновские печи по-прежнему используются в отдельных странах, их доля в мировом производстве стали с каждым годом неуклонно снижается, уступая натиску более современных технологий кислородно-конвертерного и электросталеплавильного процессов. Столь долгое использование мартеновского метода при наличии более прогрессивных сталеплавильных агрегатов было обусловлено возможностью:

• широкого варьирования сырьевых составляющих: применения в качестве шихты чугуна чушкового и расплавленного с повышенным содержанием вредных примесей, стального лома, стружки, окалины и других металлических отходов производства;
• выплавки качественных углеродистых и легированных сталей в одном агрегате, без использования каких-либо дополнительных установок вторичной доводки;
• использования доступного газового и мазутного топлива.

При этом мартеновский цех по функционированию и условиям труда относится к объектам повышенной опасности, требует большого количества энергоресурсов и применения дорогих систем фильтрации и газоочистки для снижения экологической нагрузки. Длительность плавки в мартеновской печи может достигать 9 часов в сравнении с 40-60 минутами в конвертерах и дуговых сталеплавильных агрегатах.

Таким образом, развитие сталеплавильных технологий, все возрастающие требования к качественным показателям стальной продукции и ужесточающиеся экологические нормы привели к практически полному вытеснению мартеновского процесса из черной металлургии. В настоящее время некоторые международные стандарты на металлопродукцию уже не допускают использование мартеновского способа при выплавке стали.

P.S.

В нашей стране на отдельных предприятиях пока еще сохранено производство стали в мартеновских печах. Однако планируется окончательный переход на выплавку сталей в кислородных конвертерах и электродуговых печах, что позволит Украине сделать отрасль более безопасной и экологически чистой и при этом не утратить довольно высокие позиции на мировом рынке.

Мартеновская печь. Мартеновский процесс. Схема мартеновской печи. Устройство мартеновской печи. Производство стали в мартеновских печах.

Мартеновский процесс (1864-1865, Франция). В период до семидесятых годов являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.

Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.

Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней – отверстие 9 для выпуска готовой стали.

Схема мартеновской печи

Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут.

Для подогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1.

Регенератор – камера, в которой размещена насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.

Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600 ⁰C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 ⁰C. Через один из регенераторов подают воздух, который проходя через насадку нагревается до 1200 ⁰C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6. Отходящие газы проходят через противоположную головку (левую), очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения от газа частиц шлака и пыли и направляются во второй регенератор. Охлажденные газы покидают печь через дымовую трубу 8. После охлаждения насадки правого регенератора переключают клапаны, и поток газов в печи изменяет направление.

Температура факела пламени достигает 1800⁰C. Факел нагревает рабочее пространство печи и шихту. Факел способствует окислению примесей шихты при плавке.

Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов. Готовую плавку выпускают через отверстие, расположенное в задней стенке на нижнем уровне пода. Отверстие плотно забивают малоспекающимися огнеупорными материалами, которые при выпуске плавки выбивают. Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт – 400…600 плавок.

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

• скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома;
• скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Футеровка печи может быть основной и кислой. Если в процессе плавки стали, в шлаке преобладают основные оксиды, то процесс называют основным мартеновским процессом, а если кислые – кислым мартеновским процессом.

Наибольшее количество стали производят скрап-рудным процессом в мартеновских печах с основной футеровкой. В печь загружают железную руду и известняк, а после подогрева подают скрап. После разогрева скрапа в печь заливают жидкий чугун. В период плавления за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна: кремний, фосфор, марганец и, частично, углерод. Оксиды образуют шлак с высоким содержанием оксидов железа и марганца (железистый шлак). После этого проводят период «кипения» ванны: в печь загружают железную руду и продувают ванну подаваемым по трубам 3 кислородом. В это время отключают подачу в печь топлива и воздуха и удаляют шлак.

Для удаления серы наводят новый шлак, подавая на зеркало металла известь с добавлением боксита для уменьшения вязкости шлака. Содержание CaO в шлаке возрастает, а FeO уменьшается.

В период «кипения» углерод интенсивно окисляется, поэтому шихта должна содержать избыток углерода. На данном этапе металл доводится до заданного химического состава, из него удаляются газы и неметаллические включения.

Затем проводят раскисление металла в два этапа. Сначала раскисление идет путем окисления углерода металла, при одновременной подаче в ванну раскислителей – ферромарганца, ферросилиция, алюминия. Окончательное раскисление алюминием и ферросилицием осуществляется в ковше, при выпуске стали из печи. После отбора контрольных проб сталь выпускают в ковш.

В основных мартеновских печах выплавляют стали углеродистые конструкционные, низко- и среднелегированные (марганцовистые, хромистые), кроме высоколегированных сталей и сплавов, которые получают в плавильных электропечах.

В кислых мартеновских печах выплавляют качественные стали. Применяют шихту с низким содержанием серы и фосфора. Стали содержат меньше водорода и кислорода, неметаллических включений. Следовательно, кислая сталь имеет более высокие механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, ее используют для особо ответственных деталей: коленчатых валов крупных двигателей, роторов мощных турбин, шарикоподшипников.

Основными технико-экономическими показателями производства стали в мартеновских печах являются:

• производительность печи – съем стали с 1м² площади пода в сутки (т/м² в сутки), в среднем составляет 10 т/м²; р
• расход топлива на 1т выплавляемой стали, в среднем составляет 80 кг/т.

С укрупнением печей увеличивается их экономическая эффективность.

Устройство мартеновской печи

Для получения высоких температур в печи воздух и газы подают нагретыми до 1100—1300°. Для нагрева воздуха и газа используют отходящие из мартеновской печи горячие газы. Для более интенсивного нагрева печи в современной практике используют обогащенное кислородом дутье.

На рис. 20 показана принципиальная схема устройства мартеновской печи. Плавильное пространство печи А подвергается действию высоких температур и химическому взаимодействию расплавленного металла 1 и жидкого шлака 2. Плавильное пространство ограничивается сверху сводом 3, снизу — подом 4, задней 5 и передней 6 стенками. В передней стенке имеются загрузочные окна 7, количество которых зависит от размеров печи. Заднюю стенку 5 устанавливают с наклоном для лучшего прилипания к ней порошкообразных огнеупорных материалов при текущем ремонте. В этой стенке сделано выпускное отверстие — летка 8,    которое во время плавки закрыто огнеупорными материалами 9. Перед выпуском готовой стали огнеупорный материал 9, тощий отверстие, разрушается, и отверстие 8 пробивают стальным   ломом.

Рис. 20. Схема устройства мартеновской печи: 1 — расплавленный металл; 2 — расплавленный шлак; 3 — свод; 4 — под; 5 — задняя стенка- 6 — передняя стенка; 7 — загрузочные окна. 8 — выпускная летка для металла и шлака; 9 — огнеупорный материал; 10 — воздушный регенератор: 11 — газовый регенератор; 12 — рабочий уровень площадки; 13 и 13 — каналы для подвода воздуха и отвода продуктов горения; 14 и 14′ — каналы для подвода газа и отвода продуктов горения, 15 — перекидные клапаны; 16 — головка; 17 — дымовой канал; 18 — тележка для шлака; 19 — волоохлаждаемыс кислородные фурмы

Под печи конструктивно выполнен с уклоном к выпускному отверстию, чтобы весь металл и шлак могли полностью вытекать из печи. Рабочее плавильное пространство расположено на высоте 4,5 -8 м от уровня пола с таким расчетом, чтобы под выпускной желоб можно было подводить разливочный ковш.

В настоящее время на отечественных заводах повышается удельный  вес крупных мартеновских печей, повышается емкость действующих печей, разработаны типовые мартеновские печи ёмкостью 600—700 т и 800—900 т. Работа мартеновских печей переведена на автоматическое управление с применением в отдельных случаях счетно-решающих машин.

Регенераторы 10—11 (рис. 20) расположены под печью или под рабочей площадкой. Как показано на рис. 21, они занимают первый этаж и углублены значительно ниже уровня пола. Регенераторы устанавливают с двух сторон печи попарно. При этом одна пара нагревается, вторая пара отдает тепло.

Регенераторы 10 (рис. 20) нагревают воздух, а регенераторы 11 нагревают газ. Если печь работает на жидком топливе или высококалорийном природном или коксовом газе, то регенераторы нагревают только воздух.

Для предохранения отдельных частей металлической арматуры печей последние охлаждаются водой. Мартеновская печь работает по следующему принципу. Через правую пару регенераторов (рис. 20) по каналам подают газ и воздух, которые, проходя регенераторы 10 и 11, постепенно нагреваются до 1100° и выше. Нагретые газ и воздух смешиваются в. головке печи и сгорают. Образующиеся продукты сгорания направляются на поверхность металлической ванны и удаляются из рабочего пространства через каналы 13°, 14° в левую пару регенераторов. Температура отходящих газов в верхней части регенераторов 1600°; по мереих опускания температура их понижается: из газового регенератора они удаляются с температурой 600° и через дымовые каналы отводятся в трубу.

Спустя некоторое время, движение газов в печи переключают в противоположном направлении так, чтобы левая пара регенераторов нагревала воздух и газ, а правая  нагревалась.

Направление отходящих газов и подачу холодного воздуха и газа регулируют с помощью специальных клапанных перекидных устройств 15 (рис. 20). Регулирование теплового режима мартеновской печи осуществляется автоматически. Для этой цели в местах заданных температур устанавливают приборы для измерения температуры связанные с автоматическими устройствами. В настоящее время более 90% стали выплавляется на автоматизированных мартеновских печах. Мартеновские печи имеют устройства для подачи кислорода для форсирования горения топлива или для окисления примесей в жидкой ванне.

Кислород для окисления примесей подается через сводовые водоохлаждаемые фурмы 19 (рис. 20). При подаче кислорода в жидкую ванну его используют для введения порошкообразных флюсов непосредственно в жидкий металл. В отдельных случаях для этой цели используют воздух. Ввод порошкообразных материалов в жидкий металлускоряет процессы шлакования вредных примесей.

Поперечный разрез мартеновского цеха показан на рис. 21. Металл из печи через отверстие 5 выпускают по желобу в разливочные ковши 4. Загрузка печей производится специальным» крановыми или напольными завалочными машинами 10. Материалы подаются в печь металлическими ящиками-мульдами 7. Доставляются материалы с шихтового двора на рабочую площадку вагонетками 8. Готовая сталь краном разливается из ковшей в изложницы 2. Изложницы устанавливаются на тележках или в специально оборудованных канавах.

Рис.21. Поперечный разрез главного здания типового цеха с мартеновскими печами: 1-механизм для открывания стопора; 2-изложницы; 3-ковшпри заливке металла в форму; 4-ковш при выходе металла из печи; 5-выпускное отверстие-летка; 6-мартеновские печь; 7-мульда; 8-вагонетка; 9-регенераторы; 10-заволочная машина

Принцип работы печи: доменной, мартеновской, конвекционной

Принцип работы доменной печи

Рис. 1 – Вид доменного цеха.

Рассмотрим, что такое доменная печь. Выплавку чугуна в крупных масштабах невозможно осуществить без мощных, габаритных печей. Доменная печь – это большой и сложный комплекс, который обслуживается большим количеством вспомогательных систем (Рис. 1). Доменная печь является вертикальной конструкцией, характеризующейся конусообразным форменным исполнением, нижняя часть которого расширяется. Печь шахтного типа, работающая на противотоке, предназначена для плавильных процессов.

Для непосредственной эксплуатации доменной печи необходим следующий спектр материалов:

• Железная руда или обогащенный рудный материал;
• Кокс каменноугольного происхождения;
• Известняковый флюс.

Данные компоненты подаются порциями в верхний конструкционный элемент печи, где происходит процесс их оседания и последующей переработки. Далее производится спуск шлака и выпуск расплавленного чугуна (Рис. 2).

Рис. 2 – Схема производства чугуна в домне

Принцип работы печи доменного типа базируется на непрерывном процессе. Это и обусловливает высокие показатели производительности. Работа осуществляется в круглосуточном порядке. Ремонтно-восстановительные работы производятся каждые 3-12 лет. Суммарная продолжительность эксплуатационного периода приравнивается к 100 годам, а при должном уровне обслуживания – и больше.

Устройство доменной печи

Доменная печь — габаритное сооружение, которое в высоту может достигать 70 м и весом около 35000 т. Снаружи печь покрыта стальным кожухом с толщиной стенок от 4 см, который постоянно охлаждается при помощи холодильных камер с циркулирующей в них водой. Изнутри домна выложена огнеупорным кирпичом. Вся конструкция установлена на прочный железобетонный фундамент.

С помощью засыпного аппарата подаются необходимые материалы, которые по мере расплава опускаются вниз, а их место занимают новые порции. Образующиеся газы, имеющие высокую температуру, выводятся посредством трубопроводов и используются для нагрева свежего потока воздуха, который подается в доменную печь для наддува.

Рис. 3 – Схематическое изображение доменной печи в разрезе, на котором указаны все основные производственные узлы.

Устройство мартеновской печи

Теперь давайте рассмотрим, что такое мартеновская печь. Эта печь по своему принципу действия и устройству относится к категории регенеративных пламенных печей. При непосредственной эксплуатации осуществляется процесс сжигания мазута и газообразного топлива. За счет регенерации избыточного тепла печных газов обеспечиваются номинальные показатели температуры, которые необходимы для получения стали в расплавленном виде.

Рис. 4 – Процесс выплавки стали в мартеновском цеху.

Конструкционная особенность мартеновской печи заключается в горизонтально направленной камере на основе огнеупорного кирпича. Нижняя часть печи ограничена подиной, сверху расположены своды. Сама подина выполнена в форме ванны с откосами в сторону стенок. Передняя стенка укомплектована загрузочными люками, которые используются для подачи флюса и шихты. В задней стенке имеется технологическое отверстие для приема готовой продукции.

Рис. 5 – Схематическое изображение устройства мартеновской печи в разрезе.

Как работает мартеновская печь

Рис. 6 – Принцип работы мартеновской печи

Главный принцип работы мартеновской печи основан на уникальном эвтектическом свойстве сплавов. Раскаленная смесь воздуха и горючего газа вдувается в печь с низким потолком, который жар отражает вниз (Рис. 6). Мартеновская печь может эксплуатироваться в нескольких производственных режимах, определение которых будет зависеть от состава шихты:

• Скрап-процесс. В этом случае шихта основана на стальном ломе (скрап) на 35-45%. Данный производственный процесс будет актуален на заводах, где нет возможности установки доменных печей, но при этом есть много металлолома;
• Скрап-рудный процесс. В таком процессе шихта основана на жидком чугуне (порядка 75%), железной руды и скрапа. Считается наиболее востребованным процессом на заводах, где установлены доменные печи.

Большинство мартеновских печей имеет стационарное исполнение. В случае с качающимися печами, они нашли свое активное применение при работе с фосфористыми чугунами. Данная тенденция обусловливается тем фактом, что обогащенный фосфором шлак необходимо раскачивать.

Процесс розжига печей качающегося типа осуществляется при помощи газообразного топлива или же мазута. Генераторный или смешанный газ, характеризующийся минимальными температурами сгорания, предварительно перед подачей в рабочую камеру подогревается в специализированных генераторах, температура в которых может варьироваться в диапазоне от 1000 до 1100 градусов.

Что такое конвекционная печь

Конвекционная печь – универсальное устройство, сочетающее в себе свойства пароварки и шкафа для жарки. Эта печь нашла обширную область своего непосредственного использования в современной кулинарии. Помимо бытового модельного ряда имеют место и промышленные аналоги, ширина, высота и длинна которых предоставляют возможность размещения объектов повышенных габаритов.

Рис. 7 – Разновидность конвекционной печи.

«Львиная» доля печей данного вида проектируется с целью непосредственного использования на кухне для приготовления выпечки и горячих блюд. В большинство моделей укомплектованы функции электрического гриля, принцип действия которых основан на использовании мощного нагревательного тэна. Данные нагревательные элементы располагаются в нижней и верхней части камеры.

Конвекционная печь обладает возможностью регулировки пароувлажнения, что дает возможность ее использования в качестве пароварки. Столь обширный спектр использования конвекционной печи в совокупности с внушительным внутренним объемом стал причиной тому, что оборудование данного типа встречается практически в любом современном ресторане.

Принцип работы конвекционной печи

Из названия печи следует принцип работы печи, который основан на применении конвекционных процессов и возможности создания пара в герметичной камере. Конвекция является процессом теплообмена между разносторонне направленными потоками воздуха. Данный процесс обусловлен использованием производительного нагнетательного элемента (вентилятора), который располагается на задней крышке рабочей камеры. Данному процессу также способствуют 4 тэна.

Рис. 8 – Схематическое изображение принципа работы конвекционной печи

Конвекционные печи обладают возможностью регулировки уровня влажности. Это отличная альтернатива пароварки: варка, тушение, водяные бани, — вся эта многогранность функционального потенциала характерна исключительно конвекционной печи. При переключении тумблера в нулевую позицию автоматически включается функция гриль. При активации данного режима в рабочей камере начинает образовываться поток горячего воздуха, который идеально подходит для запекания.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Как устроена мартеновская печь? Инфографика | Инфографика

4 (16) марта 1870 года на нижегородском Сормовском заводе была пущена первая в России мартеновская печь. Она была названа по имени изобретателя, французского инженера и металлурга Пьера Мартена, создавшего первую печь такого образца в 1864 году.

Мартеновская печь была предназначенная для выплавки стали из доменного чугуна. Кроме того, мартеновская печь позволяла контролировать качество металла, вносить в него необходимые добавки и получать сталь различных марок с определёнными свойствами.

Статья по теме Космическая нагрузка: один день с челябинским металлургом

Что такое мартеновская печь?

Печь мартеновского типа – это особая металлургическая установка, в которой из лома железа и чугуна получается сталь.

С помощью конвективных потоков раскаленной газовоздушной смеси происходит сам процесс нагревания, а также дальнейшего плавления материала.

Ниже представлено фото мартеновской печи и сталевара, обслуживающего ее, а также контролирующего процесс выплавки металла:

Фото 1

Фото 2

Фото 3

Процесс выплавки

Принцип действия мартеновской печи – окислительная выплавка железосодержащих материалов. Загруженный чугун, флюсы, стальной лом, руда железная, непростыми физико-химическими процессами контактируют с газовым пространством печи, металл освобождается от шлаков.

Первый этап означает, что загружается шихта – холодный материал. Она помещается в мульды (ящики из стали). Мульды захватываются завалочной машиной, сквозь завалочное окно материал поступает в печку. Мульды переворачиваются и высыпают содержимое. После загрузки заслонки над завалочными окнами опускаются, в мартен накачивается предельное количество воздуха, газа. Это позволяет быстро нагреть и расплавить шихту. (См. также: Карта сайта 2)

Далее из миксера – внушительного по размерам хранилища, в который сливают чугун, расплавленный в доменных печах, – ковшами к печам распределяется доменный чугун. Металл подается в жидком виде. Поочередно мостовым краном ковши подымаются, и под наклоном по желобу в печь льется чугун. Выплавка стали – процесс многочасовый, сталевар длинным металлическим приспособлением («ложкой») несколько раз зачерпывает немного металла для отправки в экспресс-лабораторию цеха. Там проводится анализ, предоставляющий сталевару оперативные данные по содержанию в выплавке серы, марганца, углерода, фосфора, кремния. Сталевар добавляет в сплав недостающие ингредиенты, чтобы сталь стала запланированного химического состава.

Последним этапом выплавки идет рафинирование – очищение выплавки от ненужных примесей, раскисление – ликвидация из стали кислорода. Сталевар для этого добавляет раскислители:

• алюминий,
• ферросилиций,
• ферромарганец.

Мартеновские печи эксплуатируются непрерывно, круглосуточно. Их ресурс равняется 400-600 плавкам, затем требуется остановка для капитального ремонта.

История появления

Изобрел мартеновскую печь французский металлургический инженер Пьер Эмиль Мартен в 1864 году. С того времени – это официальная дата изобретения мартеновской печи.

Во второй половине XIX века мартеновские установки стали настоящим прорывом в сталелитейном производстве.

В России первые мартены появились в 1870 году на Сормовском заводе под Нижним Новгородом. В их создании принимал активное участие инженер А. Износков.

Благодаря интенсивному развитию промышленности в СССР, в 30-ые годы XX века, к началу Великой Отечественной войны этот комбинат стабильно обеспечивал советскую армию запасными деталями, частями корпусов из стали и чугуна для военной техники.

Устройство

Основными элементами, представляющими устройство мартеновской печи, являются:

• Корпус, состоящий из передней и задней стенок, а также ее свода.
• Головки, оснащенные каналами, расположенными вертикально. Через них происходит газовый обмен рабочей камеры с внешней средой, а также подается топливо.
• Шлаковики воздушного и газового типа, в них происходит сбор и накопление крупнофракционной плавильной пыли.
• Регенераторы, которые обеспечивают стабильную температуру подаваемого газа и воздуха, за счет тепловой энергии, выходящей из рабочей камеры.
• Труба для отвода дыма и газов.
• Котел-утилизатор.
• Реверсивно-регулирующие клапаны, их функция состоит в выведении продуктов сгорания, а также в правильной подаче газового топлива и воздуха в камеру.

Ниже приведены типовые схемы мартеновских печей:

Шлаковики

Дымовые газы, которые отходят из рабочего пространства, протекают через головку. По вертикальным каналам они попадают в шлаковики. В них оседает порядка 50-75% пыли. При этом скапливаются крупные фракции, а более мелкие в большем своем объеме уносятся в трубу. По пути движения газов пыль, которая в них содержится, вступает во взаимодействие с материалами кладки. Данное обстоятельство необходимо учитывать при выборе последних при сооружении вертикальных каналов, а также шлаковиков.

Принцип работы

Мартеновская печь – это пламенный отражающий механизм, который действует по принципу регенерации металла. В рабочем пространстве происходит сжигание природного газа или мазута.

Температура в мартеновской печи может достигать 18000 градусов Цельсия. Такой высокий уровень температуры поддерживается с помощью регенерации тепловой энергии печных газов.

Описание принципа работы:

1. Подогретый до 1200 – 1250 градусов газ, попадает в рабочую камеру, где происходит процесс его смешивания с топливом. Возникающий факел направляется на закладку шихты и происходит выплавление металла из нее.
2. В свою очередь, отработанные газы, в смеси с шихтовой пылью, удаляются через дымоход в атмосферу, подвергаясь фильтрации в регенераторе. По завершении цикла, с помощью клапанов происходит переключение регенераторов и вертикальных головок. Процесс повторяется в зеркальном отображении, благодаря симметричной конструкции мартена.
3. Процесс получения стали в такой установке длится несколько часов. Во время работы сталевар осуществляет контрольную выемку расплава специальным приспособлением, после чего направляет ее в цеховую лабораторию для определения процентного соотношения металла и примесей, таких как марганец, фосфор, сера и прочих.
4. По результатам такого анализа, в рабочую камеру добавляются специальные присадки, улучшающие качество стали. В конце процесса производится процедура удаления кислорода из расплава с помощью раскислителей, ими являются ферромарганец, алюминий и ферросилиций.

Равномерное распределение жара по ванне происходит за счет соблюдения правил конвекции.

Топят мартеновские печи газообразным топливом, кроме которого агрегат употребляет еще и мазут. В наше время для таких агрегатов используется природный газ, но раньше это были доменный или коксовый.

Для загрузки сырья используются особые завалочные окна, которые закрываются толстыми задвижками из стали. Благодаря выпуклой форме задней стенки выпускного отверстия, получается направлять готовую сталь непосредственно в ковш. Во время плавки окно закрывается огнеупорной глиной.

Виды и разновидности мартеновских плавок

Производство стали в мартеновских печах можно разделить на два основных способа – скрап-рудный процесс и скрап-процесс.

• Рудный процесс.
• Скрап-процесс характеризуется большим количеством металлолома в шихте, предельного чугуна в ней 30 – 45%.
• Скрап-рудный процесс предусматривает плавку смеси лома и железной руды, содержание жидкого чугуна в ней больше и составляет 55 – 75%.

На качество получаемой стали влияет и футеровка стенок печного агрегата. Когда была изобретена мартеновская печь, об этом сильно не задумывались, но позже стали понятны механизмы получения того или иного вида стали с определенными свойствами.

Существует основная и кислая футеровка:

• Основная футеровка применяется для получения конструкционных, марганцовистых, хромистых и низколегированных сталей.
• Кислая футеровка – для высоколегированных качественных сталей с минимальным содержанием примесей.

Описание работы

Плавильная печь такого типа перерабатывает лом и передельный чугун в сталь конкретного химического состава.

В зависимости от материалов, мартеновский метод плавки стали делится на два типа:

• основной;
• кислый.

Определение с футеровкой полностью зависит от состава шлака, который предполагаемо получится в процессе плавки.

Ключевой принцип действия заключается во вдувании раскаленного газообразного вещества (воздух с газом) в печь. Низкий сводчатый потолок отражает жар и направляет его на плавящийся металл, своеобразно аккумулируя.

Прежде чем попасть в печку, газ проходит через 4 регенератора, где нагревается. Из специальных камер, выложенных огнеупорным кирпичом, нагретый газ перемещается в верхнюю часть печи, где смешивается и сгорает. Действие происходит попеременно: нагрев регенератора продувкой, продувка холодным воздухом.

Отличие от доменной печи

Отличие доменной печи и мартеновской печи состоит в способе закладке шихты, а также в методах отвода и подачи газов в рабочее пространство установок.

Доменные агрегаты могут быть электрическими, в то время как мартены работают только на газу или жидком топливе. Печь мартеновского типа состоит из нескольких рабочих камер, а домна – это один большой резервуар шахтного типа.

Доменная печь, мартеновская печь – отличия их состоят и в атмосфере внутри камер. Домны способны работать с нейтральными или восстановительными атмосферами при различных режимах давления.

Это повышает производительность, а также количество выплавляемого металла на единицу объема шихты. Так, в отходах доменного производства содержится в 10 раз меньше остаточного железа, чем в шихте, оставшейся после мартенов.

Тепловой и материальный баланс плавки

Для двух типовых составов:
Материальный баланс 1

• Расход: скрап — 66, чугун — 34, известняк — 4, заправочный материал — 3, руда — 2, ферромарганец — 1
• Приход: сталь жидкая — 96, шлак конечный — 8, шлак после выпуска — 5 , СО от окисления углерода — 3, СО от разложения извести и известняка — 2, влага — 1, корольки — 1

Тепловой баланс 1

• Расход: теплота сгорания топлива — 61, тепло воздуха в регенераторах — 29, экзотермические реакции выгорания примесей — 8
• Приход: уносится с продуктами — 61, потери в окружающую среду — 16, на нагрев стали — 15, на нагрев шлака — 3

Материальный баланс 2

• Расход: скрап — 34, чугун — 66, руда в завалку — 15, известняк — 5 , заправочный материал (доломит и магнезит) — 3, руда в период кипения — 2, ферромарганец — 1
• Приход: сталь жидкая — 103, шлак конечный — 8, шлак после выпуска — 7, СО от окисления углерода — 6, СО от разложения извести и известняка — 2, влага — 1, корольки — 1

Тепловой баланс 2

• Расход: теплота сгорания топлива — 48, тепло воздуха в регенераторах — 20, тепло газа в регенераторах — 11, экзотермические реакции выгорания примесей — 8
• Приход: уносится с продуктами — 58, потери в окружающую среду — 15, на нагрев стали — 20, на нагрев шлака — 5, разложение известняка — 1

Плюсы и минусы

Основными достоинствами печей мартеновского типа являются:

• Хорошее качество продукции.
• Возможность осуществлять контроль качества выплавляемого металла в процессе работы установки.
• Простота управления и обслуживания.
• Низкие требования к качеству исходного сырья.
• Способность переплавлять металлолом.
• Возможность применения присадок и добавок, улучшающих качество стали.

Но отрицательных моментов у мартеновских печей больше, они следующие:

• Низкая экономичность;
• Высокое количество отходов металла;
• Сложность и дороговизна ремонтных работ;
• Невозможность получить сталь высокого качества;
• Долгое время плавки металла;
• Большой расход футеровочных материалов при строительстве и ремонте;
• Недопустимо высокое количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу;
• Вредные и опасные условия труда у рабочих;
• Малая производительность труда.

Ремонтные работы

Могут ли современные специалисты качественно выполнить ремонтные работы агрегата, который давно «вышел из моды». Оказывается, что да, но компании, предоставляющие такие услуги, выполняют их неохотно, если только это не масштабная реконструкция, во время которой выполняется:

• замена огнеупорных элементов кладки;
• ремонт свода, стен, подины;
• очистка газоходов;
• замена всех стоек и балок;
• замена плит – выпускного отверстия, подпороговых, средних, облицовочных;
• замена всех желобов и балок;
• установка современных частотных преобразователей;
• ремонтные работы площадки;
• восстановление системы КИПиА.

Используются ли эти печи сейчас?

Сейчас подобные агрегаты практически не применяются. Несколько заводов, использующих производство стали в печах, по типу мартеновских, еще функционируют в Китае, Украине, Индии и странах «третьего мира».

Это обусловлено их малой рентабельностью, а также особо вредными условиями труда работников, занятых в мартеновском производстве.

По степени загрязнения окружающего воздуха промышленными выбросами и аэрозолями, эти печки занимают одно из первых мест. Именно поэтому, с начала XXI почти все мировые производители металла отказались от подобных устройств в пользу современных сталеплавильных агрегатов.

Из чего строят «мартен»

Рабочее пространство плавильной установки подвержено наибольшим тепловым нагрузкам. Устройство мартеновской печи таково, что огнеупорные материалы плавильни находятся под постоянными тепловыми и механическими нагрузками различной интенсивности. Химические процессы также способствуют разрушению огнеупоров. Поэтому жаропрочность и прочность конструкции плавильного отделения, условия и устойчивость его работы и определяют основные характеристики при выборе материалов.

Футеровка для пода зависит от характеристик шлака, который планируют получить в ходе производства. Для кислого метода выплавки под делают из кислых огнеупоров, которые засыпают сверху слоем кварцитового песка. Тыльную и фронтальную стены кислой плавильни строят из кремеземнистого огнеупора (динаса). Для основных шлаков – под строят из основных огнеупорных материалов, верх конструкции засыпают магнезитовым песком, реже –мелкозернистым доломитовым материалом. Передний и задний откосы подины выкладывают из магнезитового кирпича. В местах соприкосновения ванны с раскаленным шлаком, после окончания плавки возникают небольшие спекания, которые удаляют, и разрушения, устраняемые засыпкой песка (магнезитового порошка), подаваемого заправочными машини.

Свод изготавливают из любых жаропрочных и огнестойких материалов, но чаще для футеровки применяют динасовый или магнезитохромитовый кирпич с повышенными свойствами термостойкости. Свод строят распорно-подвесным с креплением и прокладками между кирпичами. Применяется горизонтальная компоновка свода – для минимизации объема пространства горения, чтобы уменьшить потери тепла на обогрев всего объема. Основные магнезитохромитовые своды применяются повсеместно, так как их ресурс работы &доходит до 1000 плавок, а ресурс свода из динаса – 200-350 плавок.

Головки с системой каналов и ниш (регенераторы, сажевики, борова) для обеспечения условий поддержания высокой температуры строят из термостойкого магнезитохромитового или форстеритового кирпича (для верхних более горячих конструкций) и кирпича-шамота (для нижних, более «прохладных» условий).

Трубу для отвода сгоревшего газа изготавливают из простого керамического кирпича с внутренней облицовкой из простого огнеупорного материала – шамотного кирпича. Ряд элементов (ограждения и крышки окон, балки свода, элементы перекидной системы клапанов) изготавливают из металла. Эти элементы требуют непрерывного водяного или испарительного охлаждения.

Для строительства и ремонта «мартенов» используют специальные крупногабаритные блоки, что позволяет экономить время простоя (одна плавка происходит за 3-8 часов, ремонт и обслуживание должны занимать 1 час). В современных «мартенах» активно внедряется водяное охлаждение, которая заменяет футеровку. Эти элементы покрываются специальным веществом – гарнисажем, которое повышает их термостойкость.

Что сейчас используют вместо мартеновских печей?

Шестидесятые года XX века ознаменовались изобретением новых прогрессивных методов получения качественной стали, таких как электрическая выплавка и кислородно-конвертерный способ.

Получение стали в мартеновских печах постепенно прекращалось. Перестали строиться новые установки, последняя печь данного вида была построена в 1970 году.

Физический износ мартеновских установок постепенно сводит подобное производство металла к нулю, во всем мире на сегодняшний день таким способом выплавляется всего 2% от общего объема изготавливаемой стали. На смену мартенам пришли:

1. Электродуговые печи.
2. Шахтные печи.
3. Вакуумные печи.

Вывод

Прошло уже более 150 лет с того момента, в каком году была создана мартеновская печь. Технологии плавления металла сильно шагнули вперед, были разработаны новые экономичные и экологически безопасные виды плавки стали. Однако, именно изобретение мартенов дало мощный толчок к росту промышленности.

Благодаря таким печкам, увеличение промышленного производства в XX веке достигло небывалых темпов. Сейчас выплавка стали в мартеновских печах в мире практически прекращена, но этот агрегат навсегда останется символом стремительного развития машиностроения и металлургии в умах многих поколений.

Принцип тепловой работы мартеновской печи

Для повышения температуры горения топлива в мартеновских печах используется предварительный нагрев газообразного топлива и необходимого для его сжигания воздуха до 1100 – 1200^оС путем регенерации тепла отходящих из рабочего пространства печи газов. При этом температура факела может достигать 1850 – 1900^оС.

Принцип тепловой работы мартеновской печи поясняется схемой на рисунке 15.1.

Рисунок 15.1 – Схема мартеновской печи: 1 – рабочее пространство; 2 – головки; 3 – вертикальные каналы; 4 – шлаковики; 5 – регенеративные нагреватели; 6 – борова; 7 – реверсивные и регулирующие клапаны; 8 – котел-утилизатор; 9 – газоочистка; 10 – дымовая труба; купить профессиональный шуруповерт аккумуляторный

Допустим, что первоначально нагретой является насадка правой пары регенераторов. В этом случае воздух и газ, проходя через эти регенераторы, нагреваются до температуры 1100 – 1200^оС и поступают в рабочее пространство мартеновской печи.

В рабочем пространстве происходит их смешивание и сгорание топлива с образованием факела, имеющего температуру 1800 – 1900^оС. Продукты горения удаляются из рабочего пространства через левую головку мартеновской печи при температуре 1650 – 1750^оС. Проходя через вертикальные каналы и шлаковики, продукты сгорания топлива поступают в левую пару регенеративных нагревателей при температуре 1500 – 1550^оС. Проходя через насадку регенераторов, продукты горения нагревают ее, после чего по боровам подаются к дымовой трубе.

Через 10 – 20 минут насадка правых регенераторов остывает и не обеспечивает необходимого нагрева газа и воздуха. К этому моменту насадка левых регенераторов нагревается до высокой температуры. Поэтому, для сохранения температуры факела в рабочем пространстве печи на требуемом уровне, направление движения воздуха и газа меняют (перекидка клапанов). После этого левая пара регенераторов используется для нагрева газа и воздуха, а правые регенераторы нагреваются за счет тепла отходящих из рабочего пространства печи газов.

При использования для отопления печи высококалорийного топлива (природный газ, мазут и др.) необходимость в его нагреве отпадает. При этом мартеновская печь может работать с одной парой регенераторов для нагрева воздуха.

Мартеновская печь, или где рождаются стальные болты

Со времен “царя Гороха” технологии переработки железный руды считались едва ли не главным мерилом развития цивилизации и, в целом, — состояния ее научно-технической мысли. Таким образом человечество переходило от простого кузнечного дела к сыродутным печам, а затем уже и к крупным сталеплавильным агрегатам. Так, в конце позапрошлого века появилась знаменитая мартеновская печь. Благодаря универсальности шихты и универсального топлива, она долгое время оставалась основным сталеплавильным агрегатом в мировой металлургии.

Кому именно принадлежит изобретение мартеновской печи — вопрос, мягко говоря, дискуссионный. С одной стороны, изобретение технологии регенеративной печи приписывают всем известному немецкому изобретателю  Сименсу. С другой стороны, именно французский металлург Мартен разработал конструкцию самой печи. И чтобы понять, откуда именно пошло название «мартеновская печь» в обиходе металлургов, откроем учебник истории Западной Европы XIX века. 

“Мартен” – печь пламенного типа с регенерацией тепла, вызванного собственными продуктами горения.  

В середине пятидесятых годов XIX  века талантливый немецкий изобретатель Карл Вильгельм Сименс разрабатывает принцип плавильной печи с симметричной конструкцией, где металл плавится за счет подачи нагретого воздуха и обеспечивается эффективная рекуперация тепла. В это же время французские владельцы металлургического завода Эмиль Мартен (отец) и Пьер Мартен (сын) также начинают активные научные изыскания в этом направлении. Купив у Сименса патент на его изобретение, Мартены берут за основу принцип регенерации тепловой энергии в подовой пламенной печи, где обеспечивается высокая температура плавления стали за счет нагрева не только воздуха, но и газа, подаваемого в печь. И уже в 1864 году на заводе во французском городе Серий была выполнена первая успешная выплавка стали. Удача воодушевила Мартена младшего и он оформляет на свое изобретение патент во Франции, а чуть позже в Англии. В результате  семейство Мартенов за свои достижения в области производства стали в 1867 году награждаются золотой медалью Всемирной выставки в Париже. А запатентованная печь для выплавки стали получает оглушительную рекламу и начинает активно использоваться практически по всему миру.   

“Мартены” могли иметь стационарные или качающиеся конструкции. Работали на жидком и газовом топливе. Охлаждались водяной или испарительной системой.

Очевидно, что мартеновская печь – это сложный в техническом исполнении агрегат. Структурно, печь можно разделить на горизонтальное плавильное отделение из огнеупорного кирпича в жестком стальном каркасе, колонн и облицовочных плит. Все основные процессы происходят в рабочем пространстве, где ведутся сжигание топлива и плавка стали. Ниже можно посмотреть схему классического исполнения “Мартена”.

Исходя из конструктивных особенностей и для большей прочности задняя стенка рабочего пространства обычно наклонена на  45-55 градусов. Она имеет отверстия для выпуска стали и шлака. И для того чтобы минимизировать потери тепла, их оснащают усиленной теплоизоляцией. В XX веке мартеновские печи производили также с наклонной передней стенкой, что повышало ее устойчивость. В ней располагаются разделенные простенками загрузочные окна, которые со временем утратили свою арочную форму и стали обрамляться металлическими рамами. Загрузочные окна использовались для загрузки шихты и заливки чугуна. Закрывают их стальными заслонками с центральным смотровым отверстием и футеровкой из кирпича.

Как уже отмечалось, принцип работы мартеновской печи основан на регенерации-отражении тепла. Поэтому перекрывающий ее рабочую зону свод — важный элемент конструкции. Он подвергается воздействию высоких и низких температур, термоударам факела, воздействию пыли шихты и брызг шлака. Для устранения всех этих неприятных нюансов чаще всего в “Мартенах” создавались арочные распорно-подвесные перекрытия. Их собирали из специальных кирпичей и подвешивали к металлоконструкциям печи на систему штырей и удлиненных стальных пластин.  

Воспламенение топлива в печи происходит в специальных головках, расположенных по торцам рабочего пространства. У “Мартена” две головки: одна подает факел пламени, другая отводит продукты горения. И обе они отвечают за смешивание топлива с подогретой струей воздуха, правильное и наиболее рациональное направление факела, отвод продуктов горения из рабочего пространства. Шлаковочные камеры — еще один важный элемент печи. В них собираются частички пыли и шлака, увлекаемые продуктами горения. “Шлаковики” расположены над вертикальными каналами и для более эффективного оседания “продуктов переработки” имеют широкое поперечное сечение. Конструкция шлаковочных камер адаптируется к основному виду топлива, но в любом случае их рабочий объем должен быть рассчитан на весь межремонтный период эксплуатации.

Регенератор — самый интересный элемент конструкции “Мартена”. Он конденсирует в себе тепловую энергию отходящих продуктов горения и передает ее газу или воздуху, направляемому в рабочее пространство.  

Процесс выплавления стали протекает на поду рабочего пространства отражательной печи за счет тепла от факела. Он  заключается в переработке чугуна и металлического лома, закладываемых в рабочее пространство печи. Большая часть тепла поступает в мартеновскую ванну из рабочего пространства печи в результате теплоотдачи от факела и элементов кладки. Но, так как для выплавки стали необходимо поддерживать температуру до 1700°С, в рабочем пространстве ее получают путем сжигания в струе воздуха газообразного или жидкого топлива. Основной вид теплопередачи в рабочем пространстве “Мартена” является излучение от факела. Кладка частично поглощает тепловую энергию и интенсивно отражает ее от свода печи на поверхность нагрева. В потоке нагретого воздуха происходит сгорание топлива, подаваемого через головку. Отходящие дымовые газы нагревают насадку регенератора, которая в свою очередь нагревает подаваемый в печь холодный воздух. А реверсивное направление воздушных потоков обеспечивает регенерацию тепла. Избыточное содержание кислорода создает в “Мартене” окислительную газовую атмосферу, благодаря чему металл в течение плавки подвергается прямому и косвенному воздействию окислительной среды. После образования шлакового слоя на поверхности расплава тепло передается металлу через него.

Процесс выплавления разделяется на несколько периодов. Но до начала с высокой математической точностью рассчитывается количественный и качественный состав шихты. Плавление — самый длительный период. Он начинается с завалки шихты и продолжаются более 3-х часов в результате прямого контакта железа и примесей с кислородом из атмосферы печи. Для обеспечения плавки и выжигания избыточного количества примесей в рабочем пространстве температура превышает температуру точки плавления на 100…150°С. К концу плавления тепловую нагрузку снижают до минимально допустимого уровня, так как основная часть шихты расплавилась и снижается потребность в тепле. Металл переходит в жидкое состояние и на поверхности расплава образовывается активный шлак, так как его плотность меньше плотности металла. 

Окисление — следующий по счету процесс. Металлическая шихта имеет сложный многокомпонентный состав. Кроме железа в ней содержится углерод, кремний, сера, марганец, фосфор и другие компоненты. Их излишки удаляются как раз окислением.   Источником кислорода выступают печная атмосфера и составляющие шихты. Причем в первой половине периода плавления протекает интенсивный процесс диссоциации.  А последующие процессы окисления — уже между жидким металлом и покрывающим его шлаком, который продолжает подвергаться прямому окислению в результате контакта с кислородом печной атмосферы.

Раскисление — последний и наиболее ответственный этап плавления стали, так как он непосредственно определяет качество конечного продукта. Суть в том, что к концу этапа окисления в расплаве остается еще значительное количество кислорода, который надо убрать. Раскисление проводят с использованием ферросплавов, а также алюминия, титана и кальция. Эти элементы активно вступают во взаимодействие с FeO и способны выводить кислород как в газ печной атмосферы, так и в виде окислов в шлак. Основываясь на таких свойствах, раскисление стали выполняют в два приема: предварительное и финишное. 

Строительство “Мартенов” – высокое искусство. В разные годы при их создании использовали материалы, которые по своей природе относились к кислым, полукислым, нейтральным и основным огнеупорам. В основном это были кирпичи разного рода.  

Несмотря на то, что мартеновские печи по-прежнему используются в отдельных странах, их доля в мировом производстве стали с каждым годом снижается, уступая натиску более современных и экологичных технологий. Например, таких как кислородно-конвертерного и электросталеплавильного процессов.  При этом не стоит забывать, что мартеновский цех по функционированию и условиям труда относится к объектам повышенной опасности, требует большого количества энергоресурсов и применения дорогих систем фильтрации. Длительность плавки в мартеновской печи может достигать 9 часов в сравнении с 40-60 минутами в конвертерах и дуговых сталеплавильных агрегатах. Первую в России мартеновскую печь построил инженер Александр Износков. Ее запустили весной 1870 года на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде. Затем “Мартены” установили Боткинский, Путиловский, Обуховский, Пермский и другие заводы. 23 марта 2018 года в нашей стране состоялась последняя выплавка стали в “Мартене” на Выксунском металлургическом заводе.

Open Hearth Process — обзор

9.3.2.1 Производство стали

Стали в широком смысле можно рассматривать как сплавы железа и углерода, процент углерода варьируется от примерно 0,1% в мягких сталях до примерно 1,8% в некоторых закаленных сталях. Их можно производить с помощью одного из четырех различных процессов: процесса с открытым подом, процесса конвертера Бессемера, процесса в электрической печи или процесса с кислородом. Процессы могут быть кислотными или основными в зависимости от химической природы производимого шлака.Кислотные процессы используются для очистки чугуна с низким содержанием фосфора и серы, богатого кремнием и, следовательно, получения кислого шлака. Футеровка печи изготовлена ​​из кислого материала, поэтому она предотвращает реакцию со шлаком. Базовый процесс используется для очистки чугуна с высоким содержанием фосфора и низким содержанием кремния. Фосфор можно удалить, только добавив большое количество извести, которая образует основной шлак. В этом случае футеровка печи должна быть из основного огнеупора, чтобы предотвратить реакцию со шлаком.Около 85% всей стали, производимой в Великобритании, относится к типу basic , и при использовании современных технологий она почти не уступает по качеству кислой стали , произведенной из высококачественных руд.

Здесь описаны только мартеновские процессы, электропечи и кислородные процессы, поскольку конвертерный процесс Бессемера не используется для сталей для судостроения.

Процесс с открытым подом. Мартеновская печь способна производить большое количество стали, от 150 до 300 тонн за одну плавку.Он состоит из неглубокой ванны с крышей, установленной над двумя камерами, облицованными кирпичом. На концах есть отверстия для нагретого воздуха и топлива (газа или масла), которые могут быть введены в топку. Кроме того, они обеспечивают выход сгоревшего газа, который используется для нагрева воздуха и топлива. Примерно каждые двадцать минут поток воздуха и топлива меняется на противоположный.

В этом процессе в печи плавится смесь чугуна и стального лома, при этом углерод и примеси окисляются. Окисление производится кислородом, присутствующим в оксиде железа чугуна.Затем добавляют углерод, марганец и другие элементы, чтобы удалить оксиды железа и придать требуемый химический состав.

Электропечи. Электропечи обычно бывают двух типов: дуговые печи и высокочастотные индукционные печи. Первый используется для рафинирования шихты с получением требуемого состава, тогда как второй может использоваться только для плавления шихты, состав которой аналогичен окончательно требуемому. По этой причине подробно рассматривается только дуговая печь.В дуговой печи плавление производится путем зажигания дуги между электродами, подвешенными на своде печи, и самой загрузкой в ​​поде печи. Загрузка состоит из чугунного и стального лома, и процесс позволяет получать стабильные результаты, а конечный состав стали можно точно контролировать.

Электропечи часто используются для производства высоколегированных сталей.

Кислородный процесс. Это современный процесс выплавки стали, при котором жидкая шихта из чугуна и стального лома с легирующими элементами содержится в основном футерованном конвертере.Затем на поверхность жидкого металла направляют струю газообразного кислорода высокой чистоты для его очистки.

Сталь из мартеновской или электрической печи выпускается в большие ковши и разливается в изложницы. В этих изложницах ему дают остыть до тех пор, пока он не затвердеет в достаточной степени, что позволит переместить его в «яму для выдержки», где слиток повторно нагревается до требуемой температуры для прокатки.

Химические добавки к сталям. Добавление химических элементов к стали во время вышеуказанных процессов служит нескольким целям.Их можно использовать для раскисления металла, удаления примесей и вывода их в шлак и, наконец, для получения желаемого состава.

Количество добавленных раскисляющих элементов определяет, является ли сталь «сталью с бортиком» или «сталью с раскислением». Стали с оправой получают, когда к расплавленному металлу добавляют лишь небольшие добавки раскислителя. Оправлять можно только те стали, которые содержат менее 0,2% углерода и менее 0,6% марганца. Из-за отсутствия раскисляющего материала кислород в стали соединяется с углеродом и другими присутствующими газами, и выделяется большой объем газа.Пока металл расплавлен, газ проходит через расплавленный металл вверх. Когда затвердевание происходит в виде слитков, сначала сбоку и снизу, а затем сверху, газы больше не могут покидать металл. В центральной части слитка задерживается большое количество газа, в результате чего сердцевина слитка с кромкой представляет собой массу газовых отверстий. Обычно горячей прокатки слитка в тонкий лист достаточно для сваривания поверхностей выдувных отверстий вместе, но этот материал не подходит для толстого листа.

Термин «убитая» сталь указывает на то, что металл затвердел в изложнице с незначительным выделением газа или без него. Этого удалось избежать за счет добавления достаточных количеств раскислителя, обычно кремния или алюминия. Сталь этого типа обладает высокой степенью химической однородности, а сталь с пониженным давлением превосходит стали с ободком. Если процесс раскисления осуществляется лишь частично за счет ограничения количества раскисляющего материала, получается «полузабитая» сталь.

В изложнице сталь постепенно затвердевает с боков и от основания, как упоминалось ранее. Точки плавления примесей, таких как сульфиды и фосфиды, в стали ниже, чем у чистого металла, и они будут стремиться отделяться и собираться к центру и верху слитка, который затвердевает в последнюю очередь. Это формирует так называемую «сегрегацию» в виде заметного сжатия в верхней части слитка. Из-за высокой концентрации примесей на этом этапе эта часть слитка часто выбрасывается перед прокаткой листа и секций.

Изучен процесс производства стали: бессемеровский, мартеновский, тигельный, цементационный и электрический

Сталь в основном состоит из сплава углерода и железа, где содержание углерода может варьироваться от 0,25% до 1,5% и, следовательно, стали в первую очередь классифицируется как низкоуглеродистая сталь (около 0,25% углерода), среднеуглеродистая сталь (от 0,25% до 0,75% углерода) и высокоуглеродистая сталь (от 0,75% до 1,5% углерода).

Сталь

может быть произведена следующими основными методами:

• Процесс цементирования
• Тигельный процесс
• Бессемеровский процесс
• Мартеновский процесс
• Электрический процесс

Давайте рассмотрим их по порядку.

Процесс цементации : В этом процессе прутки из кованого железа помещаются в печь между слоями порошкообразного древесного угля и подвергаются очень высокой температуре — около 7000 по Цельсию в течение от недели до двух недель в зависимости от требуемого качества стали. В этих условиях углерод медленно диффундирует в железо и вызывает растворение углерода в железе, повышая процентное содержание углерода. Сталь, полученная в результате этого процесса, называется «черновой сталью» из-за пузырей, образующихся на поверхности из-за выделяющихся газов во время производственного процесса.Количество углерода здесь обычно составляет от 0,75% до 1,5%.

Тигельный процесс : Процесс включает нагревание фрагментов блистерной стали или коротких отрезков кованых железных стержней, смешанных с древесным углем, внутри тиглей из огнеупорной глины. Полученная расплавленная сталь проходит через чугунные изложницы. Такая сталь называется чугунной. Литая сталь чрезвычайно тверда и идеально однородна. Они специально используются для изготовления режущих инструментов и лучших столовых приборов.

Бессемеровский процесс : В этом процессе чушковый чугун плавится в вагранке и заливается в Бессемеровский конвертер, имеющий грушевидную форму и имеющий стальную оболочку, облицованную огнеупорным материалом.Он поворачивается на цапфах для облегчения наклона, заливки или зарядки.

После загрузки в вышеуказанный конвертер расплавленного чушкового чугуна через форсунки, расположенные на дне резервуара, через расплавленную массу в течение примерно 20 минут обдувается сильная струя воздуха. Процесс окисляет все следы присутствующего углерода и кремния, оставляя конвертер с чистым железом.

После этого продувка воздухом прекращается и к нему добавляется заданное количество ферромарганца с целью внесения в сталь рекомендованного содержания углерода и марганца.

Процедура продувки воздухом снова запускается на некоторое время, обеспечивая идеальное перемешивание сплава.

Затем конвертер наклоняют, чтобы расплавленный материал мог выгружаться в ковши. На заключительном этапе расплавленный сплав перемещают в прямоугольные формы, где он получается в виде сплошных слитков.

Процесс с открытым подом : Особенность мартеновских печей — это высокая температура, которую можно получить от них за счет их регенеративного процесса.Шихта из чугуна, стального лома, железной руды и флюса вместе хранится в неглубоком контейнере, над которым горит пламя. Для большей эффективности процесс запускается в реверберационных газовых регенеративных печах.

Регенераторы размещаются под печью и располагаются двумя парами. Пары нагреваются поочередно за счет прохода горячих газов, выходящих из топки на пути к дымоходу. Это тепло удерживается регенераторами и возвращается обратно в печь.Эта процедура теплообмена помогает печи поддерживать высокие температуры даже при меньшем количестве топлива.

После загрузки печи чугуном, в нее время от времени добавляются чистые окисляющие руды, такие как гематит, что способствует окислению и удалению примесей, таких как кремний, углерод и марганец, из чугуна. Spiegel также вводится, когда содержание углерода становится менее 0,1%, и ферромарганец после выпуска металла в ковш. Ферромарганец играет важную роль для восстановления пластичности, а также для науглероживания железа.

Электрический процесс : В этом процессе используются электродуговые или электрические высокочастотные печи. В электродуговых печах, которые чаще встречаются среди этих двух процессов, между угольными электродами возникает электрическая дуга высокого напряжения, и заряд становится источником очень высокой температуры. Шихта собирается непосредственно из мартеновской печи, интенсивное нагревание дуги поддерживает ее в расплавленном состоянии, а примеси удаляются в виде шлака.

В основе высокочастотной печи лежит принцип, согласно которому при приложении к стали высокочастотного переменного тока в них начинают протекать вихревые токи.Если сделать эту индукцию очень сильной, она может нагреть сталь и расплавить ее.

Электрические печи более выгодны по сравнению с другими процессами производства стали из-за отсутствия выделяющихся газов, дыма и т. Д., Которые обычно становятся серьезной проблемой для печей, работающих на топливе.

Изображение предоставлено: Из книги «Введение в изучение металлургии», Сэр Уильям Чендлер Робертс-Остен

Ссылки

Science.jrank.org: Процесс производства стали

Sail Company, Индия: Производство другой стали Процессы

Top Forge, Великобритания: Процессы производства чугуна и стали

OPEN HEARTH PROCESS

Процесс с открытым подом
Siemens и Martin из Франции разработали мартеновский процесс.Первоначально печь использовалась для плавки лома чугуна и стали. Позже его использовали для плавки и рафинирования стали. лом и чугун. Впервые для производства стали были загружены и передельный чугун, и лом. Мартеновская печь представляет собой неглубокий сосуд, выложенный доломитовым кирпичом. Он нагревается жидкое и газообразное топливо с использованием принципа регенерации тепла. Температура производства стали составляла около 1700 ° C. Шихта представляет собой смесь лома и жидкого чугуна. Губчатое железо входит в состав заряда.Лом и губчатое железо сначала нагревают до температуры плавления. Затем в него заливают чугун из доменной печи. Чтобы помочь в рафинировании и образовании шлака добавляется количество железной руды и известняка. Очистка осуществляется продувкой кислорода через фурмы. Основной шлак готовится путем добавления известняка и железной руды. Состояние в печь приобретает окислительный характер.

В некоторых случаях лом и губчатое железо загружают частично расплавленным железом. Примеси в жидком чугуне разбавляются.Производство стали с использованием конвертера Бессемера и открытого подовая печь известна как дуплексный процесс. На первом этапе жидкий чугун частично очищается в конвертере Бессемера. Затем его дополнительно очищают путем продувки кислородом на открытом воздухе. подовая печь. Ближе к концу процесса, когда примеси, такие как кремний, марганец и кальций, доведены до необходимого уровня, расплавленный металл выпускается через кран. дыра в топке. Добавление ферромарганца и ферросилиция производится для удаления примесей и кислорода, присутствующих в расплавленном металле.Позднее небольшое добавление алюминия также сделано для раскисления металла. Углерод удаляется продувкой печи достаточным количеством кислорода.

В кислотном процессе в очаге производят футеровку из силикатного кирпича. Кислый шлак с высоким содержанием кремнезема образуется на металле в процессе рафинирования. Сталь, произведенная кислотным способом, считается очень хорошего качества. В основном процессе используются доломитовые и магнезитовые кирпичи. В базовом мартеновском процессе загрузка начинается с железной руды, лома, известняка, губчатого железа и расплавленного чугуна.Шихта нагревается и в печь заливается горячий чугун. Рафинирование начинается после полного расплавления загрузки. Затем кислород продувается через фурмы. Медленно над расплавленным металлом образуется основной шлак. Затем шлак вымывается.

В основном процессе открытого грунта загрузка начинается с железной руды, известняка и лома. Шихта нагревается и в очаг заливается горячий чугун. Рафинирование начинается после завершения зарядки. Проведена кислородная пункция.Образовался основной шлак, который медленно вымывался. По окончании промывки добавляется свежий известняк, чтобы получить высокощелочный шлак для удаления оставшегося количества серы и фосфора. По мере увеличения образования окиси углерода подача топливного газа может уменьшаться. Кислород подается через кровельное копье для ускорения сгорания. Блокирование тепла осуществляется ближе к концу рафинирования. Давление кислорода снижается, чтобы снизить интенсивность окисления углерода. Ферромарганец и ферросилиций добавляют в расплавленный металл для дальнейшая блокировка тепла.Также прекращается подача топлива и отбирается жидкая проба стали для химического анализа. Раскисление металла происходит за счет реакции марганца и кремния с кислородом. Марганец и кремний присоединяются к шлаку, когда они находятся в избыточном количестве.

Шлак удаляется через летку путем наклона печи, а жидкая сталь удаляется через ковш. В настоящее время наклонные печи используются чаще, чем стационарные. Мартеновская печь бесперебойно управляется за счет использования систем управления.Контрольно-измерительные приборы предусмотрены для бесперебойной работы печи. Мартеновская печь устаревает и из-за жесткой системы ее эксплуатации. Таким образом, новые процессы производства стали разрабатываются и внедряются для снижения затрат на производство стали и для производства стали высокого качества.

Производство стали | Справочные материалы

---

1.По процессу бессемеризации: —

Принцип: —

В процессе бессемеризации примеси, присутствующие в чугуне, удаляются окислением на воздухе, и добавляется расчетное количество углерода в форме спигелезиена (Fe + Mn + C) для получения стали. Футеровка конвертера Бессемера зависит от наличия или отсутствия фосфора. Если присутствует фосфор, то используется основная футеровка из CaO или MgO, а если фосфор отсутствует, то используется кислая футеровка из SiO ₂ .Реакции, происходящие при производстве стали, есть.

2C + O ₂ → 2CO

S + O ₂ → SO ₂

Si + O ₂ → SiO ₂

2Mn + O ₂ → 2Mnо

MnO + SiO ₂ → MnSiO ₃

Силикат марганцевый (шлак)

Если присутствует фосфор,

4P + 5O ₂ → 2P ₂ O ₅

P2O ₅ + 3CaO → Ca ₃ (PO ₄ ) ₂

Фосфат кальция (томасский шлак)

Процесс: —

Расплавленный чугун хранится в конвертере Бессемера с внутренней футеровкой основной футеровкой (если присутствует фосфор) или кислотной футеровкой (если фосфор отсутствует), и смесь пропускается с продувкой воздуха.Сначала окисляются неуглеродные примеси. Затем углерод окисляется до окиси углерода, которая горит голубым пламенем на выходе из конвертера Бессемера. Когда пламя гаснет, добавляют расчетное количество спигелезина и перемешивают, пропуская воздух в течение некоторого времени. Затем производится сталь. Процесс занимает 15-20 минут, а размер партии составляет 500-600 кг. Качество стали, получаемой в процессе бессернеризации, неодинаково. Во время процесса некоторое количество железа теряется в виде шлака.

2. По методу Симен Мартин или мартеновскому процессу: —

Принцип: —

При мартеновском процессе примеси, присутствующие в чугуне, удаляются путем окисления гематитом. Процент углерода уменьшается за счет добавления металлолома. Тепло, необходимое для процесса, получается путем сжигания нагретого генераторного газа (Co + N ₂ ) за счет регенерации тепловой экономии В зависимости от примесей футеровка пода является кислой (если фосфор отсутствует) или основной футеровкой (если фосфор настоящее).Процент углерода поддерживается добавлением необходимого количества splgelesien. Реакции при производстве стали есть.

3C + 2Fe ₂ O ₃ → 4Fe + 3CO ₂

3S + 2Fe ₂ O ₃ → 4Fe + 3SO ₂

3Si + 2Fe ₂ O ₃ → 4Fe + 3SiO ₂

SiO ₂ + Cao → CaSiO ₃

Если присутствует фосфор,

6P + 5Fe ₂ O ₃ → 10Fe + 3P ₂ O ₅

P ₂ O ₅ + 3CaO → Ca ₃ (PO ₄ ) ₂

Процесс: —

Смесь чугунного лома, гематита и небольшого количества извести хранится на поде мартеновской печи, и смесь лечится путем сжигания генераторного газа системой регенерации.Исходящий газовый очаг пред. Нагревает поступающий генераторный газ, который при сгорании может вызвать более высокую температуру. Образовавшийся шлак удаляется, а небольшое количество стали извлекается из пода и анализируется. Процент углерода в стали может быть увеличен добавлением спигелина и может быть уменьшен добавлением железного лома. Процесс медленный и занимает около 8-10 часов, а качество стали лучше, так как образец можно проанализировать.

Преимущества мартеновского процесса перед процессом бессемеризации: —

· Качество стали однородное.

· Вещество, такое как гематит, превращается в ценный стальной лом.

· Потеря железа очень мала.

· Размер партии в мартеновском процессе очень велик по сравнению с процессом бессернеризации.

Объясните мартеновский процесс производства SiemensMartins по химии класса 11 CBSE

Подсказка: Это процесс металлургии при производстве стали. Металлургия и изоляция должны быть такими, чтобы это было коммерчески осуществимо и химически осуществимо.Процесс Сименс-Мартин — это технология производства стали, при которой большая часть стали производится в мире. Этот процесс развился на основе старых процессов, в которых использовалось отработанное тепло, выделяемое из печи, для направления дыма из печи через кирпичную кладку.

Полный пошаговый ответ:
Процесс с открытым подом также известен как процесс Сименса-Мартина.
Металлургический процесс чугуна с использованием принципа мартеновского процесса следующим образом:
Примеси, присутствующие в чугуне, удаляются гематитом.
Процент углерода уменьшается за счет добавления металлолома.
Тепло, необходимое для процесса, получается путем сжигания нагретого генераторного газа за счет регенерации экономии тепла в зависимости от примесей, которые футеровка пода является кислой или основной.
Процент углерода, поддерживаемый добавлением необходимого количества spiegeleisen, который представляет собой сплав железа и используется при производстве стали.

Реакции при производстве стали:
$ \ begin {align}
& 3C + 2F {{e} _ {2}} {{O} _ {3}} \ to 4Fe + 3C {{O} _ {2}} \\
& 3S + 2F {{e} _ {2}} {{O} _ {3}} \ to 4Fe + 3S {{O} _ {2}} \\
& 3Si + 2F {{e} _ {2}} {{O} _ {3}} \ to 4Fe + 3Si {{O} _ {2}} \\
и Si {{O} _ {2}} + CaO \ в CaSi {{O} _ {3}} \\
\ end {align} $

Если фосфор присутствует,
\ [\ begin {align}
& 6P + 5F {{e} _ {2}} { {O} _ {3}} \ to 10Fe + 3 {{P} _ {2}} {{O} _ {5}} \\
& {{P} _ {2}} {{O} _ { 5}} + 3CaO \ to C {{a} _ {3}} {{(P {{O} _ {4}})} _ {2}} \\
\ end {align} \]

Преимущества мартеновского процесса:
Качество стали одинаковое.
Этим процессом легко управлять.
Потери железа из железной руды меньше, так как не проходит дутьевой воздух.
Размер партии в мартеновском процессе очень велик по сравнению с другими процессами.

Примечание: Хотя мартеновский процесс был почти полностью заменен в большинстве промышленно развитых стран кислородным процессом и электродуговой печью, тем не менее, он составляет около одной шестой всей стали, производимой в мире.

Великобритания поэтапно откажется от 34 открытых подов

ЛОНДОН, 21 июня — Признавая, что «день мартеновских печей подходит к концу», British Steel Corporation планирует поэтапный отказ от 34 таких печей на четырех шотландских заводах в ближайшее время. пять лет с потерей от 6500 до 7500 рабочих мест.

В заявлении, опубликованном вчера в Глазго и доступном здесь, Х. М. Финнистон, заместитель председателя государственной сталелитейной компании, пригласил лидеров профсоюзов встретиться с должностными лицами компании, чтобы спланировать планомерное сокращение штатов, чтобы минимизировать воздействие на рабочую силу. В British Steel сейчас работает 26 500 шотландских рабочих.

Это объявление было с тревогой встречено лидерами профсоюзов в Шотландии, которая уже является одной из самых депрессивных областей Великобритании, где высока безработица и где отрасли, которые когда-то лидировали в мире, находятся под угрозой из-за технологических изменений и иностранных конкурентов.

Новый процесс

«Мы сожалеем и встревожены ситуацией», — сказал Джеймс Милн, помощник генерального секретаря Конгресса профсоюзов Шотландии.

Проблема для корпорации — высокие затраты на высококонкурентном международном рынке. На изготовление мартеновских печей уходит 12 часов. партия стали. Более новый «Базовый кислородный процесс», который сейчас используется во всем мире, выполняет ту же работу примерно за 40 минут и с одной пятой трудозатрат.

Доктор Финнистон сказал, что корпорация расширит деятельность на одном относительно современном сталелитейном заводе в Шотландии, в Равенскрейге.Это предполагает увеличение запланированных новых инвестиций с 85,8 млн до 156 млн долларов.

По мере того, как новое производство будет запущено на линии в Равенскрейге, будут постепенно прекращены операции на открытых подах и первичных прокатных станах на металлургических заводах Далцелла, Ланаркшира, Клайдбриджа и Клайда, расположенных в районе Мазервелл в Глазго.

Ravenscraig также имеет открытые очаги, но они самые современные в Шотландии, и они, вероятно, продолжат производство еще долгое время после того, как другие будут остановлены.- сказал Финнистон.

Другие заводы, тоже

После завершения расширения мощность завода составит 3,1 миллиона тонн в год. Текущая производственная мощность составляет 1,5 миллиона тонн.

Хотя в заявлении не упоминается. Другие мартеновские заводы British Steel Corporation дали понять, что их дни тоже сочтены. Компания имеет более 110 действующих мартенов на своих металлургических заводах в Великобритании.

Корпорация также объявила о принципиальном согласии на продажу своей инструментальной стали и инструментального бизнеса в Опеншоу, Манчестер, и Холм-Лейн, Шеффилд.Покупателем выступит компания Edgar Allen & Co., Ltd., инженеры и производители стали из Шеффилда.

В объявлении говорилось, что концерн Allen продолжит управление предприятиями и предложит постоянную работу всем 950 мужчинам, которые сейчас работают на заводах.

Продажа предприятий осуществляется в соответствии с политикой British Steel Corporation по возвращению в частную собственность специализированных и периферийных предприятий, которые были переданы в собственность после национализации сталелитейной промышленности.Цена, которую необходимо заплатить за оба предприятия, все еще обсуждается.

Печи с выдвижным подом — ElectroHeat®

Печи с выдвижным подом

Наши печи с выдвижным подом используются для термообработки тяжелых и крупных стальных деталей, температура и атмосфера варьируются в зависимости от процесса и области применения; такие как отпуск, отжиг, мягкий отжиг, нормализация, снятие напряжений, гомогенизация и рекристаллизация с обычной рабочей температурой от 250 до 1150 ° C в зависимости от области применения.

Тележка загружается вне печи с помощью вилочного погрузчика или мостового крана до того, как тележка войдет в печь. Загрузка обычно охлаждается внутри печи перед тем, как оператор выдвигает тележку, но благодаря особой конструкции печь может быть открыта, а загрузка извлечена из печи для охлаждения или закалки, пока печь еще горячая и работает.

Подок печи изолирован высокотемпературной волокнистой изоляцией и минеральной ватой.Элементы радиационного нагрева устанавливаются на внутренних боковых стенках печи, а в некоторых случаях на днище (тележка) и люке / двери; для достижения наилучшей однородности температуры.

Тележка с электроприводом состоит из стального каркаса, изоляционного и огнестойкого кирпича. Наша печь с выдвижным подом оснащена уникальным термостойким уплотнением между подом и тележкой, которое можно открывать во время работы для эффективного охлаждения.

Наша печь с выдвижным подом поставляется в нескольких различных исполнениях; люк / дверь, которая открывается вертикально или сдвигается горизонтально, дверь с ручным управлением, которую можно подвешивать влево / вправо или постоянно фиксировать на конце тележки.

Все наши печи с выдвижным подом поставляются с полной документацией и сертификатом CE в соответствии с директивой LVD, EMC и оборудованием.

Мы также можем соблюдать такие отраслевые стандарты, как: AMS2750E / AMS2750F (аэрокосмическая промышленность), CQI-9 (автомобильная промышленность), API 6A 21-е издание (нефть / газ / шельф) и ISO 17663: 2009 (сварка).

ElectroHeat Sweden AB производит широкий спектр промышленных печей и духовок, спроектированных и адаптированных к различным размерам загрузки, объемам производства и материалам.Наши печи и печи адаптированы к потребностям наших клиентов для повышения эффективности, качества и экономии энергии.

Быстрая доставка и высокое качество гарантированы, так как все строительство и производство производятся в нашей мастерской в ​​Гетеборге, Швеция.

Этот продукт может поставляться отдельно или в составе полностью автоматической линии печи с конвейерами и автоматическим загрузочным оборудованием, чтобы гарантировать высокую производительность.

ТУ

Диапазон температур : до 1350 ° C

Источник питания: Дополнительно

— Электрооборудование

— Газ

Циркуляция воздуха:

— Блок циркуляционного вентилятора

Размеры: Индивидуальные

Дверь / Люк: Опция

— Люк пневматический

— Гидравлический люк

— Люк электрический

— Ручная дверь

— Дверь раздвижная

Система управления:

HeatManager (ПЛК; на базе Siemens)

Атмосфера: Воздух

Тип регистрации: Цифровой

Количество зарегистрированных датчиков температуры: Дополнительно

Закалка или отжиг в печи с выдвижным подом
Термическая обработка должна быть щадящей и одновременно мощной, чтобы такие процессы, как отпуск, отжиг, гомогенизация и рекристаллизация, были надежными и легкими.Печи с выдвижным подом обещают покупателям высочайшее качество при соответствующем использовании и имеют температурный диапазон до 1200 ° C.

Печи с выдвижным подом полезны, когда дело доходит до тонких процедур, таких как мягкий отжиг, и дают наилучшие результаты, когда дело доходит до нормализации или снятия напряжений.

Важно понимать, что для достижения оптимальных результатов нагрева камера должна быть должным образом изолирована, чтобы поддерживать постоянную высокую температуру.Точность является ключевым моментом при отжиге или закалке материалов, поэтому боковые стенки топочной камеры были оснащены изоляцией из высокотемпературного волокна и минеральной ваты. Это делает печи с выдвижным подом не только точными, но и простыми в обслуживании.

По своей сути и необходимости всего процесса охлаждения, печь сочетает в себе один или несколько циркуляционных вентиляторов и заслонки с приводом от двигателя. Они расположены на крыше.

Анатомия печи с выдвижным подом
Чтобы обеспечить безопасность и долгий срок службы печи, дно с приводом от двигателя не только выполнено из изоляционного материала, но и из огнеупорного кирпича.Еще одна важная особенность, гарантирующая безопасность, — это пневматическое уплотнение между камерой нагрева и ее дном. Поскольку дверь может подниматься и управляться с помощью пневматической системы, это помогает автоматизировать процесс и ускорить процедуры.

Другими преимуществами печи с выдвижным подом являются высокий КПД и возможность экономии энергии в зависимости от полностью электрического или газового режима. Поставляемый товар всегда будет качественным и соответствовать даже самым высоким стандартам.

.