Общая характеристика мартеновского процесса. Основной мартеновский процесс и его разновидности

Сущность мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду пламенной отражательной печи, оборудованной регенераторами для предварительного подогрева воздуха (иногда и газа).

Идея получения литой стали на поду отражательной печи высказывалась многими учеными, но осуществить это долгое время не удавалось, так как температура факела обычного в то время топлива — генераторного газа — была недостаточной для нагрева металла выше 1500 о С (т.е. недостаточна для получения жидкой стали).

В 1856 г. Братья Сименс предложили использовать для подогрева воздуха тепло горячих отходящих газов, устанавливая для этого регенераторы. Принцип регенерации тепла был использован Пьером Мартеном для плавки стали. Началом существования мартеновского процесса можно считать 8 апреля 1864 г., когда П.Мартен на одном из заводов Франции выпустил первую плавку.

В мартеновскую печь загружают шихту (чугун, скрап, металлический лом и др.), которая под действием тепла от факела сжигаемого топлива постепенно плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки для получения металла заданного состава и температуры; затем готовый металл выпускают в ковши и разливают. Благодаря своим качествам и невысокой стоимости мартеновская сталь нашла широкое применение. Уже в начале ХХ в. в мартеновских печах выплавляли половину общего мирового производства стали.

В мартеновских печах сжигают мазут или предварительно подогретые газы с использованием горячего дутья. Печь имеет рабочее (плавильное) пространство и две пары регенераторов(воздушный и газовый) для подогрева воздуха и газа. Газы и воздух проходят через нагретую до 1200 o С огнеупорную насадку соответствующих регенераторов и нагреваются до 1000-1200 o С. Затем по вертикальным каналам направляются в головку печи, где смешиваются и сгорают, в результате чего температура под сводом достигает 1680-1750 o С. Продукты горения направляются из рабочего пространства печи в левую пару регенераторов и нагревают их огнеупорную насадку, затем поступают в котлы-утилизаторы и дымовую трубу. Когда огнеупорная насадка правой пары регенераторов остынет, остынет так что не сможет нагревать проходящие через них газы и воздух до 1100 o С, левая пара регенераторов нагревается примерно до 1200-1300 o С. В этот момент переключают направление движения газов и воздуха. Это обеспечивает непрерывное поступление в печь подогретых газов и воздуха.

11 стр., 5227 слов

Металлургические печи

... газом) и оборудуют четырьмя регенераторами (по два с каждой стороны печи), заполненными кирпичной решетчатой кладкой для раздельного подогрева газообразного топлива и воздуха, подаваемых в печь. Рисунок 3 – Мартеновская печь ... получения стали: в конверторах, мартеновских печах и в электрических печах. 2.1. Конверторные способы получения стали Изобретателем конверторного способа получения стали ...

Большинство мартеновских печей отапливают смесью доменного, коксовального и генераторного газов. Также применяют и природный газ. Мартеновская печь, работающая на мазуте, имеет генераторы только для нагрева воздуха.

Шихтовые материалы (скрапы, чугун, флюсы) загружают в печь наполненной машиной через завалочные окна. Разогрев шихты, рас плавление металла и шлака в печи происходит в плавильном пространстве при контакте материалов с факелом раскаленных газов. Готовый металл выпускают из печи через отверстия, расположенные в самой низкой части подины. На время плавки выпускное отверстие забивают огнеупорной глиной.

Процесс плавки в мартеновских печах может быть кислым или основным. При кислом процессе огнеупорная кладка печи выполнена из динасов ого кирпича. Верхние части подины наваривают кварцевым песком и ремонтируют после каждой плавки. В процессе плавке получают кислый шлак с большим содержанием кремнезема (42-58%).

При основном процессе плавки подину и стенки печи выкладывают из магнезитового кирпича, а свод – из динасов ого или хромомагнезитового кирпича. Верхние слои подины наваривают магнезитовым или доломитовым порошком и ремонтируют после каждой плавки. В процессе плавки получают кислый шлак с большим содержанием 54 – 56% СаО.

Рассмотрим подробней общую характеристику мартеновского процесса, основной мартеновский процесс и его разновидности.

1. Общая характеристика мартеновского процесса.

Мартеновский процесс осуществляется путем плавления шихтовых материалов на поду печи, нагрева расплавленной металлической ванны до температуры выпуска с одновременным доведением металла до необходимого состава. Вся плавка может быть разбита

1) заправка печи;

2) завалка шихтовых материалов;

3) плавление;

4) кипение или доводка;

5) раскисление и легирование.

В мартеновском процессе тепла, выделяющегося от окисления примесей жидкой ванны, не хватает для обеспечения нормального перегрева жидкого металла и компенсации потерь тепла кладкой печи с продуктами горения и других потерь.

В связи с этим основное тепло в мартеновскую печь вводят извне путем сжигания в рабочем пространстве газообразного или жидкого топлива. На выплавку одной тонны стали в современных мартеновских печах расходуется от 0,7 до 1,5 млн. кал. в зависимости от типа процесса и емкости печи.

Для полного сгорания топлива в рабочем пространстве воздух в печь подают в количестве, превышающем теоретически необходимое. В противном случае догорание топлива будет протекать в вертикальных каналах, шлаковиках и даже регенераторах, что вызовет преждевременный выход из

Уже в период завалки и плавления происходит воздействие окислительной атмосферы печи: начинают окисляться железо и другие элементы шихты.

Продукты окисления железа и примесей шихты, за исключением углерода, вместе с флюсами и частицами огнеупорной футеровки образуют шлак, который к концу плавления шихты полностью покрывает зеркало металла.

После расплавления состав металла еще значительно отличается от заданного, а температура жидкой ванны недостаточна для обеспечения нормальной разливки стали по изложницам.

Поэтому в последующий период плавки, называемый кипением или доводкой, продолжают нагревать металл, и происходит дальнейшее окисление примесей, преимущественно углерода.

18 стр., 8533 слов

Дуговая электросталеплавильная печь

... дуговых печей Общее описание дуговой электропечи Дуговая печь состоит из рабочего пространства (собственно печи) с электродами и токоподводами и механизмов, обеспечивающих наклон печи, удержание и перемещение электродов и загрузку шихты. Плавку ... что и при других сталеплавильных процессах: известь не должна ... и жидким металлом или металлической шихтой. Выпуск готовой стали и шлака осуществляется ...

С появлением шлака на поверхности ванны окисление примесей непосредственно кислородом атмосферы печи практически прекращается.

2. Основной мартеновский процесс.

Перед началом плавки определяют количество исходных материалов (чушковый чугун, стальной скрап, известняк, железная руда) и последовательность их загрузки в печь. При помощи заливочной машины мульда (специальная коробка) с шахтой вводится в плавильное пространство печи и переворачивается, в результате чего шихта высыпается на подину печи. Сначала загружают мелкий скрап, затем более крупный и на него кусковую известь (3 – 5 % массы металла).

После прогрева загруженных материалов подают оставшийся стальной лом и предельный чугун двумя тремя порциями.

Этот порядок загрузки материалов позволяет их быстро прогреть и расплавить. Продолжительность загрузки шихты зависит от емкости печи, характера шихты, тепловой мощности печи и составляет 1,5 – 3 ч.

В период загрузки и плавления шихты происходит частичная окисление железа и фосфора почти полное окисление кремния и марганца и образования первичного шлака. Указанные элементы окисляются сначала за счет кислорода печных газов и руды, а затем за счет закиси железа растворенной в шлаке. Первичный шлак формируется при расплавлении и окислении металла и содержит 10 –15% FeO, 35 –45% CaO, 13 – 17% MnO. После образования шлака жидкий металл оказывается изолированным от прямого контакта с газами, и окисление примесей происходит под слоем шлака. Кислород в этих условиях переносится закисью железа, которая растворяется в металле и шлаке. Увеличение концентрации закиси железа в шлаке приводит к возрастанию ее концентрации в металле.

Для более интенсивного питания металлической ванны кислородом в шлак вводят железную руду. Кислород, растворенный в металле, окисляет кремний, марганец, фосфор и углерод по реакциям, рассмотренным выше. К моменту рас плавления всей шихты значительная часть фосфора переходит в шлак, так как последний содержит достаточное количество закиси железа и извести. Во избежание обратного перехода фосфора в металл перед началом кипения ванны 40 – 50% первичного шлака из печи.

После скачивания первичного шлака в печь загружают известь для образования нового и более основного шлака. Тепловая нагрузка печи увеличивается, для того чтобы тугоплавкая известь быстрее перешла в шлак, а температура металлической ванны повысилась. Через некоторое время 15 – 20 мин в печь загружают железную руду, которая увеличивает содержание окислов железа в шлаке, и вызывает в металле реакцию окисления углерода:

[C] + (FeO) = CО (газ).

Образуется окись углерода выделяется из металла в виде пузырьков, создавая впечатление его кипения, что способствует перемешиванию металла, выделение металлических включений и растворенных газов, а также равномерному распределению температуры по глубине ванны. Для хорошего кипения ванны необходимо подводить тепло, так как данная реакция сопровождается поглощением тепла. Продолжительность периода кипения ванны зависит от емкости печи и марки стали, и находится 1,25 – 2,5 ч и более.

17 стр., 8485 слов

Очистка газов от дуговых сталеплавильных печей

... печь на постоянном токе. В первую половину периода, когда катодом является электрод, дуга горит. При перемене полярности, когда катодом становится шихта - металл, ... электропечах можно выплавлять сталь обширного сортамента. Цель работы: выбрать и рассчитать оборудование для очистки газов, поступающих от дуговых сталеплавильных печей. ... в печи жидкого металла, состава выплавляемых стали, шлака. В ...

Обычно железную руду добавляют в печь в первую периода кипения, называемого полировкой металла. Скорость окисления углерода в этот период в современных мартеновских печах большой емкости равна 0,3 – 0,4% в час.

В течение второй половины периода кипения железную руду в ванну не подают. Металл кипит мелкими пузырьками за счет накопленных в шлаке окислов железа. Скорость выгорания углерода в этот период равна 0,15 – 0,25% в час. В период кипения, следя за основностью и жидкотекучестью шлака.

Когда содержание углерода в металле окажется несколько ниже, чем требуется для готовой стали, начинается последняя стадия плавки – период доводки и раскисления металла. В печь вводят определенное количество кускового ферромарганца (12% Mn), а затем через 10 – 15 мин ферросилиций (12-16% Si).

Марганец и кремний взаимодействуют с растворенным в металле кислородом, в результате чего реакция окисления углерода приостанавливается. Внешним признаком освобождения металла от кислорода является прекращение выделения пузырьков окиси углерода на поверхности шлака.

При основном процессе плавки происходит частичное удаление серы из металла по реакции:

[FeS] + (CaO) = (CaO) + (FeO).

Для этого необходимы высокая температура и достаточная основность шлака.

  1. Разновидности мартеновского процесса.

В мартеновских печах можно переплавлять в сталь чугун скрап любого состава и в любой пропорции.

В зависимости от состава шихты мартеновский процесс делят на несколько разновидностей:

а) скрап-процесс — процесс, при котором основной составной частью шихты является стальной скрап. Скрап-процесс обычно применяют в цехах металлургических и машиностроительных заводов, в составе которых нет доменных печей и которые расположены в крупных промышленных центрах, где много металлолома. Кроме скрапа, в шихту загружают некоторое количество (25 — 45 %) чугуна.

б) скрап-рудный процесс — передел в мартеновских печах шихты, твердая составляющая которой — скрап и железная руда. Основная масса шихты (55 — 75 %) — жидкий чугун. Когда металлическая шихта на 100% состоит из жидкого чугуна (скрапа нет), а в печь в твердом виде заливают только железную руду, процесс называют рудным.

В зависимости от состава шлака и материала пода мартеновский процесс может быть «основным» и «кислым».

Ход плавки при скрап-процессе

Для удаления фосфора и серы основность шлака должна быть достаточно высокой, для этого в шихту основной мартеновской плавки вводят известняк или известь.

Во время завалки и плавления окисляются часть углерода шихты, весь кремний и значительная часть марганца и некоторое количество железа. Оксиды железа, кремния и марганца вместе со всплывшей известью образуют основной шлак. Общее количество шлака после расплавления составляет 8 — 10 % от массы металла. В таком основном шлаке к моменту расплавления находится и некоторое количество фосфора и серы, удаленных из металла за время плавления шихты. Продолжительность периодов завалки и плавления 5 — 6 ч.

3 стр., 1283 слов

Устройство и назначение агрегата внепечной обработки стали типа печь-ковш

... оказался электродуговой нагрев. Установка доводки стали в ковше с нагревом металла ... химического состава присадкой необходимого количества раскисляющих и легирующих присадок ... 2 – Схема установки АР (Arc-Process) Примером комбинированного процесса с обработкой металла ... печи; 8 - нагрев погруженной дугой; 9 - жидкая сталь; 10 - перемешивание инертным газом; 11 - пористая пробка Рисунок 1 – Схема установки ...

Ход плавки при скрап-рудном процессе.

Содержание углерода в металле при скрап-рудном процессе регулируют не увеличением или уменьшением расхода чугуна (как при скрап-процессе), а введением в завалку большего или меньшего количества железной руды.

Чтобы получить по расплавлении шлак нужной основности, в состав шихты при скрап-рудном процессе, так же как и при скрап-процессе, вводят известняк.

На под с помощью завалочных машин заваливают железную руду и известняк, после некоторого подогрева подают скрап. После того как скрап нагрелся, в печь заваливают чугун. Жидкий чугун проходит через слой скрапа и взаимодействует с железной рудой. Начинается интенсивное шлакообразование. Примеси чугуна энергично реагируют с окислами железной руды.

Шлак образуется в очень большом количестве. Образующийся в результате окисления углерода оксид углерода вспенивает шлак и он начинает вытекать, «сбегать» из печи. Его называют «сбегающим» первичным шлаком. Он составляет 8 — 10 % от массы металла.

За период плавления полностью окисляется кремний, почти полностью марганец и большая часть углерода.

Для ускорения процесса плавления и окисления примесей вскоре после окончания заливки чугуна ванну начинают продувать кислородом. Поскольку при продувке значительная часть примесей окисляется за счет вдуваемого кислорода, расход железной руды в завалку резко сокращают. При окислении железа и примесей за счет подаваемого газообразного кислорода выделяется значительное количество тепла, металл энергично перемешивается, в то же время часть примесей окисляется за счет горячего кислорода, содержащегося в воздухе, поступающем из регенераторов. Продолжительность плавления при таком методе работы сокращается в 2 — 3 раза, соответственно уменьшается расход топлива.

Состав шлака, сформировавшегося к моменту расплавления и после него, оказывается почти таким же, как при скрап-процессе. Несмотря на то, что при скрап-рудном процессе в печь загружают больше чугуна, а вместе с ним и больше кремния, марганца, фосфора и других элементов; объясняется это тем, что значительное количество образующихся оксидов уходит из печи со сбегающим первичным шлаком еще до полного расплавления металла.

Проведение периода кипения (доводки)

Кислым мартеновским процессом называют процесс выплавки стали в мартеновской печи, подина которой изготовлена из кислых огнеупорных материалов (~95 % SiO 2 ).

В первых мартеновских печах подина была кислой, ее изготавливали из кварцевого песка. Мартеновский процесс существовал как кислый процесс вплоть до 1878 г., когда успехи применения основной футеровки в томасовском конвертере определили дальнейшее развитие мартеновского производства и начал развиваться основной процесс.

Требования к сырым материалам и топливу, Ход плавки при кислом процессе

При работе дуплекс-процессом для ускорения начала кипения ванны в печь вводят некоторое количество железной руды. В шлак переходит некоторое количество футеровки пода. Образующиеся во время плавления основные оксиды железа и марганца вступают во взаимодействие с кремнеземом, образовавшимся в результате окисления кремния шихты. В результате получаются сравнительно легкоплавкие силикаты железа и марганца.

8 стр., 3740 слов

Современное металлургическое производство

... усовершенствование и развитие агломерации железных руд. Современное агломерационное производство представляет собой сложную систему различных аппаратов, ... АСУ является системный подход ко всей совокупности металлургических, энергетических и управленческих вопросов. Специалист по АСУ ... состава. Флюсом называются добавки, загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы ...

В кислой печи непрерывно идут два процесса:

  • а) окисление кремния кислородом оксидов железа шлака, в результате чего содержание кремния в металле уменьшается;

— б) восстановление кремния из шлака и пода, в результате чего содержание кремния в металле повышается. Содержание кремния в ванне определяется соотношением скоростей этих процессов. Скорость восстановления кремния из пода примерно постоянна, скорость его окисления в большей степени зависит от состава шлака и его жидкотекучести. Интенсифицировать процессы окисления примесей в кислой печи можно введением железной или марганцевой руд, извести или мелкораздробленного известняка, а также продувкой ванны воздухом или кислородом.

пассивным

периодом стабилизации

Заключение.

Около 2/3 выплавляемой во всех странах стали приходится на мартеновские печи. Производство мартеновской стали в последние годы непрерывно увеличивается. Более высокими темпами растет производство стали в кислородных конвертерах и в электропечах.

Высокие технико-экономическая эффективность, производительность новых процессов и качество получаемого металла заставляют специалистов мартеновского производства проводить работы по совершенствованию мартеновского процесса и улучшению показателей работы мартеновских печей. Основные усилия предпринимают в следующих направлениях:

  • а) максимальная интенсификация процесса с помощью кислорода, компрессорного воздуха и пара;
  • б) перевод печей на отопление высококалорийным топливом;
  • в) повышение производительности мартеновских печей путем увеличения садки и улучшения организации производства в цехе;
  • г) применение новых высокоогнеупорных материалов, более совершенных методов организации горячих и холодных ремонтов и соответствующее снижение простоев печи;
  • д) разработка новых конструкций печей;
  • е) углубленное исследование физико-химических основ процесса плавки стали в мартеновских печах, повышение качества металла, использование мартеновских печей для производства дорогих высококачественных и высоколегированных марок стали;
  • ж) автоматизация и комплексная механизация производства.

При решении вопроса о строительстве того или иного металлургического агрегата приходится учитывать технико-экономические показатели работы, стоимость и наличие сырья в данном районе и др. Так, потребление стали (проката) в центральных районах России в 3 раза выше производства в них стали, соответственно в этих районах происходит накопление отходов машиностроения — металлолома, который приходится вывозить в другие районы. В то же время производство проката на Урале превышает его потребление в 2 раза. В результате эти районы вывозят прокат. Очевидно, на Урале целесообразно развивать конвертерное производство, в центральных районах — электрометаллургию и мартеновское производство (они потребляют больше металлолома, чем конвертерное).

Согласно балансу в стране стального металлолома, постепенно установится технически и экономически обоснованное соответствие между сталеплавильными процессами, потребляющими большое количество лома (мартеновским, процессом в дуговых электропечах), и небольшое количество лома (конвертерные процессы).

Практика передовых заводов в России и за рубежом показывает, что технико-экономические показатели мартеновского производства существенно повышаются при улучшении организации производства (высокие скорости завалки шихты, наличие оборудования для разливки большого числа плавок и др.) и интенсивной подаче кислорода для повышения температуры факела, улучшения теплопередачи и ускорения процессов окисления примесей.

1 стр., 380 слов

Мартеновское производство стали

... как исходный материал для производства чугуна. Производство стали в конверторах, мартеновских и электрических печах. Новые методы ее производства и обработки. Производство чугуна в доменной печи. Устройство и работа индукционных печей. реферат , добавлен 05.11.2011 Сущность ...

Производительность крупных мартеновских печей достигает при этом 1 млн. т/год, расход тепла на 1 т стали уменьшается до 1,47—1,89 Мдж (350—450 тыс. ккал/гп).

Применение кислорода при сжигании топлива в рабочем пространстве мартеновской печи в принципе позволяет отказаться от регенераторов, однако в этом случае значительно возрастает расход кислорода. Другое дело, если бы удалось утилизировать тепло отходящих из печи газов. Еще в СССР и некоторых зарубежных странах проводили испытания двухванной печи, когда рабочее пространство одной печи спарено с другой. В то время как в одной печи идут процессы, требующие большой затраты тепла: завалка, прогрев, начальная стадия плавления, в другой, где идет продувка ванны кислородом, возникает избыток тепла, частично утилизируемый в первой ванне, через которую проходят отходящие газы из второй ванны. Обе ванны поочередно заваливают шихтой (около 50% жидкого чугуна), работу организуют таким образом, что к моменту выпуска металла из одной половины печи в другой начинают продувку, выделяющиеся газы направляют в первую половину, в которой после выпуска начинают завалку. Выделяющаяся при продувке ванны окись углерода догорает над заваливаемой шихтой, в результате заваливаемая шихта быстро нагревается и плавится.

Эффективность работы мартеновских печей определяют, сравнивая их производительности и себестоимости выплавляемой стали.

Несмотря на высокие качества кислой мартеновской стали, область ее применения постепенно сужается, так как, во-первых, непрерывно улучшается качество стали, выплавляемой в основных мартеновских печах, конвертерах и дуговых электропечах и, во-вторых, стоимость кислой мартеновской стали значительно выше, чем основной. Применяемый в качестве шихтовых материалов кислого мартеновского процесса чугун, металлическая заготовка или жидкий полупродукт с малым количеством примесей в два с лишним раза дороже шихты, используемой в основных мартеновских печах. Кроме того, производительность кислых мартеновских печей значительно ниже, чем основных. В настоящее время кислую мартеновскую сталь используют только для изготовления особо ответственных изделий.

Следует отметить, что наряду с дуговыми электропечами и кислородными конвертерами мартеновская печь будет еще длительное время одним из основных сталеплавильных агрегатов.

Список литературы.

[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/martenovskaya-pech/

1. Воскобойников В.Г. Общая металлургия: учебник для вузов / В.Г. Воскобойников, В.А. Кудрин, А.М. Якушев. — 6-е изд., доп. и перераб. — М.: ИКЦ «Академкнига», 2002

2. Металлургия черных металлов: учебник для техникумов / под ред. Б.В. Липчевский, А.Л. Соболевский, А.А. Кальменев — М.: Металлургия, 1986

3. Воскобойников В.Г. Технология и экономика переработки железных руд: учебник для вузов / В.Г. Воскобойников. — М.: Металлургия, 1977

4. Кудрин В.А. Теория и технология производства стали: учебник для вузов / В.А. Кудрин. — М.: Мир, 2003

5. Бигеев А.М. Металлургия стали: учебник для вузов / А.М. Бигеев. — 2-е изд., доп. и перераб. — М.: Металлургия, 1988

7 стр., 3080 слов

Кислородно-конвертерный способ производства стали

... сталь производят в конвертерах, мартеновских или электродуговых печах: при наличии жидкого чугуна - в конвертерах или мартеновских печах, при его отсутствии - в мартеновских или электродуговых печах ... стали от фосфора и частично от серы. Устройство кислородного конвертера. В настоящее время при производстве стали применяется два типа конвертеров: ... долями процента. Металлургия стали как производство ...