Мартеновский способ производства стали

Мартеновский способ производства стали

Мартеновский способ производства стали

По конструкции мартеновские печи делятся на:

  • стационарные;
  • качающиеся.

Стационарные печи получили наибольшее распространение.

Качающиеся печи преимущественно распространены в литейных цехах машиностроительных заводов, когда необходимо выпускать металл отдельными порциями или скачивать большое количество шлака.

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

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

Скрап-рудный процесс плавки стали в основной мартеновской печи

Особенностью основного мартеновского процесса является то что он позволяет получать сталь с низким содержанием вредных примесей (фосфора, серы) из рядовых шихтовых материалов.

Плавку начинают с загрузки твердой составляющей шихты (железная руда, известняк, лом) с помощью завалочной машины. После загрузки твердой части шихты и прогрева ее, заливают жидкий чугун, который взаимодействует с железной рудой и скрапом. С этого момента начинается период плавления шихты, в результате которого за счет оксидов руды и скрапа интенсивно окисляются примеси чугуна (кремний, фосфор, марганец и частично углерод).

Кремний окисляется и переходит в шлак почти полностью в период плавления под действием окислительной атмосферы, а также кислорода вводимого с железной рудой.

Фосфор окисляется одновременно с кремнием и марганцем, когда температура металла еще не высока.

Оксиды кремния (SiO2), фосфора (P2O5), марганца (MnO), кальция (CaO) образуют железисто-углеродистый шлак, способствующий удалению фосфора. При переработке обычного чугуна для понижения содержания фосфора в металле проводят однократное скачивание шлака. Если же перерабатывают фосфористый чугун, то скачивание проводят многократно.

После расплавления шихты, окисления значительной части примесей и разогрева металла начинается период кипения ванны. В печь загружают железную руду или продувают ванну кислородом. Углерод в металле интенсивно окисляется, образуя оксид углерода (CO), выделяющегося в виде газовых пузырей, и вызывая кипение мартеновской ванны.

Этот процесс играет очень важную роль, так как выравнивание состава и температуры металла в мартеновской печи осуществляется за счет кипения ванны.

При кипении происходит удаление газов из металла, всплывание и поглощение шлаком неметаллических включений, увеличивается поверхность раздела между шлаком и металлом, что способствует ускорению процессов удаления вредных примесей (фосфора, серы).

Ввиду высокой окисленности шлака, удаление серы из металла менее эффективно, чем фосфора. Для удаления серы наводят новый шлак, загружая известь с добавлением боксита или плавикового шпата для уменьшения вязкости шлака. CaO в шлаке возрастает, а FeO уменьшается, создаются условия для удаления из металла серы. Для получения стали с низким содержанием серы, проводят обработку металла внепечными методами в ковше.

В период кипения ванны интенсивно окисляется углерод. Поэтому при составлении шихты для плавки необходимо предусмотреть, чтобы в ванне к моменту расплавления содержание углерода было на 0,5 – 0,6% выше, чем требуется в готовой стали.

Процесс кипения считают закончившимся, когда содержание углерода в металле соответствует заданному, а содержание фосфора минимально.

После этого сталь раскисляют и после отбора контрольных проб выпускают в сталеразливочный ковш через отверстие в задней стенке печи.

Кислый мартеновский процесс

В настоящее время кислый мартеновский процесс имеет ограниченное применение в виду высоких требований к чистоте шихты. В кислой печи процесс ведут с кислым шлаком, поэтому удаление из металла серы и фосфора невозможно. Для ведения кислого процесса используют высококачественные древесно-угольные или коксовые чугуны, в которых содержание вредных примесей не превышает 0,025%.

Металлический лом, поступающий с других предприятий, переплавляют в основных печах для получения шихтовой заготовки, загружаемой вместо лома и полупродукта, когда металл заливают в кислую печь в жидком виде. Жидкий полупродукт выпускают из основной печи в ковш и затем переливают в кислую печь. Такой процесс называют дуплекс-процессом, так как в нем участвуют два агрегата – основная и кислая мартеновская печи.

Топливо при кислом процессе должно содержать минимальное количество серы. Стали, выплавляемые в кислых мартеновских печах, содержат меньше неметаллических включений, водорода и кислорода, чем выплавляемые в основной печи. Поэтому кислая сталь имеет более высокие механические свойства, особенно ударную вязкость и пластичность, и ее используют для особо ответственных деталей (коленчатых валов крупных двигателей, артиллерийских орудий, роторов мощных турбин).

Производство стали в двухванных сталеплавильных агрегатах

Двухванные сталеплавильные агрегаты имеют две ванны, соединенные каналом для перехода из одной ванны в другую (рисунок 23). Принцип работы двухванной печи следующий. Когда в одной ванне после заливки чугуна ведут продувку металла кислородом, в другой производят завалку и подогревают твердую шихту отходящими из первой ванны газами. После выпуска металла из первой ванны проводят завалку шихты.

Одновременно начинается продувка второй ванны кислородом. Топливо в двухванные агрегаты подается через топливно-кислородные горелки, установленные в своде и торцах печи. Если в шихте содержится жидкого чугуна больше 65%, то двухванная печь может работать без расхода топлива, так как количество физического тепла и тепла выделяющегося при окислении примесей чугуна, а также окисления СO до CO2 увеличивается.

В этом случае двухванная печь становится аналогичной кислородному конвертеру.

Качество металла, производимого в двухванных агрегатах не отличается от качества мартеновской или кислородно-конвертерной стали. Технико-экономические показатели процесса в двухванных сталеплавильных агрегатах характеризуются:

  • высокой производительностью;
  • низким удельным расходом топлива и огнеупоров.

К основным недостаткам процесса, ограничивающим его широкое распространение, относятся:

  • более высокий расход жидкого чугуна по сравнению с мартеновским скрап-рудным процессом;
  • более высокий угар железа;
  • ограниченность сортамента выплавляемого металла.

Научные статьи и методические материалы о природных и вторичных ресурсах металлов, а также металлургических технологиях

Источник: https://MetalSpace.ru/education-career/osnovy-metallurgii/proizvodstvo-stali/408-martenovskij-sposob-proizvodstva-stali.html

Мартеновский способ производства стали в печах | мк-союз.рф

Мартеновский способ производства стали

В XIX–XX веках весь мир активно переживал процесс индустриализации. В это же время широкое распространение получил мартеновский способ производства стали.

Везде строились огромные промышленные комплексы, разрабатывалась сложная сельскохозяйственная и производственная техника, основные усилия многих государств были направлены на увеличение промышленных мощностей и получение большого количества нужных для развития материалов.

Одним из таких материалов была сталь, так как именно она является незаменимым компонентом в очень многих сферах применения.

Ее производство было поставлено основательно и исчислялось огромными цифрами ежегодно.

Хоть многие неискушенные люди и думают, что эта технология была наработкой советских ученых, но ее автором является французский инженер П. Мартен. Разработал он эту технологию в 1865 году.

В специальную печь, нагреваемую продуктами сгорания топлива, закладываются чугун, шихта, металлический лом, различные другие компоненты стали. Все это под воздействием высокой температуры расплавляется до однородного состояния, куда добавляют еще и другие нужные примеси. Следующим шагом после формирования нужной смеси является ее выпускание в ковши и разливание по формам.

Достоинствами подобного способа создания стали выступает возможность переработки любого исходного сырья, многообразные варианты используемого для нагрева печей топлива.

Технология позволяет получать качественную чистую сталь. Типичная печь Мартена имеет вместительность от 10 до 900 тонн жидкого материала, поэтому с использованием этого способа несложно создавать детали довольно внушительного размера.

Конструкция

Элементами мартеновской печи выступают (стандартный вариант сборки):

  • Под печи.
  • Передняя и задняя стенки.
  • Свод.
  • Загрузочные окна, через которые в печь подается материал для обработки.
  • Мощные бетонные опоры.
  • Откосы по направлению к стенкам.
  • Воздушный канал, который еще называют головками.
  • Газовый канал для подачи нагревающего материала – газа.
  • Вертикальные каналы.
  • Важной частью конструкции являются так называемые шлаковики воздушного и газового регенераторов.

Передняя стенка печки оборудована загрузочными окнами, сюда подается шихта. Задняя стенка имеет отверстие для выгрузки уже готовой стали.

Принцип работы мартеновской печи

Если кратко рассмотреть принцип функционирования такой печи, то выглядит он следующим образом. В загруженную печь подается мощный поток заранее нагретого воздуха и газа.

Проходя через насадки регенераторов, такой поток приобретает температуру приблизительно в 1000–1200 градусов по Цельсию. Потом происходит сгорание этого топлива, благодаря чему рабочая температура в установке повышается еще больше – до 1,9–2 тыс. градусов.

Пройдя через одну пару насадок регенераторов, поток продуктов сгорания топлива направляется в другую пару головок. Здесь он отдает свое оставшееся тепло и спускается в дымоход, как отработанный материал.

Попеременное задействование насадок регенераторов помогает добиться того, что они не претерпевают перегрева, перегрев способен негативно сказаться на работе всей печи. В случае когда какие-то насадки не в состоянии нагреться до нужной рабочей температуры, в действие вступает автоматическое перенаправление горящего пламени от топлива именно в эту головку.

Благодаря такому подходу все насадки работают с одинаковой нагрузкой, периодически, меняясь, совей ролью. Подающие головки выполняют функции выкачивающих элементов продукты сгорания и наоборот. Мартеновский способ производства все еще применяется в металлургии, но процент, выработанной благодаря ему стали, быстро уменьшается, уступая место более современным технологиям.

Читайте также  Землеройные машины для производства земляных работ

Предусмотренные в конструкции печи шлаковики нужны для того, чтобы прочищать газы из регенераторов от пыли, частиц шлака и других загрязнений. Только после прохождения шлаковиков газ поступает на другие участки устройства, благодаря чему его срок службы существенно увеличивается, а продукция выходит более качественной. Чем больше температуры рабочего газа, тем эффективнее движется производство.

Разновидности мартеновского процесса

Процесс выплавки стали в мартеновской печи бывает нескольких основных типов. Это зависит от того, шихта какого состава загружается в печь. Существует несколько вариантов:

  • скап-рудный процесс,
  • кислый метод,
  • двухванный.

Скап-рудный процесс

Применяется на объектах, оборудованных доменными печами. Состав стали в этом случае выглядит так: 55–75% чугуна, железная руда, скрап. Такой мартеновский способ производства помогает получать стали с низким уровнем опасных для здоровья примесей, таких как сера, фосфор и ряд других веществ.

Начинается производство этим способом с загрузки твердых компонентов шихты (известняка, лома, железной руды) в печь и ее прогрева. Следующим шагом выполняется заливка жидкого чугуна. Происходит стремительный процесс плавление шихты и все примеси очень активно окисляются.

И при невысоких рабочих температурах фосфор, кремний, марганец, углерод и другие примеси очень активно окисляются и переходят в шлак.

Однократного скачивания шлака достаточно, чтобы получить качественную сталь. Но иногда, к примеру, если обрабатывается фосфористый чугун, то скачивание шлака проводится по несколько раз.

Двухванный сталеплавильный агрегат

Еще одна разновидность мартеновской печи, имеющей две ванны, соединенные между собой каналом для перехода материала из одной емкости в другую. Процесс стальной выплавки происходит следующим образом:

  • В одной ванне залит чугун и проводится его продувка кислородом.
  • В это же время во второй ванне проводится завалка и подогрев шихты в твердом виде, для чего используются уходящие из первого резервуара горячие газы.
  • Постепенно процесс меняется и ванны также выполняют функции предыдущих.

При определенном количество чугуна в шихте (больше 65%) двухванная печь начинает работать без расхода топлива, чем-то копируя кислородный конвертор.

В качестве заключения стоит сказать, мартеновский способ производства стали в свое время стал настоящим прорывом и помог мировой индустрии совершить значительный рывок.

Сейчас доля его использования в мировой металлургии не превышает 2–3%, так как современные методы выплавки (тот же конвертерный процесс) гораздо более эффективны. Правда, в некоторых странах, он все еще занимает до 50% от всех объемов производства.

по теме: Устройство мартеновских печей

Загрузка…

Источник: https://xn----ntbhhmr6g.xn--p1ai/metallyi/martenovskiy-sposob-proizvodstva-vyisokokachestvennoy-stali

Мартеновский способ получения стали

Мартеновский способ производства стали

Мартеновский способ получения стали

1. Техника и технология

Мартеновский способ появился в результате необходимости переработки большого количества металлолома, массовая переработка которого в конверторах невозможна. Эта проблема была решена путем создания пламенной (мартеновской) печи. Более 80% всей выплавляемой стали получают мартеновским способом. Распространенность способа объясняется его универсальностью:

  • — Плавку можно вести как на твердой, так и на жидкой шихте с любыми соотношениями металлолома и чугуна;
  • — Способ характеризуется невысокими требованиями к качеству сиро-вины;
  • — Процесс плавки хорошо регулируется;
  • — Выход готовой стали высокий;
  • — Процесс позволяет изготовить сталь почти всего сортамента.

Мартеновская печь (рис.) представляет собой сооружение из огнеупорного кирпича, которая взыскана рядом металлических балок, образующих внешний каркас. Рабочее пространство печи ограничен сверху сводом, снизу — подом, спереди и сзади — стенками, по бокам — головками.

Головки служат для подачи топлива и воздуха в рабочее пространство печи, а также для отвода продуктов сгорания из печи. Печь имеет вид овальной чаши, в нем происходит процесс плавки.

Передняя стенка имеет ряд завалочное окон для загрузки шихтовых материалов, а задняя стенка — летку для выпуска металла.

Основные материалы шихты для мартеновской плавки следующие: чугун, скрап, металлолом, розкиснювачи, легирующие добавки, железная руда, известняк и др..

Подготовка шихты включает операции дробления и резки негабаритного металлолома и упаковки мелкого; дробления известняка до 50-150 мм сортировки чушкового чугуна по маркам, классам и категориям. Кроме чугуна в шихте используют обрезки металла, брак литье, металлолом.

Подготовленную шихту с добавлением розкиснювачив и легирующих добавок загружают в печь. После прогрева шихты (твердой ее части) в печь заливают чугун и начинается процесс плавки.

Одной из основных характеристик мартеновской печи является сада — масса металлической части шихты, загружаемой в печь.

В основе процесса мартеновской плавки лежат окислительные процессы, в результате которых из металлической шихты получают жидкую сталь заданного состава. В отличие от конверторов в мартеновских печах плавка идет за счет тепла пламени, образующегося при горении в рабочем пространстве печи смеси доменного и коксового газов.

Для образования в печи высоких температур (1800 — 1850 оС) и экономии топлива газ и воздух перед подачей в печь подогревают теплом продуктов горения в регенераторах до температуры 1200 — 1300 ? C. При попадании в рабочее пространство печи газ соприкасается с воздухом и воспламеняется. Под действием этого тепла шихта нагревается и плавится.

Одновременно с расплавлением металла происходит окисление его основных компонентов. Основным окислителем является кислород воздуха, засасывается в рабочее пространство печи из атмосферы. Железо шихты при окислении переходит в закись железа (FeO), а примеси в соответствующие оксиды — кремнезем (SiO 2), закись марганца (MnO), оксид углерода (СО) и др..

Оксид углерода (СО) удаляется с дымовыми газами, а остальные переходят в шлак накопительного-ется на поверхности металла. Перемешивание металла при выделении пузырьков СО способствует окислению примесей.

Когда металл покроется слоем шлака, непосредственное окисление примесей кислородом воздух становится невозможность ным и дальнейшее окисление протекает за счет закиси железа, растворенный в металле. В готовой стали закись железа (FeO) — вредная примесь, но во время плавки наличие полезна, потому что он — единственный источник кислорода для выгорания примесей:

2FeO + Si → 2 Fe + SiO 2,

FeO + Mn → Fe + MnO,

FeO + C → Fe + CO.

Добавление в шихту флюсов (извести или известняка) способствует удалению из металла серы и фосфора. В ряде случаев для разжижения шлака вводят бокситы и плавиковый шпат. Для интенсивности плавки используют кислород, что не только сокращает продолжительность плавки, но и расход топлива. Интенсивность окисления можно повысить загрузкой в ​​печь железной руды.

Добавление руды эффективное том, что одновременно с очисткой металла от примесей происходит восстановление железа из оксидов руды. Железо, образовавшееся растворяется в металле и повышает выход готовой продукции. Сера и фосфор, находящиеся в руде, при плавке не удаляются, потому что их соединения P2O5 и FeS хорошо растворяются в стали.

Для их удаления в шихту вводят флюс — известняк, который при нагревании разлагается:

СаСО 3 → СаО + СО 2.

Известь (СаО), входящий в состав шлака, химически связывается с фосфором и переводит его в шлак [P 2 O 5 (CaO) 4]. При этом частично удаляется и сера.

Шлак, образовавшийся при плавке, сливают. Во время плавки берут пробы металла для определения его химического состава и доведение этого состава до заданного. Когда металл доведен до заданного состава, в него вводят розкиснювачи (в основном ферросплавы) чтобы отобрать кислород в закиси железа, оставшегося в металле. После загрузки розкиснювачив сталь выпускают из печи.

В мартеновских печах выплавляют в основном углеродные конструктивные стали нормальной и повышенной качества, а также ряд марок инструментальных и низколегированных сталей.

2. Распространение мартеновского способа получения стали

Мартеновский способ производства стали ликвидирован во всех развитых странах мира еще в 1980-1990-х годах, а в Китае — в 2003 г. На сегодня такой способ малоэффективным как с экономической, так и с экологической точки зрения.

В частности, себестоимость мартеновской стали (в пересчете на катану заготовку) на 15% выше себестоимости электростали и конвертерной стали (в пересчете на литую заготовку). При производстве мартеновской стали объем выбросов вредных веществ в атмосферу выше на 40%, а парниковых газов — в два раза больше по сравнению с электросталеплавильный и конвертерный способы производства стали.

На 2010 г. доля мартеновской стали составляет лишь 3,6% мирового производства стали и приходится в основном на Россию (40%) и Украина (46%), есть две страны в совокупности производят практически 86% мирового объема мартеновской стали. В России замена мартеновского производства происходит весьма интенсивно (за 15 лет доля мартеновской стали сократилась с 50 до 22%).

В Украине этот процесс происходит медленно и доля мартеновского производства в наше время [ Когда? ] составляет 40%. Украина на 2010 г. является единственной страной в мире, которая практически не реализует стратегии замены мартеновских печей другими альтернативными агрегатами. Производство стали в мартеновских печах существует на металлургических комбинатах ОАО «Азовсталь», ОАО «АМКР», ОАО «Запорожсталь», ОАО «ММК им.

Ильича», а также на Донецком, Макеевском и Днепровском металлургических заводах.

См.. также

  • Металлургия
  • Сталь
  • Сталеплавильное производство

Литература

Источник: http://nado.znate.ru/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D1%81%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8

Производство стали

Мартеновский способ производства стали

Сталь является одним из самых распространенных материалов на сегодняшний день. Она представляет собой сочетание железа и углерода в определенном процентном соотношении. Существует огромное количество разновидностей этого материала, так как даже незначительное изменение химического состава приводит к изменению физико-механических качеств.

Сырье для производства стали сегодня представлено отработанными стальными изделиями. Также было налажено производство конструкционной стали из чугуна. Страны-лидеры в металлургической промышленности проводят выпуск заготовок согласно стандартам, установленным в ГОСТ.

Рассмотрим особенности производства стали, а также применяемые методы и то, как проводится маркировка полученных изделий.

Особенности процесса производства стали

В производстве чугуна и стали применяются разные технологии, несмотря на достаточно близкий химический состав и некоторые физико-механические свойства.

Читайте также  Прокатный стан для производства профнастила

Отличия заключаются в том, что сталь содержит меньшее количество вредных примесей и углерода, за счет чего достигаются высокие эксплуатационные качества. В процессе плавки все примеси и лишний углерод, который становится причиной повышения хрупкости материала, уходят в шлаки.

Технология производства стали предусматривает принудительное окисление основных элементов за счет взаимодействия железа с кислородом.

Выплавка стали в электропечи

Рассматривая процесс производства углеродистой и других видов стали, следует выделить несколько основных этапов процесса:

  1. Расплавление породы. Сырье, которое используется для производства металла, называют шихтой. На данном этапе при окислении железа происходит раскисление и примесей. Уделяется много внимания тому, чтобы происходило уменьшение концентрации вредных примесей, к которым можно отнести фосфор. Для обеспечения наиболее подходящих условий для окисления вредных примесей изначально выдерживается относительно невысокая температура. Формирование железного шлака происходит за счет добавления железной руды. После выделения вредных примесей на поверхности сплава они удаляются, проводится добавление новой порции оксида кальция.
  2. Кипение полученной массы. Ванны расплавленного металла после предварительного этапа очистки состава нагреваются до высокой температуры, сплав начинает кипеть. За счет кипения углерод, находящийся в составе, начинает активно окисляться. Как ранее было отмечено, чугун отличается от стали слишком высокой концентрацией углерода, за счет чего материал становится хрупким и приобретает другие свойства. Решить подобную проблему можно путем вдувания чистого кислорода, за счет чего процесс окисления будет проходить с большой скоростью. При кипении образуются пузырьки оксида углерода, к которым также прилипают другие примеси, за счет чего происходит очистка состава. На данной стадии производства с состава удаляется сера, относящаяся к вредным примесям.
  3. Раскисление состава. С одной стороны, добавление в состав кислорода обеспечивает удаление вредных примесей, с другой, приводит к ухудшению основных эксплуатационных качеств. Именно поэтому зачастую для очистки состава от вредных примесей проводится диффузионное раскисление, которое основано на введении специального расплавленного металла. В этом материале содержатся вещества, которые оказывают примерно такое же воздействие на расплавленный сплав, как и кислород.

Кроме этого, в зависимости от особенностей применяемой технологии могут быть получены материалы двух типов:

  1. Спокойные, которые прошли процесс раскисления до конца.
  2. Полуспокойные, которые имеют состояние, находящееся между спокойными и кипящими сталями.

При производстве материала в состав могут добавляться чистые металлы и ферросплавы. За счет этого получаются легированные составы, которые обладают своими определенными свойствами.

Способы производства стали

Существует несколько методов производства стали, каждый обладает своими определенными достоинствами и недостатками. От выбранного способа зависит то, с какими свойствами можно получить материал. Основные способы производства стали:

  1. Мартеновский метод. Данная технология предусматривает применение специальных печей, которые способны нагревать сырье до температуры около 2000 градусов Цельсия. Рассматривая способы производства легированных сталей, отметим, что этот метод также позволяет проводить добавление различных примесей, за счет чего получаются необычные по составу стали. Мартеновский метод основан на применении специальных печей.
  2. Электросталеплавильный метод. Для того чтобы получить материал высокого качества проводится производство стали в электропечах. За счет применения электрической энергии для нагрева сырья можно точно контролировать прохождение процесса окисления и выделения шлаков. В данном случае важно обеспечить появление шлаков. Они являются передатчиком кислорода и тепла. Данная технология позволяет снизить концентрацию вредных веществ, к примеру, фосфора и серы. Электрическая плавка может проходить в самой различной среде: избыточного давления, вакуума, при определенной атмосфере. Проводимые исследования указывают на то, что электросталь обладает самым высоким качеством. Применяется технология для производства качественных высоколегированных, коррозионностойких, жаропрочных и других видов стали. Для преобразования электрической энергии в тепловую применяется дуговая печь цилиндрической формы с днищем сферического типа. Для обеспечения наиболее благоприятных условий плавки внутреннее пространство отделывается при использовании жаропрочного металла. Работа устройства возможна только при подключении к трехфазной сети. Стоит учитывать, что сеть электрического снабжения должна выдерживать существенную нагрузку. Источником тепловой энергии становится электрическая дуга, возникающая между электродом и расплавленным металлом. Температура может быть более 2000 градусов Цельсия.
  3. Кислородно-конвертерный. Непрерывная разливка стали в данном случае сопровождается с активным вдуванием кислорода, за счет чего существенно ускоряется процесс окисления. Применяется этот метод изготовления и для получения чугуна. Считается, что данная технология обладает наибольшей универсальностью, позволяет получать металлы с различными свойствами.

Способы производства оцинкованной стали не сильно отличаются от рассматриваемых. Это связано с тем, что изменение качеств поверхностного слоя проходит путем химико-термической обработки.

Существуют и другие технологии производства стали, которые обладают высокой эффективностью. Например, методы, основанные на применении вакуумных индукционных печей, а также плазменно-дуговой сварки.

Мартеновский способ

Суть данной технологии заключается в переработке чугуна и другого металлолома при применении отражательной печи. Производство различной стали в мартеновских печах можно охарактеризовать тем, что на шихту оказывается большая температура. Для подачи высокой температуры проводится сжигание различного топлива.

Схема мартеновской печи

Рассматривая мартеновский способ производства стали, отметим нижеприведенные моменты:

  1. Мартеновские печи оборудованы системой, которая обеспечивает подачу тепла и отвода продуктов горения.
  2. Топливо подается в камеру сгорания поочередно, то с правой, то с левой стороны. За счет этого обеспечивается образование факела, который и приводит к повышению температуры рабочей среды и ее выдерживание на протяжении длительного периода.
  3. На момент загрузки шихты в камеру сгорания попадает достаточно большое количество кислорода, который и необходим для окисления железа.

При получении стали мартеновским способом время выдержки шихты составляет 8-16 часов. На протяжении всего периода печь работает непрерывно. С каждым годом конструкция печи совершенствуется, что позволяет упростить процесс производства стали и получить металлы различного качества.

В кислородных конвертерах

Сегодня проводится производство различной стали в кислородных конвертерах. Данная технология предусматривает продувку жидкого чугуна в конвертере. Для этого проводится подача чистого кислорода. К особенностям этой технологии можно отнести нижеприведенные моменты:

  1. Конвертор – специальное оборудование, которое представлено стальным сосудом грушевидной формы. Вместительность подобного устройства составляет 100-350 тонн. С внутренней стороны конструкция выкладывается огнеупорным кирпичом.
  2. Конструкция верхней части предполагает горловину, которая необходима для загрузки шихты и жидкого чугуна. Кроме этого, через горловину происходит удаление газов, образующихся в процессе плавления сырья.
  3. Заливка чугуна и добавление другой шихты проводится при температуре около 1400 градусов Цельсия. Для того чтобы обеспечить активное окисление железа чистый кислород подается под давлением около 1,4 МПа.
  4. При подаче большого количества кислорода чугун и другая шихта окисляется, что становится причиной выделения большого количества тепла. За счет сильного нагрева происходит расплавка всего шихтового материала.
  5. В тот момент, когда из состава удаляется излишек углерода, продувка прекращается, фурма извлекается из конвертора. Как правило, продувка продолжается в течение 20 минут.
  6. На данном этапе полученный состав содержит большое количество кислорода. Именно поэтому для повышения эксплуатационных качеств в состав добавляют различные раскислители и легирующие элементы. Образующийся шлак удаляется в специальный шлаковый ковш.
  7. Время конверторного плавления может меняться, как правило, оно составляет 35-60 минут. Время выдержки зависит от типа применяемой шихты и объема получаемой стали.

Кислородно-конвертерный способ

Стоит учитывать, что производительно подобного оборудования составляет порядка 1,5 миллионов тонн при вместительности 250 тонн. Применяется данная технология для получения углеродистых, низкоуглеродистых, а также легированных сталей.

Кислородно-конвертерный способ производства стали был разработан довольно давно, но сегодня все равно пользуется большой популярностью.

Это связано с тем, что при применении этой технологии можно получить качественные металлы, а производительность технологии весьма высока.

В заключение отметим, что в домашних условиях провести производство стали практически невозможно. Это связано с необходимостью нагрева шихты до достаточно высокой температуры. При этом процесс окисления железа весьма сложен, как и удаления вредных примесей

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: http://StankiExpert.ru/tehnologii/proizvodstvo-stali.html

Pereosnastka.ru

Мартеновский способ производства стали

Мартеновский способ производства стали

Категория:

Производство черных и цветных металлов

Мартеновский способ производства стали

Мартеновское производство возникло в 1864 г., когда П. Мартен построил первую регенеративную (использующую теплоту отходящих газов) печь, давшую годную литую сталь из твердой’шихты. В России первая мартеновская печь была построена в 1869 г. А. А. Износковым на Сормовском заводе.

Вплоть до 90-х годов мартеновские печи использовались для производства стали лишь с завалкой твердой шихты и работали по так называемому скрап-процессу. Разработка технологии рудного процесса на жидком чугуне была осуществлена в России братьями А. М. и Ю. М. Горяиновыми; они же внедрили плавку по этой технологии в 1894 г.

на Александровском заводе в Екатерино-славле (ныне Днепропетровский завод им. Г. И. Петровского).

В мартеновской Зпечи осуществляется передел загруженной в нее шихты: твердого или жидкого чугуна, стального и чугунного лома с использованием железной, руды, окалины, кислорода, флюсов и ферросплавов —в сталь заданного состава; при этом получается побочный продукт плавки — мартеновский шлак.

Рис. 1. График изменения состава металла при переработке высокофосфористого чугуна

Мартеновская печь. Верхняя часть мартеновской печи (рис. 2) состоит из рабочего пространства (ограниченного ванной, передней стеной, задней стеной, сводом) и головок, расположенных с обоих концов рабочего пространства. В передней стене находятся загрузочные окна, через которые с рабочей площадки загружается шихта, берутся пробы и ведется наблюдение за плавкой. Подина печи имеет наклон к задней стене, в которой находится отверстие для выпуска готовой стали, разделываемое перед выпуском.

Рис. 2. Схема устройства мартеновской печи

Через каналы 1, 2, 3 и 7 головок подается газ (топливо) и окислительное дутье и отводятся продукты горения.

Нижняя часть печи состоит из двух пар шлаковиков, двух пар регенераторов, подземных каналов с перекидными клапанами и дымового борова, соединенного с дымовой трубой или котлом утилизатором.

Шлаковики и регенераторы расположены попарно и симметрично по обе стороны печи. На рис. 10 (главный вид) сечение через воздушный шлаковик и газовый шлаковик сделано в одной плоскости с сечением рабочего пространства, а сечение через воздушный регенератор и газовый регенератор — в другой плоскости: шлаковики находятся под головками, а регенераторы под рабочей площадкой. На горизонтальном разрезе, внизу слева (рис.

10), показано взаимное расположение шлаковиков и регенераторов. Регенераторы служат для нагрева воздуха и горючего газа, поступающих в рабочее пространство при температуре 1000—1150°.

Читайте также  Технология производства автостекол

Необходимость нагрева вызвана тем, что в рабочей пространстве должна быть обеспечена температура до 1700° и более, если же предварительного нагрева дутья и газа не производить, то температура в печи будет недостаточна для нагрева и последующего плавления мягкой стали.

Камеры регенераторов заполнены насадкой в виде решетчатой кладки из огнеупорного кирпича.

Регенераторы работают попарно и попеременно: в то время как одна пара нагревает дутье и газ, другая аккумулирует (запасает) теплоту отходящих продуктов горения; по охлаждении регенераторов до нижнего предела либо по достижении верхнего предела нагрева регенераторов, аккумулирующих теплоту, происходит перемена направления движения газов посредством перекидки клапанов. Шла-ковики расположены между головками и регенераторами; они служат для собирания пыли и капель шлака, которые выносятся продуктами горения.

Для нагрева мартеновских печей, работающих на машиностроительных заводах, применяется также жидкое топливо (мазут). Мазут в рабочее пространство вводится с помощью форсунки и распыляется струей воздуха или пара под давлением 5—8 ати. Печи, работающие на мазуте, оборудуются только двумя регенераторами (и соответственно двумя шлаковиками) для подогрева окислительного дутья по одному с каждой стороны.

Мартеновские процессы и печи разделяют на основные и кислые в зависимости от характера процесса и, соответственно, материала футеровки подины и стен.

Плавка стали на шихте, содержащей фосфор и серу в количестве, превышающем допустимое в готовой стали, производится основным процессом, т. е. под основным шлаком и в печах с основной футеровкой.

Ванна основных печей футеруется обожженным доломитом или магнезитом. Для кладки свода рабочего пространства, головок и стен шлаковиков применяют магнезитохромитовый кирпич, имеющий высокую стойкость. В небольших печах, а также при отсутствии магне-зитохромитового кирпича, свод печей делается из динасового кирпича.

Для плавки стали под кислым шлаком применяются кислые печи с футероКкой из динасового кирпича и кварцевого песка.

Помимо стационарных мартеновских печей, применяются также качающиеся мартеновские печи. Верхняя часть качающейся печи опирается на систему роликов. Между торцовыми стенками рабочего пространства и головками имеются небольшие щели, обеспечивающие возможность поворота корпуса печи. Посредством поворотного механизма осуществляется наклон до 15° в сторону рабочей площадки для скачивания шлака, или на 30—33° в сторону выпускного отверстия для выпуска стали.

Продолжительность службы мартеновской печи (ее кампания) определяется числом плавок, выдерживаемых сводом рабочего пространства; она составляет обычно для печей с динасовым сводом 250—• 300 плавок (при большой емкости) или 400—500 плавок (при малой и средней емкости), а для печей с хромомагнезитовым сводом 700 и более плавок.

В мартеновских печах выплавляют углеродистую конструкционную сталь, а также легированную сталь различных марок.

Плавка в мартеновских печах. Мартеновский процесс протекает при физико-химическом взаимодействии между металлом, шлаком, газовой средой и футеровкой печи в условиях высоких температур.

Задачей процесса является уменьшение до требуемой нормы содержания углерода, марганца и кремния и возможно более полное удаление вредных примесей (серы, фосфора, кислорода, водорода, азота).

Окисление элементов металлической канны протекает при взаимодействии их с кислородом, который вносится в рабочее пространство печи дутьем, а также с рудой и окалиной; применяется также вдувание кислорода в расплавленный металл.

Существуют две главные разновидности мартеновского процесса: скрап-рудный процесс (основной) и скрап-процесс (кислый или основной).

Скрап-рудный процесс. Этот процесс применяется в мартеновских печах металлургических заводов (комбинатов), где имеются доменные печи. Шихта при скрап-рудном процессе состоит в основном (обычно более чем на 65%) из жидкого чугуна, небольшого количества (10—15%) стального лома (скрапа), железной руды и флюсов.

В настоящее время основную часть стали получают скрап-рудным процессом.

Мартеновский чугун почти всегда содержит повышенное количество фосфора, поэтому для скрап-рудного процесса применяются основные печи. Сначала в печь загружают твердую шихту: стальной лом, флюс (известняк или известь) и железную руду. Заливку жидкого чугуна производят, когда шихта в печи нагреется до температуры несколько более высокой, чем температура плавления чугуна.

Образовавшиеся окислы Si02 и MnO всплывают в шлак.

Кипение способствует перемешиванию металла, выравниванию его состава и температуры, отделению в шлак неметаллических включений и дегазации металла.

Помимо обесфосфоривания (дефосфорации), свободная СаО обеспечивает обессеривание (десульфурацию) металла, что также совершенно необходимо.

После кипения приступают к раскислению металла в печи, для чего в ванну вводят раскислитли преимущественно в виде ферросплавов. Раскислители восстанавливают железо из его закиси (FeO) и связывают кислород в прочные соединения, нерастворимые в металле.

При выплавке легированной стали обычно вслед за раскислением производится введение в ванну легирующих элементов: некоторые из легирующих элементов могут явиться одновременно и раскислите-лями.

Когда состав стали проверен пробой и найден соответствующим заданному, разделывают выпускное отверстие и плавку выпускают в заранее подготовленный сталеразливочный ковш. При этом для спокойной стали производится дополнительное раскисление путем заброски раскислителей в струю металла на желобе и в ковш. После этого приступают к разливке стали.

Продолжительность плавки зависит от емкости печи, рода топлива, состава шихты и других условий и занимает от 5 до 12 час.

Емкость печей для скрап-рудного процесса принимается в пределах от 100 до 500 т.

Скрап-процесс. Этот процесс осуществляется в мартеновских цехах машиностроительных заводов, где имеются в большом количестве отходы производства в виде стального и чугунного лома, стружки, обрезков металла, а также в виде частей машин, пришедших в негодность, и т. п.

При скрап-процессе металлическая шихта содержит 65 — 80% отходов и лома (скрапа); остальное — чушковый чугун.

Основной скрап*процесспо реакциям, протекающим после расплавления шихты, подобен описанному выше скрап-рудному процессу.

В кислых мартеновских печах (кислый скрап-процесс) можно получать сталь лишь из шихты материалов, содержащих настолько мало серы и фосфора, что удаление этих вредных примесей не является необходимым. В этих печах шлак состоит на 55—60% из окиси кремния (Si02).

Для наведения шлака в завалку вводят шлак прежних кислых мар теновских плавок. При необходимости руда для окисления загружается на жидкий шлак.

Окись кремния связывает окислы железа в силикаты (например, FeSiOa), поэтому окисляющая способность кислого шлака значительно меньше, чем основного; следовательно, и процесс окисления в кислых печах идет медленнее, чем в основных. Этим определяется относи тельно меньшая производительность кислых печей и большая стоимость кислой стали.

Однако замедленное течение окислительных реакций и отсутствие в шлаке свободных окислов железа обеспечивает более полное удаление из стали неметаллических включений, меньшее содержание в ней кислорода. В кислой стали содержится меньше, чем в основной, азота и водорода, так как кислые шлаки являются более вязкими, чем основные, и меньше пропускают эти газы из газовой среды печи.

В практике кислого мартеновского процесса применяются двп варианта плавки: активный процесс и кремневосстановительньш процесс.

Активный процесс протекает при усиленном кипении ванны, вызванном интенсивным окислением углерода кислородом, проникающим из атмосферы печи через шлак в ванну жидкой стали.

При кремневосстановительном процессе приток кислорода к металлу из атмосферы печи уменьшается, так как ему препятствует густой шлак, образуемый добавкой кварцевого песка (состоящего преимущественно из Si02).

При кремневосстановительном процессе сталь полностью раскисляется в печи и не требует дополнительного раскисления ферросплавами (или алюминием), как при основном и кислом (активном) процессах. В результате кремневосстановительного процесса получают высококачественную спокойную сталь, применяемую для изготовления деталей ответственного назначения.

Емкость печей для скрап-процесса обычно составляет от 20 до 100 т.

Показатели работы мартеновского цеха. Основным показателем, характеризующим работу мартеновской печи, является количество стали в т, снимаемой с 1 м2 пода печи в сутки. В зависимости от емкости печи, вида процесса, применяемого топлива и вида выплавляемой стали съем стали составляет в среднем от 5 до 9 т стали на 1 м2 площади пода в сутки.

В СССР производительность мартеновских печей в результате технического усовершенствования их работы непрерывно повышается.

Важное значение в этом отношении имеет работа сталеваров-скоростников, которые, совершенствуя технологию плавки (сокращая время завалки шхты, проводя рациональный тепловой режим, своевременно вводя добавки), достигают уменьшения продолжительности плавок и соответственно значительного повышения показателей. Средний съем стали по мартеновским печам по специализированным заводам черной металлургии СССР в 1959 г. составил 7,86 т с 1 м2 площади пода в сутки.

Значительное увеличение производительности печей дает применение кислорода. В мартеновском производстве кислород применяют для резки нагретой шихты в печи; кроме этого, он применяется для интенсификации сжигания топлива (для чего вводится через специальные форсунки или горелки в головках мартеновской печи) и для ускорения окисления примесей стали путем вдувания кислорода непосредственно в жидкую ванну.

Контрольными цифрами развития-народного хозяйства СССР на 1959—1965 гг. предусмотрено увеличение на 20—30% производительности мартеновских печей за счет широкого использования кислорода и природного газа.

Все современные мартеновские печи имеют автоматизированное управление тепловым режимом, основанным на регулировании подачи топлива с коррекцией по температуре свода печи и верха насадки регенераторов, а также автоматическую перекидку клапанов регенераторов.

Реклама:

Производство стали в электропечах

Источник: http://pereosnastka.ru/articles/martenovskii-sposob-proizvodstva-stali

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: