Основные положения технологии выплавки стали в мартеновской печи

Расчеты плавки стали базируются на теоретических представлениях о характере сталеплавильный процессов и практических данных работы современных металлургических агрегатов.

Мартеновский способ выплавки стали заключается в сплавлении скрапа с чугуном на поду пламенной отражательной печи с регенерацией тепла.

Сущность всех вариантов мартеновских процессов получения стали заключается в следующем: в агрегате проводят окислительное рафинирование металла за счет кислорода атмосферы, твердых окислителей и дутья; нагрев металла осуществляется за счет тепла сгорающего в рабочем пространстве печи топлива, тепла экзотермических реакций и физического тепла шихтовых материалов; раскисление и легирование металла осуществляется преимущественно в ковше.

Процесс перехода кислорода из газовой фазы в металл происходит непрерывно. Соотношение между поступающим кислородом и потребностями в нем может быть различным. Это различие главным образом зависит от доли чугуна в шихте и определяет основные варианты мартеновского процесса: рудный, скрап-рудный процесс, скрап-процесс и скрап-угольный мартеновский процесс.

В том случае, когда поступление кислорода из газовой фазы больше потребностей в нем, избыточный кислород должен быть связан карбюратором, и процесс называется карбюраторным (скрап-угольным). Если поступление кислорода равно потребностям, в этом случае процесс называется скрап-процессом. Когда потребность в кислороде значительно больше количества, поступающего из обязательных источников, то недостающий кислород вводят с железной рудой или ее заменителями в самом начале процесса (в завалку). Такой процесс называется скрап-рудным. При использовании 100% чугуна процесс называется рудным.

При карбюраторном процессе металлическая часть шихты состоит полностью из стального лома, скрапа или же в шихту входит небольшое количество чугуна (10-15%). Недостаток углерода в металлической шихте восполняется введением в нее карбюраторов: антрацита, кокса, графита и т. п. с учетом процента усвоения углерода. Этот вариант процесса является вынужденным и играет малую роль в общем объеме производства стали.

При скрап-процессе в состав шихты входит 55-75% стального лома, скрапа и 25-45% чугуна. Чугун обычно используется в твердом состоянии. Железную руду дают в незначительных количествах (до 1-2%) только по ходу плавки (в период доводки) с целью синхронизации процессов нагрева и обезуглероживания металла. Применяется обычно на заводах, не имеющих собственного доменного производства.

Скрап-рудный процесс характеризуется превалирующим содержанием жидкого чугуна в шихте (50-70%) и присутствием в шихте железной руды для ускорения окисления примесей металлической ванны. Загружается руда до заливки чугуна (обычно под слой лома) и по ходу плавки (в период полировки). Этот вариант мартеновского процесса распространен на заводах, имеющих доменное производство.

При рудном процессе шихта полностью состоит из жидкого чугуна с большим использованием железной руды. Этот вариант не получил распространения.

Мартеновский процесс, в зависимости от химического состава огнеупоров футеровки ванны, имеет две разновидности: кислый мартеновский процесс, осуществляемый на подине, изготовленной из кислых огнеупорных материалов (динасовый кирпич, кварцевый песок, кварциты), и основной мартеновский процесс, осуществляемый на подине, изготовленной из основных огнеупорных материалов (магнезитовый, хромомагнезитовый кирпич, магнезитовый порошок, доломит).

Наиболее распространенный в настоящее время вариант мартеновского процесса — основной скрап-рудный процесс. В данной работе рассмотрен вариант технологии скрап-рудного процесса с продувкой кислородом.

Этот вариант технологии имеет следующие особенности:

- расход жидкого чугуна колеблется в пределах 50-70% от массы металлической части шихты;

- использование основных огнеупорных материалов для футеровки печи, состоящих преимущественно из МgO и СаО;

- применение кусковых известняка, извести и разжижавших добавок для формирования шлака;

- количество кислорода, необходимое для окисления примесей металла, поступает в ванну из атмосферы печи, с твердыми окислителями (железная руда, окалина, железорудный агломерат или брикеты) и с кислородным дутьем;

- расход твердых окислителей в завалку при скрап-рудном процессе в зависимости от расхода чугуна и количества кислорода, поступающего в ванну из газообразных источников, составляет 5-20% от металлической шихты;

- нагрев металла до заданной температуры осуществляется за счет тепла факела, экзотермических реакций окисления и физического тепла жидкого чугуна;

- раскисление и легирование металла осуществляется преимущественно в сталеразливочном ковше во время выпуска металла из печи.

После выпуска из печи для улучшения качества металл может подвергаться ковшевой обработке, в качестве которой применяют продувку металла инертным газом, вакуумирование, обработку порошками, шлаками или шлаковыми смесями.

Выплавленную в сталеплавильном агрегате сталь выпускают в разливочный ковш и далее разливают в металлические формы - изложницы или направляют на машины непрерывной разливки.

В производственной деятельности задача технологического персонала заключается в расчете условий, при соблюдении которых, необходимые конечные результата достигаются с минимальными затратами.

Целью расчета плавки в этих условиях является определение минимально необходимой массы материалов, компоненты которых распределяются между металлической, шлаковой и газовой фазами мартеновской печи. Расчет шихты осуществляется путем составления и одновременного решения системы уравнений, представляющих собой балансовые соотношения между этими компонентами. Критерием оценки качества расчета служит получение химического состава и массы стали с заданной точностью.

Все расчеты целесообразно вести относительно суммы расходов чугуна и лома на плавку, причем в относительных единицах, то есть независимо от вместимости и конструкции агрегата считать, что сумма расходов чугуна и лома на плавку (сумма металлошихты) составляет 100% или 100 кг. Расходы других материалов (твердых окислителей, известняка, извести, боксита, раскислителей, легирующих сплавов и т.д.) и выход продуктов плавки определяются в процентах от этой суммы, что равнозначно массе материалов в килограммах относительно 100 кг металлошихты.

Ниже приведен численный пример упрощенного расчета шихты и общего количества материалов на плавку скрап-рудно-кислородного мартеновского процесса.