Производство стали в мартеновских печах и конвертерах

Масштабы производства стали характеризуют технико-экономический уровень развития государства. В 1974 г мировое производство стали составляло более 700 млн. тонн, причем примерно 20% этого количества была выплавлена в СССР. Сталь служит материальной основой машиностроения, строительства и других отраслей техники

Сталь выплавляют в мартеновских печах, конвертерах и электропечах из передельного чугуна и стального лома.

Первая мартеновская печь была построена в 1864 году во Франции. Названа по имени французского металлурга П.Мартена. Она представляет собой пламенную регенеративную печь и имеет рабочее плавильное пространство в форме ванны, ограниченное снизу подиной 9, а сверху – сводом 8 (рис.1.10.) [10].

Рис. 1.10. Схема устройства мартеновской печи: 1- регенераторы, 2- головки, 3 – фурма (труба) для подачи кислорода, 4 – загрузочные окна, 5-шихта, 6-факел, 7- дымовая труба, 8 –свод, 9 – подина.

По бокам расположены две головки 2, служащие для попеременной подачи и смешения газообразного топлива и воздуха, предварительно подогретых в регенераторах. Регенераторы 1 представляют собой камеры со специальными кирпичными насадками. Благодаря периодическому переключению горячего воздуха, поступающего из рабочего пространства печи, и холодного воздуха и газообразного топлива, поступающих в рабочее пространство печи, насадка нагревается, а затем отдает тепло холодному воздуху и газу, подогревая их до температуры 1000 -1200 °С.

В мартеновских печах под, стены и свод рабочего пространства выложены огнеупорными материалами. Огнеупорные материалы делят на кислые (динас с наваркой из кварцевого песка) и основные (магнезит, доломит, хромомагнезитовый кирпич).

Емкость мартеновских печей от 200 до 900 т. Для печи вместимостью 900 т площадь пода составляет 115 м². Средний съем стали с 1 м² в сутки составляет 10 т/ м², а расход условного топлива – до 80 кг/т, т.е. 0,08 [5].

Мартеновский способ уступает место более производительному и экономичному конверторному процессу.

Конвертер (рис.1.11.) представляет собой сосуд грушевидной или цилиндрической формы, выполненный из стального листа и футерованный основным огнеупорным кирпичом [5].

Рис.1.11.Схема устройства кислородного конвертера

Вместимость конвертера 130 – 350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на цапфах вокруг горизонтальной оси на 360 ° для заливки чугуна, завалки скрапа, слива стали и шлака.

Для выплавки стали конвертер сначала наклоняют и загружают в него металлический лом (скрап). Количество металлолома не должно превышать 30%. Затем в конвертер заливают жидкий передельный чугун при температуре 1250-1400°С. После этого конвертер приводят в вертикальное положение и осуществляют продувку кислородом (или воздухом). При этом происходит окисления железа и примесей (см. формулы 1.35-1.38) и выделяется тепло.

Продувка осуществляется через водоохлаждаемый наконечник трубопровода – фурму под давлением 0,8 – 1,4 МПа. Применение кислородного дутья вместо воздушного позволяет получать сталь с низким содержанием азота (0,002 – 0,006 %).

Для наведения шлака используют известь, железную руду, боксит (Al₂O₃), плавиковый шпат CaF₂ (для разжижения шлака). Поскольку высокое содержание в шлаке FeO (от 7 до 20%) затрудняет удаление серы, в качестве исходных материалов применяют чугун с содержанием серы не более 0,07 %.

Плавка в конвертерах вместимостью 130 – 300 т заканчивается через 25-50 мин, причем расходы на топливо вообще отсутствуют.

Конверторный процесс наиболее часто применяется в сталеплавильных цехах металлургических комбинатов (заводов) для переделки чугуна в сталь путем продувки его в конвертере газами, содержащими кислород, либо технически чистым кислородом. При этом в результате окисления железа и примесей (см. формулы 1.35-1.38) выделяется тепло в количестве, достаточном для сохранения расплавленного состояния металла в течение всего процесса без подвода тепла из каких-либо других источников.