Что такое мартеновские печи: устройство и характеристики

Алан-э-Дейл       30.04.2022 г.

Введение

В истории металлургии 
железа было три революционных переворота,
оказавших глубочайшее влияние на весь ход человеческой
истории: первый имел место еще в глубокой
древности, когда появились сыродутные
горны; второй произошел в средние века,
после открытия переделочного процесса;
третий пришелся на вторую половину XIX
века и был связан с началом производства
литой стали. Сталь во все времена оставалась
самым необходимым и желанным продуктом
металлургии железа, потому что только
она обладала той твердостью и крепостью,
какие требовались для изготовления инструментов,
оружия и деталей машин. Но прежде чем
превратиться в стальное изделие, металл
должен был подвергнуться целому ряду
трудоемких операций. Сначала из руды
выплавляли чугун. Потом чугун восстанавливали
в мягкое железо. Наконец путем длительной
проковки железной крицы получали из нее
необходимую стальную деталь (или только
заготовку к ней, которую затем подвергали
окончательной отделке на металлорежущих
станках). Производство мягкого железа
и в особенности ковка долгое время оставались
самыми узкими местами в процессе обработки
железа. На них уходило больше всего сил
и времени, а результаты далеко не всегда
оказывались удовлетворительными. Особенно
остро эта проблема стала ощущаться в
XIX веке, когда резко возрос спрос на дешевую
сталь
.

Естественным образом 
у многих ученых и изобретателей возникла мысль, которую
потом высказал Бессемер: каким образом
получить металл со свойствами железа
и стали, но в жидком виде, чтобы его можно
было использовать для отливки? Разрешение
поставленной проблемы потребовало нескольких
десятилетий упорного труда многих металлургов.
На этом пути было сделано несколько важных
открытий и изобретений, каждое из которых
составило эпоху в истории обработки железа.
Но в этом эссе мы поговорим именно о мартеновском
процессе.

Рассмотрим производство в мартеновских печах металлургических
или машиностроительных заводов литой
стали. Сталь получается путём окислительной
плавки загруженных в печь железосодержащих
материалов — чугуна, стального лома,
железной руды и флюсов в результате сложных
физико-химических процессов взаимодействия
между металлом, шлаком и газовой средой
печи.

Мартеновские печи наряду с другими видами производства
стали — второе звено в общем производственном
цикле чёрной металлургии; два других
основных звена — выплавка чугуна в доменных
печах и прокатка стальных слитков или
заготовок.

Мартеновский способ

Мартеновским способом производится до 85 % стали. Наряду с ним применяются бессемеровский и томасовский способы.

Мартеновским способом изготовляют большинство марок обыкновенной и качественной стали.

Мартеновская печь для передела чугуна в сталь. / — газ. 2 — воздух. 3 — чугун. 4 — продукты горения.

Мартеновским способом производится до 85 % стали. Наряду с ним применяют бессемеровский и томасов-с к и и способы.

Мартеновским способом производится до 85 % стали. Наряду с ним применяются бессемеровский и томасовский способы.

Двухванная сталеплавильная печь.

Достоинством мартеновского способа является его универсальность — возможность перерабатывать различные по составу чугуны и получать различные сорта углеродистых сталей, а также ( после добавления в шихту ферросплавов) некоторые легированные стали.

Сущность мартеновского способа плавки заключается в окислении нежелательных для стали примесей в чугуне н переводе их в шлак.

Недостатки мартеновского способа выплавки стали ( большие капитальные затраты, низкая по сравнению с кислородно-конвертерным способом производительность, затраты на топливо, сложность обслуживания регенераторов вследствие разрушения их насадки) не могут быть полностью компенсированы такими методами интенсификации процесса как повышение давления и обогащение кислородом воздушного дутья и предварительная карбюрация топлива. В основу их действия-положен принцип работы кислородного конвертера — окисление углерода и примесей продувкой шихты кислородом.

При мартеновском способе получают сталь более высокого качества, чем при конверторном. Стали, выплавленные мартеновским способом, применяют для изготовления труб, ответственных опорных конструкций ( мостов, башен) и инструмента.

В мартеновском способе окисление углерода и других примесей осуществляется, главным образом, за счет твердых окислителей ( руды, окалины и др.), специально добавляемых в шихту, а в бессемеровском — за счет кислорода воздуха, продуваемого через слой металла. Как в первом, так и во втором случае углерод окисляется до окиси углерода и углекислоты, удаляющихся вместе с газами.

При мартеновском способе получают сталь более высокого качества, чем при конвертерном.

При мартеновском способе сталь выплавляют в печи-ванне, которая нагревается пламенем сжигаемого газа или мазута. Исходными материалами служат чушковый или жидкий чугун, а также чугунный и стальной лом — скрап, флюсы и легирующие присадки. Этими материалами загружают ванну печи, над которой обычно сжигают газ. Температура в ванне достигает 1700 — 1800 С. Этот процесс менее производителен по сравнению с конверторным, но сталь получается с более точным химическим составом.

В мартеновском способе для окисления углерода и других примесей применяются твердые окислители ( руда, окалина, скрап и др.), специально добавляемые в шихту, и кислород, содержащийся в газах, обогревающих печь.

При мартеновском способе получают сталь более высокого качества, чем при конвертерном.

История[править | править код]

Регенератор

Пьер Мартен предложил новый способ получения литой стали в регенеративных пламенных печах. Использовав разработанный в 1856 году немецким инженером К. В. Сименсом принцип регенерации тепла продуктов горения, Мартен применил его для подогрева не только воздуха, но и газа. Благодаря этому удалось получить температуру, достаточную для выплавки стали. Первая плавка была осуществлена Мартеном на одном из французских заводов 8 апреля 1864 года. Мартеновский способ стал широко применяться в металлургии в последней четверти XIX века, а в начале XX века в мартеновских печах выплавляли половину общего мирового производства стали.

Распространению мартеновского способа выплавки стали в Европе способствовал высокий спрос на рельсы и возможность добавления в шихту мартеновских печей до 30 % стального и железного лома (в том числе изношенных рельсов). Проблема повышенного содержания фосфора в европейских рельсах первоначальной укладки решалась добавлением в печь ферромарганца. Таким образом, мартеновская и бессемеровская сталь в 1860-х годах практически заменили тигельную в производстве колёсных бандажей, рессор, осей и рельсов.

В России первая мартеновская печь была построена С. И. Мальцевым в 1866—1867 годах на Ивано-Сергиевском железоделательном заводе Мальцевского фабрично-заводского округа. 16 марта 1870 года были осуществлены первые плавки 2,5-тонной печи на Сормовском заводе. Основатель завода — греческий купец, принявший российское подданство, Дмитрий Егорович Бенардаки привёз в 1870 году молодого инженера Александра Износкова, который построил печь. В 1998 году мартеновские печи на Сормовском заводе перестали действовать. В июне 2005 года было заключено охранное обязательство на здание цеха, где была установлена первая российская мартеновская печь, между заводом и министерством культуры Нижегородской области. В мае 2012 года был произведён демонтаж здания прокатного цеха в нарушение требований федерального закона «Об объектах культурного наследия (памятниках истории и культуры) народов РФ».

В 1879 году Джон Юз запустил первую мартеновскую печь на Юзовском заводе.

Музей Обуховского завода. 1938 год. Слиток отлит из основной мартеновской стали

Начиная со второй половины XX века доля мартеновской стали в общем объёме производства снижается во всех основных странах-производителях. При этом происходит замещение сталью, выплавляемой в кислородных конвертерах и электропечах. Так, например, в период с 1960 по 2005 годы в СССР (России) доля мартеновской стали в общем объёме производства снизилась с 85 до 25 %; в США — с 87 до нуля %; на Украине — с 53 до 45 %; в Китае — с 25 до нуля %; в Германии — с 47 до нуля %; в Японии — с 68 до нуля %. Начиная с 1970-х годов новые мартеновские печи в мире более не строятся. Мартеновский процесс практически вытеснен гораздо более эффективным (около 63 % мирового производства), а также электроплавкой (более 30 %). По результатам 2008 года на мартеновский способ производства приходится не более 2,2 % мировой выплавки стали. Наибольший удельный вес выплавки стали мартеновским способом в мире по результатам 2008 года наблюдался на Украине.

В 2018 году была закрыта последняя крупная мартеновская печь в России. После этого данный способ производства стали сохранился только на Украине.

C 1999 года в мартеновском производстве началось использование бескислородного дутья малой интенсивности. Технология «скрытой» донной продувки основывалась на подаче нейтрального газа через дутьевые элементы, установленные в кладке подины, и применении для её набивки специальных огнеупорных порошков. За 6 лет на эту технологию были переведены 32 мартеновские печи различной ёмкости — от 110 до 400 т, из них 26 — работающих скрап-процессом. В зависимости от ёмкости печи в подине устанавливались 3—5 дутьевых элемента с расходом 30—100 л/мин на элемент. Эта технология позволила существенно снизить горячие и холодные простои, в том числе на ремонт пода; на 10—20 % сократить длительность плавки; на 12—18 % увеличить производительность печей в фактический час и производство стали в цехе; снизить расходы условного топлива, заправочных материалов и печных огнеупоров; в 1,3—2 раза увеличилась стойкость свода и длительность кампании в межремонтный период[источник не указан 540 дней].

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

Производство стали в мартеновских печах – Справочник металлиста

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.

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

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:

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.

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.

История

Выдувная мартеновская печь, сталелитейный завод Fagersta, Швеция, 1967.

Сэр Карл Вильгельм Сименс разработал регенеративную печь Сименса в 1850-х годах и в 1857 году утверждал, что утилизирует достаточно тепла, чтобы сэкономить 70–80% топлива. Эта печь работает при высокой температуре за счет регенеративного подогрева топлива и воздуха для горения . При регенеративном предварительном нагреве отходящие газы из печи закачиваются в камеру, содержащую кирпичи, где тепло передается от газов к кирпичам. Затем поток в печи меняется на противоположный, так что топливо и воздух проходят через камеру и нагреваются кирпичами. Благодаря этому методу мартеновская печь может достигать температуры, достаточной для плавления стали, но компания Siemens изначально не использовала ее для этого.

В 1865 году французский инженер Пьер-Эмиль Мартен получил лицензию у Siemens и впервые применил свою регенеративную печь для производства стали. Наиболее привлекательной характеристикой регенеративной печи Сименс является быстрое производство большого количества основной стали, используемой, например, для строительства высотных зданий. Обычный размер печей составляет от 50 до 100 тонн, но для некоторых специальных процессов они могут иметь мощность 250 или даже 500 тонн.

Процесс Сименса – Мартина скорее дополнял, чем заменял процесс Бессемера . Он медленнее и, следовательно, его легче контролировать. Он также позволяет плавить и рафинировать большие объемы стального лома, дополнительно снижая затраты на производство стали и перерабатывая опасные отходы. Его худший недостаток в том, что плавление и очистка заряда занимает несколько часов. Это было преимуществом в начале 20 века, поскольку давало химикам-заводам время проанализировать сталь и решить, сколько еще времени нужно для ее очистки. Но примерно к 1975 году электронные приборы, такие как атомно-абсорбционные спектрофотометры, сделали анализ стали намного проще и быстрее. Рабочая среда вокруг мартеновской печи считается чрезвычайно опасной, хотя это может быть еще более верно в отношении среды вокруг кислородной или электродуговой печи.

Сталеплавильное производство в кислородном конвертере со временем заменило мартеновскую печь. Он быстро вытеснил процессы Бессемера и Сименса – Мартина в Западной Европе к 1950-м годам и в Восточной Европе к 1980-м годам. К 1900 году мартеновское производство стали заменило процесс Бессемера в Великобритании, но в других странах Европы, особенно в Германии, процессы Бессемера и Томаса использовались до конца 1960-х годов, когда они были вытеснены кислородным производством стали . Последняя мартеновская печь в бывшей Восточной Германии была остановлена ​​в 1993 году. В США производство стали с использованием бессемеровского процесса прекратилось в 1968 году, а мартеновские печи остановились к 1992 году. На сталелитейном заводе в Хунедоаре , Румыния, последние 420- Мартеновская печь мощностью 1 т была остановлена ​​12 июня 1999 г., снесена и отправлена ​​на металлолом в период с 2001 по 2003 г., но восемь дымовых труб печей оставались до февраля 2011 г. Последний мартеновский цех в Китае был остановлен в 2001 г. Страна с наибольшей долей стали, производимой мартеновскими печами (почти 50%), — Украина. Этот процесс все еще используется в Индии и некоторых частях Украины. Россия списала свою последнюю подовую печь в марте 2018 года и рассматривала возможность сохранения ее как музейного экспоната.

Российские заводы, использовавшие мартеновские печи[править | править код]

23 марта 2018 года закрыта последняя мартеновская печь в России на Выксунском металлургическом заводе. По состоянию на август 2009 года мартеновские печи функционировали на следующих российских металлургических предприятиях:

  • Бежицкий сталелитейный завод
  • Волгоградский металлургический комбинат «Красный Октябрь»
  • Выксунский металлургический завод — последнюю мартеновскую печь закрыли в первом полугодии 2018 г.
  • Гурьевский металлургический завод — две печи действуют по сей день
  • Златоустовский металлургический завод — мартеновский цех выведен из эксплуатации
  • Ижевский металлургический завод (ОАО «Ижсталь») — мартеновское производство остановлено в 2009 году
  • Кулебакский металлургический завод — остановлена 20 декабря 2011 года
  • Металлургический завод Петросталь (дочернее предприятие ОАО «Кировский завод»)
  • Металлургический завод «Амурсталь»
  • ОАО «Уральская Сталь» (бывш. Орско-Халиловский металлургический комбинат) — все печи остановлены в апреле 2013 года
  • Нижнетагильский металлургический завод имени В. В. Куйбышева
  • Нижнетагильский металлургический комбинат
  • Омутнинский металлургический завод (ЗАО «ОМЗ»)
  • Северский трубный завод — мартеновское производство остановлено в 2008 году
  • Таганрогский металлургический завод — мартеновское производство прекращено в октябре 2013 года
  • Челябинский металлургический комбинат
  • Челябинский трубопрокатный завод
  • Череповецкий металлургический комбинат — остановлен в 2011 году
  • Чусовской металлургический завод — остановлен в 2013 году
  • Белорецкий металлургический комбинат — 4 мартеновских печи, выведены из работы под руководством группы Мечел.

Мартеновский способ производства стали – Металлы, оборудование, инструкции

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.

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

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

https://youtube.com/watch?v=9rgBDf4k9dY

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.

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.

Устройство мартена


Температурно-тепловая диаграмма мартеновской печи

Отличительной особенностью мартеновской печи является ее температурный режим (см. рис. справа). Плавильная ванна, подвергающаяся большим ударным механическим нагрузкам, нагревается свыше 1300 градусов, будучи заполненной уже расплавом и поэтому срок службы высоко кондиционных огнеупоров для нее немалый. Свод большую часть времени плавки нагрет до более чем 1500 градусов, но механических нагрузок не испытывает и поэтому служит тоже долго. А в целом тепловой поток, способный разогреть всю внутренность печи до более чем 1500 градусов, действует относительно небольшое время и поэтому все строение печи получается также долговечным.

Устройство мартеновской печи показано на рис.:


Схемы устройства мартеновской печи

Технологическая основа печи – 2 жаростойких узала: плавильная ванна; по спецтерминологии – подина, ударение на первом слоге, и свод, хорошо отражающий тепловое (инфракрасное, ИК) излучение. Дополняют их газовые или мазутные факельные горелки, регенераторы тепла и система газоходов с перекидными устройствами, каждое из которых, в свою очередь, представляет собой систему клапанов, заслонок и шиберов. Если мартен на металлургическом комбинате и греется низкокалорийным коксо-доменным газом, печь снабжают 4-мя регенераторами – 2-мя воздушными и 2-мя газовыми. В сопутствующих мартенах машиностроительного производства, работающих на природном газе или мазуте, используются только воздушные регенераторы. Устройство регенератора аналогично таковому доменного каупера, но с некоторыми особенностями, см. далее.

Подина выкладывается из жаростойкого кирпича состава, соответствующего режиму плавки, см. далее, на прокладках из картона или фанеры. При первоначальном разогреве печи прокладки сгорают, а кирпичи спаиваются тепловым расширением. Это дает возможность достаточно оперативно менять основную (щелочную) подину на кислотную (также см. далее). Свод чаще всего поддерживается металлоконструкциями, охлаждаемыми проточной водой или эффузионным (испарительным) способом. Борта печи, подвергающиеся сильным термическим и механическим нагрузкам и плохо доступные для ремонта, в последних образцах мартенов выполнены не на металлокаркасе, а из высокопрочного жаростойкого кирпича (англ. Grey Brick; справа на рис.).

Шихта загружается в рабочие окна, на время плавки закрываемые жаростойкими крышками с гляделками, такими же, как в доменной печи. Твердая шихта предварительно засыпается в стальные контейнеры – мульды (короба) и загружается (заваливается) завалочной машиной. Машина берет мульду специальным захватом (хоботом), вводит через рабочее окно в рабочее пространство и опрокидывает. Жидкая шихта (расплавленный чугун) заливается из ковша-миксера по приставному желобу. Для выпуска стали и шлака в подине пробивается леток, который после выпуска запечатывается жаростойкой пробкой, как и в домне. Подробнее об устройстве мартеновской печи можно посмотреть видео ниже.

Гость форума
От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.