Мартеновский способ производства стали

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°.

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.

Читайте также  Является ли перевозка радиоактивных отходов процессом производства?

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.

Читайте также  Технология производства пенобетона в домашних условиях

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

Погасшее пламя мартеновской печи

Мартеновский способ производства стали

Сегодня на крупнейшей в России мартеновской печи проводится последняя плавка. Какую роль сыграло в металлургической промышленности изобретение инженера Пьера Эмиля Мартена и в чем преимущества перехода на новые технологии — в материале ТАСС.

«Мартеновское производство — уже устаревшее. Пальцев на одной руке хватит, чтобы пересчитать оставшиеся в стране мартеновские цеха. В нашем случае мартеновская печь [на Выксунском металлургическом заводе] является самой крупной в России», — рассказал ТАСС технолог ВМЗ Эдуард Бычков, который пришел работать в мартеновский цех в декабре 1990 года после армии и начал с азов — третьим подручным сталевара.

Мартеновский способ производства стали — большой этап развития металлургической отрасли, рассказывает исполнительный директор ассоциации «Русская сталь» Алексей Сентюрин: «Мартеновская сталь дала миру железные дороги, паровозы, корабли и т.п. России — броню во Второй мировой войне, которая помогла противостоять фашистскому захвату России и Европы».

Как мартеновские печи стали мировым лидером

Первая сталеплавильная печь, созданная по разработке французских металлургов, отца и сына Эмиля и Пьера Мартенов, начала работать в 1864 году на их заводе в городе Сирёй. По технологии в ванну расплавленного чугуна загружали железный лом и при длительном нагреве ванны до высокой температуры получали сталь.

«Это абсолютно универсальная технология получения литой стали, позволяющая использовать практически любые железосодержащие материалы. То есть понятно, что основным компонентом является чугун и металлолом, но в принципе можно использовать любые железосодержащие добавки — это важнейший плюс данного процесса», — рассказал ТАСС директор музея Национального исследовательского технологического университета МИСиС Павел Черноусов.

Отработав технологию, Мартены наладили производство литой стали в промышленном масштабе. Чуть позже на их заводе уже три печи плавили сталь, из которой дальше производили листы, бандажи для паровозов, рессорные и инструментальные заготовки, ружейные стволы, лафеты и фасонные отливки. Тогда и начал расти интерес к мартеновским печам.

Сталевар у мартеновских печей

© Сергей Фадеичев/ТАСС

«За время индустриализации, которая проходила со второй половины XIX века, было накоплено большое количество металлолома. Поэтому в этот время наиболее востребованными оказались именно мартеновские печи, которые перерабатывали практически весь металлолом и производили почти всю легированную сталь, выплавляемую с использованием ферросплавов (новейшего материала эпохи индустриализации). Другие агрегаты, которые в то время использовались, не могли работать на металлоломе и эффективно использовать ферросплавы», — добавил Черноусов.

Ближе к концу XIX века началось активное железнодорожное строительство, нужны были рельсы. Мартены первыми начали переплавлять крупные металлоконструкции, они добились возможности получать сталь любого состава, что было недоступно конкурентам. К 1890–1900 годам мартены стали лидировать среди остальных металлургических технологий получения стали, отмечает Черноусов.

Мартеновские печи в России

Интересно, что в марте 1870 года, через шесть лет после запуска Пьером Мартеном своей первой печи, подобную печь на Сормовском заводе в Нижегородской губернии построил молодой инженер Александр Износков. До наших дней она не сохранилась. «Каноническая» мартеновская печь в Выксе заработала в 1892 году. 

Мартеновский цех ВМЗ

© Сергей Фадеичев/ТАСС

«Выкса — один из старейших центров российской металлургии, первый металлургический завод здесь основали братья Баташёвы 261 год назад. И уже около 45 лет на Выксунском металлургическом заводе мартеновская сталь используется для высокотехнологичного производства — производства железнодорожных колес на крупнейшей в Европе линии мощностью 850 тыс. колес в год. Две трети железнодорожных вагонов в стране двигаются сегодня на выксунских колесах», — рассказал директор музея Выксунского металлургического завода Андрей Цыпляев.

Памятник основателям ВМЗ братьям Ивану и Андрею Баташевым

© Сергей Фадеичев/ТАСС

«С 1904 года мартеновский способ производства стали на заводах Общества Выксунских горных заводов стал единственным. С этого момента заводы называли металлургическими», — добавляет Цыпляев.

Читайте также  Системы пылеудаления на производстве

С 1921 года заводы Выксы входят в список ключевых предприятий страны, которые должны были сыграть важную роль в восстановлении разрушенной транспортной системы России. В первые месяцы Великой Отечественной металлурги освоили выпуск броневых марок стали для танков, орудий и другого вооружения. Наличие собственной руды позволило ВМЗ с 1942 года бесперебойно работать для нужд армии. Собранные средства пошли на строительство авиаэскадрильи «Валерий Чкалов» и танковой колонны «Выксунский металлург».

В итоге мартеновская печь стала символом тяжелой промышленности, яркой иллюстрацией труда металлурга. Но со временем возникла необходимость перейти на современные технологии, которые не только более экологичны, но и более производительны. Мартен уходит в прошлое, металлургия завершает переход на выпуск стали в конвертерах и наиболее современных — электродуговых печах.

Тяжелый труд

Эдуард Бычков к трудностям мартеновского производства давно привык. «Вначале, конечно, было страшно — эти завалочные машины огромные, все крутится-вертится, все гудит, кипит, брызгает. Да и температура… Летом очень жарко. Зимой жарко, а через пару минут — холодно. Вот эти перепады температур с плюса на минус — это тяжело. Потом привык, все тонкости и нюансы производства узнал — и сейчас для меня все предсказуемо», — говорит он.

Отбор пробы металла из мартеновской печи

© Сергей Фадеичев/ТАСС

Отмечает нелегкие условия труда на мартенах и начальник литейно-прокатного комплекса ВМЗ Дмитрий Моров, который уже работает на печах нового поколения. 

«На мартеновском производстве ВМЗ при разливке стали применяется в основном ручной труд. Это тяжелые условия (речь идет о подготовке ж/д состава с изложницами к разливке — прим. ТАСС). В нашем литейно-прокатном комплексе разливка осуществляется на машине непрерывного литья заготовок, то есть условия труда отличаются просто кардинально. И ведь там [на мартеновском производстве] в основном все производится вручную, а в литейно-прокатном комплексе — четыре уровня автоматизации», — рассказал Моров.

К новым технологиям

Алексей Сентюрин отмечает, что структура способов производства стали за последние годы значительно изменилась. «В 1990 году 48 млн тонн из 90 производилось мартеновским способом, а в 2002 году эта доля снизилась до 23%. Ставка была сделана на увеличение более экологических технологий, менее энергоемких — производство стали в конвертерах и электропечах», — рассказал Сентюрин.

Слив остатков металла после выпуска из мартеновской печи

© Сергей Фадеичев/ТАСС

«Первое принципиальное отличие — это производительность, объемы производства. Одна мартеновская печь емкостью 250 тонн в год выпускает порядка 225 тыс. тонн металла. Одна сталеплавильная [электродуговая] печь емкостью 160 тонн, то есть на 100 тонн меньше, в год выпускает более 1,2 млн тонн металла. Почти в пять раз больше при меньшей емкости печи. Да и сам метод выплавки стали в мартеновской печи и в электропечи имеет кардинальные различия», — рассказывает Дмитрий Моров.

Уступают мартены и по другим параметрам. При плавке стали в электродуговых печах непрерывнолитая заготовка нарезается на нужную длину без потерь. В мартеновской печи часть слитка отрезается, и отрезок возвращается на переплавку. Чистота металла тоже отличается: в мартеновской печи разливка производится через огнеупорный кирпич, часть кирпича при проходе через него жидкого металла вымывается, микрокусочки кирпича внедряются в металл и там остаются.

Разливка непрерывнолитой заготовки

© Сергей Фадеичев/ТАСС

На современной машине попадание в жидкий металл кирпича попросту исключено.

Повышение квалификации и улучшение условий труда

Сами мартеновцы сравнивают переход от мартеновского производства к конвертерам и электропечам с переходом от русской печи к микроволновой и отмечают еще один большой плюс: полный отказ от чугуна в электросталеплавильной печи позволяет существенно сократить вредные выбросы в атмосферу.

Литейно-прокатный комплекс ВМЗ. Склад готовой продукции

© Сергей Фадеичев/ТАСС

Условия работы тоже будут новые: ни перепадов температуры, ни физически тяжелого труда. А вот квалификация должна быть выше, чем раньше.

«Если раньше сталевар на мартеновской печи большую часть времени находился возле печи, то сейчас он выполняет в основном функцию оператора и вводит корректировки в случае необходимости, а процесс выплавки ведется в автоматическом режиме. Сейчас в процессе обучения большое внимание уделяется информационным технологиям. Большая часть сотрудников, которые сейчас работают в нашем литейно-прокатном комплексе, имеют высшее образование», — добавляет Дмитрий Моров.

Перед закрытием мартеновского цеха около 300 сотрудников уже прошли переподготовку, обучение и готовы сразу перейти работать в новые цеха на современном оборудовании.

Подручный сталевара с пробой металла

© Сергей Фадеичев/ТАСС

«В черную металлургию России в период с 2000 по 2017 год инвестировано 2,2 трлн рублей, что позволило серьезно преобразить металлургическую отрасль: перейти на новый технологический уклад; снизить износ основных фондов в отрасли с 53,5% до 42%; улучшить условия труда работников, увеличить производительность труда в 2,6 раза; увеличить отчисления налогов в бюджеты всех уровней в пять раз», — добавляет Алексей Сентюрин.

Последние мартеновские печи

В России остаются единицы работающих мартеновских печей: на заводе «Петросталь» в Ленинградской области, на Магнитогорском металлургическом комбинате и Гурьевском металлургическом заводе.

«Последний мартен в Европе был закрыт примерно в 1995 году. Это был мартен бывшей ГДР, и он именно закрылся, то есть не был демонтирован, он превращен в памятник техники и занесен ЮНЕСКО в перечень объектов индустриального наследия мирового значения.

То есть на Западе к индустриальным объектам черной металлургии — доменным, пудлинговым и тигельным печам, конвертерам, мартенам и прокатным станам отношение очень уважительное.

Они служат центрами модного архитектурного направления — джентрификации, являются главными компонентами индустриальных заповедников и технопарков», — отмечает Павел Черноусов.

Мастер участка выплавки стали на фоне мартеновской печи №7

© Сергей Фадеичев/ТАСС

Удастся ли сохранить последнюю мартеновскую печь в России в виде объекта индустриального наследия, пока неизвестно. «Конечно, хотелось бы, потому что агрегат этого достоин», — добавил Черноусов.

Полина Буянова

Источник: https://tass.ru/v-strane/5045958