1. Призначення і пристрій елементів печі [ правити | правити код ]
2. Робочий простір печі [ правити | правити код ]
3. Подина печі [ правити | правити код ]
4. Звід печі [ правити | правити код ]
5. Головки печі [ правити | правити код ]
6. шлаковики [ правити | правити код ]
7. Регенератори [ правити | правити код ]
8. Перекидні клапани [ правити | правити код ]
9. Тепловий і матеріальний баланс плавки [ правити | правити код ]
10. Російські заводи, які брали мартенівські печі [ правити | правити код ]

open wikipedia design.

Мартенівська піч (мартен) - плавильна піч для переробки передільного чавуну і брухту чорних металів в сталь потрібного хімічного складу і якості. Назва походить від прізвища французького інженера і металурга П'єра Еміля Мартена , Який створив першу піч такого зразка в 1864 році.

П'єр Мартен запропонував новий спосіб отримання литої сталі в регенеративних полум'яних печах. Використавши розроблений в 1856 році німецьким інженером К. В. Сіменсом принцип регенерації тепла продуктів горіння, Мартен застосував його для підігріву не тільки повітря, а й газу. Завдяки цьому вдалося отримати температуру, достатню для виплавки сталі. Перша плавка була здійснена Мартеном на одному з французьких заводів 8 квітня 1864 года. Мартенівський спосіб став широко застосовуватися в металургії в останній чверті XIX століття , А на початку XX століття в мартенівських печах виплавляли половину загального світового виробництва сталі [1] .

Поширенню мартенівського способу виплавки сталі в Європі сприяв високий попит на рейки і можливість додавання в шихту мартенівських печей до 30% сталевого і залізного брухту (В тому числі зношених рейок). Проблема підвищеного вмісту фосфору в європейських рейках первісної укладання вирішувалася додаванням в піч феромарганцю . Таким чином, мартенівська і бесемерівський сталь в 1860-х роках практично замінили тигельну у виробництві колісних бандажів , ресор , Осей і рейок [2] .

У Росії перша мартенівська піч була побудована С. І. Мальцевим в 1866-1867 роках на Івано-Сергіївському железоделательном заводі Мальцевского фабрично-заводського округу . 16 березня 1870 року було здійснено перші плавки 2,5-тонною печі на Сормовском заводі [3] . Засновник заводу - грецький купець, який прийняв російське підданство, Дмитро Єгорович Бенардакі привіз в 1870 році молодого інженера Олександра Ізноскова , Який побудував піч. У 1998 році мартенівські печі на Сормовском заводі перестали діяти. У червні 2005 року було укладено охоронне зобов'язання на будівлю цеху, де була встановлена ​​перша російська мартенівська піч, між заводом і міністерством культури Нижегородської області . У травні 2012 року був проведений демонтаж будівлі прокатного цеху в порушення вимог федерального закону «Про об'єкти культурної спадщини (пам'ятках історії та культури) народів РФ» [4] [5] .

У 1879 році Джон Юз запустив першу мартенівську піч на Юзівському заводі [6] .

Починаючи з другої половини XX століття частка мартенівської сталі в загальному обсязі виробництва знижується у всіх основних країнах-виробниках. При цьому відбувається заміщення сталлю, що виплавляється в кисневих конвертерах і електропечах. Так, наприклад, в період з 1960 по 2005 роки в СРСР (Росії) частка мартенівської сталі в загальному обсязі виробництва знизилася з 85 до 25%; в США - з 87 до нуля%; на Україні - з 53 до 45%; в Китаї - з 25 до нуля%; в Німеччині - з 47 до нуля%; в Японії - з 68 до нуля% [7] . Починаючи з 1970-х років нові мартенівські печі в світі більш не будуються [8] . Мартенівський процес практично витіснений набагато більш ефективним киснево-конвертерний спосіб (Близько 63% світового виробництва), а також електроплавку (Більше 30%). За результатами 2008 року на мартенівський спосіб виробництва припадає не більше 2,2% світової виплавки сталі [8] . Найбільшу питому вагу виплавки сталі мартенівським способом у світі за результатами 2008 року спостерігався [9] на Україна .

У 2018 році була закрита остання велика мартенівська піч в Росії [8] . Після цього даний спосіб виробництва сталі зберігся тільки на Україні і в Індії [ Джерело не вказано 64 дня ].

C 1999 року в мартенівському виробництві почалося використання безкисневого дуття малої інтенсивності. Технологія «прихованої» донної продувки грунтувалася на подачі нейтрального газу через дуттьові елементи, встановлені в кладці подини , І застосуванні для її набивання спеціальних вогнетривких порошків. За 6 років на цю технологію було переведено 32 мартенівські печі різної ємності - від 110 до 400 т, з них 26 - працюють скрап-процесом. Залежно від ємності печі в подине встановлювалися 3-5 дуттєвих елемента з витратою 30-100 л / хв на елемент. Ця технологія дозволила істотно знизити гарячі і холодні простої, в тому числі на ремонт пода; на 10-20% скоротити тривалість плавки; на 12-18% збільшити продуктивність печей в фактичний годину і виробництво сталі в цеху; знизити витрати умовного палива, заправних матеріалів і пічних вогнетривів; в 1,3-2 рази збільшилася стійкість зводу і тривалість кампанії в міжремонтний період [ Джерело не вказано 64 дня ].

Залежно від складу вогнетривких матеріалів подини печі мартенівський спосіб виплавки сталі може бути основним (в складі огнеупора переважають СаО і MgO ) І кислим (подина складається з SiO2 ). вибір футерування залежить від передбачуваного складу шлаку в процесі плавки .

Основний принцип дії - вдування розжареної суміші горючого газу і повітря в піч з низькою склепінчастою стелею, що відображає жар вниз, на розплав. Нагрівання повітря відбувається за допомогою продування його через попередньо нагрітий регенератор (Спеціальна камера, в якій вогнетривкою цеглою викладені канали). Нагрівання регенератора до потрібної температури здійснюється очищеними гарячими пічними газами. Відбувається попеременний процес: спочатку нагрів регенератора продувкою пічних газів, потім продування холодного повітря.

Мартенівський спосіб також залежить від складу шихти , Використовуваної при плавці. Розрізняють такі різновиди мартенівського способу виплавки сталі:

Періоди процесу отримання стали в мартенівської печі тривають від п'яти до восьми годин (при швидкісному сталеваріння - до 4,5-5,5 години) і складаються з етапів [10] :

1. Плавлення. Плавлення починається ще до закінчення завантаження печі. Плавлення намагаються проводити при максимальній температурі, щоб перешкоджати розчиненню в металі газів і не допустити зайвого окислення. У цей період інтенсивно окислюються кремній , марганець , залізо , фосфор , Утворюється велика кількість закису заліза F e O {\ displaystyle \ mathrm {FeO}} .
2. Окислення. відбувається окислення вуглецю за рахунок раніше утвореного F e O {\ displaystyle \ mathrm {FeO}} . Формула реакції: C + F e O = C O + F e - Q {\ displaystyle \ mathrm {C + FeO = CO + Fe-Q}} . Утворений чадний газ C O {\ displaystyle \ mathrm {CO}} призводить розплав в стан кипіння. Протягом 2-3 годин частка вуглецю в розплаві зменшується і стає нижче 2%.
3. Розкислення. Якщо до закінчення плавки в стали розчинена велика кількість F e O {\ displaystyle \ mathrm {FeO}} , Це надає стали крихкість в гарячому стані - красноломкость . Для видалення кисню сталь раскисляют ферросилицием , ферромарганцем або алюмінієм . Іноді для перевірки розпечений шматок стали піддають куванні - при поганій розкисленням утворюються тріщини.

При необхідності, після розкислення вводять легуючі елементи : ферротитан , ферохром , висококремниста феросиліцій , чистий нікель та інші.

Після закінчення плавки сталь випускають в ківш.

Для прискорення процесу і підвищення продуктивності на 15-25% використовують кисень. Його вводять при плавці двома способами:

• збагачуючи факел полум'я в період завалювання і розплавлення шихтових матеріалів;
• продуваючи через рідку ванну в період вигоряння вуглецю.

Призначення і пристрій елементів печі [ правити | правити код ]

Всі будова мартенівської печі ділиться на верхнє і нижнє. Верхнє будова розташована над майданчиком мартенівського цеху, яку споруджують для обслуговування печі на висоті 5-7 м над рівнем підлоги цеху. Верхня будова складається з власне робочого простору печі і головок відходять вниз вертикальними каналами. Нижня частина розташована під робочою площадкою і складається з шлаковиків , Регенеративних камер з насадками і кнурів з перекидними пристроями.

Робочий простір печі [ правити | правити код ]

Робочий простір мартенівської печі обмежена зверху склепінням, знизу - подом (або «подини»). У передній стінці видно отвори - завалочні вікна , Через які в робочий простір завантажують тверду шихту і заливають (за спеціальним приставному жолобу ) Рідкий чавун.

Зазвичай завалочні вікна закриті спеціальними Футеровані кришками з отворами - баньки, через які сталевар спостерігає за ходом плавки і станом печі.

З усіх елементів печі робочий простір знаходиться в найбільш важких умовах - в ньому йде плавка сталі. Під час завалювання твердої шихти вогнетривкі матеріали, з яких виготовлено робочий простір, піддаються різким тепловим і механічним ударам, під час плавки вони піддаються хімічній дії розплавлених металів і шлаку; в робочому просторі температура максимальна. Стійкістю елементів робочого простору печі визначають, як правило, стійкість всієї печі і, отже, терміни проміжних і капітальних ремонтів.

Подина печі [ правити | правити код ]

Подини є нижня частина робочого простору мартенівської печі. Над подом знаходиться розплавлений метал. Подина повинна витримувати масу металу і шлаку, удари при завантаженні шихти, вплив ерозійних процесів при взаємодії з розплавленими металом і шлаком, дія напруг, що виникають в вогнетривких матеріалах при частих і різких перепадах температур.

Верхній шар основний подини виготовляють зазвичай з магнезитового порошку (рідше доломітового ), Який набивають або наварюють на який є підставою магнезитовий цегла.

Задня і передня стінки мартенівської печі працюють (особливо в нижній частині) майже в тих же умовах, що і подина, так як вони також стикаються з рідким металом і шлаком. Задню і передню стінки кислому мартенівської печі викладають з динасового цегли , Основний мартенівської печі - з магнезитового. У магнезитової частини кладки передбачають температурні шви, які заповнюються картоном, фанерою, дерев'яними прокладками. При нагріванні прокладки вигорають, а розширюється цегла заповнює зазори.

Незважаючи на те, що матеріал пода, а також задній і передній стінок за своїми хімічними властивостями відповідає характеру шлаку (основного або кислого), шлак взаємодіє з вогнетривкої футеровкою. Ті місця ванни, які стикаються під час плавки з шлаком, виявляються після випуску плавки кілька пошкодженими (поїденими шлаком). Якщо не вжити спеціальних заходів, то через кілька плавок ступінь зносу може зрости настільки, що піч буде в аварійному стані. Щоб уникнути цього, після кожної плавки подину ремонтують (заправка печі): на поїдені місця кислої подини накидають пісок, а основний подини - магнезитовий або доломітовий порошок. Заправці піддають і торцеві частини подини, прилеглі до голівок печі; їх називають укосами. Заправку здійснюють за допомогою спеціальних заправних машин.

У 1958 році Геннадій Іванович Баришніков запропонував оригінальний спосіб наварки подин за допомогою звичайної окалини. В результаті час наварки подин скоротилося до 7 годин. Попутно було знайдено вирішення проблеми довговічності подин. Над цією проблемою безуспішно билися багато вчених зі світовим ім'ям, в тому числі і знаменитий радянський металург В. Е. Грум-Гржимайло , А впорався з нею випускник металургійного технікуму. Застосування дрібнодисперсного магнезитового порошку, розмеленого до стану пилу, замість звичайного порошку створювало подину високої міцності. При цьому час заправки подин (профілактичного ремонту після кожної плавки) скоротилася до однієї години.

Звід печі [ правити | правити код ]

Звід мартенівської печі практично не стикається зі шлаком, тому його можна виготовляти з кислих і основних вогнетривких матеріалів незалежно від типу процесу. Склепіння виготовляють з динасового або термостійкого магнезітохромітового цегли.

Головки печі [ правити | правити код ]

Робочий простір з торців закінчується головками. Правильний вибір конструкції головок має велике значення для хорошої роботи печей. Через головки в піч подають повітря і паливо. Від того, з якою швидкістю вводять в робочий простір повітря і паливо і наскільки добре струменя палива і повітря перемішуються, залежать форма і ряд інших характеристик факела, а від факела залежить і вся робота печі.

Головки повинні забезпечити:

1. хорошу настильность факела по всій довжині ванни (щоб максимум тепла передати ванні і мінімум - склепіння і стінок);
2. мінімальний опір при відведенні продуктів згорання з робочого простору;
3. хороше перемішування палива та повітря для повного спалювання палива в робочому просторі печі.

Щоб задовольнити першому і третьому вимогам, перетин вихідних отворів має бути малим (щоб швидкості введення повітря і палива були максимальними); для задоволення другої вимоги перетин, навпаки, повинно бути максимальним. Ця двояка роль головок (з одного боку, служити для введення в піч повітря і палива, а з іншого - відводити продукти згоряння) ставить дуже непросте завдання перед конструкторами при проектуванні печей.

шлаковики [ правити | правити код ]

Відходять з робочого простору печі димові гази проходять через головку і по вертикальних каналах потрапляють в шлаковики. У шлаковиках осідає 50-75% плавильної пилу, причому осідає велика пил, більш дрібні фракції в значній мірі несуться в трубу (10-25% пилу осідає в насадках регенераторів). На шляху руху димових газів плавильна пил, що міститься в них, реагує з матеріалами кладки. Ця обставина доводиться враховувати при виборі матеріалів для кладки вертикальних каналів і шлаковиків.

Майже весь пил являє собою основні оксиди (в тому числі 60-80% оксидів заліза). Якщо вертикальні канали та шлаковики футеровані динасові цеглою, то основні оксиди, з яких складається пил, енергійно взаємодіють з кислим матеріалом футеровки з утворенням легкоплавких силікатів заліза. Стійкість футеровки виявляється недостатньою, і, крім того, що осідає в шлаковиках пил утворює щільний моноліт, який під час ремонту дуже важко витягувати.

У зв'язку з цим для кладки вертикальних каналів і шлаковиків часто застосовують термостійкий магнезітохромітового цегла. У цьому випадку взаємодія футерування з плавильної пилом не впливає так сильно на матеріал футеровки, а осіла в шлаковиках пил являє собою більш пухку масу. Однак очищення шлаковиків від маси осіла в них пилу (шлаку) - операція також дуже трудомістка, для її здійснення використовують спеціальне обладнання.

У шлаковиках повинна вміщуватися вся плавильна пил, що вилітає з печі. У газах, що виходять з робочого простору мартенівської печі, міститься пилу 2-4,5 г / м³, в моменти продувки ванни киснем кількість пилу зростає майже в десять разів.

Регенератори [ правити | правити код ]

З шлаковиків гази з температурою 1500-1600 ° С потрапляють в насадки регенераторів. Обсяг насадки регенераторів і площа поверхні її нагрівання, тобто поверхні цегли насадки, що омивається рухомими газами, взаємопов'язані. Ці величини визначають спеціальним теплотехнічним розрахунком, від них залежать основні показники роботи печі - продуктивність і витрата палива. Регенератори повинні забезпечувати постійну високу температуру підігріву газу і повітря. У більш важких умовах працюють верхні ряди насадок, оскільки в цій частині регенератора температура і осадження пилу найбільш високі, тому верхні ряди насадок викладають з термостійкого магнезітохромітового або форстеритовие цегли. Нижні ряди насадок працюють при температурах 1000-1200 ° С (і менш), їх викладають з більш дешевого і міцного шамотного цегли.

Перекидні клапани [ правити | правити код ]

Мартенівська піч - агрегат реверсивного дії, в якому напрям руху газів по системі печі періодично змінюється. Для цього в лежаках, а також в газопроводах і повітропроводах встановлюють систему шиберів , Клапанів, дроселів , Засувок, що об'єднуються загальною назвою «перекидні клапани». Операція «перекидання клапанів» в сучасних мартенівських печах автоматизована.

З кнурів димові гази надходять в димову трубу . Висоту труби розраховують таким чином, щоб створювана нею тяга (розрідження) була достатньою для подолання опору руху димових газів на всьому шляху.

Димова труба - складне і дороге спорудження. Висота димових труб сучасних великих мартенівських печей перевищує 100 м. Димарі зазвичай викладають з червоної цегли з внутрішньої футеровкой з шамотної цегли.

Таким чином, в конструкціях сучасних мартенівських печей широко використовують такі вогнетривкі матеріали: магнезит, магнезітохроміт, форстерит, динас і шамот. Обсяг вогнетривкої кладки 500-тонної печі становить близько 3750 м³. Ряд елементів печі виготовляють з металу, деякі з них (рами і заслінки завалювальних вікон, балки, що підтримують звід робочого простору, перекидні клапани та ін.) Стикаються з гарячими газами і потребують безперервному охолодженні.

Витрата води на охолодження цих елементів печі дуже значний. Сучасні великі мартенівські печі вимагають для охолодження більше 400 м³ води в 1 ч. З охолоджуючої водою втрачається 15-25% загальної кількості тепла, що вводиться в піч. Витрата води залежить від її жорсткості. Допустима температура нагріву води тим вище, чим менше жорсткість води . Зазвичай допускається нагрів охолоджуючої води на 20-25 ° С, що рівнозначно тому, що 1 л води забирає 85-105 кДж.

Для зменшення витрати води водяне охолодження ряду елементів печі замінюють випарним. Якщо застосовувати не технічну, а хімічно очищену воду, то можна, не боячись випадання осаду ( накипу ), Нагрівати її до 100 ° С і вище. При цьому від охолоджуваного елементу відводиться не тільки тепло, що витрачається на нагрівання води до кипіння, але і прихована теплотапаротворення (2,26 МДж / кг), тобто 1 л води відводить від охолоджуваного елементу печі не 85-105 кДж, а 2,58-2,6 МДж. Таким чином, витрата води можна скоротити майже в 30 разів, крім того, на великих печах отримують при цьому певну кількість пара (до 10 т / год), який може бути використаний.

Існує також так зване «гаряче» охолодження печей. Система гарячого охолодження технологічно мало відрізняється від звичайного способу охолодження звичайної виробничої водою. Всі охолоджувальні елементи печі залишаються без зміни, але через них замість звичайної виробничої води з температурою 15-30 ° С пропускають хімічно очищену теплофікаційну воду з зворотному теплофикационной мережі з температурою 50-80 ° С, яка, пройшовши охолоджувані елементи печі і підігрівшись в них на 20-30 ° С, повертається назад в теплофікаційну мережу, де передає отримане тепло споживачеві.

Тепловий і матеріальний баланс плавки [ правити | правити код ]

Для двох типових складів [11] :

Матеріальний баланс 1

• Витрата: скрап - 66, чавун - 34, вапняк - 4, заправний матеріал - 3, руда - 2, феромарганець - 1
• Прихід: сталь рідка - 96, шлак кінцевий - 8, шлак після випуску - 5, СО від окислення вуглецю - 3, СО від розкладання вапна і вапняку - 2, волога - 1, корольки - 1

• Витрата: теплота згоряння палива - 61, тепло повітря в регенераторах - 29, екзотермічні реакції вигоряння домішок - 8
• Прихід: несеться з продуктами - 61, втрати в навколишнє середовище - 16, на нагрів стали - 15, на нагрів шлаку - 3

• Витрата: скрап - 34, чавун - 66, руда в завалку - 15, вапняк - 5, заправний матеріал (доломіт і магнезит) - 3, руда в період кипіння - 2, феромарганець - 1
• Прихід: сталь рідка - 103, шлак кінцевий - 8, шлак після випуску - 7, СО від окислення вуглецю - 6, СО від розкладання вапна і вапняку - 2, волога - 1, корольки - 1

• Витрата: теплота згоряння палива - 48, тепло повітря в регенераторах - 20, тепло газу в регенераторах - 11, екзотермічні реакції вигоряння домішок - 8
• Прихід: несеться з продуктами - 58, втрати в навколишнє середовище - 15, на нагрів стали - 20, на нагрів шлаку - 5, розкладання вапняку - 1

Російські заводи, які брали мартенівські печі [ правити | правити код ]

Інформація на серпень 2009 р [8]

1. ↑ Кудрін, 1989 , С. 284.
2. ↑ Карабасов і ін., 2014 , С. 164.
3. ↑ Кудрін, 1989 , С. 284-285.
4. ↑ Цех, де була встановлена ​​перша в Росії мартенівська піч, знесли (неопр.) (недоступна ПОСИЛАННЯ). Дата обігу 2 лютого 2013. Читальний зал 23 червня 2015 року.
5. ↑ Вести. Ru: У Нижньому Новгороді відзначають день народження мартенівських печей
6. ↑ Карабасов і ін., 2014 , С. 186.
7. ↑ ДЮДКІН, Кисленко, 2007 , С. 18-21.
8. ↑ 1 2 3 4 У Росії зупинили найбільшу мартенівську піч (неопр.). РБК. Дата звернення 23 березня 2018.
9. ↑ Чим українські металурги замінюють мартенівські печі (Рос.). energo.delo.ua. Дата звернення 23 березня 2018.
10. ↑ Остапенко Н. Н. технологія металів
11. ↑ Баланси мартенівської плавки
12. ↑ Історія Волгоградського металургійного заводу «Червоний Жовтень»
13. ↑ Мартенівську піч на Виксунськом металургійному заводі планується зупинити в I півріччі 2018 року (Рос.). НТА-Приволжжя (12.09.2017). Дата обігу 9 березня 2018.
14. ↑ Сергій Гнусков. сини Гефеста . На одному з найстаріших підприємств російської металургії зупинені мартенівські печі (рус.). nplus1.ru (27 березня 2018). Дата звернення 27 березня 2018.
15. ↑ Офіційний сайт ВАТ «Гурьевский металургійний завод»
16. ↑ Історія (неопр.). ПАТ «Іжсталь».

• Татарченко Дм. М. Металургія чавуну, заліза і сталі в загальнодоступному викладі, 3-е изд. - ГТТІ, 1932. - 492 с.
• World Steel in Figures 2009 (Англ.) // World Steel Association. - Brussels, Belgium, 2009. - P. 10.
• Тлумачний металургійний словник. Основні терміни / під ред. В. І. Куманина. - М .: Рус. яз., 1989. - 446 с. - ISBN 5-200-00797-6 .
• Технологія конструкційних матеріалів / під ред. д-ра техн. наук проф. А. М. Дальського. - М.: Машинобудування, 1985. - 448 с.
• ДЮДКІН Д. А., Кисиленко В. В. Сучасна технологія виробництва сталі. - М.: Теплотехнік, 2007. - 528 с. - 1000 екз. - ISBN 5-98457-052-1 .
• Кудрін В. А. Металургія стали. Підручник для вузів. - М.: Металургія, 1989. - 560 с. - 7450 екз. - ISBN 5-229-00234-4 .
• Карабасов Ю. С., Черноусов П. І., Коротченко Н. А., Голубєв О. В. Металургія та час: енциклопедія. Т. 6. Металургія та соціум. Взаємний вплив і розвиток. - М.: Изд. Будинок МИСиС, 2014. - 224 с. - 1000 екз. - ISBN 978-5-87623-536-7 .