4.3.3 Производство стали в мартеновских печах более 100 лет было главным способом получения этого металла в мире. Основным достоинством этого способа является его универсальность – можно получать любые марки стали при использовании любых типов чугунов при любом соотношении жидкого чугуна и скрапа. Устройство мартеновской печи показано на рисунке 4.4. Рабочее пространство печи отгорожено от окружающей среды передней и задней стенками (на рисунке не показаны), сверху – сводом, снизу – подом. Для ускорения передачи кислорода и тепла металлу печь имеет большую поверхность – до 100 м2, а глубина металла составляет около 1 м. С обоих торцов печи установлены головки, через одну из которых подают в печь топливо и воздух, а через другую удаляют продукты горения. Футеровка печи выполняется, как правило, из
51
магнезитового и хромомагнезитового кирпича.
1 – расплавленный металл; 2 - головка; 3 – рабочие окна; 4 – огнеупорная футеровка; 5 – летка; 6 – шлаковый ковш; 7 – шлаковики; 8 – регенераторы; 9 – кислородные фурмы; 10 – горелка (форсунка); 11 – сталеразливочный ковш.
Рисунок 4.4 – Схема мартеновской печи
Загрузка печи шихтой и чугуном осуществляется через рабочие окна в передней стенке печи завалочными машинами, и через эти же окна производят промежуточное скачивание шлака. Готовую сталь выпускают через летку, находящуюся в середине печи на стыке задней стенки и пода. Важным элементом печи являются рекуператоры, в которых подаваемый в печь воздух нагревается за счет тепла отходящих газов. Обогрев печи производится следующим образом. Воздух, подаваемый вентилятором, проходит через разогретые насадки рекуператора, расположенного справа, и с температурой около 1200 С поступает в печь и обеспечивает горение газа при температуре факела 1900-2000 С. Отдав часть тепла, газы выходят через левый рекуператор, нагревая его насадки. Через 10-15 мин., когда температура воздуха, выходящего из правого рекуператора, понизится до предельного значения,
52
происходит «перекидка клапанов». В результате направление потока газа меняется – воздух нагревается в левом рекуператоре, а дымовые газы уходят через правую головку. Интенсивность работы печей оценивают показателем «съем стали с 1 м2 пода в сутки», и у лучших отечественных цехов он составляет около 10-13 т/(м2 сут.). Несмотря на хорошо отработанную технологию плавки, мартеновский процесс из-за присущих ему недостатков (большой продолжительности плавки – 6-10 ч, высоких капитальных затрат и пр.) вытесняется кислородно-конвертерным процессом. 4.3.4 Производство стали в электрических печах наиболее экономично при переработке стального лома. Электрометаллургия хорошо вписывается в перспективный способ бездоменного производства железа – путем переплавки в электрических печах железной губки. В наиболее развитых странах до 40 % стали получают в электрических печах. Наиболее распространенными для получения сталей являются трехфазные, трехэлектродные печи с непроводящей подиной емкостью от 0,5 до 200 т., схема которой представлена на рисунке 4.5.
1 – корпус печи; 2 – съемный свод; 3 – люлька; 4 – механизм наклона печи; 5 – электроды; 6 – электрододержатели; 7 – песчаный затвор; 8 – загрузочное окно; 9 – сливной желоб; 10 – огнеупорный порошок; 11 – футеровка; 12 – теплоизоляция
Рисунок 4.5 – Схема трехфазной сталеплавильной электрической печи
53
Мощная 200-тонная печь имеет диаметр и высоту плавильного пространства 7 и 6 м соответственно, диаметр электродов составляет 610 мм, а мощность трансформатора 125 МВА. Печь может поворачиваться вокруг своей оси на 40 . Выплавка стали в электрических печах производится по двум вариантам: - с полным окислением и применением свежей шихты; - переплавом легированных отходов без окисления, или с частичным окислением. Технология по первому варианту во многом аналогична мартеновскому процессу. Шихта загружается сверху при отведенном в сторону своде. После установки свода включают печь на полную мощность, медленно опуская при этом электроды, которые проплавляют в шихте колодцы на 30-40 % больше диаметра электродов. Для ускорения плавки печь медленно поворачивают в одну и другую сторону. По мере плавления шихты уровень жидкого металла поднимается, и синхронно с ним поднимаются электроды, сохраняя необходимую длину дуги. После расплавления шихты печь наклоняют в сторону загрузочного окна и скачивают большую часть шлака, содержащего повышенное количество фосфора. В последующий окислительный период продолжается выгорание С, Р, Mn, Si, а температура в печи составляет 1600-1640 С. Продолжительность окислительного периода составляет 40-90 мин., и он завершается скачиванием шлака. Задачей второго, восстановительного периода является раскисление стали и окончательная корректировка химического состава стали. Общая продолжительность плавки составляет 4-6 часов. Выплавку стали методом переплава металлических отходов применяют обычно для получения легированных сталей. Поскольку в этой технологии практически нет окислительного периода (или он очень короток), продолжительность плавки резко сокращается, а производительность печи возрастает. Ориентировочные затраты электроэнергии составляют 400-700 кВт ч/т., а расход электродов – 5-9 кг/т. Для выплавки высококачественных сталей применяют индукционные печи, которые позволяют получить безуглеродистые стали, так как в печи нет угольных электродов. Их небольшие габариты позволяют создать условия для проведения плавки под разряжением. Обычно емкость индукционных печей невелика и не превышает нескольких тонн.
54
Для повышения качества полученной стали применяются различные методы ее обработки – продувка инертными газами, газопорошковыми струями, обработка металла вакуумом и синтетическим шлаками.
