Возвращение тепла

Мартеновский способ производства стали до недавнего времени был основным. Сейчас его все чаще заменяют новыми, более совершенными, более эффективными процессами. Но все же на многих заводах еще очень долго будут работать мартеновские печи.

Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. В передней ее стенке находятся завалочные окна, через которые в печь загружают твердый чугун, металлический лом, заливают жидкий чугун, подают шлакообразующие материалы и различные добавки. В противоположной задней стене расположены выпускные отверстия для удаления готовой стали и шлака. Нижняя часть печи называется подиной. Она должна быть очень прочной и стойкой. Ведь на подину загружают чугун, лом, здесь же бурлит раскаленный металл. Потолку камеры - своду - тоже приходится нелегко: он раскаляется под воздействием факела сжигаемого в печи топлива и от тепла, отраженного от жидкого металла. Поэтому свод выкладывают из особенно огнеупорного материала - специального сводового кирпича. В каждой из торцовых стенок печи есть два канала: один для подачи топлива, второй - воздуха, необходимого для сжигания этого топлива.

Возвращение тепла

Отапливают печи мазутом или газом, в основном смесью двух газов - коксового (который получают в коксовых батареях) и доменного (колошниковый газ). И газ, и воздух перед подачей в мартеновскую печь нагревают в специальных камерах - регенераторах. Вот почему мартеновскую печь называют регенеративной. Назначение регенератора и каупера одинаково - оба они служат для нагрева топлива, но установлены различно.

Регенератор - это большая камера, выполненная из огнеупорного материала и заполненная ячейками из огнеупорного кирпича, образующими насадку. Если для нагрева насадки воздухонагревателя доменной печи сжигают топливо, то насадка регенератора нагревается теплом, выносимым из печи раскаленными продуктами сгорания топлива, т.е. в них происходит восстановление утраченного тепла - его регенерация (отсюда и название этих камер).

Постепенно насадка одной пары регенераторов, через которые пропускают холодные газ и воздух, остывает а насадка второй пары регенераторов, через которые из печи уходят продукты сгорания, нагревается. Когда она нагреется до определенной температуры, автоматически меняется направление движения газа и воздуха при помощи перекидных клапанов, установленных в каналах, подводящих газ и воздух в печь и отводящих продукты сгорания. Нагретые регенераторы начинают работать, а остывшие останавливаются на нагрев. Эту операцию называют перекидкой клапанов и осуществляют примерно через каждые 15-20 минут.

За одну плавку мартеновская печь может выдать до 900 тонн стали. Так же как и в других сталеплавильных агрегатах, в мартеновских печах, чтобы интенсифицировать окисление примесей чугуна и металлического лома, улучшить сжигание топлива, широко применяют кислород. В мартеновских печах плавка длится 7-8 часов, и наряду с углеродистой сталью в них выплавляют многие сорта специальных легированных сталей.

Химические реакции в мартеновской печи схожи с реакциями конверторной плавки, но протекают они значительно медленнее. Дело в том, что в мартеновской печи окисление проходит под действием печных газов на поверхности расплавленного металла (или так называемой металлической ванны), покрытого слоем шлака. Таким образом, в мартеновской печи одновременно взаимодействуют газ (атмосфера в печи), шлак и металл.

Топливо подается в печь с избытком воздуха. Поэтому атмосфера в печи всегда окислительная, и уже в процессе загрузки в нее чугуна и лома начинается поверхностное окисление примесей.

Постепенно загружаемые в печь материалы расплавляются, окисляются железо и другие примеси, образуются такие окислы, как FeO, SiO₂, MnO, Р₂O₅, СO₂. Из этих окислов (негазообразных) и загружаемых в печь шлакообразующих материалов - известняка, кварцита, плавикового шпата - формируется шлак.

Плавка в мартеновской печи делится на несколько периодов и каждый по-своему важен.

Первый - заправка печи, которую проводят сразу же после выпуска предыдущей плавки; это мелкий ремонт огнеупорной кладки, выполняемый при помощи заправочной машины, которую устанавливают перед завалочными окнами. Она забрасывает в печь огнеупорную массу на места повреждения кладки, т.е. как бы ставит "заплаты".

Второй период - завалка шихты; ее прогрев и заливка жидкого чугуна - третий период. Четвертый период - плавление, по окончании которого на подине печи располагается жидкий металл, покрытый слоем шлака; химические реакции в основном протекают на границе шлак - металл.

В пятом периоде, который называют кипением, в первую очередь окисляется углерод: С + 1/2 O₂ = СО. Роль этой реакции исключительно важна. Образующиеся в расплаве пузырьки окиси углерода через жидкий металл устремляются к его поверхности и увлекают за собой другие примеси, в частности газы, растворенные в металле. Металл клокочет, бурлит и при этом интенсивно перемешивается. Выравниваются его температура, химический состав.

Поверхность металлической ванны в этот период напоминает кипящую жидкость. Вот почему его и называют "кипом". Перед выпуском сталь раскисляют и доводят до заданного химического состава (вводят различные добавки). Поэтому шестой период называют доводкой.