Кислый мартеновский процесс
В кислых печах из шихт, не содержащих серы и фосфора, получают качественную и высококачественную сталь. После расплавления шлак содержит 45—48% SiО2 и 50—54% (FeO+ +МnО). Затем содержание кремнезема в нем увеличивается до 55—60% за счет растворения футеровки, а доля FeO и МnО уменьшается в результате восстановления этих окислов. Активность FeO в кислых шлаках значительно ниже, чем в основных, и окислительное действие ее слабее. Окисление примесей и углерода протекает менее интенсивно, кипение усиливают небольшими, но частыми присадками руды.
Главная технологическая особенность процесса состоит в, том, что в период кипения кремнезем из шлака и часто из футеровки восстанавливается углеродом, марганцем и железом, концентрация кремния и марганца в металле достигает 0,35 и 0,60% соответственно без добавления ферросплавов. Сталь, полученная кремневосстановительным процессом, раскисляется при малом расходе раскислителей, благодаря чему в ней меньше неметаллических включений.
Кислый шлак хорошо предохраняет жидкий металл от поглощения азота и водорода, поэтому механические свойства кислой стали выше, чем основной, но она дороже ее в 1,5—2,0 раза и применяется только для ответственных изделий.
Автоматизация мартеновских печей
Автоматизацией теплового режима мартеновских печей регулируют сжигание топлива, давление печных газов и тепловую нагрузку печи по заданной программе. Автоматизация увеличивает производительность, уменьшает расход топлива, увеличивает стойкость огнеупоров. В настоящее время все мартеновские печи регулируются автоматически. Автоматическая перекидка клапанов осуществляется при помощи контактного гальванометра по разности температур верха и низа насадок воздушных регенераторов.
Технико-экономические показатели
Производительность мартеновских печей оценивается съемом стали в тоннах с 1 м2 площади пода за 24 ч. Этот показатель постоянно улучшается: в СНГ за 1945—1946 гг. он составлял 3,75—3,85 т/м2, а теперь достигает 13 т/м2. По съему стали с1м2 пода и по годовой производительности отечественные мартеновские печи занимают первое место в мире. Производительность 250-т мартеновской печи составляет более 250 тыс. т в год. Чем больше емкость печи, тем выше технико-экономические показатели ее работы.
Себестоимость простой мартеновской углеродистой стали составляет 25—50 руб/т. Основную долю себестоимости мартеновской стали составляет стоимость шихты; технологическое топливо составляет 5—18% от себестоимости углеродистых слитков; расход условного топлива равен в пределах 144—378 кг/т. Емкость мартеновских печей в настоящее время достигла 1000— 1200 т.
Кипящая сталь
Кипящую сталь получают без раскисления в печи. Сталь раскисляется за счет самораскисления в изложнице растворенным в металле углеродом по реакции
[FeO] + [C] = [Fe] + СОгаз; ΔH298 = — 35,63 кДж.
С охлаждением металла у стенок изложницы происходит кристаллизация вначале более чистого металла. В результате этого расплав обогащается углеродом и кислородом. Это обстоятельство, а также понижение температуры вызывают развитие реакции в сторону раскисления. На границах твердой и жидкой фаз возникают пузырьки окиси углерода, выделяющейся из металла. Это создает впечатление кипения металла в изложнице, в связи с чем он и получил название кипящая сталь.
В результате образования и выделения газовых пузырьков сталь очищается от растворенных газов. Пузырьки окиси углерода движутся от стенок к оси и вверх слитка, вынося и концентрируя загрязнения у оси и головы слитка. Слиток кипящей стали имеет небольшую усадочную раковину, но много пузырей. Эти пузыри завариваются при последующей горячей обработке давлением металла. Так как при высоком содержании углерода железо не сваривается, то сталь может быть кипящей при содержании в ней до 0,3% углерода.
Кипящая сталь дешевле, чем спокойная, так как для ее раскисления не расходуются дорогостоящие ферросплавы. Благодаря этому большая часть производимого металла (до 80%) является кипящей сталью. В связи с тем что кипящая сталь не раскисляется ферросплавами, она меньше, чем спокойная сталь, загрязнена неметаллическими включениями. Неметаллические включения особенно вредны в тонком листе, так как они могут оказаться на его поверхности и стать центрами коррозии, а при глубокой штамповке вызвать образование трещин и рванин. Поэтому большая часть стали для производства листа делается также кипящей.
Применение кислорода в мартеновской плавке
Интенсификация мартеновского процесса путем введений кислорода в зону горения топлива впервые была осуществлена по предложению К. Г. Трубина в 1926 г. В 1933 г. А. И. Мозговой предложил подавать кислород непосредственно в жидкую ванну для интенсификации окисления примесей. Современные печи работают при обогащении воздуха дутья кислородом до 24—25% и расходе технического кислорода 27—50 м3 на 1 т стали.
При обогащении дутья кислородом объем продуктов горения уменьшается по сравнению с обычным сжиганием за счет уменьшения доли азота. В свою очередь с уменьшением объема продуктов горения повышается температура факела. Повышение температуры улучшает теплопередачу и повышает коэффициент использования тепла. Обогащение дутья кислородом позволяет повысить тепловую нагрузку, сжигая больше топлива в единицу времени. Оно особенно целесообразно в теплоемкие периоды завалки, прогрева, плавления; эффективно оно и во время кипения. При введении кислорода в факел 900-т мартеновской печи в количестве 1100—3100 м3/ч при удельном расходе 34 м3/т производительность печи увеличилась на 58%, удельный расход топлива уменьшился на 45%.
Введение кислорода непосредственно в расплав ускоряет окисление примесей, может заменить железную руду и повысить производительность печи в результате уменьшения продолжительности плавки. Кислород подают водоохлаждаемыми фурмами через свод под давлением 700—1000 кН/м2, удельный расход его при доводке равен 5—8 м3/т.
Практика показала выгодность комбинированного применения кислорода — подачи его в факел до полного расплавления шихты, а затем — в ванну с прекращением подачи за 20 мин до выпуска.
Статья на тему Кислый мартеновский процесс