§ 2. Сущность мартеновского процесса

«Мартеновский способ производства стали представ^ ляет собой передел чугуна или стального скрапа на под^" пламенной отражательной печи регенеративного типа в сталь заданного химического состава.

В отличие от конвертерного мартеновский процесс производства стали не может проводиться без подачи до­полнительного тепла извне. Нагрев и расплавление Mell талла в мартеновской печи осуществляются за счет тец-. ла, выделяющегося при сгорании топлива. Сталь полу­чается путем окислительной плавки в результате сложных физико-химических процессов при взаимхщеяс!.- вии газовой, жидкой (шлак, металл) и твердой (под пе­чи) фаз. Газовая фаза образуется в результате сгорания топлива в рабочем пространстве печи. Для обеспечения цолрого сгорайия топлива в печь подают воздух в коли- яестве, несколько большем теоретически необходимого. Избыток кислорода, CO2 и H2O в продуктах сгорания обусловливает окислительный характер атмосферы в ра­бочем пространстве печи, поэтому окисление железа и примесей металлической шихты начинается с момента завалки в печь при непосредственном взаимодействии газовой фазы с шихтой.

§ 3. Устройство мартеновской печи

На рис. 67 представлена современная мартеновская печь. Она состоит из следующих отдельных элементов: рабочего пространства, головок, вертикальных каналов,, "Шлаковиков, регенераторов, боровов с перекидными уст­ройствами, кот$а-утилизатора и дымовой трубы.

10*

147

! Рабочее пройрайство, головки печи и вертикальные каналы расположены выше рабочей площадки цеха и ус – "ловно называются верхним строением печи. Все осталь­ные элементы находятся под рабочей площадкой и назы – ваются"нижним строением. Топливо и^воздухдля горения поступают из регенератора через шдаковики и вер­тикальный канал в головку печи. Продукты сгорания от­водятся из рабочего пространства печи соответственно с протйвоположнЪй стороны. Шлаковики служат для улавливания плавильной пыли и шлаковых частиц, уно­симых продуктами сгорания из рабочего пространства печи. Изменение направления подачи топлива и воздуха, – т. е. изменение направления факела в рабочем простран­стве, осуществляется системой «перекидки» клапанов. Продукты сгорания поступают из шлаковиков в регене­ратор сверху при 1500—1600 0C и, проходя, через насад­ку, отдают ей значительную часть тепла. При последу­ющем прохождении через нагретую насадку холодного воздуха или газа продукты сгорания нагреваются до П00—1200°С. После регенератора дымовые газы имеют температуру 500—600 °С. Для дальнейшего использова­ния тепла отходящих газов их направляют в котел-утили­затор. Рабочее пространство печи ограничено сверху сво – •которые служат для загрузки твердой шихты, заливки жидкого чугуна (по специальному жёлобу), взятияпрйб и наблюдения за ходом плавки.

Для придания строительной прочнрсти конструкции лечи кладка крепится металлической арматурой. Узлы и детали мартеновской печи, работающие в условиях высо­ких температур, постоянно охлаждаются водой.

13 ¦ 7

Рис. 67. Современная мартеновская печь:

1 — головка; 2— вертикальный канал; 3— шлаковик; 4 — борова; 5 — насадка регенератора; 6 — сталевыпускное отверстие; 7— свод; 8 — подина; 9 — зава­лочные окна; 10 — рабочая площадка; 11 — передняя стенка; 12 — задняя стеика; 13—рабочее пространство: А — поперечный разрез рабочего простран­ства печи; Б — разрез головки печи

Дом, снизу-подиной. Все элементы рабочего пространства футерованы высокоогнеупорными материалами.

¦ Подина печи имеет наклон к задней стенке, в которой предусмотрено отверстие для выпуска готовой стал^г. ~ передней стенке имеются проемы — зквалочные окн{

Подина печи. В зависимости от характеристики шла*? ков мартеновский процесс может быть кислым и основ!1 ным (соответственно кислые и основные мартеновские печи). Материалом для футеровки подины кислой печй

Служит динасовый кирпич, на который набивают или наваривают верхний рабочий слой из кварцевого песка. Основанием подины основной мартеновской печи служит магнезитовый кирпич, на который набивают или навари­вают рабочий слой из магнезитового порошка.

Заднюю и переднюю стенки кислой мартеновской пе­чи выкладывают из динасового кирпича, основной печи— из магнезитового. С учетом устойчивости против размы­вания шлаком и лучшего удерживания заправочных ма­териалов заднюю стенку делают наклонной.

Свод печи. Материал для свода мартеновской печи может. быть как кислым, так и основным независимо от типа процесса. В настоящее время работают печи со сво­дом из динасового или магнезитохромитового кирпича. ¦Свод из динасового кирпича в процессе эксплуатации сварий^ется в монолит, что позволяет производить клад­ку в виде обычной распорно-арочной конструкции. Дина­совый кирпич обладает достаточной прочностью до 1700 0C и повышенным сопротивлением сжатию. Однако при нагреве до температуры >1700 0C динасовый кирпич сплавляется и разъедается плавильной пылью.

Применение магнезитохромитового свода позволяет повысить температуру в печи, а также увеличить произ­водительность печи и срок службы свода. Допустимая температура нагрева составляет 1750—1800°С. Стой­кость магнезитохромитового свода достигает 300—1000 плавок против 200—350 плавок у динасового свода. Од­нако при использовании магнезитохромитового свода, обладающего значительными объемными изменениями при колебаниях температуры, устройство обычного ароч­ного свода невозможно. Свод выполняют подвесным с креплениями и прокладками между кирпичами. Это ус­ложняет конструкцию и повышает ее стоимость. Тем не менее в СССР и за рубежом магнезитохромитовые своды получили широкое распространение. Экономически это ‘ оправдано.

В последнее время интенсивно ведутся работы по за­мене кладки элементов печи заранее подготовленными блоками и частичной или полной замене огнеупорной кладки водоохлаждаемыми конструкциями.

Головки печи должны обеспечить подачу требуемого количества топлива; хорошее перемешивание топлива с воздухом и полное его сжигание; хорошую настильность факела по всей длине ванны, чтобы передать максимум тепла ванне и минимум — стенам и своду; минимальное сопротивление при отводе продуктов сгорания из рабо­чего пространства.

В’соответствии с первыми тремя требованиями сече­ние выходных отверстий головок должно быть, неболь­шим (обеспечить максимальную скорость ввода в печь воздуха и топлива); для удовлетворения четвертого тре-

/ >

/

Il Il / L

P-

/ г

J Ц

Рис. 68. Разрез регенератора и шлаковика:

/ — шлаковики; 2 — свод; 3 — перевальная стенка; 4 — окно; S — регенератор

Рис. 69. Насадка регенератора

Бования, наоборот, сечение должно быть большим. Двой­ственная роль головок, обусловленная реверсивным дви­жением газов в печи, ставит трудную задачу при разра­ботке рациональной конструкции. Поэтому работы по улучшению конструкции головок ведутся до настоящего времени.

Шлаковика. Продукты сгорания вместе с плавильной пылью, состоящей из оксидов железа, частиц шлака, из­вести и руды, из рабочего пространства через головку и вертикальные каналы попадают в шлаковики. Основное назначение шлаковикор — предохранение насадок реге­нераторов от засорения плавильной пылью. Шлаковики (рис. 68) представляют собой камеры, вытянутые под го­ловками параллельно поперечной оси печи. Сечение шла – ковиков больше сечения вертикального канала. Поэтому ^ дымовые газы, попадая в шлаковик, резко теряют ~вок> скорость, одновременно изменяя направление движения. При этом большая часть плавильной пыли (~60%) оседает в шлаковиках. Шлаковики соединены с верти­кальными каналами при помощи окон в сводах и сооб­щаются с регенератором через окна, расположенные над перевальной стенкой, Шлаковики выкладывают из дина – сового кирпича (при динасовом своде) и из хромомагне- зитового кирпича (при магнезитохромитовом своде).

Операция очистки шлаковиков от осевшей пыли очень трудоемкая. На современных крупных печах предусмот – – рены приспособления для механизированной очистки шлаковиков.

Регенераторы. {4з шлаковиков отходящие газы с тем­пературой ~1600°С попадают в регенераторы, в кото­рых физическое тепло отходящих газов используется для подогрева направляемых в печь воздуха и газа. Регене – раторы^представляют собой прямоугольные камеры, за­полненные решеткой из огнеупорного кирпича, называе­мой насадкой. Объем насадки (рис. 69) регенератора и поверхности ее нагрева определяются специальным теп­лотехническим расчетом.

Для кладки верхних рядов насадок используются тер­мостойкий магнезитохромитовый или форстеритовый (2MgO-SiO2) кирпичи. Форстерит обладает высокой стойкостью против воздействия плавильной пыли. Ниж­ние слои насадок, которые работают в менее тяжелых условиях, чем верхние слои (более низкое содержание пыли и температура 1000—1200 0C), выкладывают из шамотного кирпича.

Борова. Из поднасадочного пространства отходящие газы попадают в борова. Борова служат для подвода газа и воздуха к регенераторам и отвода продуктов сго­рания от регенераторов к трубе или котлу-утилизатору. Их выкладывают из шамотного кирпича, снаружи обли­цованного обычным красным кирпичом.

Перекидные клапаны. Система перекидки клапанов (рис. 70) предназначена для изменения направления потоков газа и воздуха с одной стороны печи в другую. Для этого в боровах, газопроводах устанавливают пере­кидные и регулирующие устройства: газовые клапаны, воздушные клапаны, дымовые клапаны и воздушные задвйжки, переключение которых осуществляется специ­альными устройствами при помощи блоков. Операция перекидки клапанов в современных мартеновских печах автоматизирована.

Система охлаждения печей. Для увеличения стойко­сти кладки и защиты обслуживающего персонала от действия излучения в мартеновских печах предусмотре­ны системы водяного и испарительного охлаждения. Расход воды на охлаждение современных мартенов­ских печей составляет >400 м3/ч. Для уменьшения рас­хода воды водяное охлаждение некоторых элементбв пе­чи заменяют испарительным. Водяное охлаждение при­меняют только для рам рабочих окон и арматуры регу­лирующих клапанов.

Испарительное охлаждение используется в кессонах газовых пролетов головок и некоторых элементов клад-

Рис. 70. Схема перекидных устройств мартеновской печи;

I — воздушные клапаны; 2— воздушные задвижки; 3 — газо­вые клапаны; 4 — дымовые клапаны

Ки печи. Сущность испарительного охлаждения заклю­чается в использовании вместо технической химически очищенной воды, которую можно нагревать до IOO0C и выше без образования отложения солей и накипи. При этом резко сокращается потребность в охлаждающей воде (в 30—100 раз), отпадает необходимость строитель­ства охлаждающих сооружений (градирен и др.). При испарительном охлаждении от охлаждаемого элемента печи отводится как тепло, необходимое на нагревание воды до кипения, так и скрытая теплота парообразова – /

Ния. Дополнительный эффект получается благодаря улучшению условий теплопередачи (кипящая вода обла­дает более^высоким коэффициентом теплопередачи).