§ 7. Кислый мартеновский процесс

Кислый мартеновский процесс значительно меньше распростра­нен, чем основной. Это связано с тем, что при кислом процессе (вследствие ничтожно малой основности кислых шлаков) отсутству­ют условия для удаления серы и фосфора.

Особенности взаимодействия металла с кислой футеровкой по­дины печи и с кислым шлаком, газопроницаемость которого меньше, чем основного, а также использование чистых шихтовых материалов позволяет получать при кислом процессе сталь высокого качества.

Кислая сталь характеризуется чистотой по сере и фосфору, по неметаллическим включениям, хорошей раскислеиностью и низким содержанием газов. Ее механические свойства в продольном н No­перечном направлениях примерно одиваковы. Кислую сталь приме­няют для особо ответственных изделий — шариковых подшипввков, роторов турбин и т. п.

§ 8. Технико-экономические показатели мартеновского процесса

Техвико-эковомические показатели мартевовского процесса зави­сят от многих факторов и для развых заводов изменяются в широ­ких пределах. Освоввой характеристикой работы мартеновских печей является количество получаемой стали в тоннах, приходящееся ва 1 M2 площади пода в сутки. Характеристикой печей служит также ча­совая (т/ч) и годовая (т/год) производительность.

При работе без ивтевсификаторов производительность печей ха­рактеризуется следующими даввыми:

Вместимость печи, т 200 400 650 900

Годовая производи­тельность, тыс. т/год 175—200 260—300 360—400 • 430—490

При подаче кислорода в факел и продувке ваввы кислородом в периоды плавлевия и доводки производительность 650-т печей дости­гает >600 тыс. т/год и 900-т печей>800 тыс. т/год. Выход годного при скрап-процессе составляет 89—92 %, при скрап-рудвом процес­се 92—96 %. Себестоимость 1 т стали, которая характеризует рента­бельность работы цеха, определяется стоимостью материалов (60— 80 % от общей стоимости стали) и затратами по переделу (зарпла­та, топливо, электроэнергия, вода, пар, кислород, сжатый воздух, отчисления ва амортизацию и т. д.).

В цехах, работающих скрап-процессом, расходы по переделу выше, чем в цехах, работающих скрап-рудвым процессом.

Себестоимость 1 т мартевовскоЁ углеродистой стали в СССР со­ставляет 50—70 руб. Себестоимость легироваввой стали возрастает за счет расходов ва ферросплавы и легирующве добавкв. Расходы условвого топлива ва передовых предприятиях составляет 110— 130 кг/т. Важвейшим резервом умевыпевия себестоимости стали яв­ляется повышевие производительности труда, т. е. увеличение коли­чества выплавляемой стали в год, приходящейся ва одвого рабочего. Этот показатель может быть звачвтельво улучшен благодаря меха­низации трудоемких работ, автоматизации теплового и технологиче­ского режимов плавки. На передовых предприятиях уже достигнута производительность труда, когда ва одного рабочего в год прихо­дится более 4000 т стали. На таких предприятиях самая визкая се­бестоимость 1 т стали.

§ 9. Двухванные сталеплавильные печи

Несмотря на бурное развитие кислородно-конвертер­ного процесса, до сих пор мартеновское производство за­нимает ведущую роль в общем производстве стали в СССР. Такое положение заставляет специалистов изыс­кивать методы модернизации мартеновского процесса для улучшения технико-экономических показателей ра­боты.

Одновременно техническая мысль работает над со­зданием новых конструкций печей и технологических процессов, которые могли бы успешно заменить обычные мартеновские печи без коренной переделки существую­щих зданий мартеновских цехов. К таким предложе­ниям, получившим прак­тическую реализацию, от­носятся: 1) установка на месте старых мартенов­ских печей конвертеров с донной продувкой; 2) ре­конструкция работающих мартеновских печей на двухванные. Способ про­изводства стали в двух- ванных печах в условиях СССР получил призна­ние.

В 1959 г. в трех стра­нах, в том числе и СССР, предложили проекты двухванных печей.

В двухванной печи, помимо интенсивной продувки ванны кислородом, использован принцип утилизации тепла газов, отходящих из рабочего пространства печи, для нагрева шихты. Использование физического тепла отходящих газов и тепла, выделяющегося при окисле­нии СО до CO2, позволяет повысить долю металлическо­го лома в шихте до 40—45 %.

В СССР первая двухванная печь начала действовать в 1965 г. на Магнитогорском металлургическом комби­нате (MMK). В настоящее время в СССР работает бо­лее десятка двухванных печей на ММК, Череповецком, Запорожском, Криворожском и других металлургиче­ских комбинатах.

Двухванные печи представляют собой плавильные агрегаты с двумя ваннами, двумя головками, двумя вер­тикальными каналами, двумя шлаковиками и системой боровов и перекидных клапанов.

Рис. 72. Схема двухванной печи:

1 — газо-кислородные фурмы; 2 —кис­лородные фурмы; 3 — факед^ газокис­лородной фурмы; 4 — шлаковики; А — положение фурмы в период доводки; Б — положение фурмы в период подо­грева скрапа

Выплавка стали в двухванной печи осуществляется таким образом, что когда в одной ванне (рис. 72) ме­талл продувают кислородом, то в другую ванну в это время загружают скрап и сыпучие материалы. Выделя­ющийся при продувке ванны кислородом оксид углеро­да СО догорает над заваливаемой шихтой, в результа­те чего шихта быстро подогревается и плавится. Обе ванны имеют общий свод и в каждой имеются выпуск­ное отверстие для металла, отверстие для спуска шла­ка и загрузочные окна.

При работе на шихте с 65—68 % жидкого чугуна двухванные печи могут работать без расхода топлива. Если же по условиям производства в печь загружается меньшее количество чугуна, то необходимо отопление печи топливом. Топливо в двухванные печи подается с помощью топливно-кислородных горелок, установленных в своде и торцах печи. Горелки могут быть стационар­ными и подвижными. Для снижения температуры отхо­дящих газов в шлаковики впрыскивается вода, что при­водит к получению в шлаковиках рыхлого шлака, уда­ляемого легко, без взрывов и нарушения кладки. Это возможно благодаря отсутствию в двухванных печах регенераторов.

Технология плавки стали в двухванных печах прин­ципиально не отличается от технологии плавки в мар­теновских печах, работающих с интенсивной продувкой кислородом, хотя некоторые отличия имеются.

В момент окончания заливки чугуна при интенсив­ной продувке ванны кислородом технология плавки на­поминает начальный период плавки в кислородном кон­вертере. Этот период характеризуется наличием высоко­го содержания оксидов железа в шлаке (30—40 % и выше).

В период плавления и доводки температура в рабо­чем пространстве двухванной печи ниже, чем в мартенов­ской печи и конвертере. Это связано с большей величи­ной теплоотдающей поверхности двухванной печи.

Температура шлака в двухванной печи несколько ни­же, чем в мартеновской. Поэтому наведение активного жидкоподвижного высокоактивного шлака затруднено. Вводить большие порции извести по ходу плавки неже­лательно. Для наведения шлака необходимой консистен­ции и основности производят подъем одной или двух кислородных фурм. При этом (аналогично начальному периоду конвертерной плавки) начинает интенсивно окисляться железо и имеет место повышение темпера­туры шлака и его окисленности, что способствует быст­рому наведению жидкоподвижного и гомогенного шла­ка. Содержание SiO2 в шлаке ниже, чем в мартеновской печи, так как^железная руда в завалку не дается. Ос­новность шлака к моменту расплавления достигает двух и несколько возрастает во время доводки. Формирование активного жидкоподвижного шлака обеспечивает успеш­ное проведение десульфурации, а повышенная окислен – ность шлака позволяет получить низкие содержания фосфора.

Для получения стали с низким содержанием азота необходимо особое внимание уделять чистоте кислорода, используемого для продувки.

Как в кислородном конвертере с верхним дутьем, металл в двухванной печи к концу продувки переокис­лен. Для понижения содержания кислорода за 3—5 мин. до выпуска продувку ванны кислородом прекращают; из-за повышенной окисленности ванны раскислители вводят в ковш.

Преимуществами двухванных печей перед марте­новскими являются простота конструкции, низкие капи­тальные затраты на строительство, низкий расход огне­упоров, топлива и высокая производительность. В усло­виях СССР, где более 50 % стали выплавляется в мартенах, последнее обстоятельство особенно важно, по­скольку позволяет значительно увеличить производство стали в существующих мартеновских цехах. При хорошей организации работы производительность двухванной печи может достигать 1,5—1,8 млн. т стали в год; расход кис­лорода составляет 70—75 м3/т, огнеупоров 3—4 кг/т. Фактически двухванная печь как по существу процес­са, так и по технико-экономическим показателям при­ближается к конвертеру с верхней продувкой.

Вышеперечисленные преимущества и простота пере­делки мартеновских печей на двухванные определяют распространение печей такого типа.

К трудностям в организации нормальной работы двухванных печей относятся большой угар металла и ин­тенсивное пылевыделение; большой подсос холодного воздуха, осложняющий тепловую работу печи; слож­ность осмотра и заправки печи и ряд других.