Устройство мартеновской печи

Мартеновский процесс выплавки стали

Начало существования мартеновского процесса относится к 1864 году, его автор Пьер Мартен.

Мартеновский процесс осуществляется на поду пламенной отражательной печи, оснащенной регенеративными насадками. В печь загружают шихту (чугун, лом и другие компоненты), которая под воздействием факела сжигаемого топлива нагревается и постепенно плавится.

После расплавления в ванну вводят различные добавки с тем, чтобы получить металл необходимого состава и температуры и затем готовый металл выпускают в разливочный ковш.

Благодаря возможности иметь в шихте мартеновской плавки дешевый лом, себестоимость мартеновской стали была ниже, чем в конвертерных процессах и даже в электросталеплавильных печах. Такое положение сохранялось до середины XX столетия, когда появился кислородно-конвертерный процесс и стали применять кислород для интенсификации электроплавки стали, а широкое применение методов внепечной (ковшевой) металлургии обеспечило высокое качество металла, выплавляемого и в конвертерных и электросталеплавильных цехах.

В СССР мартеновский процесс был доминирующим, поэтому в России сохранился указанный способ выплавки стали, хотя доля его постоянно сокращается.

Устройство мартеновской печи

Схема мартеновской печи представлена на рис. 8.1‑1 в положении подачи топлива и воздуха с правой стороны и отводов продуктов сгорания через левую головку и регенератор.

Проходя через предварительно нагретую насадку правого регенератора, воздух нагревается до 1100…1200^оС и через головку вводится в рабочее пространство и одновременно через эту же головку в печь подается топливо (газ, мазут). В результате сгорания топлива образуется факел с температурой 1900…2000^оС, интенсивно отдающий (преимущественно излучением) тепло ванне и внутренней поверхности ограждения рабочего пространства.

Высоконагретые продукты сгорания уходят через левую головку в насадку левого регенератора, отдавая ей свое тепло, а затем через систему дымовых каналов и трубу выбрасываются в атмосферу. Через определенный промежуток времени осуществляется автоматическое реверсирование пламени, чтобы поддержать максимальный КПД регенерации тепла и избежать перегрева насадок регенераторов. По конструкции мартеновские печи бывают стационарные и качающиеся, наибольшее распространение получили стационарные печи. По составу футеровки пода их разделяют на основные и кислые.

Рабочее пространство мартеновской печи ограждено сводом, подом и стенками. Окна для загрузки шихты и заливки чугуна расположены в передней стенке. Материал для футеровки выбирают в зависимости от типа процесса и используют либо динас или магнезитохромит.

Торцы рабочего пространства ограничены головками, предназначенными для формирования жесткого, настильного факела, обеспечивающего наибольшую полноту сгорания топлива. При работе на высококаларийном топливе, надобность в подогреве его отпадает, конструкция головок (одноканальная) упрощается, и печь оснащается только одним регенератором с каждой стороны для подогрева воздуха. При такой схеме работы регенераторов – один охлаждается, а другой – нагревается до перекидки факела.

Важным элементом мартеновской печи является подина, на которой осуществляют нагрев, расплавление и рафинирование металла. Выбор футеровки печи определяется характеристикой шлаков. В зависимости от типа шлака подину выполняют или из основных или из кислых футеровочных материалов. Устройство подов мартеновской печи представлено на рис. 8.1‑2.

Своды мартеновских печей можно изготавливать как из кислых, так и из основных огнеупоров. В практике чаще всего используют магнезитохромитовый кирпич, который обладает высокой термостойкостью и выдерживает до 1000 плавок. Конструкция свода распорно − подвесная.

Мартеновская печь – агрегат реверсивного действия, в котором направление движения газов в системе печи периодически меняется. Для этого в дымоходах и воздухопроводах устанавливают систему шиберов, клапанов, задвижек, объединенных общим названием «перекидные клапаны». Операция «перекидки клапанов» осуществляется в автоматическом режиме.

У каждой мартеновской печи есть своя дымовая труба. Высоту трубы рассчитывают таким образом, чтобы создаваемая ее тяга (разрежение) была достаточной для преодоления сопротивления движения дымовых газов на всем пути. Высота трубы достигает 100 м.

Многие элементы печей охлаждают с помощью воды. Современные большегрузные печи потребляют более 400 м³ воды в один час. С охлаждающей водой теряется от 15 до 25 % общего количества тепла, вводимого в печь. Для уменьшения расхода воды на охлаждение используют испарительное охлаждение, в котором химочищенную воду нагревают до 100 ^оС и более. Таким образом, сокращается расход воды на охлаждение печи и попутно можно получать до 10 т пара в час для технологических и энергетических целей.

Топливом для мартеновских печей служит высококалорийный природный газ, при сжигании образующий малосветящийся факел. Для обеспечения светящегося факела одновременно с газом подают мазут (до 30 %) от тепловой нагрузки. Применение мазута обеспечивает также настильность (жесткость) факела, обладающего высокой излучательной способностью при температуре 1800–1900 ^оС.

Отходящие газы могут захватывать из рабочего пространства капли шлака и пыли, для улавливания которых печь оснащается с каждой стороны шлаковиками. Крупные частицы пыли осаждаются в шлаковике, а более мелкая пыль уносится в регенератор. Насадки регенераторов забиваются пылью и их периодически продувают сжатым воздухом или промывают водой под давлением. К концу кампании насадки регенераторов оказываются сильно занесенными пылью и зашлакованными. Для повышения срока службы регенераторов верхние ряды насадок выкладывают из более термостойкого магнезитохромитового или форстеритового кирпича, а нижние ряды выполняют из шамотного огнеупора.

Отходящие газы, проходя через насадку регенератора отдают ей свое тепло (температура газов на входе в насадку составляет 1500–1600 ^оС) и из поднасадочного пространства уходят с температурой ~ 800 ^оС, направляются к котлу-утилизатору, где дополнительно охлаждаются, проходят через газоочистку и далее уходят к дымовой трубе.