Основной мартеновский процесс

Особенности основного мартеновского процесса заключаются в том, что он позволяет получать сталь с низким содержанием вредных примесей (фосфора, серы) из рядовых шихтовых материалов с высокой долей чугуна, а также перерабатывать фосфористый чугун.

Кремний окисляется и переходит в шлак почти полностью в период плавления под действием окислительной атмосферы, а также кислорода, вводимого с железной рудой. Марганец окисляется не полностью, часть его при повышении температуры может возвращаться в металл из шлака в результате восстановления железом, углеродом, кремнием. Фосфор окисляется практически одновременно с кремнием и марганцем, когда температура металла еще не высока. Железисто-известковый шлак создают присадками железной руды или агломерата и известняка. При переработке обычного чугуна для понижения содержания фосфора в металле до <0,015 % достаточно провести однократное скачивание шлака. Однако, если в мартеновской печи перерабатывают фосфористый чугун, то скачивание шлака производят многократно. В этом случае лучше применять качающуюся мартеновскую печь, рабочее пространство которой может наклоняться не только в сторону выпускного отверстия на угол до 35°, но и в сторону рабочих окон на 20-25 °. При наклоне печи в сторону передней стенки (головки при этом остаются неподвижными) можно провести скачивание шлака без особых затруднений. При переработке фосфористого чугуна получается мартеновский шлак, содержащий до 16 % P₂О₅ и применяемый в качестве удобрения.

Вследствие высокой окисленности шлака, удаление серы менее эффективно, чем фосфора. Однако достижение <0,04 % S в металле из обычной шихты возможно без особых затруднений. Более низкие концентрации серы в металле получить довольно трудно. Для получения стали с содержанием серы <0,02 % проводят обработку металла внепечными методами в ковше (синтетическим шлаком, специальными десульфураторами и т. п.).

Окисление углерода сопровождается выделением пузырей СО и кипением мартеновской ванны. Этот процесс играет очень важную роль, так как выравнивание состава и температуры металла в мартеновской печи осуществляется исключительно в результате кипения ванны. При кипении происходит дегазация металла, ускоряется всплывание и поглощение шлаком неметаллических включений, увеличивается поверхность раздела между шлаком и металлом, что способствует ускорению процессов удаления вредных примесей (серы, фосфора). При составлении шихты для плавки стремятся предусмотреть, чтобы в ванне к моменту расплавления содержание углерода было на ~0,6 % выше, чем требуется в готовой стали. Весь избыточный углерод, окисляясь в период доводки, вызывает кипение ванны, без которого получение кондиционного металла мартеновским процессом невозможно. Зарождение пузырей монооксида углерода возможно на шероховатом поду, где есть готовые поры, на границах раздела металл-неметаллическое включение.

При скрап-процессе общее количество шлака после расплавления ванны составляет 8-10 % от массы металла, шлак обычно не скачивают, так как расход чугуна небольшой и удаление вредных примесей, содержащихся преимущественно в чугуне, как правило, не вызывает затруднений. При скрап-рудном процессе общее количество шлака, образующееся за период плавления шихты, составляет ~20 % от массы металла, больше половины которого через порог среднего завалочного окна самопроизвольно стекает в шлаковые чаши.