29.3.2. Мартенівські печі.

Оскільки в конвертері Г. Бассемера температура розплавленого чавуну низька (1200-1300°С), переробляти скрап не можна. Його температура плавлення набагато вища. Тому 8 квітня 1864 р. французькі металурги Е. Мартен і П. Мартен (батько і син) запропонували новий агрегат, який на честь винахідників назвали мартенівською піччю.

Мартенівські печі мають різну конструкцію. Вони є однованними, двованними, стаціонарними, рухомими тощо.

1. Однованна мартенівська піч. На рис. 41 подано схему однованної мартенівської печі, яка складається з ванни 1, в якій вариться сталь, і регенераторів 5 для нагрівання повітря та палива. Ванну викладено з динасової або магнезитової чи доломітової вогнетривкої цегли. У ванні є вікна 4, через які завантажують шихту, беруть проби металу та шлаку на аналіз і слідкують за процесом варіння сталі. Ванна разом із склепінням 2 утворюють плавильний простір 3. Готову сталь випускають через отвори - «льотки», розташовані внизу ванни. Отвори для випуску шлаку розташовані вище. Вікна закривають заслінками, а отвори щільно забивають вогнетривкою глиною. Перед випусканням сталі та шлаку спечені вогнетриви з отворів вибивають.

Складовою частиною мартенівських печей є регенератори 5 - це камери, викладені вогнетривкою цеглою. Регенератори призначені для нагромадження теплоти пічних газів із подальшим її використанням для підігрівання повітря та газового палива. Регенеративний спосіб підігрівання повітря та палива винайшли англійці - брати Сіменси.

Мартенівська піч може мати один або два регенератори. Це залежить від виду палива. Печі, які працюють на рідинному або висококалорійному газовому паливі, мають один регенератор для нагрівання повітря, що спрощує конструкцію й експлуатацію печі та відповідно зменшує собівартість сталі.

На відміну від конвертерів мартенівські печі - це агрегати безперервної дії. їх зупиняють лише на капітальний ремонт через 200-1000 разів варіння сталі залежно від довговічності склепіння печі. Склепіння, викладене динасовою цеглою, витримує 200-350 разів варіння сталі, а хромомагнезитовою - 300-1000.

Об'єм ванн сучасних печей становить 200-900 т. У малих печах можна зварити сталь за 3-4 год. Час варіння сталі у великих печах досягає 18 год.

Удосконалюють мартенівський спосіб варіння сталі двома шляхами: заміною нерухомих (стаціонарних) печей на рухомі та побудовою двованних печей.

У рухомих печах ванна нахиляється за допомогою гідравлічного або механічного приводу, що полегшує її завантаження шихтою та виливання отриманих сталі та шлаку. Проте конструкція таких печей складна, тому їх використовують рідко.

Двованні печі запропоновані в 1965 р. Для раціонального використання теплоти пічних газів.

Технологія варіння сталі в мартенівській печі. Основними складовими шихти є чавун (твердий і розплавлений) і скрап. Залежно від співвідношення цих складових процеси варіння сталі поділяються на скрап-процес, скрап-рудний процес тощо. У ході скрап-процесу до ванни завантажують 55-75% скрапу, 25-45% твердого чавуну; у ході скрап-рудного процесу завантажують розплавлений чавун (55-75%), додають руду (12-20%) і скрап. Найчастіше застосовують скрап-рудний процес. Сталь варять у ваннах, викладених магнезитовою або доломітовою цеглою.

Технологічний процес варіння сталі в мартенівській печі з використанням скрап-рудного процесу складається з таких операцій: заправлення череня вогнетривами, завантаження та прогрівання твердих складових шихти, заливання розплавленого чавуну, розплавлений шихти, кипіння розплаву, розкислення та випускання готової сталі.

Завантажують шихту за допомогою спеціальних машин. Спочатку завантажують частину скрапу, потім сиплять до нього вапняк і залізну руду. Після прогрівання додають решту скрапу та нагрівають до температури плавлення чавуну.

Заливають розплавлений чавун з ковша по спеціально встановленому жолобу.

Кипіння розплаву - це важливий момент варіння сталі. Із розплаву виділяється СО у вигляді бульбашок. При цьому розплав перемішується, вирівнюється його температура та хімічний склад. Після досягнення в розплаві потрібного вмісту вуглецю приступають до останньої операції технологічного процесу варіння сталі - розкислення. Для цього до розплаву додають визначену (розраховану) кількість феросплавів, унаслідок взаємодії їх із киснем зменшується вміст оксиду заліза в розплаві. Після розкислення беруть контрольну пробу розплавленої сталі та шлаку на аналіз, відкривають льотку і по жолобу випускають сталь у ківш.

2. Двованна піч. Принцип роботи двованної печі (рис. 42) такий: коли в правій ванні / шихта 2 нагрівається та плавиться, що потребує найбільшої витрати теплоти, то в лівій розплав 5 через фурми 4 продувають киснем.

Д ля плавлення шихти використовують газове паливо, яке подають до газових пальників 3 Під час взаємодії кисню з вуглецем, який міститься в розплаві, утворюється СО, який спрямовують до правої ванни, де він догоряє над шихтою, що сприяє її швидкому нагріванню. Після закінчення варіння сталь з лівої ванни виливають, ванну завантажують твердою шихтою, а до правої ванни тим часом заливають чавун, який починають продувати киснем. Змінюють напрям руху пічних газів, спрямовуючи їх на шихту в лівій ванні. І так почергово.

Двованні печі порівняно з однованними мають такі переваги: простота конструкції, зменшення витрат палива в 4-6 разів; у 2 рази більша продуктивність. Відповідно собівартість сталі буде меншою.

Основні показники роботи мартенівських печей. До основних техніко-економічних показників, які характеризують роботу мартенівських печей, належать продуктивність, витрати шихти та палива на 1 т готової сталі тощо.

Продуктивність печі визначають кількістю сталі, отриманої за добу, що припадає на 1 м² череня печі. У середньому цей показник становить 8-12 т/м². У ході інтенсифікації процесу сталеваріння продуктивність печі збільшується до 20-30 т/м².

Витрати шихти на 1 т готової сталі становлять 1050-1200 кг.

Вихід придатного металу (сталі) - 91-95%.

Витрати умовного палива на 1 т сталі становлять 10-20% кількості отриманої сталі.

Кількість сталі, що припадає на одного робітника, у великих мартенівських печах, коли сталь варять скрап-рудним процесом, становить 2000-3000 т на рік.

Собівартість 1 т мартенівської сталі залежить від вартості шихти та інших затрат.

У мартенівських печах варять якісні вуглецеві (конструкційні, інструментальні) та леговані сталі.