Основной мартеновский процесс и его разновидности
Широкое распространение основного мартеновского процесса объясняется высокими технико-экономическими показателями: производительностью, расходом топлива, расходом огнеупоров и универсальностью процесса. В основной мартеновской печи можно переплавлять чугун и скрап любого состава и в любой пропорции и получать при этом качественную сталь любого состава.
Сырьевые материалы скрап-процесса.
При скрап-процессе выплавляют сталь из шихты, состоящей главным образом из чугуна и скрапа. Состав применяемой металлической шихты зависит от состава чугуна и скрапа и от расхода чугуна и скрапа на 1т стали. Мартеновская шихта, кроме железа, практически всегда содержит ещё то или иное количество углерода, кремния, марганца, серы, фосфора, меди, никеля и других примесей.
Кремний, марганец, фосфор и углерод характеризуются большим сродством к кислороду, чем железо, а значит эти примеси в условиях мартеновской плавки окисляются. Медь и никель характеризуются меньшим сродством к кислороду, чем железо, а следовательно не окисляются.
В основном процессе реакция окисления кремния не обратима, т.к. по мере растворения извести в шлаке происходит разложение образовавшихся ранее силикатов железа и образование силикатов кальция и активность (SiO2) становится ничтожно малой.
[Si]+{O2}=(SiO2)
[Si]+2(FeO)=(SiO2)+2[Fe]
(FeO)2*SiO2+2(CaO)=(CaO)2*SiO2+2(FeO)
Марганец, как и кремний, легко окисляется, взаимодействуя с кислородом атмосферы и с окислами железа в шлаке. В конце плавки, если температура ванны достаточно высока, марганец может восстанавливаться из шлака, поэтому его иногда называют пирометром мартеновского процесса.
Для сталей большинства марок фосфор является вредной примесью, поэтому его стремятся удалить как можно полнее.
2[P]+5(FeO)+4(CaO)=4(CaO)*P2O5+5[Fe]
Для успешного удаления фосфора необходимо: наличие железисто-известкового шлака, умеренные температуры, минимум фосфора в шлаке и минимальная активность его соединений в шлаке. Практически фосфор стремятся удалить из металла во время периода плавления и первой половины периода кипения. Обычно для удаления фосфора достаточно однократного скачивания шлака. Скачивание шлака – операция сложная, многократное же скачивание шлака из мартеновской печи очень затруднительно, поэтому высокофосфористую шихту предпочитают перерабатывать в качающихся мартеновских печах.
Для успешного удаления серы из металла в шлак необходимы следующие условия: высокая основность шлака, низкая его окисленность, высокая температура, увеличение поверхности раздела металл - шлак, низкая концентрация серы в шлаке. Особое внимание также следует уделять содержанию серы в топливе.
Все реакции, протекающие в мартеновской ванне протекают на границе металл-шлак, а следовательно имеет очень большое значение величина поверхности их соприкосновения. В результате протекания реакции окисления углерода, происходит кипение металла и увеличивается поверхность соприкосновения металл-шлак. Реакция окисления углерода до СО часто называют основной реакцией мартеновского процесса. В результате кипения выравниваются химсостав и температура металла, удаляются растворённые в металле газы, облегчается процесс всплывания и ассимиляции немет. включений, увелич. поверхность соприкосновения металла со шлаком, улучшая условия удаления вредных примесей. Во всех случаях необходимо, чтобы ванна содержала углерода больше, чем должно быть в готовом металле.
Ход плавки при скрап-рудном процессе.
Если в состав завода входят доменный, мартеновский и прокатный цеха, то почти весь чугун поступает в мартеновский цех в жидком состоянии. Содержание углерода в металле при скрап-рудном процессе регулируют не увеличением или уменьшением расхода чугуна, как при скрап-процессе, а введением в завалку большего или меньшего количества железной руды (обычно 12-16%). Чтобы получить шлак нужной основности в состав шихты вводят известняк. Жидкий чугун проходит через слой скрапа и взаимодействуют с железной рудой. Начинается интенсивное шлакообразование. Образующаяся окись углерода вспенивает шлак, он начинает стекать. Шлак, стекающий из печи во время плавки после заливки жидкого чугуна, называют «сбегающим» первичным шлаком. Со сбегающим первичным шлаком из печи удаляется значительное количество нежелательных окислов фосфора и кремния. Количество сбегающего шлака составляет 8-10% от массы металла, 50-70%от всего образующегося шлака.
Для ускорения процесса плавления и окисления примесей вскоре после окончания заливки чугуна ванну начинают продувать кислородом. Продолжительность плавления при таком методе работы сокращается в два-три раза, уменьшая тем самым расход топлива.
Эффективность работы мартеновских печей определяют, сравнивая их производительность и себестоимость выплавляемой стали.