Производство стали в мартеновских печах

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОГО  ГОСУДАРСТВЕННОГО АВТОНОМНОГО  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ  ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ МИСиС» 
 

КАФЕДРА:  __________________________________________________________________

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: _ГРУППА:_ ___________________________ 
 
 
 
 
 

ЗАЧЁТНАЯ  РАБОТА 
 
 
 
 

ПО  КУРСУ: МЕТАЛЛУРГИЯ СТАЛИ 
 

НА  ТЕМУ: ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ В МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧАХ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 

                                                    СТУДЕНТ: 

                             ПРЕПОДАВАТЕЛЬ:  
 
 
 
 
 
 
 

Оглавление

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ 3

2. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ 5

2.1 Рабочее пространство мартеновской печи 7

2.2 Подина (под) печи 8

2.3 Свод   мартеновской    печи 8

2.4 Головки печи 9

2.5 Шлаковики 10

2.6 Регенераторы 11

2.7 Перекидные клапаны, дымовая труба 14

2.8 Охлаждение элементов мартеновской печи 15

3. ПЕРИОДЫ ПЛАВКИ 16

3.1 Заправка 16

3.2 Завалка и плавление шихты 16

3.3 Кипение, раскисление и легирование 17

4. ТЕПЛОВАЯ РАБОТА МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ 19

4.1 Утилизация тепла отходящих газов и очистка газов 23

5. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ 24

6. ТОПЛИВО ДЛЯ МАРТЕНОВСКИХ ПЕЧЕЙ И УСЛОВИЯ ЕГО СЖИГАНИЯ 26

7. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ: 28 

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

     Сущность  мартеновского процесса заключается  в ведении плавки на поду пламенной  отражательной печи, оборудованной  регенераторами для предварительного подогрева воздуха (иногда и газа). В историческом аспекте идея получения литой стали на поду отражательной печи высказывалась многими учеными (например, еще в 1722 г. Реомюром). Однако долгое время сделать это не удавалось, так как температура факела обычного в то время топлива — генераторного газа — была недостаточной для нагрева металла выше 1500 ⁰С, чтобы получить жидкую сталь. В 1856г. братья Сименсы предложили использовать в пламенных печах для подогрева воздуха тепло горячих отходящих газов, устанавливая для этого регенераторы. Принцип регенерации тепла был использован Пьером Мартеном и для плавки стали.

     Началом существования мартеновского процесса можно считать 8 апреля 1864г., когда Пьер Мартен на одном из французских заводов сварил первую плавку.

     В мартеновскую печь загружают шихту (чугун, металлический лом и др.), которая под воздействием тепла  от факела сжигаемого топлива постепенно плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки с тем, чтобы получить металл нужного состава и температуры; затем готовый металл выпускают в ковши и разливают. Благодаря своим качествам и дешевизне мартеновская сталь нашла очень широкое применение. Уже в начале XX в. доля мартеновской стали составляла половину общего мирового производства стали.

     В 1870г. дала первые плавки печь емкостью 2,5 т, построенная в России известными металлургами А. А. Износковым и Н. Н. Кузнецовым на Сормовском заводе. Эта печь хорошо работала и стала образцом для печей большой емкости, построенных позже на других русских заводах.

     После Октябрьской революции 1917 г. мартеновский процесс стал основным в нашей металлургии. Огромную роль сыграли мартеновские печи и в годы Великой Отечественной войны. Советским металлургам впервые в мировой практике удалось удвоить садку мартеновских печей без существенной их перестройки (ММК, КМК), удалось наладить производство высококачественной стали (броневой, подшипниковой и т. п.) на действовавших в то время мартеновских печах.

     В 1986 г. производство стали в СССР превысило 160 млн. т/год. Основная масса стали в мире выплавлялась тогда в мартеновских печах; наиболее крупные и высокопроизводительные (около 1 млн. т стали в год) работали в СССР. Однако в современных условиях мартеновский процесс уже не выдерживает конкуренции с конвертерным процессом и электроплавкой. Во многих странах производство мартеновской стали по этой причине прекращено. В России доля стали, выплавляемой в мартеновских печах, в последние десятилетия непрерывно уменьшается и составляет в настоящее время около 1/5 общего производства стали.

2. КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА МАРТЕНОВСКОЙ ПЕЧИ

     Мартеновская  печь симметрична по своей конструкции и состоит из следующих основных элементов (рис.1): рабочее пространство, головки, вертикальные каналы, шлаковики, регенераторы, борова, реверсивные и регулирующие клапаны, котел-утилизатор, газоочистка и дымовая труба. На рис.1 схематически показана мартеновская печь в тот момент, когда топливо и воздух поступают с правой стороны печи. Проходя через предварительно нагретую насадку регенератора, воздух нагревается до 1000— 1200°С и в нагретом состоянии через головку попадает в печь. При сгорании топлива образуется факел, температура которого 1800—1900 °С. Пройдя головку, расположенную в левой стороне печи, раскаленные продукты сгорания попадают в левую насадку регенератора и по системе боровов уходят к трубе. При этом насадка левого регенератора нагревается, а насадка регенератора правой стороны постепенно охлаждается. В момент, когда температура в регенераторе, через который поступал в печь воздух, уже снизилась настолько, что становится невозможным нагрев воздуха до нужного уровня, а противоположный регенератор, через который из печи уходят продукты сгорания, перегревается, осуществляют перекидку клапанов, изменяя направление движения потоков в печи. Операцию перекидки выполняют посредством перекидных клапанов. Холодный воздух в результате этой операции направляется через хорошо нагретый левый регенератор, а продукты сгорания уходят в правую сторону печи, постепенно нагревая остывший правый регенератор. В течение плавки циклы повторяются.

     Энтальпия продуктов сгорания Н равна произведению массы продуктов сгорания т на их теплоемкость с и температуру t, т. е. Н= cmt, откуда t = H/ст. Энтальпия  
H складывается из химического тепла сгорания топлива H_{х т} и тепла нагрева воздуха H_{н В}, т. е. Н= Н_{х т} + H_{н в}, соответственно t = (Н_х.т. + Н_н.в. )/cт. Таким образом, при нагреве поступающего в печь воздуха обеспечивается достаточно высокая температура факела (>1800°С). Чем выше температура нагрева воздуха, тем выше температура факела и тем лучше работает печь.

     Повышение температуры факела можно обеспечить также заменой воздуха (частичной или полной) кислородом. Тогда в формуле t = Н/с-т уменьшается знаменатель (уменьшается /п) и соответственно возрастает температура. На каждый объем подаваемого воздуха с кислородом поступает 3,762

Рис. 1. Схема устройства (а) и общий вид (б) мартеновской печи:

/ — дымовая  труба; 2 — боров; 3 — регенератор; 4— шлаковик; 5 — вертикальный канал; 6— головка; 7—рабочее пространство; 8— реверсивные и регулирующие клапаны; 9— котел-утилизатор;  10— газоочистка 

     объема  балластного азота. Обогащение воздуха кислородом приводит к уменьшению количества продуктов сгорания (при том же количестве тепла, выделенном топливом) и соответственно к повышению температуры.

     При рассмотрении существующих вариантов  конструкций мартеновских печей  исходят из следующих общих признаков:

     а) по характеру конструкций мартеновские печи бывают стационарными и качающимися. Большинство мартеновских  печей  стационарные,  так как качающиеся печи более сложные по конструкции и эксплуатация их обходится дороже. Однако в отдельных случаях установка качающихся печей себя оправдывает, например при технологической  необходимости  скачивать большое количество шлака   или выпускать из печи не всю плавку, а только ее часть;

     б) по характеру материалов, используемых для изготовления подины, мартеновские печи бывают основными и кислыми,

     в) в зависимости от вида топлива  и его теплотворной способности мартеновские печи могут иметь две пары регенераторов — для подогрева и воздуха, и газа (при отоплении печи газом с невысокой теплотворной способностью) или одну пару регенераторов (когда печь отапливается высококалорийным топливом, подогрев которого либо не нужен, либо трудно осуществим);

     г) в зависимости от емкости мартеновские печи делятся на печи малой емкости   (<125т),   средней   емкости (125—300т) и большегрузные печи. Из большегрузных печей металл обычно выпускается одновременно в два ковша (в исключительных случаях в три ковша).

     Под термином «емкость печи» обычно понимается та масса металлошихты, которую возможно загрузить в печь. Масса вводимых в печь по ходу плавки добавочных материалов при этом не учитывается. Кроме термина «емкость печи» рекомендован термин «вместимость печи», встречается также понятие «садка печи».

     Строение  мартеновской печи делится на верхнее и нижнее. Деление это весьма условно. Обычно рабочая площадка мартеновского цеха расположена на 5—7 м выше уровня пола цеха. Верхнее строение печи расположено выше этой площадки. Оно включает собственно рабочее пространство и головки печи. Нижнее строение расположено под рабочей площадкой. Оно включает шлаковики, регенераторы и борова с перекидными устройствами. Под рабочей площадкой обычно размещают также вентиляторы для подачи через регенераторы в печь воздуха и другое вспомогательное оборудование.

1. Рабочее пространство мартеновской печи

     предназначено для осуществления всего технологического процесса выплавки стали, начиная от загрузки шихты и кончая выпуском готового металла. Оно представляет собой камеру определенного профиля, ограниченную подом, сводом, передней и задней стенками, а с торцов — головками печи (рис.2).

     Часть рабочего пространства, расположенная ниже уровня порогов завалочных окон и сформированная подом, продольными и поперечными откосами, называется ванной печи.

     Из  всех частей печи рабочее пространство эксплуатируется в наиболее тяжелых условиях — в нем ведется плавка стали. Стойкость элементов рабочего пространства печи определяет, как правило, стойкость всей печи и, следовательно, сроки промежуточных и капитальных ремонтов. В соответствии с этим к огнеупорным материалам для рабочего пространства

Рис. 2.  Поперечный разрез (а)  и разрез вдоль продольной оси (б) рабочего пространства мартеновской печи:

1, 5—  соответственно задний и передний продольные откосы; 2, 4— задняя и передняя стенки соответственно; 3 — свод; 6— под; 7—поперечный откос