5.
Виробництво сталі
в мартенівських
печах
Мартенівський
спосіб відрізняється від конверторного
тим, що випалювання надлишку вуглецю
в чавуні відбувається за рахунок не лише
кисню повітря, а й кисню
оксидів заліза, які додаються у вигляді
залізної руди та іржавого
залізного брухту.
Мартенівський спосіб
з’явився в результаті необхідності
переробки великої кількості
металобрухту, масова переробка якого
в конверторах неможлива. Ця проблема
була вирішена шляхом створення полуменевої
(мартенівської) печі.
Понад 80 %
всієї виплавленої сталі
одержують мартенівським
способом.
Розповсюдженість
способу пояснюється
його універсальністю:
- плавку можна
вести як на твердій, так і на рідкій шихті
з будь-якими співвідношеннями металобрухту
і чавуну;
- спосіб характеризується
невисокими вимогами до якості сировини;
- процес плавки
добре регулюється;
- вихід готової
сталі високий;
- процес дозволяє
виготовити сталь майже всього сортаменту.
Мартенівська
піч складається з плавильної
ванни, перекритої склепінням з вогнетривкої
цегли, і особливих
камер регенераторів
для попереднього підогріву повітря і
горючого газу.
Регенератори заповнені
насадкою з вогнетривкої цегли. Коли
перші два регенератори нагріваються
пічними газами, горючий газ і
повітря вдуваються в піч через
розжарені третій і четвертий
регенератор. Через деякий час, коли
перші два регенератори нагріваються,
потік газів спрямовують у
протилежному напрямку і т. д.
Плавильні
ванни потужних мартенівських
печей мають довжину
до 16 м, ширину до 6 м
і висоту понад 1 м. Місткість
таких ванн досягає 500
т сталі.
- В плавильну ванну
завантажують залізний
брухт і залізну руду. До шихти додають
також вапняк як флюс. Температура
печі підтримується при 1600—1650 °C
і вище. Вигоряння вуглецю і домішок чавуну
в перший період плавки відбувається головним
чином за рахунок надлишку
кисню в горючій суміші за тими ж реакціями,
що і в конверторі, а коли над розплавленим
чавуном утвориться шар шлаку — за рахунок
оксидів заліза.
- Внаслідок взаємодії
основних і кислотних оксидів утворюються
силікати і фосфати, які
переходять у шлак. Сірка теж переходить
у шлак у вигляді сульфіду
кальцію:
- Після розливки
сталі піч знову завантажують шихтою і т. д.
- Процес переробки
чавуну в сталь у мартенах відбувається
відносно повільно протягом 6—7
годин.
- На відміну від
конвертора в мартенах можна легко
регулювати хімічний
склад сталі, додаючи до чавуну залізний
брухт і руду в тій чи іншій пропорції.
- Перед закінченням
плавки нагрівання печі припиняють, зливають
шлак, а потім додають розкисники.
- В мартенах можна
одержувати і леговану
сталь. Для цього в кінці плавки додають
до сталі відповідні метали або сплави.
- Мартенівський
спосіб виробництва сталі ліквідований
у всіх розвинених країнах
світу ще в 1980-1990-х роках, а в Китаї –
у 2003 р. На сьогодні такий спосіб є малоефективним
як з економічної, так
і з екологічної точки
зору.
- Зокрема, собівартість
мартенівської сталі
на 15% вища за собівартість електросталі
та конвертерної сталі.
- При виробництві
мартенівської сталі обсяг
викидів шкідливих речовин
в атмосферу вище на 40%, а парникових
газів − у два рази більше порівняно з
іншими способами виробництва сталі.
- На 2010 р. частка
мартенівської сталі становить лише 3,6%
світового виробництва сталі та припадає
в основному на Росію (40%) і Україну (46%),
тобто дві країни в сукупності виробляють
практично 86% світового
обсягу мартенівської
сталі.
- Україна на 2010
р. є єдиною країною
у світі, яка практично
не реалізує стратегії
заміни мартенівських
печей іншими альтернативними агрегатами.
- Виробництво сталі
в мартенівських печах існує на металургійних
комбінатах ВАТ “Азовсталь”
ВАТ «АМКР», ВАТ “Запоріжсталь”
ВАТ «ММК ім. Ілліча», а також на Донецькому,
Макіївському і Дніпровському
металургійних заводах.
6.
Електротермічний спосіб
Електротермічний
спосіб має перед
мартенівським і
особливо конверторним
цілий ряд переваг.
- Цей спосіб дозволяє
одержувати сталь дуже високої якості
і точно регулювати
її хімічний склад.
- Доступ повітря
в електропіч незначний, тому значно
менше утворюється монооксиду
заліза FeO, що забруднює сталь і знижує
її властивості.
Електродугова
піч. Метал в ній не контактує з газами,
і виходить чистішим, ніж, наприклад, з
мартенівської печі. Багато легованих
сталей виплавляються тільки в електричних
печах.
- Температура в
електропечі — не нижче 2000 °C. Це дозволяє
проводити плавку сталі на сильно основних
шлаках (які важко плавляться), при яких
повніше видаляється фосфор
і сірка.
- Крім того, завдяки
дуже високій температурі в електропечах
можна легувати сталь
тугоплавкими металами —
молібденом і вольфрамом.
- В дугових електропечах
джерелом тепла є електродуга між електродами
і металом шихти.
- Але в електропечах
витрачається дуже
багато електроенергії —
до 800 кВт/год на 1 т сталі. Тому цей спосіб
застосовують лише для одержання високоякісної
спецсталі.
- Електропечі бувають
різної місткості — від 0,5
до 180 т.
- Склад шихти може
бути різний. Інколи вона складається
на 90 % із залізного брухту
і на 10 % із чавуну, інколи у ній переважає
чавун з добавками у
певній пропорції залізної
руди і залізного брухту. До шихти додають
також вапняк або вапно
як флюс. Хімічні
процеси при виплавці
сталі в електропечах
ті ж самі, що і в мартенах.
Електродугова піч
складається зі сталевого
кожуха, який зсередини футерований
вогнетривким матеріалом.
- У склепінні печі
є отвори для трьох
електродів (піч використовує трьохфазний
струм).
- Електроди діаметром
більше 550 мм бувають графітові
або вугільні.
- Дно печі – чашоподібне.
- В стінках печі
є завантажувальне
вікно і випускний
отвір із зливним жолобом.
7.
Утворення сталевих
злитків
- Коли плавка в
них закінчується, сталь випускають у
спеціально підготовлений
ківш. Із дуже великих мартенівських
печей сталь випускають відразу в 2 і навіть
3 ковша. Потім ковші зі сталлю направляють
на розливання.
- На більшості
заводів сталь розливають у виливниці
- високі чавунні форми.
- Після того як
метал застигає, злитки "роздягають",
тобто з них знімають виливниці. Маса злитків
може бути різною - від кількох
кілограмів до десятків
тонн.
8.
Порівняльна характеристика
конверторного, мартенівського
та електротермічного
видів виробництв
сталі
Ознаки |
Конверторне
виробництво |
Мартенівське
виробництво |
Електротермічне
виробництво |
Сировина |
рідкий чавун,
металобрухт, легуючі добавки |
рідкий чавун,
металобрухт |
рідкий чавун,
легуючі добавки |
Продуктивність
|
300 тон
за плавку |
900 тон
за зміну |
350 тон
за плавку |
Час
виплавлення |
до 20 хвилин
|
до 12 годин
|
близько 1
години |
Паливо
|
--- |
газ, мазут |
--- |
Джерело
енергії |
теплота екзотермічної
реакції |
теплота згоряння
палива і теплота екзотермічної
реакції |
електроенергія
|
9.
Переваги конверторного,
мартенівського та
електротермічного
видів виробництв
сталі
Конверторне
виробництво |
Мартенівське
виробництво |
Електротермічне
виробництво |
Висока продуктивність
апарату; |
Утилізація
тепла і металобрухту; |
Дуже висока
якість сталі, що містить тугоплавкі
легуючі добавки. |
Отримання
легованої сталі високої якості;
|
Мала вимогливість
до хімічного складу сировини;
|
--- |
Автоматизація
процесу; |
Висока
якість та широкий асортимент сталі.
|
--- |
Відносно
низька собівартість продукту. |
--- |
--- |
10.
Недоліки конверторного,
мартенівського та
електротермічного
видів виробництв
сталі
Конверторне
виробництво |
Мартенівське
виробництво |
Електротермічне
виробництво |
Періодичність процесу;
|
Тривалість
процесу; |
Великі
витрати електроенергії; |
Частина
металу втрачається при вигоранні.
|
Важко отримати
високолеговану сталь, тому що в атмосфері
печі містяться окислювачі; |
Необхідне
нарощування електродів; |
---
|
Переривчастість
процесу (щоб піч не охолола, в
період випуску стали не припиняють
спалювання палива); |
Не можна
отримати сорти сталі, в яких вуглецю
міститься менше 0,1%, тому що частина
вуглецю обов'язково переходить у
сталь при згорянні електродів.
|
---
|
Забруднення
атмосфери; |
--- |
---
|
Низька
продуктивність. |
--- |