Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Мая 2013 в 21:20, реферат
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.
1. История развития и сущность мартеновского процесса 2
2. Конструкция и механизм работы мартеновской печи 4
3. Особенности технологии плавки стали в мартеновских печах 6
4. Мартеновские процессы производства стали 9
4.1 Основной мартеновский процесс 9
4.2 Кислый мартеновский процесс 12
5. Перспективы развития и проблемы мартеновского производства 15
Литература 17
Такое состояние ванны продолжается недолго (10-20 мин, в зависимости от емкости печи и количества введенных раскислителей); за это время сталевар должен уточнить состав металла, ввести, если требуется, нужные добавки и выпустить плавку.
Ход мартеновской плавки в значительной степени зависит от состава шихты и марки выплавляемой стали. Соотношение между количествами заваливаемого лома и чугуна определяется составом чугуна и лома, окислительной способностью печи, маркой выплавляемой стали, а также диктуется экономическими соображениями. На характер протекания плавки влияют также качество лома, его вид: стружка, обрезь, тяжеловесный лом и др.
Как уже неоднократно отмечалось, для получения качественной стали необходимо, чтобы металл в печи некоторое время кипел. Периоду кипения предшествуют периоды завалки и плавления шихты.
Во время завалки и плавления окисляются часть углерода шихты, весь кремний и значительная часть марганца. Кроме того, за это же время окисляется некоторое количество железа. Оксиды железа, кремния и марганца вместе со всплывшей известью образуют основной шлак. Общее количество шлака после расплавления составляет 8-10 % от массы металла.
На заводе с полным металлургическим циклом чугун из доменного цеха в мартеновский подают в жидком состоянии. Количество подвозимого чугуна зависит от производительности доменного цеха и общего баланса металла по заводу.
Содержание углерода в металле при скрап-рудном процессе регулируют не посредством увеличения или уменьшения расхода чугуна (как при скрап-процессе), а введением в завалку большего или меньшего количества железной руды (или продувкой ванны кислородом). Расход железной руды может колебаться от 5 до 15 % от массы металлической шихты. Если при том же расходе чугуна расход руды в завалку увеличить, то содержание углерода по расплавлении металла в ванне уменьшится и наоборот.
Чтобы получить по расплавлении шлак нужной основности, в состав шихты при скрап-рудном процессе, так же как и при скрап-процессе, вводят известняк.
За период плавления полностью окисляется кремний, почти полностью марганец и большая часть углерода.
Несмотря на то что при скрап-рудном процессе в печь загружают больше чугуна, а вместе с ним больше кремния, марганца, фосфора и других элементов, состав шлака после расплавления оказывается примерно таким же, как при скрап-процессе, так как значительное количество образующихся оксидов SiO2, MnO, Р2О5 выводится из печи со сбегающим шлаком еще до полного расплавления металла.
Поскольку составы металла и шлака после расплавления при скрап-процессе и скрап-рудном процессе практически не различаются, период кипения металла протекает также одинаково.
4.2 Кислый мартеновский процесс.
В первых мартеновских печах, построенных в 1854-1855 гг. П. Мартеном, подина была кислой, ее изготавливали из кварцевого песка. Мартеновский процесс существовал именно как кислый процесс вплоть до 1878 г., когда успехи применения основной футеровки в томасовском конвертере оказали существенное влияние на дальнейшее развитие мартеновского производства и стал развиваться основной процесс.
В случае кислого процесса шлак также кислый и, следовательно, ни серу, ни фосфор удалить из металла в кислой печи невозможно. Поэтому к шихте и топливу, предназначенным для кислой мартеновской печи, предъявляются особые жесткие требования.
В отличие от основного мартеновского процесса, когда в печь заваливают значительное количество известняка или извести, а при скрап-рудном процессе также и железную руду, в кислом процессе источников для образования шлака меньше. Металл может оказаться покрытым недостаточным слоем шлака; в результате возможны его интенсивное окисление и насыщение газами. Для предотвращения этого на подину до завалки шахты загружают конечный кислый шлак (от предыдущих плавок), шамотный бой и кварцевый песок - всего в количестве 2-4 % от массы металла. Образующиеся во время плавления основные оксиды железа и марганца вступают во взаимодействие с кремнеземом, образующимся в результате окисления кремния шихты. В результате получаются сравнительно легкоплавкие силикаты железа и марганца. Однако того количества SiO2, которое образуется при окислении кремния шихты, для ошлакования FeO и МпО обычно недостаточно.
Если в завалку вводят шамот или песок, то количество футеровки, перешедшей в шлак, уменьшается. Кислая футеровка печи регулирует, таким образом, состав шлака после расплавления. Практически, несмотря на существенные различия в составе шихты и типе процесса, во всех случаях состав кислого мартеновского шлака после расплавления примерно одинаков, %: FeO 15-20, МпО 20-30, SiO2 42-47, изменяется лишь количество шлака. Суммарное содержание (FeO) + (MnO) в кислом шлаке после расплавления составляет 45-50 %.
Находясь в соприкосновении с кислой футеровкой пода, шлак кислого мартеновского процесса непрерывно обогащается кремнеземом. Содержание SiO2 в шлаке к концу плавки достигает 55-60 %.
Таким образом, в отличие от основного процесса, где активность SiO2 в шлаке ничтожна мала, ванна кислого мартеновского процесса насыщена кремнеземом. Это обстоятельство создает благоприятные условия для восстановления кремния из кремнезема шлака и пода.
В кислой печи непрерывно идут два процесса:
1) окисление кремния
оксидами железа шлака, в
2) восстановление кремния из шлака и из пода, в результате чего содержание кремния в металле повышается.
Качество металла, выплавленного в кислых печах, характеризуется тем, что кислая сталь содержит меньше газов, чем сталь тех же марок, выплавленная в основных мартеновских печах, дуговых печах или конвертерах.
Низкое содержание серы в шихте и топливе дает возможность получать в кислых печах сталь с небольшим содержанием серы и соответственно сульфидных включений.
Кислая мартеновская сталь идет на изготовление коленчатых валов различных двигателей, роторов крупных турбин электростанций, шариковых и роликовых подшипников большого диаметра, артиллерийских орудий и других изделий ответственного назначения.
Несмотря на исключительно высокие качества кислой мартеновской стали, область ее применения постепенно сужается, так как, во-первых, непрерывно улучшается качество основной мартеновской стали, конвертерной стали и электростали и, во-вторых, стоимость кислой мартеновской стали значительно (в 1,5-2 раза) выше, чем основной. В настоящее время кислая мартеновская сталь идет лишь на изготовление особо ответственных изделий, а также изделий, стоимость обработки которых в дальнейшем (после выплавки и разливки) настолько велика, что во много раз превышает стоимость слитка.
Это относится, в частности, к агрегатам высокой единичной мощности, используемым в химической, газонефтедобывающей, атомной промышленности.
5. Перспективы развития
и проблемы мартеновского
В 1984 г. около 60 % всего производства стали в стране приходилось на сталь, выплавленную в мартеновских печах. Современное мартеновское производство характеризуется высокой концентрацией мощностей в крупных цехах, основное количество мартеновской стали выплавляют в печах емкостью 300-400 т и более.
Традиционный мартеновский процесс совершенствуется в направлении улучшения технико-экономических показателей работы печей (экономия металлошихты и добавочных материалов, повышение стойкости сводов и других элементов кладки) в результате оптимизации теплового и технологического режимов плавки, конструктивных изменений и внедрения современных систем и средств автоматического контроля и управления плавкой. Широкое распространение методов внепечной обработки стали способствует повышению качества металла и использованию мартеновских печей для производства дорогой стали высококачественных марок. Одновременно техническая мысль работает над изысканием новых технически и экономически целесообразных процессов плавки в агрегатах, которые могли бы быть установлены в уже существующих зданиях мартеновских цехов. Из многих такого рода предложений практически реализованы два, а именно: а) установка на месте старых мартеновских печей дуговых сталеплавильных печей; б) реконструкция работающих мартеновских печей на двухванные.
Достоинствами двухванных печей являются: 1) высокая производительность; 2) меньшая трудоемкость ремонтов; 3) возможность размещения печей в существующих мартеновских цехах (габариты, использование кранового оборудования, коммуникаций и т.д.).
Эти достоинства определили распространение печей такого типа для замены мартеновских печей, работающих скрап-рудным процессом с интенсивной продувкой кислородом.
Вместе с тем целый ряд проблем организации работы двухванных печей оказался нерешенным: а) тепловая работа печи осложняется большими подсосами холодного воздуха (в результате подсоса основная масса СО окисляется в том рабочем пространстве, где происходит продувка, не успевая перейти в то пространство, где идет подогрев твердой шихты); б) в двухванных печах при интенсивной продувке кислородом наблюдается повышенный угар металла; в) не решена проблема удаления из атмосферы цеха бурого дыма, выбивающегося при интенсивной продувке через щели в кладке; не решены и некоторые другие проблемы.
Однако самый главный недостаток - неудовлетворительные условия работы в экологическом отношении: значительный вынос плавильной пыли и газов, содержащих СО, S02.
Характеризуя ситуацию в целом, следует отметить, что как мартеновские печи с интенсивной продувкой ванны кислородом, так и двухванные печи в экологическом отношении представляют собой агрегаты, не удовлетворяющие условиям современных высоких требований по охране природы и охране труда из-за интенсивного выделения пыли, а также газов, содержащих С02, S02 и др.
Работа этих агрегатов связана с достаточно высоким расходом огнеупоров, большими затратами труда на ремонты (проводимые к тому же в условиях горячего цеха). Производительность труда (в тыс. т стали на одного работающего) в мартеновском производстве ниже, чем в конвертерном.
Таким образом, становится понятным, почему строительство новых мартеновских цехов не ведется.
Литература