Отчет по практике ОАО ММК

Общие сведения

Мартеновские  печи долгое время оставались основным сталеплавильным агрегатом благодаря своей универсальности в отношении шихты, состава готовой стали, используемого топлива. Преобладающая часть тепла поступает в мартеновскую ванну из рабочего пространства печи в результате теплоотдачи от факела и элементов кладки.

На металлургических комбинатах в мартеновских печах переплавляют обычно 50 – 75 % жидкого чугуна и 25 – 50 % скрапа (скрап-рудный процесс). На металлургических заводах, не имеющих доменных печей, и на машиностроительных заводах шихта мартеновских печей состоит практически из скрапа (скрап-процесс), твердый чугун добавляется в том случае, если необходимо обеспечить требуемое содержание углерода в готовой стали.

Мартеновские  печи делят на стационарные и качающиеся. У качающихся печей рабочее пространство может наклоняться 6 сторону разливочного пролета для выпуска стали и в сторону печного пролета для скачивания шлака. Качающиеся мартеновские печи обычно применяют для переработки чугунов с содержанием в них до 2 % Р. Для удаления фосфора необходимо наводить в печи большое количество шлака и периодически его удалять, что и делается наклоном печи в сторону печного пролета. Эти печи удобны в работе и тогда, когда необходимо выпускать металл отдельными порциями (например, при фасонном литье, дуплекс-процессе и др.). Однако они сложны по конструкции и требуют больших затрат при строительстве. Основное количество мартеновской стали выплавляют в стационарных печах.

В зависимости  от материала футеровки печи разделяют  на основные и кислые. Под основных печей наваривают основным огнеупорным материалом – магнезитом или смесью магнезита с доломитом, а ванну выкладывают магнезитовым кирпичом. В последнее время начинают широко внедрять набивные подины. В основных печах, которые сейчас наиболее распространены, можно перерабатывать разнообразную по составу шихту, загрязненную вредными примесями – серой и фосфором.

Под и откосы кислых печей наваривают кварцевым  песком (оксидом кремния), содержащим минимальное количество посторонних примесей, в ванну выкладывают из динасового кирпича. Кислые печи применяют в настоящее время крайне редко для выплавки высококачественной и легированной сталей.

В СССР эксплуатируются  промышленные мартеновские печи садкой до 900 т. Под садкой (или вместимостью) печи понимают массу чугуна и скрапа, загружаемых в печь для одной плавки. Кислород, необходимый для окисления примесей, поступает в ванну обычно из двух источников: из атмосферы печи диффузией через шлак и из твердых окислителей (чаще всего железной руды), вводимых в ванну.

Развитие  тепло-массообменных процессов в  рабочем пространстве мартеновской печи определяется условиями сжигания топлива и характеристиками факела. Необходимость иметь в рабочем пространстве печи температуру около 1750 °С требует таких условий сжигания топлива, при которых калориметрическая температура горения должна быть около 2500 °С. Такую температуру горения невозможно получить без подогрева воздуха, идущего на горение, или воздуха и газа.

Из рабочего пространства печи уносится приблизительно 80 % тепла, поданного в печь. Это тепло уносится с отходящими газами, имеющими температуру 1600 – 1700 °С. Поэтому целесообразно подогрев воздуха (или воздуха и газа) производить, утилизируя тепло отходящих продуктов сгорания. В силу этого все мартеновские печи оборудованы регенераторами: если печь работает на топливе с высокой теплотой сгорания (природный газ, мазут), то подогревается только воздух, если на топливе с низкой теплотой сгорания, то подогревается и воздух и само газообразное топливо. Подогрев и воздуха, и газа осуществляется до температуры 1050 – 1150°С. Таким образом, если печь отапливается смешанным газом (смесь доменного и коксового газов) с низкой теплотой сгорания (до 14 000 кДж/м³), то необходимо подогревать как воздух, так и газ, для чего требуется две пары регенераторов. При отоплении печей природным газом или мазутом требуется только одна пара регенераторов для подогрева воздуха.

Основным  видом передачи тепла в мартеновской печи является тепловое излучение (~90 %), поэтому повышение температуры в рабочем пространстве, наряду с обеспечением оптимальных радиационных характеристик факела, является весьма эффективным средством интенсификации теплообмена и увеличения производительности печей. Повышение температуры ограничено стойкостью огнеупорной футеровки печи, поэтому в отдельные периоды плавки (доводка), когда дальнейшее повышение температуры футеровки невозможно, достижение необходимого уровня теплоотдачи возможно лишь за счет повышения излучательной способности факела.

С целью повышения  производительности мартеновских печей в течение ряда лет велись работы по использованию кислорода в факеле для увеличения его температуры и окислительной способности. Это дало определенные позитивные результаты, но не решило проблему, так как возможное с точки зрения сжигания топлива повышение температуры ограничивалось стойкостью огнеупорных материалов.

В последние  годы получила распространение продувка мартеновской ванны кислородом, которая позволила значительно увеличить производительность печей, хотя и породила дополнительные проблемы, связанные со стойкостью футеровки рабочего пространства и насадок регенераторов.

Устройство печей

Одна из конструкций  стационарной мартеновской печи, отапливаемой топливом с высокой теплотой сгорания, показана на рис. 6. Печь можно условно разделить на верхнее (выше рабочей площадки 16) и нижнее (ниже рабочей площадки) строения. Верхнее строение печи состоит из рабочего пространства 8, головок 6, вертикальных каналов 4. Нижнее строение печи включает в себя регенераторы 2, шлаковики 3 и борова 1.

Рабочее пространство – это та часть печи, где протекают процессы выплавки стали, сгорания топлива и передачи тепла материалам шихты. В передней стенке рабочего пространства предусмотрены завалочные окна 15, обрамленные с обеих сторон столбиками 14. Завалочные окна служат для завалки шихты в печь, заливки чугуна и скачивания шлака. Число окон обычно нечетное (от 3 для малых печей до 7 для больших). В задней стенке 11 расположены отверстия для выпуска стали и шлака.

Среднее окно предназначено также для обслуживания сталевыпускного отверстия. На некоторых печах жидкий чугун заливают через отверстие, находящееся в задней стенке рабочего пространства. Стены печи наклонены для того, чтобы при заправке с них не ссыпались заправочные материалы.

Нижняя часть  рабочего пространства, ограниченная подиной 10 и откосами 7 и 9 печи (нижней частью передней, задней и

торцевых  стенок), называется ванной. Ванна вмещает весь жидкий металл и шлак. Верхним уровнем ванны являются пороги – стальные плиты, образующие нижнюю часть завалочных окон. Сверху рабочее пространство ограждено арочным сводом 13. В своде есть отверстия, через которые в печь вводят кислородные фурмы 12 для продувки ванны кислородом.

С торцевых сторон к рабочему пространству примыкают  головки печи. Головки служат для подвода топлива в печь при помощи горелок 5, смешения его с воздухом и подготовки к сжиганию, а также для отвода из печи продуктов сгорания топлива и технологических газов. Поэтому требования, предъявляемые к ним, противоречивы. С одной стороны, когда через головку в печь подаются топливо и воздух для создания больших скоростей истечения газов, т. е. для хорошего перемешивания топлива с воздухом и получения жесткого факела, необходима небольшая площадь сечения газовых каналов. С другой стороны, каналы малого сечения характеризуются большим гидравлическим сопротивлением в тот период, когда головка служит для отвода газа из печи. Правильный выбор конструктивных размеров головок печи особенно усложняется для печей, отапливаемых низкокалорийным топливом, и, следовательно, оборудованных газовыми (для подогрева газообразного топлива) и воздушными (для подогрева воздуха) регенераторами. В этом случае головки должны

быть так  сконструированы и иметь такие  размеры окон для выхода газа и  воздуха, чтобы обеспечить правильное распределение проходящих через них продуктов сгорания между воздушными и газовыми регенераторами.

Печи, отапливаемые смешанным газом, оборудуются трехканальными головками Вентури (рис. 7). Головки Вентури имеют длинный наклонный газовый канал 1, перекрытый футерованным изнутри и снаружи металлическим водоохлаждаемым кессоном 2. Скорость газа на выходе из кессона составляет 50 – 55 м/с, а скорость воздуха на выходе из головки 12 – 15 м/с. Название «трехканальная» происходит от того, что топливо подводится по одному каналу 4, а воздух – по двум другим 3, расположенным сбоку газового канала.

Газ и воздух, поступая из вертикальных каналов и проходя через постоянно сужающийся газовый и воздушный пролеты, приобретают большую скорость (кинетическую энергию), что способствует интенсивному перемешиванию и быстрому сгоранию топлива с правильным направлением факела.

Применение таких высококалорийных топлив, как природный газ и  мазут, упрощает конструкцию головки и всей печи в целом, так как исключается потребность в регенераторах для подогрева топлива. Печи с такими головками имеют только одну пару регенераторов для подогрева воздуха. Мартеновские печи, работающие на природном газе, мазуте или смеси мазута с природным газом, могут быть оборудованы двух и одноканальными головками.

Двухканальная головка  Вентури отличается от трехканальной тем, что у нее отсутствует газовый вертикальный канал. Подогретый воздух подается по двум вертикальным каналам, а природный газ или мазут соответственно через горелку или форсунку, расположенные на разделительной стенке этих каналов. В одноканальных головках (рис. 8) воздух подается не по двум, а по одному вертикальному каналу, а топливо – через горелку или форсунку 2. Эти головки отличаются наиболее простой конструкцией. Иногда при отоплении печей природным газом используют старые трехканальные головки.

Как уже отмечалось, факел мартеновской печи должен обладать достаточной светимостью, т. е. иметь хорошую излучательную способность. Если печь отапливается мазутом, то дополнительных мер принимать не надо, так как мазутный факел обладает достаточной светимостью. При отоплении печей газообразным топливом обеспечение должной светимости может быть достигнуто двумя способами: добавками мазута или смолы (искусственная карбюризация факела) или созданием таких условий работы головки, при которых обеспечивается самокарбюризация факела за счет разложения углеводородов топлива.

Вертикальные каналы мартеновских печей служат для соединения рабочего пространства со шлаковиками.

К нижнему  строению печи относятся шлаковики, регенераторы, дымовые борова, перекидные устройства. Шлаковики предназначены для очистки газов, уходящих из рабочего пространства, от крупной пыли. Очистка основана на том, что газы, попадая в шлаковик, теряют свою скорость вследствие резкого и внезапного расширения канала. Газы, движущиеся с небольшой скоростью, не могут увлечь за собой крупные частицы пыли, и последние оседают на дно шлаковика. Частично очищенные газы изменяют на 90° направление своего движения и поступают в регенераторы, где отдают свое тепло огнеупорной насадке. Объем шлаковика должен быть таким, чтобы в нем умещалась пыль, оседающая за время межремонтного периода (2 – 3 мес.).

Проходя через  регенераторы, дымовые газы охлаждаются с 1500 – 1600 до 800 – 600 °С. После перекидки клапанов, когда через разогретую насадку регенераторов пропускается воздух или газ, тепло насадки передается им, в результате чего температура воздуха или газа поднимается до 850 – 1150 °С. Борова предназначены для отвода продуктов сгорания из регенераторов и подвода к ним газа или воздуха. Переключение регенераторов с нагрева на охлаждение и наоборот осуществляется с помощью перекидных устройств – клапанов тарельчатого и золотникового типов и шиберов. Перекидка клапанов осуществляется автоматически, а в необходимых случаях вручную.

Футеровка печи, особенно рабочего пространства, работает в очень тяжелых условиях. Механические удары и истирание, химическое взаимодействие плавильной пыли и шлаков, высокие температуры являются причиной использования для кладки мартеновских печей высококачественных огнеупорных материалов. Чтобы предотвратить разъедание кладки основными оксидами шлака, рабочее пространство выкладывают из основных огнеупоров. Под печи, заднюю и переднюю стенки, а также откосы выполняют из магнезитового кирпича. В качестве тепловой изоляции служит шамотный и пеношамотный кирпич, который обычно применяют для кладки наружных слоев. Внутреннюю поверхность пода покрывают толстым слоем магнезитовой наварки.

Для свода  печи применяют термостойкий магнезитохромитовый кирпич. В процессе кладки свода между отдельными кирпичами устанавливают тонкие металлические прокладки. При сильном разогреве свода эти прокладки расплавляются, и отдельные кирпичи свариваются между собой.

Головки и стены вертикальных каналов выкладывают из хромомагнезитового кирпича, стены шлаковиков и верхнюю часть стен регенераторов – из динасового кирпича с облицовкой хромомагнезитом. Облицовка защищает кладку от вредного воздействия плавильной пыли. Нижнюю часть стен и большую часть насадки регенераторов выполняют из шамотного кирпича; верхние ряды насадки регенераторов – из форстеритовых или высокоглиноземистых огнеупоров, более устойчивых против агрессивного действия плавильной пыли. Борова и внутреннюю часть дымовой трубы футеруют шамотным кирпичом. Современная мартеновская печь обычно оборудована котлом-утилизатором, позволяющим использовать до 50 % тепла дымовых газов для получения пара, установкой для очистки дымовых газов от пыли, комплектом контрольно-измерительных приборов и приборов автоматического управления тепловым режимом печи. Печь снабжена также системой испарительного охлаждения.