Мартеновская печь играет ключевую роль в металлургической промышленности и обеспечивает производство качественной стали для различных отраслей экономики. Далее в статье пойдет речь о том, что же это такое — мартеновская печь, ее устройстве и принципе работы.
Что такое мартеновская печь
В википедии. Мартеновская печь — плавильная печь для переработки передельного чугуна и лома черных металлов в сталь нужного химического состава и качества.
Мартен — это тип промышленной печи, используемой для выплавки стали. Она была разработана именно для этой цели и стала одним из ключевых изобретений в области металлургии.
Смотрите тут: как сделать печь под казан своими руками чертежи и фото.
Как выглядит мартеновская печь можно увидеть на фото.
До ее изобретения сталь производилась в основном в газовых печах с использованием железной руды, кокса и извести. Однако этот метод был дорогим и неэффективным из-за высоких затрат на топливо и длительного производственного процесса.
Мартеновская печь революционизировала этот процесс, обеспечивая более высокую производительность и снижая затраты на топливо. Она использовала новый метод, который заключался в воздействии на расплавленную железную руду с примесями воздушного потока с высоким содержанием кислорода. Это позволяло эффективно удалить из руды примеси и произвести сталь с заданными химическими свойствами.
С появлением такой печи сталь стала доступной для широкого потребительского спроса. Она применяется в различных областях промышленности, включая строительство, машиностроение и производство оружия. Плавильная печь была основной технологией для производства стали в течение почти полувека, пока не была заменена более современными методами производства.
История появления
Название мартеновской печи или мартена произошло от фамилии французского инженера и металлурга Пьера Эмиля Мартена, создавшего первую печь такого образца в 1864 году.
Первую опытную плавку Мартен провел в том же году. А в 1865 была запущена первая промышленная печь с одноименным названием.
Первую в России мартеновскую печь построил инженер Александр Износков. Ее запустили в 1870 году на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде. Потом мартены появились на Боткинском, Путиловском, Обуховском, Пермском и других заводах.
Интересно! Во время ВОВ сталь, которую получали в таких печах, использовали в производстве деталей для винтовок, снарядов и танков.
С 1970-х годов новые мартены больше не строили, а те, что уже работали, со временем заменили на более современные и экологичные устройства для плавки стали.
Сегодня мартеновская печь является символом промышленного развития XIX века и играет важную роль в истории металлургии. Ее разработка и внедрение привели к существенному улучшению процесса производства стали и стимулировали развитие промышленности во многих странах мира.
Устройство мартеновской печи
Мартен устроен следующим образом:
- Мартеновская камера. Это основное рабочее пространство печи, где происходит процесс выплавки стали. Камера имеет форму цилиндра и облицована огнеупорными материалами для выдерживания высокой температуры.
- Колосник. Расположен под камерой и служит для отвода шлака, который образуется в процессе выплавки стали.
- Колесо. Находится на верхней части печи и служит для вращения камеры при необходимости перемешивания расплавленной стали.
- Перегрузочная башня. Используется для загрузки и разгрузки сырья и готовой стали в плавильню.
- Система нагрева. Оборудована газовой или электрической системой нагрева, которая поддерживает высокую температуру внутри камеры.
- Система газоотвода. Предназначена для удаления образующихся в процессе шлака и газов из мартеновской печи.
- Система управления. Оснащена комплексной системой управления, контролирующей весь технологический процесс, поддерживает необходимые параметры и обеспечивает безопасную работу.
Все эти элементы взаимодействуют между собой, создавая оптимальные условия для процесса выплавки стали в мартене.
Принцип работы мартеновской печи
Процесс работы начинается с нагрева металлического шлака и чугуна, которые затем смешиваются в определенной пропорции. Окислители, такие как хлорат натрия или пероксид калия, добавляются для удаления примесей и повышения качества стали.
После этого материалы загружаются в печь, которая имеет форму большой металлической ванны с крышкой. Печь нагревается до очень высокой температуры (обычно около 1600 градусов Цельсия) с помощью кислорода, поступающего через специальные форсунки.
Углерод и другие примеси в чугуне начинают окисляться под воздействием кислорода, образуя углекислый газ и другие продукты сгорания. Это приводит к повышению температуры плавления чугуна и образованию жидкого металла, который получается путем выплавки чугуна.
После выплавки мартен подвергает сталь дополнительной обработке для удаления излишков углерода и других примесей. Окончательный продукт, который получается в результате ее работы, — сталь высокого качества.
Технология плавления в мартеновской печи
Технология плавления позволяет получить качественную сталь высокой прочности и стойкости.
Периоды процесса получения стали длятся от пяти до восьми часов (при скоростном сталеварении — до 4,5 – 5,5 часа) и состоят из следующих этапов:
- плавление;
- окисление;
- раскисление.
Далее о каждом из них более подробно.
Плавление
Процесс плавления в мартеновской печи начинается с загрузки сырья в ее камеру. Сырье, как правило, представляет собой металлические отходы. После загрузки камера печи заполняется реагентами, которые служат для образования расплава. Обычно это известняк, доломит и кокс.
После заполнения камеры происходит поджиг кокса, что приводит к образованию высокой температуры. В зоне горения происходит окисление и растворение металлических компонентов. Благодаря коксу достигается необходимая температура для плавления металла.
Результатом этого процесса является образование жидкого расплава металла внутри печи. Он имеет высокую температуру и находится под воздействием газов и продуктов сгорания. Полученный расплав с помощью специального сливного отверстия или крышки выливается в отделительную ванну или литьевую форму.
Важным аспектом плавления в мартене является возможность контроля температуры и химического состава расплава. Процесс плавления в мартеновской печи также сопровождается удалением примесей и шлакообразованием, что способствует повышению качества конечного продукта.
Окисление
В мартене окисление происходит с использованием кислорода, который поступает внутрь печи через специальные форсунки. При этом он соединяется с присутствующими в печи металлическими элементами, такими как железо, марганец, хром, и превращает их в соответствующие оксиды.
| Процесс окисления | Результат |
|---|---|
| Железо + кислород | Оксид железа (Fe2O3) |
| Марганец + кислород | Оксид марганца (MnO) |
| Хром + кислород | Оксид хрома (Cr2O3) |
Выделение оксидов идет в виде газов и шлаковых материалов. Шлак удаляется из печи, а газы отходят через систему очистки.
Процесс окисления осуществляется при высокой температуре, что способствует более эффективной реакции окисления металла.
Для контроля процесса окисления в мартене используются специальные приборы и системы автоматического управления. Они позволяют поддерживать оптимальные условия работы печи и обеспечивать получение стали с требуемыми свойствами.
Раскисление
Процесс раскисления основан на взаимодействии сульфидов и фосфидов с кислородом. Каменный расплав, содержащий сталь и добавленные оксиды железа, подвергается воздействию воздуха. Когда воздух пропускается через каменный расплав, оксиды железа окисляются, образуя оксиды серы и фосфора. Наружные оксиды железа образуются при увеличенной температуре и плавлении расплава.
Оксиды серы и фосфора, образовавшиеся во время процесса раскисления, выходят из расплава в виде газов. Эти газы удаляются из печи специальной системой дымоходов.
Раскисление позволяет значительно улучшить качество стали, делая ее более прочной и долговечной. Однако процесс раскисления может занимать значительное время и требует тщательного контроля, чтобы достичь оптимальных результатов.
Плюсы и минусы
Плюсы мартеновской печи:
- Высокое качество стали. Получается высококачественная сталь с необходимыми свойствами, такими как прочность, устойчивость к коррозии и деформации.
- Гибкость в производстве. Можно производить различные марки стали и выполнять разнообразные задачи в зависимости от требований заказчика.
- Экономичность. Обладает высокой энергоэффективностью и позволяет снизить затраты на производство стали.
- Удобство использования. Благодаря автоматизации и простому управлению использование мартена становится комфортным и удобным процессом.
Минусы мартена:
- Высокая стоимость установки. Требует значительных финансовых вложений на стадии установки, что может быть непосильным для некоторых предприятий.
- Загрязнение окружающей среды. При работе мартена происходит выделение вредных веществ и их выбросы в атмосферу.
- Ограниченный объем выплавки. Не предназначена для массового объема выплавки стали, поэтому на больших промышленных предприятиях может потребоваться дополнительное оборудование для увеличения производительности.
Отличие от доменной печи
Основное отличие между мартеновской печью и доменной печью заключается в способе подачи сырья и способе преобразования его в сталь. В мартене плавят чугун или литейный железный лом, при этом добавляя ферросплавы для достижения нужных характеристик стали. В доменной печи же используется железная руда, которая затем перерабатывается в чугун и затем в сталь.
Еще одним отличием является агрегатное состояние материалов в каждой печи. В мартеновской лом или чугун находятся в жидком состоянии, тогда как в доменной — это твердые материалы. Это отличие определяет разные методы нагрева и преобразования материалов в каждой печи.
Используются ли эти печи сейчас
Даже в современных условиях, когда в металлургии используются новые технологии и оборудование, мартеновская печь остается востребованной. Это обусловлено ее преимуществами.
Современные мартеновские печи обладают новыми технологическими решениями, такими как автоматизация процесса, контроль температуры и состава сплава, а также улучшение эффективности и экологической безопасности.
Несмотря на то что мартены по-прежнему используются в отдельных странах, таких, например, как Индия и Украина, их доля в мировом производстве стали с каждым годом снижается, уступая натиску более современных и экологичных технологий. Например: кислородно-конвертерного и электросталеплавильного процессов.
Интересно! В России последнюю крупную мартеновскую печь остановили в 2018 году.
Мартеновская печь является важным инструментом в производстве стали и значительно влияет на качество и свойства получаемого материала. Ее устройство и принцип работы требуют внимания и профессионального подхода, чтобы добиться оптимальных результатов.
