Системи технологій промисловості (стр. 7 )

Система перекидных клапанов предназначена для изменения направления подачи в печь топлива и воздуха, а также отвода из печи продуктов сгорания.

Котел-утилизатор предназначен для утилизации тепла отходящих продуктов сгорания.

Дымовая труба предназначена для отвода охлажденных продуктов сгорания в атмосферу.

Схема мартеновской печи представлена на рис. 1.4 в условиях подачи топлива и воздуха с правой стороны и отвода продуктов сгорания через левые каналы.

Рисунок 1.4 - Схема мартеновской печи

Проходя через предварительно нагретую насадку регенераторов, воздух нагревается до 1100-1200 °С и через головку вводится в рабочее пространство печи. В результате сгорания топлива образуется факел с температурой до 19000С, интенсивно отдающий (преимущественно излучением) тепло ванне и внутренней поверхности рабочего пространства. Высоконагретые продукты сгорания, покидая рабочее пространство печи, проходят через противоположную головку и, опустившись по вертикальным каналам, входят в шлаковик.

Пройдя через перевальную стену шлаковика, продукты сгорания с температурой 1500-1600°С входят в насадку регенератора, двигаясь в ней сверху вниз. Насадка регенераторов в этот период нагревается. В шлаковиках отделяется от дымовых газов крупная пыль, а более мелкая уносится в регенератор и осаждается в насадках. Из регенератора продукты сгорания при температуре <800°С направляются через горизонтальные каналы (борова) к дымовой трубе или к котлу-утилизатору, а затем к дымовой трубе. Через определенный промежуток времени (12-15 мин) осуществляют автоматическое реверсирование пламени для того, чтобы поддерживать максимальный к. п.д. регенерации тепла и избежать перегрева насадок регенераторов. Таким образом, подающая и отсасывающая головки мартеновской печи периодически изменяют свои функции при помощи перекидных клапанов, а факел сгорающего (в условиях избытка кислорода) топлива формируют то слева, то справа.

По конструкции мартеновские печи разделяют на стационарные и качающиеся. Наибольшее распространение получили печи со стационарным рабочим пространством. Качающиеся печи необходимы для выпуска металла отдельными порциями, а также для скачивания большого количества шлака (например, при переработке фосфористого чугуна). По количеству металлической части шихты, загружаемой на одну плавку, печи могут иметь малую (до 125 т), среднюю (125-300 т) и большую (до 900 т) вместимость (садку печи).

1.6.2 Разновидности мартеновского процесса

В мартеновской печи можно переплавлять в сталь чугун и скрап в любых соотношениях. В зависимости от состава шихты и применения твердого или жидкого чугуна существуют две основные разновидности мартеновского процесса.

1. Скрап-процесс, в котором главной составляющей металлической шихты является твердый стальной скрап. Кроме скрапа, в шихту загружают твердый чугун (25-40 % от общей массы металлической шихты), который облегчает расплавление шихты, являясь более легкоплавким чем скрап, и обеспечивает запас углерода в расплавившемся металле для его нагрева и удаления примесей до заданных пределов.

2. Скрап-рудный процесс, в котором главной составляющей металлической шихты является жидкий чугун из доменного цеха того же завода (55-75 % от массы металлической шихты). Остальной ее частью является твердый стальной скрап. Для окисления примесей чугуна в этом процессе требуется значительно большее количество окислителя, чем в скрап-процессе, вследствие большей доли чугуна. Значительная часть окислителя дается в виде железной руды, что и определяет название процесса (скрап-рудный).

Кроме этих основных разновидностей мартеновского процесса по виду шихты, известны скрап-угольный и рудный процессы. Скрап-угольный процесс ведут на 100 % твердого скрапа с добавкой кокса и угля для облегчения плавления и удаления примесей углеродосодержащих материалов. Рудный процесс ведут на 100 % жидкого чугуна без добавок скрапа.

В зависимости от вида огнеупорных материалов, используемых для футеровки мартеновской печи, существует два мартеновских процесса - кислый и основной. Кислые мартеновские печи футеруют динасовым кирпичом. В этих печах можно иметь только кислые шлаки, которые определяют характер и особенности процесса. В кислых печах не удаляется фосфор и сера, поэтому шихта не должна содержать этих примесей. В кислых печах выплавляют качественные стали. Обычно кислые печи имеют небольшую вместимость и работают скрап-процессом. В настоящее время кислые мартеновские печи имеют малое распространение.

Для футеровки основной мартеновской печи используют магнезит, магнезитохромит, частично доломит, которые позволяют работать со шлаками высокой основности и проводить достаточно полное удаление фосфора и серы из металла. Основной мартеновский процесс является более производительным, чем кислый. Основные печи работают скрап-рудным процессом. Этот процесс обычно проводят в наиболее крупных мартеновских печах (вместимостью 500 - 900 т).

1.6.3 Технология мартеновского производства

Мартеновская плавка при скрап-рудном процессе состоит из следующих периодов: 1) заправки; 2) завалки; 3) прогрева; 4) заливки чугуна; 5) плавления; 6) кипения (полировки, доводки); 7) раскисления и легирования; 8) выпуска. При скрап-процессе, проводимом без заливки жидкого чугуна, вместо третьего, четвертого и пятого периодов, проводят один период - прогрев и плавление.

Заправка печи - восстановление изношенных участков футеровки стен и пода проводится после каждой плавки. Продолжительность заправки на крупных печах составляет 15-25 мин.

Завалка твердой шихты занимает при скрап-рудном процессе 1/3, а при скрап-процессе до 2/3 общей продолжительности плавки.

Длительность завалки связана с количеством загружаемых материалов и необходимыми прогревами.

Заливка чугуна в скрап-рудном процессе должна быть произведена в оптимальный момент времени. При ранней заливке возможно затвердевание ванны («закозление»). При поздней заливке на перегретый скраб опасны взрывообразные реакции, сопровождающиеся выбросами расплава из печи. Подходящим моментом для начала заливки чугуна может служить появление умеренных количеств железистого шлака и оседание скрапа за счет его размягчения и оплавления. Заливку надо производить в течение 30-60 мин (несколькими ковшами). При этом вся масса чугуна взаимодействует с шихтой, интенсивно плавится и растворяется скрап, окисляется углерод чугуна, часть шлака («сбегающий» шлак) самотеком вытекает из печи через засыпку порогов рабочих окон. С ним удаляется кремний, часть серы и, особенно, фосфор, перешедшие к этому моменту в шлак.

Плавление продолжается в крупных печах в течение нескольких часов и заканчивается усвоением в шлаке флюсов (известняка, извести) и полным растворением скрапа. К моменту расплавления основность повышают добавками извести и при необходимости разжижают шлак бокситом или шамотным боем. За период плавления полностью окисляется кремний шихты, марганец и большая часть углерода. Для ускорения окисления примесей и процесса плавления после окончания заливки чугуна ванну целесообразно продувать кислородом или сжатым воздухом через водоохлаждаемые фурмы в своде печи.

Период кипения обычно начинают с добавок в ванну железной руды (полировки) или продувки ее кислородом или сжатым воздухом. Углерод начинает интенсивно окисляться, шлак вспенивается (вследствие уменьшения или отключения подачи топлива). Затем производят скачивание шлака, который имеет более высокую основность, чем «сбегающий» шлак, и выводит из печи значительные количества фосфора и серы. Новый шлак повышенной основности наводят добавками свежеобожженной извести.

Кипение происходит вследствие окислительных свойств атмосферы печи (чистое кипение). Выделение пузырей СО (продуктов обезуглероживания) вызывает перемешивание ванны и ее прогрев до необходимой для выпуска металла температуры. В конце периода кипения ванна очищается от растворенных азота и водорода, неметаллических включений и достигает заданного состава и температуры.

В конце плавки стали в мартеновской печи проводят частичное (предварительное) раскисление металла. Обычно для этого используют ферросплавы, содержащие невысокие концентрации элемента с высоким сродством к кислороду - кремния (бедный ферросилиций с 12-19 % Si), а также ферросплав, содержащий более слабый раскислитель - ферромарганец (~75 % марганца). В ряде случаев используют комплексные раскислители, содержащие одновременно кремний и марганец, или более сложного состава. После «предварительного» раскисления и небольшой выдержки металл выпускают из печи в сталеразливочный ковш или несколько ковшей.

1.6.4 Выплавка стали в двухванных сталеплавильных агрегатах

Стремление радикального совершенствования мартеновского процесса привело к разработке нового сталеплавильного агрегата - двухванной сталеплавильной печи, в которой часть тепла газов, уходящих из рабочего пространства, используют для нагрева металлической шихты (рис. 1.5).

Двухванная сталеплавильная печь – это разновидность мартеновской печи. Рабочее пространство ее разделено перевалом на две ванны, которые имеют общий свод.

1 — жидкий металл; 2 — твёрдая шихта; 3 — продувочная фурма; 4 — дожигающая фурма; 5 — резервная топливная горелка

Рисунок 1.5 – Двухванная сталеплавильная печь

Двухванная печь работает так, что если в одной (холодной) ванне происходит выпуск, заправка, завалка, прогрев и заливка чугуна, то во второй (горячей) – плавление и доводка. Газы, содержащие до 35% СО, из горячей ванны направляются в холодную, где происходит дожигание СО до СО2. Недостающее для процесса тепло дает природный газ, подаваемый через сводовые горелки. С выпуском металла из первой ванны цикл плавки заканчивается и начинается новый. С помощью перекидных шиберов изменяется направление движения газов, и бывшая горячая ванна становится холодной.