Мартеновские печи это настоящий символ подъема промышленности в России (СССР) середины XX века. Недаром им посвящены песни, про рабочих-металлургов и сталеваров сняты художественные фильмы. В этой статье будет представлена история создания таких устройств, их прошлое и настоящее.
Что такое мартеновская печь?
Печь мартеновского типа – это особая металлургическая установка, в которой из лома железа и чугуна получается сталь.
С помощью конвективных потоков раскаленной газовоздушной смеси происходит сам процесс нагревания, а также дальнейшего плавления материала.
Ниже представлено фото мартеновской печи и сталевара, обслуживающего ее, а также контролирующего процесс выплавки металла:
История появления
Изобрел мартеновскую печь французский металлургический инженер Пьер Эмиль Мартен в 1864 году. С того времени – это официальная дата изобретения мартеновской печи.
Во второй половине XIX века мартеновские установки стали настоящим прорывом в сталелитейном производстве.
В России первые мартены появились в 1870 году на Сормовском заводе под Нижним Новгородом. В их создании принимал активное участие инженер А. Износков.
Благодаря интенсивному развитию промышленности в СССР, в 30-ые годы XX века, к началу Великой Отечественной войны этот комбинат стабильно обеспечивал советскую армию запасными деталями, частями корпусов из стали и чугуна для военной техники.
Устройство
Основными элементами, представляющими устройство мартеновской печи, являются:
- Корпус, состоящий из передней и задней стенок, а также ее свода.
- Головки, оснащенные каналами, расположенными вертикально. Через них происходит газовый обмен рабочей камеры с внешней средой, а также подается топливо.
- Шлаковики воздушного и газового типа, в них происходит сбор и накопление крупнофракционной плавильной пыли.
- Регенераторы, которые обеспечивают стабильную температуру подаваемого газа и воздуха, за счет тепловой энергии, выходящей из рабочей камеры.
- Труба для отвода дыма и газов.
- Котел-утилизатор.
- Реверсивно-регулирующие клапаны, их функция состоит в выведении продуктов сгорания, а также в правильной подаче газового топлива и воздуха в камеру.
Ниже приведены типовые схемы мартеновских печей:
Принцип работы
Мартеновская печь – это пламенный отражающий механизм, который действует по принципу регенерации металла. В рабочем пространстве происходит сжигание природного газа или мазута.
Температура в мартеновской печи может достигать 18000 градусов Цельсия. Такой высокий уровень температуры поддерживается с помощью регенерации тепловой энергии печных газов.
Описание принципа работы:
- Подогретый до 1200 – 1250 градусов газ, попадает в рабочую камеру, где происходит процесс его смешивания с топливом. Возникающий факел направляется на закладку шихты и происходит выплавление металла из нее.
- В свою очередь, отработанные газы, в смеси с шихтовой пылью, удаляются через дымоход в атмосферу, подвергаясь фильтрации в регенераторе. По завершении цикла, с помощью клапанов происходит переключение регенераторов и вертикальных головок. Процесс повторяется в зеркальном отображении, благодаря симметричной конструкции мартена.
- Процесс получения стали в такой установке длится несколько часов. Во время работы сталевар осуществляет контрольную выемку расплава специальным приспособлением, после чего направляет ее в цеховую лабораторию для определения процентного соотношения металла и примесей, таких как марганец, фосфор, сера и прочих.
- По результатам такого анализа, в рабочую камеру добавляются специальные присадки, улучшающие качество стали. В конце процесса производится процедура удаления кислорода из расплава с помощью раскислителей, ими являются ферромарганец, алюминий и ферросилиций.
Виды и разновидности мартеновских плавок
Производство стали в мартеновских печах можно разделить на два основных способа – скрап-рудный процесс и скрап-процесс.
- Рудный процесс.
- Скрап-процесс характеризуется большим количеством металлолома в шихте, предельного чугуна в ней 30 – 45%.
- Скрап-рудный процесс предусматривает плавку смеси лома и железной руды, содержание жидкого чугуна в ней больше и составляет 55 – 75%.
На качество получаемой стали влияет и футеровка стенок печного агрегата. Когда была изобретена мартеновская печь, об этом сильно не задумывались, но позже стали понятны механизмы получения того или иного вида стали с определенными свойствами.
Существует основная и кислая футеровка:
- Основная футеровка применяется для получения конструкционных, марганцовистых, хромистых и низколегированных сталей.
- Кислая футеровка – для высоколегированных качественных сталей с минимальным содержанием примесей.
Отличие от доменной печи
Отличие доменной печи и мартеновской печи состоит в способе закладке шихты, а также в методах отвода и подачи газов в рабочее пространство установок.
Доменные агрегаты могут быть электрическими, в то время как мартены работают только на газу или жидком топливе. Печь мартеновского типа состоит из нескольких рабочих камер, а домна – это один большой резервуар шахтного типа.
Доменная печь, мартеновская печь – отличия их состоят и в атмосфере внутри камер. Домны способны работать с нейтральными или восстановительными атмосферами при различных режимах давления.
Это повышает производительность, а также количество выплавляемого металла на единицу объема шихты. Так, в отходах доменного производства содержится в 10 раз меньше остаточного железа, чем в шихте, оставшейся после мартенов.
Плюсы и минусы
Основными достоинствами печей мартеновского типа являются:
- Хорошее качество продукции.
- Возможность осуществлять контроль качества выплавляемого металла в процессе работы установки.
- Простота управления и обслуживания.
- Низкие требования к качеству исходного сырья.
- Способность переплавлять металлолом.
- Возможность применения присадок и добавок, улучшающих качество стали.
Но отрицательных моментов у мартеновских печей больше, они следующие:
- Низкая экономичность,
- Высокое количество отходов металла,
- Сложность и дороговизна ремонтных работ,
- Невозможность получить сталь высокого качества,
- Долгое время плавки металла,
- Большой расход футеровочных материалов при строительстве и ремонте,
- Недопустимо высокое количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу,
- Вредные и опасные условия труда у рабочих,
- Малая производительность труда.
Используются ли эти печи сейчас?
Сейчас подобные агрегаты практически не применяются. Несколько заводов, использующих производство стали в печах, по типу мартеновских, еще функционируют в Китае, Украине, Индии и странах «третьего мира».
Это обусловлено их малой рентабельностью, а также особо вредными условиями труда работников, занятых в мартеновском производстве.
По степени загрязнения окружающего воздуха промышленными выбросами и аэрозолями, эти печки занимают одно из первых мест. Именно поэтому, с начала XXI почти все мировые производители металла отказались от подобных устройств в пользу современных сталеплавильных агрегатов.
Что сейчас используют вместо мартеновских печей?
Шестидесятые года XX века ознаменовались изобретением новых прогрессивных методов получения качественной стали, таких как электрическая выплавка и кислородно-конвертерный способ.
Получение стали в мартеновских печах постепенно прекращалось. Перестали строиться новые установки, последняя печь данного вида была построена в 1970 году.
Физический износ мартеновских установок постепенно сводит подобное производство металла к нулю, во всем мире на сегодняшний день таким способом выплавляется всего 2% от общего объема изготавливаемой стали. На смену мартенам пришли:
- Электродуговые печи.
- Шахтные печи.
- Вакуумные печи.
Вывод
Прошло уже более 150 лет с того момента, в каком году была создана мартеновская печь. Технологии плавления металла сильно шагнули вперед, были разработаны новые экономичные и экологически безопасные виды плавки стали. Однако, именно изобретение мартенов дало мощный толчок к росту промышленности.
Благодаря таким печкам, увеличение промышленного производства в XX веке достигло небывалых темпов. Сейчас выплавка стали в мартеновских печах в мире практически прекращена, но этот агрегат навсегда останется символом стремительного развития машиностроения и металлургии в умах многих поколений.