Производство стали

5. Виробництво сталі  в мартенівських  печах

Мартенівський спосіб відрізняється від конверторного тим, що випалювання надлишку вуглецю в чавуні відбувається за рахунок не лише кисню повітря, а й кисню оксидів заліза, які додаються у вигляді залізної руди та іржавого залізного брухту.

Мартенівський спосіб з’явився в результаті необхідності переробки великої кількості  металобрухту, масова переробка якого  в конверторах неможлива. Ця проблема була вирішена шляхом створення полуменевої (мартенівської) печі.

Понад 80 % всієї виплавленої сталі одержують мартенівським способом.

  Розповсюдженість  способу пояснюється  його універсальністю:

• плавку можна вести як на твердій, так і на рідкій шихті з будь-якими співвідношеннями металобрухту і чавуну;
• спосіб характеризується невисокими вимогами до якості сировини;
• процес плавки добре регулюється;
• вихід готової сталі високий;
• процес дозволяє виготовити сталь майже всього сортаменту.

Мартенівська  піч складається з плавильної ванни, перекритої склепінням з вогнетривкої цегли, і особливих камер регенераторів для попереднього підогріву повітря і горючого газу.

Регенератори заповнені  насадкою з вогнетривкої цегли. Коли перші два регенератори нагріваються пічними газами, горючий газ і  повітря вдуваються в піч через  розжарені третій і четвертий  регенератор. Через деякий час, коли перші два регенератори нагріваються, потік газів спрямовують у  протилежному напрямку і т. д.

Плавильні ванни потужних мартенівських печей мають довжину до 16 м, ширину до 6 м і висоту понад 1 м. Місткість таких ванн досягає 500 т сталі.

• В плавильну ванну завантажують залізний брухт і залізну руду. До шихти додають також вапняк як флюс. Температура печі підтримується при 1600—1650 °C і вище. Вигоряння вуглецю і домішок чавуну в перший період плавки відбувається головним чином за рахунок надлишку кисню в горючій суміші за тими ж реакціями, що і в конверторі, а коли над розплавленим чавуном утвориться шар шлаку — за рахунок оксидів заліза.
• Внаслідок взаємодії основних і кислотних оксидів утворюються силікати і фосфати, які переходять у шлак. Сірка теж переходить у шлак у вигляді сульфіду кальцію:
• Після розливки сталі піч знову завантажують шихтою і т. д.
• Процес переробки чавуну в сталь у мартенах відбувається відносно повільно протягом 6—7 годин.
• На відміну від конвертора в мартенах можна легко регулювати хімічний склад сталі, додаючи до чавуну залізний брухт і руду в тій чи іншій пропорції.
• Перед закінченням плавки нагрівання печі припиняють, зливають шлак, а потім додають розкисники.
• В мартенах можна одержувати і леговану сталь. Для цього в кінці плавки додають до сталі відповідні метали або сплави.

• Мартенівський спосіб виробництва сталі ліквідований у всіх розвинених країнах світу ще в 1980-1990-х роках, а в Китаї – у 2003 р. На сьогодні такий спосіб є малоефективним як з економічної, так і з екологічної точки зору.
• Зокрема, собівартість мартенівської сталі на 15% вища за собівартість електросталі та конвертерної сталі.
• При виробництві мартенівської сталі обсяг викидів шкідливих речовин в атмосферу вище на 40%, а парникових газів − у два рази більше порівняно з іншими способами виробництва сталі.
• На 2010 р. частка мартенівської сталі становить лише 3,6% світового виробництва сталі та припадає в основному на Росію (40%) і Україну (46%), тобто дві країни в сукупності виробляють практично 86% світового обсягу мартенівської сталі.
• Україна на 2010 р. є єдиною країною у світі, яка практично не реалізує стратегії заміни мартенівських печей іншими альтернативними агрегатами.
• Виробництво сталі в мартенівських печах існує на металургійних комбінатах ВАТ “Азовсталь” ВАТ «АМКР», ВАТ “Запоріжсталь” ВАТ «ММК ім. Ілліча», а також на Донецькому, Макіївському і Дніпровському металургійних заводах.

6. Електротермічний спосіб

Електротермічний  спосіб має перед  мартенівським і  особливо конверторним цілий ряд переваг.

• Цей спосіб дозволяє одержувати сталь дуже високої якості і точно регулювати її хімічний склад.
• Доступ повітря в електропіч незначний, тому значно менше утворюється монооксиду заліза FeO, що забруднює сталь і знижує її властивості.

Електродугова піч. Метал в ній не контактує з газами, і виходить чистішим, ніж, наприклад, з мартенівської печі. Багато легованих сталей виплавляються тільки в електричних печах.

• Температура в електропечі — не нижче 2000 °C. Це дозволяє проводити плавку сталі на сильно основних шлаках (які важко плавляться), при яких повніше видаляється фосфор і сірка.
• Крім того, завдяки дуже високій температурі в електропечах можна легувати сталь тугоплавкими металами — молібденом і вольфрамом.
• В дугових електропечах джерелом тепла є електродуга між електродами і металом шихти.
• Але в електропечах витрачається дуже багато електроенергії — до 800 кВт/год на 1 т сталі. Тому цей спосіб застосовують лише для одержання високоякісної спецсталі.
• Електропечі бувають різної місткості — від 0,5 до 180 т.
• Склад шихти може бути різний. Інколи вона складається на 90 % із залізного брухту і на 10 % із чавуну, інколи у ній переважає чавун з добавками у певній пропорції залізної руди і залізного брухту. До шихти додають також вапняк або вапно як флюс. Хімічні процеси при виплавці сталі в електропечах ті ж самі, що і в мартенах.

Електродугова піч  складається зі сталевого кожуха, який зсередини футерований вогнетривким матеріалом.

• У склепінні печі є отвори для трьох електродів (піч використовує трьохфазний струм).
• Електроди діаметром більше 550 мм бувають графітові або вугільні.
• Дно печі – чашоподібне.
• В стінках печі є завантажувальне вікно і випускний отвір із зливним жолобом.

7. Утворення сталевих  злитків 

• Коли плавка в них закінчується, сталь випускають у спеціально підготовлений ківш. Із дуже великих мартенівських печей сталь випускають відразу в 2 і навіть 3 ковша. Потім ковші зі сталлю направляють на розливання.
• На більшості заводів сталь розливають у виливниці - високі чавунні форми.
• Після того як метал застигає, злитки "роздягають", тобто з них знімають виливниці. Маса злитків може бути різною - від кількох кілограмів до десятків тонн.

8. Порівняльна характеристика  конверторного, мартенівського  та електротермічного  видів виробництв  сталі 

9. Переваги конверторного,  мартенівського та  електротермічного  видів виробництв  сталі 

10. Недоліки конверторного,  мартенівського та  електротермічного  видів виробництв  сталі