Мартеновские свечи что такое
Принцип и технология плавления в мартеновской печи
Представляю вашему вниманию статью о мартеновской печи и принципе её работы. Каждый стремится узнать что-то новое и полезное, то что интересно, познавательно и может расширить наш кругозор. Поэтому рассмотрим процесс и технологию производства стали в мартеновской печи более детально.
Устройство мартеновской печи
Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной отражательной регенеративной печью. В плавильном пространстве сжигается газообразное топливо или мазут. Высокая температура для получения стали в расплавленном состоянии обеспечивается регенерацией тепла печных газов.
Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича.
Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной, сверху сводом, а с боков передней и задней стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна для подачи шихты и флюса, а в задней – отверстие для выпуска готовой стали.
Для подогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора.
Регенератор – камера, в которой размещена насадка – огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.
В конструкции печи выделяют две основные части:
Мартеновский способ выплавки стали в свое время позволил из доступного сырья получать конструкционную и спецсталь как на больших, так и на малых металлургических предприятиях.
Мартеновская печь относится к типу отражательных печей.
Ванна, где идет плавка, выложена огнеупорным кирпичом. Над ванной — сферический свод. Продукты горения топлива, а вместе с ними и тепло отражаются от свода и направляются в ванну, где и расплавляют металл. Такая конструкция обеспечивает равномерное распределение тепла по всей площади ванны.
Принцип работы мартеновской печи
Принцип работы мартеновской печи основан на любопытном свойстве сплавов, называемых эвтектическими или просто эвтектиками.
Иногда эвтектики называют твердыми растворами, но это неверно. В растворе вещества смешиваются на молекулярном или субмолекулярном (кластерном) уровне, а микроструктура эвтектик хорошо видна под обычным оптическим микроскопом.
Эвтектики широко используются в промышленности и в быту: латунь, бронза, свинцово-оловянные припои это эвтектические сплавы 2-х и более металлов.
Чугун и простая конструкционная сталь представляют собой эвтектики железа и углерода, а легированная сталь – сложную эвтектику их же с легирующими присадками.
В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают разновидности мартеновского процесса:
Большинство печей стационарные.
Качающиеся обычно применяются для переработки фосфористых чугунов, так как при этом требуется несколько раз«скачивать» богатый фосфором шлак, что легче осуществлять на качающихся печах. Они могут отапливаться жидким (мазутом) или газообразным (природный, смешанный, генераторный газ) топливом.
Смешанный газ(коксовый и доменный) и генераторный газ, обладающие недостаточной теплотой сгорания, перед поступлением в рабочее пространство подогреваются в регенераторах примерно до 1150 градусов.
Природный газ и мазут используются без подогрева.
Кислород, служащий для интенсификации горения топлива, вводится через фурмы, помещенные в головках печи, а подаваемый для продувки ванны — через фурмы, опускаемые в отверстия в своде.
Некоторое количество топлива может поступать вместе с кислородом в рабочее пространство печи с помощью топливо-кислородных горелок, также опускаемых через свод.
Печи, отапливаемые низкокалорийными видами газообразного топлива, имеют две пары шлаковиков и две пары регенераторов (для подогрева газа и подогрева воздуха), располагаемых попарно соответственно под каждой головкой печи; отапливаемые мазутом или природным газом имеют под каждой головкой по одному шлаковику и одному регенератору — только для подогрева воздуха.
Несмотря на наличие регенераторов, отходящие газы перед дымовой трубой имеют температуру 400-800 градусов.
Для утилизации этого тепла за печью устанавливают котлы-утилизаторы. Печи оборудованы контрольно-измерительной аппаратурой, позволяющей не только контролировать их работу, но и автоматически поддерживать заданный тепловой режим в различные периоды плавки.
Технология плавления в мартеновской печи
Периоды процесса получения стали в мартеновской печи длятся от пяти до восьми часов (при скоростном сталеварении — до 4,5—5,5 часа) и состоят из этапов:
Плавление начинается ещё до окончания загрузки печи. Плавление стараются проводить при максимальной температуре, чтобы препятствовать растворению в металле газов и не допустить излишнего окисления. В этот период интенсивно окисляются кремний, марганец, железо, фосфор, образуется большое количество закиси железа.
Во время плавления в результате реакций окисления примесей формируется шлак. К моменту полного расплавления всей шихты отбирается проба металла на химический анализ.
После спуска первичного шлака и наводки нового с помощью извести в металле достигается нужное содержание фосфора. Если его содержание превышает допустимое, то операция спуска и наводки нового шлака повторяется несколько раз.
Кипение и окисление.
Период кипения предназначен для доведения состава металла (главным образом по содержанию углерода) до требуемого и нагрева металла до температур, обеспечивающих дальнейшую разливку.
Главной реакцией этого периода является реакция окисления углерода. Образующаяся окись углерода в виде газовых пузырей всплывает через толщу металла, проходит шлак и удаляется в атмосферу печи.
Процесс выделения пузырей углерода создает впечатление кипения.
Этот процесс позволяет перемещать всю толщу металла, приводит к выравниванию химического состава металла, а также ускоряет процесс нагрева металла по всей высоте ванны и очищает металл от находящихся в нем газов и неметаллических включений. В этот же период происходит реакция удаления серы из металла.
Кислород для окисления углерода может попадать в металл тремя способами:
Если к окончанию плавки в стали растворено большое количество закиси железа, это придаёт стали хрупкость в горячем состоянии — красноломкость.
Для удаления кислорода сталь раскисляют ферросилицием, ферромарганцем или алюминием. Иногда для проверки раскалённый кусок стали подвергают ковке — при плохой раскисленности образуются трещины.
При необходимости, после раскисления вводят легирующие элементы: ферротитан, феррохром, высококремнистый ферросилиций, чистый никель и другие. После окончания плавки сталь выпускают в ковш.
Для ускорения процесса и повышения производительности на 15—25 % используют кислород. Его вводят при плавке двумя способами:
Работа мартеновских печей в значительное степени автоматизированa.
В целом мартеновский процесс делят на периоды:
Доводка плавки (окончательная рафинировка металла и перегрев расплава по отношению к температуре плавления на 55-60 °С).
Период обычно состоит из двух этапов:полировка или рудное кипение, т.е. кипение при добавках железной руды и чистое кипение, т.е. кипение без добавок;
Для экономии топлива в мартеновских печах и улучшения их экологических характеристик можно рекомендовать следующее:
Здравствуйте, дорогие читатели! Меня зовут Виталий Иванович, и я занимаюсь строительством печей, каминов и установкой отопительного оборудования.
Вот уже более 40 лет, начиная в далеком 1977 году помощником печника я изучаю это дело и совершенствую свои навыки. С выходом на пенсию стало больше свободного времени и я решил поделиться своим опытом с вами. Читайте на здоровье и задавайте вопросы в комментариях!
Мартеновские свечи что такое
Мартеновская печь или мартен ― это плавильная печь, в которой изготавливают сталь. Для эффективного производства применяют тепло, оно выделяется в ходе самого металлургического процесса. А для получения стали нужного химического состава используют чугун и стальной лом. Такой процесс и сами печи назвали мартеновскими в честь их изобретателя ― французского металлурга Пьера-Эмиля Мартена.
Первую в России мартеновскую печь построил инженер Александр Износков. Ее запустили весной 1870 года на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде. Потом мартены установили Боткинский, Путиловский, Обуховский, Пермский и другие заводы.
Во время Великой Отечественной войны сталь, которую получали в мартеновских печах, использовали в производстве деталей для винтовок, снарядов и танков. Благодаря этому росло вооружение СССР. Мужчин на производстве не хватало, на заводы шли работать женщины и подростки. Сталевар Иван Черемухин вспоминал: «Пятнадцатилетним пареньком я пришел на завод в мартеновский цех из ремесленного училища. Мы заменили тех, кто ушел на фронт. Трудились у печи втроем: один сталевар и два подручных, а по норме надо десять человек. Работали по 12 часов в сутки».
Мартеновские печи не тушат после каждой плавки, они работают в непрерывном режиме, их останавливают только для проведения ремонта. Во-первых, гасить печь ежедневно невыгодно ― на подготовку к запуску нужно время, примерно равное рабочей смене. Во-вторых, при повторном нагреве разрушается оболочка из кирпича, которая находится внутри топки. Поэтому в военное время работа у печей продолжалась круглые сутки: люди трудились на скорость, старались сократить время плавки и увеличить объем производства.
Мартеновская печь или мартен ― это плавильная печь, в которой изготавливают сталь. Для эффективного производства применяют тепло, оно выделяется в ходе самого металлургического процесса. А для получения стали нужного химического состава используют чугун и стальной лом. Такой процесс и сами печи назвали мартеновскими в честь их изобретателя ― французского металлурга Пьера-Эмиля Мартена.
Первую в России мартеновскую печь построил инженер Александр Износков. Ее запустили весной 1870 года на Сормовском заводе в Нижнем Новгороде. Потом мартены установили Боткинский, Путиловский, Обуховский, Пермский и другие заводы.
Во время Великой Отечественной войны сталь, которую получали в мартеновских печах, использовали в производстве деталей для винтовок, снарядов и танков. Благодаря этому росло вооружение СССР. Мужчин на производстве не хватало, на заводы шли работать женщины и подростки. Сталевар Иван Черемухин вспоминал: «Пятнадцатилетним пареньком я пришел на завод в мартеновский цех из ремесленного училища. Мы заменили тех, кто ушел на фронт. Трудились у печи втроем: один сталевар и два подручных, а по норме надо десять человек. Работали по 12 часов в сутки».
Мартеновские печи не тушат после каждой плавки, они работают в непрерывном режиме, их останавливают только для проведения ремонта. Во-первых, гасить печь ежедневно невыгодно ― на подготовку к запуску нужно время, примерно равное рабочей смене. Во-вторых, при повторном нагреве разрушается оболочка из кирпича, которая находится внутри топки. Поэтому в военное время работа у печей продолжалась круглые сутки: люди трудились на скорость, старались сократить время плавки и увеличить объем производства.
Мартеновская печь: температура, схема. Мартеновская печь во время войны
Мартеновская печь представляет собой плавильный агрегат, который предназначен для переработки лома и чугуна в сталь необходимого качества и химического состава. Устройство названо по фамилии металлургов и инженеров из Франции. Эмиль и Пьер Мартен создали печь в 1864 году. Рассмотрим далее ее устройство.
Общая схема мартеновской печи
Агрегат разделяется на нижнюю и верхнюю части. Последняя располагается под площадкой цеха, сооружаемой для обслуживания устройства на высоте 5-7 метров от пола. В верхней части мартеновская печь включает в себя собственно рабочее пространство и головки, оснащенные вертикальными каналами, отходящими вниз. Нижняя часть располагается под рабочей площадкой. В ней присутствуют регенеративные камеры с насадками, шлаковики и боровы с перекидными устройствами.
Рабочее пространство
Чертеж мартеновской печи, представленный в статье, иллюстрирует устройство этой части агрегата. В рабочем пространстве сверху присутствует ограничивающий свод, снизу – под (подина). В передней стенке просматриваются проемы. Они именуются завалочными окнами. Через них в мартеновскую печь загружается твердая шихта и заливается жидкий чугун. Заливка осуществляется посредством специального приставного желоба. Завалочные окна, как правило, закрыты особыми футерованными крышками со специальными отверстиями «гляделками». Они позволяют сталевару наблюдать за процессом плавки и состоянием агрегата. Рабочее пространство находится в наиболее тяжелых условиях из всех элементов, которые включает в себя мартеновская печь. Температура в этой части агрегата очень высокая. Кроме резкого теплового воздействия, рабочее пространство подвергается и механическим ударам. Материалы, из которых изготавливается эта часть устройства, находятся под действием химических соединений, возникающих при плавлении шлака и металлов. По стойкости элементов рабочего пространства обычно определяют устойчивость и всей печи, а также периоды капитальных и промежуточных ремонтов.
Подина
Над ней располагается расплавленный металл. Эта часть печи должна выдерживать вес материала, удары во время загрузки шихты, действие напряжений, которые образуются при резких и частых температурных перепадах, влияние эрозивных процессов в ходе взаимодействия с расплавленным сырьем. Передняя и задняя стенки агрегата работают практически в тех же условиях, в которых находится подина, поскольку они также соприкасаются с расплавленным шлаком и металлом. Эти элементы выкладывают из специального кирпича. В магнезитовой части предусматриваются температурные швы. Их заполняют деревянными прокладками, фанерой, картоном. В процессе нагрева они выгорают, а при расширении кирпич сжимает промежутки.
Этот элемент почти не соприкасается со шлаком. В этой связи его допускается изготавливать из основных и кислых огнеупорных материалов вне зависимости от характера процесса. Для сооружения свода применяется динасовый либо термостойкий магнезитохромитовый кирпич.
Головки
Они ограничивают с торцов рабочее пространство. От конструкции головок будет зависеть качество функционирования агрегата. Через эти элементы подается топливо и воздух. В зависимости от скорости их введения в рабочее пространство и уровня их взаимодействия будет зависеть форма и некоторые другие характеристики факела. Он, в свою очередь, определяет качество, с которым работает вся мартеновская печь. Головки должны обеспечивать:
Для удовлетворения первого и третьего условий сечение у выходных отверстий должно быть небольшим. Таким образом обеспечится максимальная скорость топлива и воздуха. Чтобы выполнить второе условие, нужно, чтобы сечение, наоборот, было максимальным. Такая двоякая роль головок – вводить воздух и топливо и отводить отработанные продукты – ставит достаточно непростую задачу перед конструкторами.
Шлаковики
Дымовые газы, которые отходят из рабочего пространства, протекают через головку. По вертикальным каналам они попадают в шлаковики. В них оседает порядка 50-75% пыли. При этом скапливаются крупные фракции, а более мелкие в большем своем объеме уносятся в трубу. По пути движения газов пыль, которая в них содержится, вступает во взаимодействие с материалами кладки. Данное обстоятельство необходимо учитывать при выборе последних при сооружении вертикальных каналов, а также шлаковиков.
Регенераторы
Эти элементы обеспечивают постоянно высокую температуру нагрева воздуха и газа. При более тяжелых условиях в работу включаются насадки верхних рядов, так как в этой части осаждение пыли и нагрев максимальны. Эти элементы выполняются из фортестеритового или магнезитохромитового кирпича. Работа нижних насадок осуществляется при температуре 1000-2000 градусов. Они выкладываются из прочного и более дешевого шамотного кирпича.
Функции перекидных клапанов
Мартеновская печь – это устройство реверсивного действия. В нем направление газовых потоков по системе периодически изменяется. В боровах, воздухо- и газопроводах устанавливаются шиберы, задвижки, дроссели и прочие элементы, которые объединены под наименованием «перекидные клапаны». В современной конструкции агрегата операция «перекидки» автоматизирована. Из боровов газы поникают в трубу. Ее высоту рассчитывают так, чтобы тяга, которая ею формируется, была достаточной для нормального движения потоков по всему пути. Труба представляет собой достаточно сложное и сравнительно дорогостоящее сооружение. Высота этого элемента в крупных агрегатах превышает сто метров. Трубу, как правило, выполняют из красного кирпича, внутренняя футеровка которого образована шамотным кирпичом.
Мартеновские печи во время войны
Первый в России агрегат был пущен на Сормовском заводе в 1870 году. В то время устройство сконструировал А. Износков – молодой инженер. Особое значение имели мартеновские печи во время войны. Из стали, полученной в них, отливались детали танков, снарядов и винтовок. Опасное для здоровья и очень трудоемкое производство было очень необходимым в те годы. С тех времен пошло также выражение «горят мартеновские печи». Оно свидетельствовало о мощи и непоколебимости советской эпохи. В 70-е годы производство агрегатов было приостановлено, поскольку их заменили усовершенствованные конструкции. Однако изобретение приобрело особое символичное значение для советского государства. Мартеновская печь увековечена в фильмах и песнях той эпохи.
Мартеновская печь, ее история и современная реальность
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?
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
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:
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:
Виды и разновидности мартеновских плавок
Производство стали в мартеновских печах можно разделить на два основных способа – скрап-рудный процесс и скрап-процесс.
Существует основная и кислая футеровка:
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:
Но отрицательных моментов у мартеновских печей больше, они следующие:
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».
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:
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.