Мартенівська піч
Мартенівська піч — це промислова плавильна піч, призначена для виробництва сталі з чавуну. Її винайшов у 1864 році французький металург П’єр Мартен. Мартенівські печі відігравали важливу роль у розвитку сталеливарної промисловості в ХІХ–ХХ століттях, забезпечуючи високу продуктивність та відносно низьку собівартість виробництва сталі.
Конструкція та принцип роботи
Мартенівська піч — це велика неперервно діюча піч з відкритим вогнищем. Передній кінець печі відкритий для завантаження матеріалів та випуску готового металу, а задній кінець зазвичай закритий регенераторами, які використовуються для попереднього нагрівання повітря та газу, що забезпечує високу температуру в робочому просторі.
Головною структурною частиною мартенівської печі є кам’яний під, який нахилений у бік льотки. Над подом розташований звід, побудований з вогнетривких цеглин. Задню стінку печі викладають брусковим магнезитом, а бічні стінки — динасовою цеглою. Підстава печі зазвичай складається з металевих балок, що спираються на опори.
У процесі виробництва сталі в мартенівській печі використовують два основних компоненти: чавун, який є основним джерелом заліза, та скрап, який складається з відходів сталеливарного виробництва та металобрухту. Перетворення чавуну на сталь відбувається шляхом окислення домішок, таких як вуглець, кремній та марганець, у процесі взаємодії з киснем повітря, який подається через фурми, розташовані в задній частині печі.
Режими плавлення
Існує два основних режими плавлення в мартенівських печах:
* Лужне плавлення: Під час лужного плавлення основною флюсоутворюючою речовиною виступає вапняк, який додається до шихти. Лужне плавлення використовується для виробництва сталі, призначеної для виготовлення вуглецевих та легованих сталей, а також для виробництва спеціальних сталей з підвищеним вмістом азоту чи сірки.
* Кисневе плавлення: Під час кисневого плавлення кисень вдувається через фурми в робочий простір печі, що дозволяє інтенсифікувати процес окислення домішок у чавуні. Кисневе плавлення широко використовується для виробництва низьковуглецевої сталі, призначеної для виготовлення листів, труб та інших плоских виробів з високими вимогами до чистоти металу.
Сучасне використання
Мартенівські печі поступово витісняються з використання сучаснішими технологіями сталеплавильного виробництва, такими як киснево-конвертерний та електродуговий методи. Проте мартенівські печі все ще залишаються важливим інструментом у деяких галузях металургії завдяки своїй гнучкості та здатності відновлювати метали з різних вторинних ресурсів.
Поширеність мартенівських печей у сучасному виробництві сталі варіюється в різних країнах. У Китаї, який є найбільшим виробником сталі в світі, мартенівські печі все ще складають значну частку сталеливарного парку. У Європі та Північній Америці мартенівські печі поступово виводяться з експлуатації, замінюючись сучаснішими технологіями.
Переваги та недоліки мартенівських печей
Переваги:
* Гнучкість: Мартенівські печі можуть використовувати різні шихтові матеріали, включаючи чавун, скрап та різні добавки, що дає змогу виробляти різноманітні марки сталі.
* Відновлення: Мартенівські печі здатні відновлювати метали з вторинних ресурсів, таких як металобрухт, залізна руда та шлаки, що робить їх екологічно дружніми.
* Можливість виробництва високолегованих сталей: Мартенівські печі можуть виробляти високолеговані сталі, які важко отримати за допомогою інших сталеплавильних методів.
Недоліки:
* Висока собівартість: Мартенівські печі потребують значних витрат палива та енергії, що призводить до високої собівартості виробництва сталі.
* Низька продуктивність: Мартенівські печі мають відносно низьку продуктивність у порівнянні з сучаснішими технологіями сталеплавильного виробництва.
* Високі екологічні витрати: Мартенівські печі значно забруднюють навколишнє середовище, викидаючи в атмосферу велику кількість пилу та газів.
Супутні технології
Мартенівські печі часто працюють разом з іншими технологічними процесами, такими як:
* Підігрів чавуну: Щоб підвищити ефективність плавлення та зменшити витрату палива, чавун перед подачею в мартенівську піч підігрівають у спеціальних печах.
* Десульфурування: Щоб видалити сірку з розплавленого металу, використовують спеціальні десульфуруючі добавки або удування газів, що містять кальцій або магній.
* Розкислення: Після завершення плавлення в сталь додають розкислювачі, такі як феросплави або алюміній, щоб видалити розчинений кисень та покращити хімічний склад і механічні властивості сталі.
* Легування: Щоб надати сталі спеціальних властивостей, у розплавлений метал додають легуючі елементи, такі як хром, нікель, марганець або молібден.
* Безперервна розливка: Після плавлення сталь виливають у спеціальні машини безперервного розливання, які перетворюють рідкий метал на сляби, заготовки або інший прокат.
Запитання 1: Що таке мартенівська піч і для чого вона використовується?
Відповідь: Мартенівська піч — це металургійна плавильна піч, яка використовується для виробництва сталі шляхом плавлення залізної руди або чавуну з вапном та іншими допоміжними матеріалами. У результаті процесу утворюється розплавлена сталь, яка згодом виливається у форми та використовується для різноманітних промислових та побутових потреб.
Запитання 2: Який принцип роботи мартенівської печі?
Відповідь: Мартенівська піч має циліндричну форму і виготовлена з вогнетривкої цегли. Вона працює за принципом відкритого ванного вогнища. Залізна руда або чавун завантажується в піч зверху, разом з вапном, яка діє як флюс, що видаляє домішки. Потім у піч подається паливо (зазвичай природний газ або мазут) і повітря, які забезпечують високу температуру (близько 1700 °C) для плавлення сировини.
Запитання 3: Які основні переваги та недоліки мартенівських печей?
Відповідь: До переваг мартенівських печей належать:
- Можливість переробки різноманітної сировини.
- Висока якість отриманої сталі.
- Точний контроль над складом сталі.
Недоліками є:
- Високі енерговитрати.
- Складний і тривалий процес плавлення.
- Відносно низька продуктивність.
Запитання 4: Які основні частини мартенівської печі?
Відповідь: Основні частини мартенівської печі включають:
- Робочий простір: де відбувається процес плавлення.
- Регенератори: для підігріву повітря та палива перед подачею в піч.
- Стільникові насадки: для ефективного теплообміну в регенераторах.
- Камера горіння: де відбувається згоряння палива і повітря.
- Прядило: для виливання розплавленої сталі з печі.
Запитання 5: Як забезпечується екологічна безпека мартенівських печей?
Відповідь: Для забезпечення екологічної безпеки мартенівських печей вживаються такі заходи:
- Очищення викидів: димові гази очищаються від пилу та шкідливих речовин за допомогою пило- та газоочисного обладнання.
- Утилізація відходів: відходи виробництва (шлаки, випарні гази) утилізуються або переробляються для використання в інших галузях.
- Моніторинг викидів: здійснюється постійний моніторинг викидів з печі для забезпечення дотримання екологічних норм.