Мартеновская печь или мартеновская печь — это любой из нескольких видов промышленных печей , в которых из чугуна выжигается избыток углерода и других примесей для получения стали . [1] Поскольку сталь трудно производить из-за ее высокой температуры плавления , обычного топлива и печей было недостаточно для массового производства стали, и мартеновский тип печи был одной из нескольких технологий, разработанных в девятнадцатом веке для преодоления этой трудности. . По сравнению с бессемеровским процессом , который он вытеснил, его основные преимущества заключались в том, что он не подвергал сталь чрезмерному воздействию азота (что могло бы привести к тому, что сталь становилась хрупкой ), его было легче контролировать, и он позволял плавить и рафинировать большие количества лом железа и стали . [2]
Мартеновскую печь впервые разработал инженер немецкого происхождения Карл Вильгельм Сименс . В 1865 году французский инженер Пьер-Эмиль Мартен получил лицензию от Siemens и впервые применил свою регенеративную печь для производства стали . Их процесс был известен как процесс Сименса-Мартина или процесс Мартина-Сименса , а печь - как «мартеновская» печь. Большинство мартеновских печей были закрыты к началу 1990-х годов, не в последнюю очередь из-за их медленной работы, и были заменены кислородно-конвертерными печами или электродуговыми печами . [2]
В то время как самый ранний пример мартеновского производства стали встречается около 2000 лет назад в культуре народа Хайя , в современной Танзании [3] и в Европе в каталонской кузнице , изобретенной в Испании в 8 веке, обычно ограничить этот термин некоторыми процессами производства стали в XIX веке и более поздних стадиях, тем самым исключив из его применения цветочные печи (включая каталонскую кузницу), ювелирные кузницы и пудлинговые печи .
Мартеновский процесс является периодическим процессом и шихта называется «плавкой». Печь сначала осматривают на предмет возможных повреждений. После того, как он готов или отремонтирован, в него загружают легкий лом, например, листовой металл, измельченные транспортные средства или металлические отходы. Печь нагревается с помощью горящего газа. После плавления шихты в нее добавляют тяжелый лом, такой как строительный, строительный или металлургический лом, а также чугун из доменных печей . После того как вся сталь расплавится, добавляются шлакообразователи, такие как известняк. Атмосферный кислород при контакте с расплавленным чугуном непосредственно окисляет содержащийся в нем избыточный углерод с образованием монооксида углерода (CO). Кроме того, Fe(II), присутствующий в оксиде железа(II) (FeO), и другие примеси также способствуют обезуглероживанию чугуна за счет окисления углерода в CO и одновременного восстановления Fe(II) до металлического Fe. Образующийся оксид углерода (CO) вымывается с дымом, при этом образуется сталь. Чтобы увеличить окислительную силу «тепла», можно добавить больше железооксидной руды. [4]
Этот процесс намного медленнее, чем в бессемеровском конвертере , и, следовательно, его легче контролировать и отбирать пробы для оценки качества. Подготовка плавки обычно занимает от восьми до восьми с половиной часов, а на завершение превращения в сталь — еще больше. Поскольку процесс медленный, нет необходимости сжигать весь углерод, как в бессемеровском процессе, но процесс можно прекратить в любой момент, когда будет достигнуто желаемое содержание углерода. [4]
Выпуск печи осуществляется так же, как выпуск доменной печи ; В боковой части горна просверливается отверстие, и необработанная сталь вытекает наружу. После того как вся сталь выпущена, шлак удаляют. Необработанную сталь можно отливать в слитки (процесс, называемый разливкой ), или ее можно использовать при непрерывной разливке на прокатном стане. [4]
Регенераторы являются отличительной особенностью печи и состоят из шамотных дымоходов, заполненных кирпичами, поставленными на ребро и расположенными таким образом, чтобы между ними было большое количество мелких проходов. [4] Кирпичи поглощают большую часть тепла из выходящих отходящих газов и позже возвращают его входящим холодным газам для сгорания.
Карл Вильгельм Сименс разработал регенеративную печь Сименса в 1850-х годах и в 1857 году заявил, что она рекуперирует достаточно тепла, чтобы сэкономить 70–80% топлива. Эта печь работает при высокой температуре за счет использования регенеративного предварительного нагрева топлива и воздуха для горения . При регенеративном предварительном нагреве отходящие газы из печи закачиваются в камеру с кирпичами, где тепло передается от газов к кирпичам. Затем поток в печи меняют направление, так что топливо и воздух проходят через камеру и нагреваются кирпичами. Благодаря этому методу мартеновская печь может достигать температур, достаточно высоких для плавления стали, но компания Siemens изначально не использовала ее для этого. [5]
В 1865 году французский инженер Пьер-Эмиль Мартен получил лицензию у компании Siemens и впервые применил свою регенеративную печь для производства стали. Наиболее привлекательной характеристикой регенеративной печи Siemens является быстрое производство большого количества основной стали, используемой, например, для строительства высотных зданий. [5] Обычный размер печей составляет от 50 до 100 тонн, но для некоторых специальных процессов они могут иметь мощность 250 или даже 500 тонн.
Процесс Сименса-Мартина скорее дополнял, чем заменял бессемеровский процесс . Он медленнее и, следовательно, его легче контролировать, что позволяет производить более качественную продукцию. Это также позволяет плавить и рафинировать большие объемы стального лома, что еще больше снижает затраты на производство стали и перерабатывает ненужные отходы. Одним из его важных недостатков является то, что плавка и рафинирование шихты занимает несколько часов. В начале 20-го века это было преимуществом, поскольку давало химикам-заводам время проанализировать сталь и решить, сколько еще времени потребуется на ее очистку. Но примерно к 1975 году электронные инструменты, такие как атомно-абсорбционные спектрофотометры, сделали анализ стали намного проще и быстрее. Говорят, что рабочая среда вокруг мартеновской печи чрезвычайно опасна, хотя это может быть еще более справедливо в отношении среды вокруг кислородной или электродуговой печи. [5]
С одной стороны, этот процесс обеспечивает меньшую экономию за счет масштаба, чем бессемерский, поэтому в период его расцвета сталь была дороже, но с другой, он больше подходил для стран, которые в любом случае не могли производить много стали из-за ограничений природных ресурсов. Ресурсы. [6]
Конверсионное производство стали в конечном итоге заменило мартеновские печи. Он быстро вытеснил процессы Бессемера и Сименса-Мартина в Западной Европе к 1950-м годам и в Восточной Европе к 1980-м годам. Мартеновское производство стали вытеснило бессемеровский процесс в Великобритании к 1900 году, но в других странах Европы, особенно в Германии, процессы Бессемера и Томаса использовались до конца 1960-х годов, когда они были заменены кислородно-конвертерным производством стали. Последняя мартеновская печь в бывшей Восточной Германии была остановлена в 1993 году. В США производство стали по бессемеровскому процессу закончилось в 1968 году, а мартеновские печи остановились к 1992 году. На сталелитейном заводе Хунедоара , Румыния , последние 420 тонн мощная мартеновская печь была остановлена 12 июня 1999 года и снесена и сдана на слом в период с 2001 по 2003 год, но восемь дымовых труб печей оставались до февраля 2011 года. Последний мартеновский цех в Китае был закрыт в 2001 году. наибольшая доля стали, произведенной мартеновскими печами (почти 50%), по состоянию на 2010-е годы приходилась на Украину. [7] Этот процесс до сих пор используется в Индии и некоторых частях Украины. Россия вывела из эксплуатации свою последнюю подовую печь в марте 2018 года и рассматривала возможность сохранения ее в качестве музейного экспоната. [8]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )