Мартеновская печь или мартеновская печь — это любой из нескольких видов промышленных печей , в которых из чугуна сжигается избыточный углерод и другие примеси для производства стали . [1] Поскольку сталь трудно производить из-за ее высокой температуры плавления , обычного топлива и печей было недостаточно для массового производства стали, и мартеновская печь была одной из нескольких технологий, разработанных в девятнадцатом веке для преодоления этой трудности. По сравнению с бессемеровским процессом , который он заменил, его основными преимуществами были то, что он не подвергал сталь чрезмерному воздействию азота [ необходимо осветление ] (что привело бы к тому, что сталь стала хрупкой ), был легче поддается контролю и позволял плавить и очищать большие объемы железного и стального лома . [2]
Мартеновская печь была впервые разработана немецким инженером Карлом Вильгельмом Сименсом . 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–Мартена 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 -конвертерной печью или электродуговой печью . [2]
В то время как самый ранний пример мартеновского производства стали был обнаружен около 2000 лет назад в культуре народа хайя , на территории современной Танзании , [3] а в Европе — в каталонской кузнице , изобретенной в Испании в VIII веке, обычно этот термин ограничивают определенными сталеплавильными процессами XIX века и более поздними, исключая из его применения кричные печи (включая каталонскую кузницу), плавильные горны и пудлинговые печи .
Процесс мартеновской плавки является пакетным процессом , а партия называется «плавкой». Сначала печь осматривается на предмет возможных повреждений. После того, как она готова или отремонтирована, в нее загружают легкий лом, такой как листовой металл, измельченные транспортные средства или металлические отходы. Печь нагревается с помощью горящего газа. После того, как загрузка расплавилась, добавляется тяжелый лом, такой как строительный, конструкционный или сталелитейный прокатный лом, вместе с чугуном из доменных печей . После того, как вся сталь расплавилась, добавляются шлакообразующие вещества, такие как известняк. Атмосферный кислород , контактирующий с расплавленным чугуном, напрямую окисляет избыточный углерод, который он содержит, образуя оксид углерода (CO). Кроме того, Fe(II), присутствующий в оксиде железа (II) (FeO), и другие примеси также способствуют обезуглероживанию чугуна, окисляя углерод до CO и одновременно восстанавливая Fe(II) до металлического Fe. Образовавшийся оксид углерода (CO) вымывается в дым, в то время как сталь формируется. Чтобы увеличить окислительную способность «жара», можно добавить больше оксида железа. [4]
Процесс намного медленнее, чем в бессемеровском конвертере , и поэтому его легче контролировать и брать пробы для оценки качества. Подготовка плавки обычно занимает от восьми до восьми с половиной часов, и еще больше времени требуется для завершения преобразования в сталь. 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]
Печь выпускается так же, как и доменная печь ; в боковой части горна просверливается отверстие, и сырая сталь вытекает. После того, как вся сталь выпускается, шлак снимается. Сырая сталь может быть отлита в слитки, этот процесс называется разливкой , или она может быть использована для непрерывной разливки в прокатном стане. [4]
Регенераторы являются отличительной особенностью печи и состоят из огнеупорных дымоходов, заполненных кирпичами, поставленными на ребро и уложенными таким образом, чтобы между ними было большое количество небольших проходов. [4] Кирпичи поглощают большую часть тепла из выходящих отходящих газов и затем возвращают его входящим холодным газам для сгорания.
Карл Вильгельм Сименс разработал регенеративную печь Siemens в 1850-х годах и заявил в 1857 году, что она восстанавливает достаточно тепла, чтобы сэкономить 70–80% топлива. Эта печь работает при высокой температуре, используя регенеративный предварительный нагрев топлива и воздуха для сжигания . При регенеративном предварительном нагреве отходящие газы из печи закачиваются в камеру, содержащую кирпичи, где тепло передается от газов к кирпичам. Затем поток печи меняет направление так, что топливо и воздух проходят через камеру и нагреваются кирпичами. Благодаря этому методу мартеновская печь может достигать температур, достаточно высоких для плавки стали, но изначально Siemens не использовала ее для этого. [5]
В 1865 году французский инженер Пьер-Эмиль Мартен получил лицензию от Siemens и впервые применил свою регенеративную печь для производства стали. Наиболее привлекательной характеристикой регенеративной печи Siemens является быстрое производство большого количества базовой 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 вместимость 250 или даже 500 тонн.
Процесс Сименса-Мартина дополнил, а не заменил процесс Бессемера . Он медленнее и, следовательно, его легче контролировать, что позволяет производить более качественный продукт. Он также позволяет плавить и очищать большие объемы стального лома, что еще больше снижает затраты на производство стали и перерабатывает в противном случае проблемные отходы. Одним из его важных недостатков является то, что плавка и очистка шихты занимает несколько часов. Это было преимуществом в начале 20-го века, так как давало заводским химикам время проанализировать сталь и решить, сколько еще времени нужно на ее очистку. Но примерно к 1975 году электронные приборы, такие как атомно-абсорбционные спектрофотометры, значительно упростили и ускорили анализ стали. Рабочая среда вокруг мартеновской печи считается чрезвычайно опасной, хотя это может быть еще более справедливо для среды вокруг кислородной или электродуговой печи. [5]
С одной стороны, этот процесс обеспечивает меньшую экономию масштаба , чем бессемеровский, поэтому сталь, произведенная по его технологии, была дороже в лучшие времена, но с другой стороны, он больше подходил для стран, которые в любом случае не могли производить много стали из-за ограниченности природных ресурсов. [6]
Конвертерное производство стали в конечном итоге заменило мартеновскую печь. Он быстро вытеснил как бессемеровский, так и сименс-мартеновский процессы в Западной Европе к 1950-м годам, а в Восточной Европе к 1980-м годам. Мартеновское производство стали вытеснило бессемеровский процесс в Великобритании к 1900 году, но в других местах Европы, особенно в Германии, бессемеровский и томасовские процессы использовались до конца 1960-х годов, когда их заменило конвертерное производство стали. Последняя мартеновская печь в бывшей Восточной Германии была остановлена в 1993 году. В США производство стали с использованием бессемеровского процесса закончилось в 1968 году, а мартеновские печи остановились к 1992 году. На сталелитейном заводе в Хунедоаре , Румыния, последняя мартеновская печь емкостью 420 тонн была остановлена 12 июня 1999 года и снесена и утилизирована 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. Процесс в виде двухподовой печи использовался на сталелитейном заводе Bhilai Steel Authority в Индии и в некоторых частях Украины. Россия вывела из эксплуатации свою последнюю подовую печь в марте 2018 года и рассматривала возможность ее сохранения в качестве музейного артефакта. Индийская компания SAIL закрыла его в апреле 2020 года с появлением COVID-19 из-за нехватки рабочей силы для выполнения трудоемкого процесса. [7]
По состоянию на 2024 год крупнейшим сталелитейным заводом в мире, который все еще производит сталь с использованием мартеновских печей, является сталелитейный завод «Запорожсталь» в центральной Украине , который имеет семь 500-тонных мартеновских печей, а также четыре доменные печи. Наличие мазута в больших и дешевых количествах, а также продолжающееся вторжение в значительной степени способствуют их прибыльности, несмотря на медленный процесс и непомерно высокую стоимость модернизации до новых технологий печей. [8] [9]
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )