Мартенівське виробництво сталі
Надлишок кисню, СО2 і Н2О у продуктах горіння палива створюють окислювальну атмосферу в печі, що забезпечує окислення заліза та його домішок протягом усієї плавки, починаючи з моменту завалки (завантаження) шихтових матеріалів у піч та вступу їх у безпосередній контакт із газовою фазою.
Паливо та повітря для спалювання надходять із регенераторів через шлаковики та вертикальні канали в головку печі. Зазвичай головка печі за її шириною має три канали; по центральному подається газ, а по двох бокових - повітря. Кисень для інтенсифікації горіння палива вводиться через фурми, встановлені в головках печі. Продукти горіння відводяться з робочого простору відповідно з протилежного боку. Шлаковики служать для уловлювання пилу та шлакових бризок, які забирають продукти горіння з робочого простору печі.
Скрап-процес характеризується переробкою шихти, металева частина якої на 55-75% складається з металевого брухту. Чавун у цьому випадку завантажується в печі у твердому вигляді. Такий процес застосовується на заводах, які не мають доменного виробництва, включаючи великі машинобудівні заводи, до складу яких входять сталеливарні виробництва.
При скрап-рудному процесі основну масу металевої шихти (від 55 до 75%) становить рідкий чавун. Цей процес застосовується на заводах чорної металургії із повним металургійним циклом.
Мартенівська плавка зазвичай складається з кількох послідовно проведених операцій (стадій). Основними з них є заправка твердої шихти та заливка чавуну, плавлення, кипіння сталі, її розкислення та легування та випуск продуктів плавки. Мета заправки полягає у підтримці у робочому стані всіх елементів вогнетривкої кладки плавильного простору і особливо подини.
Завалка твердої шихти,підготовленої до плавки, проводиться з мульд-спеціальних чавунних коробів місткістю до 3,5 м3 встановлених на візках. Завалочна машина (шаржирний кран) спеціальним хоботом підхоплює мульду і вводить її в піч через робочі вікна. При повороті хобота із закріпленою на ньому мульдою її вміст вивалюється на подину печі. Перед заливкою рідкого чавуну завантажена тверда шихта підігрівається в печі протягом 1-1,5 год.
Стадія плавлення починається відразу після заливання чавуну і продовжується доти, доки вся тверда шихта не буде розплавлена. Однак із розплавленням шихти починається її окислення киснем газової атмосфери печі. До моменту повного розплавлення твердих матеріалів практично повністю окислюється кремній, більше половини марганцю, близько однієї третини фосфору та частково вуглець. У період плавлення утворюється також значна кількість оксиду заліза FeO, який бере активну участь в окисленні домішок по реакціях.
Окислення вуглецю ще недостатньо прогрітій ванні викликає спінювання шлаку. Цим на практики користуються для видалення через пороги вікон завалочних частин первинного («збігаючого») шлаку, що містить значну кількість фосфору у формі 3FeO * P2O5 і кремнезему. До кінця періоду розплавлення шлак насичується розчиняються в оксид CaO.
Хімічний склад металевої ванни до кінця періоду плавлення помітно відрізняються від складу печі, що виплавляється в печі. При цьому ванна з поверхні покрита шаром шлаку з підвищеною кількістю FeO, що має високу окислювальну здатність по відношенню до домішок і вуглецю. Утворені при окисленні вуглецю CO виділяється з розплаву у вигляді численних газових бульбашок, які сприяють інтенсивному перемішуванню ванни та видаленню з неї газових та інших включень -кипіння ванни. Для інтенсифікації процесу кипіння в цей період додають плавки залізну руду, яка підвищує окислювальну здатність шлаку і посилює кипіння. У цей же період із шихтових матеріалів та розплаву в шлак переходить значна кількість фосфору. Важливу роль у зв'язуванні оксидів фосфору відіграє вапно:
Наявність у печі вільного вапна сприяють також десульфурації сталі по реакції. Шлак із печі періодично скачують.
Один із шляхів інтенсифікації плавки передбачає короткочасне введення кисню в піч за допомогою водоохолоджуваних вертикальних фурм через склепіння. Цей метод різко скорочує тривалість окислення домішок, але 5-8 разів збільшує пиловинос за рахунок розбризкування шлаку та випаровування металу.
Обидві ванни такої печі працюють у різних технологічних режимах. Коли в одній з ванн йде продування рідкого металу киснем, надлишкова теплота, що виділяється, виноситься газовим потоком в іншу ванну, в якій в цей час йде завантаження і розплавлення твердої шихти. Процес триває стійко і може протікати без витрат палива за умови заливання в піч ≥ 70 % рідкого чавуну від маси металевої шихти. Нестача теплоти компенсується спалюванням палива в пальниках.
Двованні печі не мають регенераторів і з цієї причини найважливішою проблемою їх роботи є утилізація теплоти і очищення газів від пилу, що відходять, так як при продування киснем спостерігається значне пилеобразование.
Плавка в двованній печі триває 4 години: кожні 2 години випуск з однієї з ванн. При хорошій організації роботи одна двованна піч місткістю 200-500 т може виробляти протягом року до 1,5 млн.т і більше. Витрата палива становить 15 кг на 1 т сталі. Недоліками таких печей є складністьобслуговування, пов'язана з необхідністю синхронізації роботи ванн при високій інтенсивності процесу та організації належного пиловловлення та використання фізичної теплоти відхідних газів.