книги из ГПНТБ / Сосненко М.Н. Мартеновское производство стали учебник для сред. проф.-техн. училищ

М. Н. СОСНЕНКО

МАРТЕНОВСКОЕ

ПРОИЗВОДСТВО

СТАЛИ

Одобрена Ученым советом Государственного Комите­ та СМ СССР по професси­ онально-техническому об­ разованию в качестве учеб­ ника для средних профес­

сионально-технических училищ

і

Мо с к в а

„МЕТАЛЛУРГИЯ“

1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сталь производят в мартеновских и электрических печах, а также в конвертерах. Высококачественные и высоколегированные стали выплавляют в электрических индукционных вакуумных печах ме­ тодами вакуумно-дугового и электрошлакового переплава (послед­ ний разработан в СССР). Важной задачей является внедрение в про­ изводство электроннолучевой, плазменной и зонной плавок, позво­ ляющих получать высококачественные сплавы. Около 80% всей выпускаемой стали в СССР выплавляют в мартеновских печах. Ши­ рокое распространение мартеновского способа производства стали обусловлено возможностью использования в качестве шихты чуш­ кового чугуна, стального лома, стружки, окалины и других метал­ лических отходов производства, а также расплавленного чугуна с повышенным содержанием вредных примесей. В мартеновских пе-. чах можно выплавлять качественные углеродистые и легированные (нержавеющие, жаропрочные и др.) стали.

Высокие темпы развития черной металлургии требуют большого количества квалифицированных рабочих. В СССР создана широкая сеть профессионально-технических училищ, готовящих рабочих для нашей промышленности, выпускаются учебные пособия, помогаю­ щие учащимся в короткие сроки овладеть избранной специаль­ ностью.

Предлагаемый учебник написан в соответствии с программой под­ готовки в технических училищах подручных сталевара на марте­ новских печах, утвержденной Государственным комитетом профес­ сионально-технического образования при Совете Министров СССР.

В современных условиях производственное обучение должно включать элементы инженерно-технической подготовки. Оно должно дать учащимся достаточный объем знаний, объясняющих физиче­ ский смысл явлений, связанных с осуществляемыми на производ­ стве технологическими процессами. Кроме того, во время обучения в училище молодой рабочий должен усвоить комплекс сведений по

ГЛАВА i

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ МАРТЕНОВСКОМ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

§ 1. ЗАДАЧИ МАРТЕНОВСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Слово «металлургия» древнегреческого происхождения, состав­ ными частями которого являются «металлон» (металл, рудник) и «эргон» (работа), дающие представление о добыче руды, выплавке и обработке металлов. С развитием техники область металлургии была ограничена получением первичных металлов. В XVIII в, М. В. Ломоносов писал «. . . металлургии должность тут кончается, когда она поставит.чистые металлы и полуметаллы в дело годные». В наши дни под металлургией понимают отрасль промышленности и отрасль науки, служащие получению чистых металлов или сорто­ вых сплавов, пригодных для использования в других отраслях про­ мышленности (обработка металлов давлением, литейное производ­ ство и др.).

Различают черную металлургию — это производство стали и чу­ гуна (сплавов железа с углеродом) и цветную — производство меди, алюминия, свинца, цинка, олова и других цветных металлов.

Задача металлургического мартеновского производства заклю­ чается в выпуске стальных слитков. При этом в качестве основного исходного материала чаще всего используют расплавленный пере­ дельный чугун, получаемый в доменных печах. Стальные слитки массой 1— 100 т и более предназначают для обработки давлением (подвергают прокатке или ковке). Таким образом, полный металлур­ гический цикл (рис. 1) включает три самостоятельных производства: доменное, сталеплавильное и прокатное (ковочное).

§ 2. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ОТЕЧЕСТВЕННОГО МАРТЕНОВСКОГО ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ

Способ получения стали на поду печи стал применяться с 1864 г., когда французский инженер П. Мартен построил первую в мире плавильную печь, названную в честь изобретателя мартеновской. В печах такого типа использован принцип регенерации тепла, пред­ ложенный В. Сименсом. Преимущество таких печей по сравнению с ранее используемыми пламенными печами без регенерации тепла состояло в возможности вести плавку при более высоких темпера­ турах и меньших затратах топлива.

В России первые мартеновские печи построены в 1866— 1867 гг. С. И. Мальцевым на Иваново-Сергиевском заводе, а в 1870 г. А. А. Из-

5

носковым на Сормовском заводе. Первые мартеновские печи строили с небольшой площадью пода, потому их емкость не превышала 2,5 т. По характеру процесса плавки они являлись кислыми (их подину и стены выкладывали из кислых материалов). Недостатком кислых печей является невозможность переводить в шлак при плавке вред­ ные примеси, т. е. переплавлять исходные материалы с повышенным содержанием фосфора и серы, резко ухудшающим качество стали.

Бурное развития мартеновского производства стали начинается после освоения в 1878 г. томасовского основного процесса плавки стали в конвертерах, который давал возможность использовать в ка­ честве исходного материала фосфористый чугун. В России первые плавки стали в основных мартеновских печах осуществлены в 1881 г. на Александровском заводе в Петербурге, когда под печи набивали из обожженного доломита с каменноугольной смолой.

Вначале мартеновские печи работали только на твердой завалке из стального лома — по скрап-процессу. В 1894 г. русские инженеры Горяйновы разработали рудный процесс, при котором можно было получать сталь из расплавленного чугуна.

Огромный вклад в установление теоретических основ металлургии стали внесли своими работами выдающиеся русские ученые-метал­ лурги, среди которых в первую очередь следует отметить М. В. Ло­ моносова, П. П. Аносова, Д. К. Чернова, А. С. Лаврова, Н. В. Ка­ лакуцкого, В. Е. Грум-Гржимайло, Н. Е. Скрядова. М. В. Ломоносов был основоположником отечественной металлургии. В 1763 г. им был опубликован первый научный труд по металлургии: «Первые основания металлургии или рудных дел».

Выдающийся металлург XIX в. П. П. Аносов (рис. 2) разработал теоретические и производственные основы получения высокока­ чественных сталей, впервые организовал на Златоустовском заводе производство клинковой стали, превосходящей по качеству прослав­ ленную булатную сталь дамасских мастеров. Он же впервые применил микроскопический метод исследования металлов.

Великий русский металлург и металловед Д. К. Чернов (рис. 3) открыл критические температуры в стали, установил закономер­ ности кристаллизации стального слитка, а также научные основы тепловой (термической) обработки стали. Выдающиеся русские ин­ женеры А. С. Лавров и Н. В. Калакуцкий открыли неоднородность по составу и строению стального слитка, изучали процесс образова­ ния раковин и внутренних напряжений в стали. В. Е. Грум-Гржи­ майло в своем труде «Гидравлические методы расчета пламенных пе­ чей» изложил оригинальную теорию пламенных печей, определив­ шую дальнейшее развитие печной теплотехники в России и за гра­ ницей. Н. Е. Скарядов в 1911 г. заложил основы современной теории тепловой работы мартеновских печей.

Развитию металлургии стали в дореволюционный период способ­ ствовали творческие работы русских ученых-исследователей и уче­ ников Д. К. Чернова, к числу которых следует отнести Н. С. Курни­ кова, А. А. Байкова, М. М. Карнаухова и др. Акад. Н. С. Курнаков и его последователи разработали основные типы диаграмм состояния

7

сплавов, установили зависимость свойств сплавов от их химиче­ ского состава. А. А. Байков разработал теорию металлургических процессов на основе систем окислов, находящихся в состоянии дис­ социации. М. М. Карнаухов впервые создал курс металлургии стали, в основу которого положил упругость диссоциации окислов, харак­ теризующих сродство элементов к кислороду. Большой вклад в науку и дальнейшее развитие теории сталеплавильных процессов внесли

Рис. 2. П. П. Аносов (1797 — 1851 гг.) Рис. 3. Д. К. Чернов (1839 — 1921 гг.)

многие советские ученые: М. А. Павлов, А. М. Самарин, Н. Н. До­ брохотов, К. Г. Трубин, И. П. Бардин и др.

До революции емкость мартеновских печей не превышала 75 т, а их производительность составляла около 60 тыс. т стали в год, что не могло удовлетворить внутреннюю потребность страны в этом крайне важном и нужном для промышленности сплаве. После Вели­ кой Октябрьской социалистической революции металлургические за­ воды стали народным достоянием, что открыло путь к быстрому вос­ становлению и развитию металлургии. В марте 1920 г. IX съезд ВКП (б) принял постановление о задачах хозяйственного строитель­ ства. В 1924 г. опубликован труд М. А. Павлова «Определение раз­ меров доменных и мартеновских печей», заложивший прочные на­ учные основы для их расчетов и проектирования. В 1926 г. в Ленин­ граде создается Государственный институт по проектированию ме­ таллургических заводов (Гипромез). В 1929 г. вошла в строй первая советская механизированная домна на Макеевском заводе им. С. М. Кирова. Большое значение в развитии металлургии СССР

сыграло историческое решение XVI съезда ВКП (б) в 1930 г. «О созда­ нии на Востоке второго основного угольно-металлургического центра

СССР путем использования богатейших угольных и рудных место­ рождений Урала и Сибири». В период первых пятилеток развития

8

народного хозяйства страны введено в строй много новых' металлур­ гических предприятий, среди которых Магнитогорский и Кузнецкий комбинаты, Ново-Тагильский, Криворожский, «Запорожсталь», «Днепроспецсталь», «Азовсталь», Ново-Тульский, Челябинский за­ вод ферросплавов и др. Одновременно с этим была увеличена ем­ кость мартеновских печей— началось массовое строительство 150,

а в 1932 г. наша страна по производству стали вышла на второе место в мире и первое в Европе. За годы первой пятилетки (1928— 1933 гг.) было введено в эксплуатацию 66 мартеновских печей про­ изводительностью 2 млн. т. стали, в том числе 45 новых, а за вторую

момолибденовые, а затем шарикоподшипни­ ковые стали. В 1947 г. впервые применен в широких масштабах кисло­

род в мартеновской плавке. Этот процесс, сделавший подлинную ре­ волюцию не только в мартеновском процессе, но и в доменном, кон­ вертерном и электродуговом процессах, был разработан в нашей стране и впервые внедрен в производство на Московском заводе «Серп и молот» группой советских специалистов, работавших под руководством акад. И. П. Бардина и проф. К. Г. Трубина. В 1948 г. в мартеновском производстве начали использовать радиоактивные элементы для контроля процессов плавки. В 1955 г. на Всесоюзном совещании сталеплавильщиков в г. Запорожье принято решение о строительстве мартеновских печей емкостью 500 т. В 1955— 1956 гг. вступил в строй крупный Череповецкий металлургический завод, оснащенный передовой техникой. В 1957 г. на Всесоюзном совещании сталеплавильщиков в г. Свердловске принято решение о разработке конструкции 700-т мартеновской печи и цеха с печами такой ем­ кости. В 1960 г. на Донецком металлургическом заводе пущена крупнейшая в мире установка для непрерывной разливки стали из 140-т ковша.

Направлениями дальнейшего развития сталеплавильного марте­ новского производства явились постройка 900-т мартеновских печей и цехов с такими печами; использование в качестве топлива марте­ новских печей природного газа, на котором в 1967 г. было выплав­ лено более 100 млн. т. стали; широкое использование кислорода на большом числе мартеновских заводов, позволившее интенсифициро­ вать процессы выплавки стали и ускорить выжигание углерода; по­

9