История создания и ключевые преимущества
Мартеновская печь, изобретённая французским инженером Пьером Мартеном в 1864 году, стала важнейшим агрегатом для производства стали из доменного чугуна (см. Доменная печь). Её главным технологическим прорывом стала возможность переплавлять в сталь не только чугун, но и металлический лом, что значительно удешевляло процесс. В отличие от бессемеровского конвертера (см. Конвертер), мартен позволял тонко контролировать химический состав расплава, вносить легирующие добавки и получать сталь различных марок с заранее заданными механическими свойствами.
Конструкция и принцип действия
Мартен относится к отражательным печам. Её основу составляет ванна, выложенная огнеупорным кирпичом, над которой расположен сферический свод. Пламя и раскалённые продукты сгорания топлива, отражаясь от свода, равномерно распределяют тепловую энергию по всей площади ванны, обеспечивая эффективное плавление шихты.
В качестве топлива традиционно использовался газ — сначала смесь доменного и коксового, позже — природный. Ключевым элементом конструкции являются четыре регенератора — камеры, где происходит предварительный нагрев газа и воздуха за счёт тепла отходящих дымовых газов. Это значительно повышает КПД печи. Нагретые до высоких температур газ и воздух смешиваются в рабочем пространстве, создавая пламя температурой 1500–1600 °C, достаточной для полного расплавления металла.
Устройство и этапы плавки
Печь оснащена завалочными окнами в передней стенке, которые закрываются стальными заслонками, и выпускным отверстием в задней части для слива готовой стали в ковш. Во время плавки это отверстие забивается огнеупорной глиняной пробкой.
Технологический процесс состоит из нескольких стадий:
- Загрузка шихты: В печь через окна с помощью завалочной машины загружают железный лом, руду и флюсы (известь), предварительно помещённые в стальные мульды.
- Плавление: После загрузки подаётся максимальное количество топлива для быстрого прогрева и расплавления материалов.
- Доливка чугуна: В расплавленную шихту добавляют жидкий доменный чугун, который доставляют в ковшах из миксера — специального хранилища для жидкого металла.
- Окисление и доводка: В течение многих часов идёт процесс выплавки. Сталевары регулярно отбирают пробы металла и отправляют их в экспресс-лабораторию для анализа. На основе результатов в печь вводятся необходимые добавки для корректировки химического состава.
- Рафинирование и раскисление: На завершающем этапе сталь очищают от вредных примесей (рафинирование) и удаляют избыточный кислород (раскисление) с помощью добавок ферросилиция, ферромарганца или алюминия.
Историческое значение и современность
Мартеновская печь сыграла колоссальную роль в развитии мировой металлургии, однако сегодня она считается устаревшей технологией. Главный её недостаток — длительность процесса плавки, которая измеряется часами. В современных условиях это экономически невыгодно. Новые мартеновские печи уже не строят, а старые, выработавшие свой ресурс, повсеместно заменяют более эффективными кислородными конвертерами или электродуговыми печами (см. Электрометаллургия). Таким образом, эпоха мартенов постепенно становится частью промышленной истории.