Мартеново производство на стомана
Излишният кислород, CO2 и H2O в продуктите от изгарянето на горивото създават окислителна атмосфера в пещта, която осигурява окисляването на желязото и неговите примеси през цялата стопилка, като се започне от момента на пълнене (зареждане) на заредените материали в пещта и влизането им в пряк контакт с газовата фаза.
Горивото и въздухът за горене се подават от регенераторите през шлакови ями и вертикални канали към главата на пещта. Обикновено главата на пещта има три канала по ширината си; през централната се подава газ, а през двете странични се подава въздух. За да се засили изгарянето на горивото, кислородът се вкарва през фурми, монтирани в главите на пещта. Продуктите от горенето се изхвърлят от работното пространство, съответно от противоположната страна. Резервоарите за шлака служат за улавяне на прах и шлакови пръски, отнесени от продуктите на горенето от работното пространство на пещта.
Процесът на скрап се характеризира с обработка на шихта, чиято метална част се състои от 55-75% метален скрап. Чугунът в този случай се зарежда в пещта в твърда форма. Този процес се използва в заводи, които нямат доменна пещ, включително големи машиностроителни заводи, които включват производство на стомана.
В процеса на скрап-рудата по-голямата част от металната шихта (от 55 до 75%) е течен чугун. Този процес се използва в заводи за черна металургия с пълен металургичен цикъл.
Топенето на открито обикновено се състои от няколко последователни операции (етапи). Основните от тях са пълнене на твърд заряд и изливане на чугун, топене, кипене на стомана, нейното дезоксидиране и легиране, както и производството на продукти за топене. Целта на зареждането е да поддържа в работно състояние всички елементи на огнеупорната облицовка на топилното пространство и особено на огнището.
Пълнене на твърд заряд,подготвен за топене, се извършва от специални формовани чугунени кутии с капацитет до 3,5 m3, монтирани на колички. Машината за пълнене (карикатурен кран) поема формата със специален ствол и я въвежда в пещта през работните прозорци. Когато стволът се завърти с коритото, прикрепено към него, съдържанието му изпада на дъното на пещта. Преди изливане на течно желязо, зареденият твърд заряд се нагрява в пещта за 1-1,5 часа.
Етапът на топене започва веднага след изливането на желязото и продължава, докато целият твърд заряд се разтопи. Въпреки това, с топенето на заряда започва неговото окисление от кислорода на газовата атмосфера на пещта. По време на пълното топене на твърдите материали силицият е почти напълно окислен, повече от половината от мангана, около една трета от фосфора и частично въглерода. По време на периода на топене се образува и значително количество железен оксид FeO, който участва активно в окисляването на примесите чрез реакции.
Окисляването на въглерода дори в недостатъчно загрята баня предизвиква разпенване на шлаката. На практика това се използва за отстраняване през праговете на прозорците за пълнене на част от първичната („течаща“) шлака, съдържаща значително количество фосфор под формата на 3FeO*P2O5 и силициев диоксид. До края на периода на топене шлаката се насища с CaO, разтворен в оксид.
Химическият състав на металната баня до края на периода на топене се различава значително от състава на стоманата, разтопена в пещта. В същото време банята е покрита от повърхността със слой от шлака с повишено количество FeO, който има висока окислителна способност по отношение на примеси и въглерод. CO, образуван по време на окисляването на въглерода, се отделя от стопилката под формата на множество газови мехурчета, които допринасят за интензивното смесване на банята и отстраняването на газ и други включвания от нея -кипяща баня. За да се засили процеса на кипене през този период на топене, се добавя желязна руда, която повишава окислителната способност на шлаката и засилва кипенето. През същия период значително количество фосфор преминава от шихтовите материали и се стопява в шлака. Варът играе важна роля в свързването на фосфорните оксиди:
Наличието на свободна вар в пещта също допринася за десулфурирането на стоманата чрез реакция. Периодично се изтегля шлаката от пещта.
Един от начините за интензифициране на топенето включва краткотрайно въвеждане на кислород в пещта с помощта на водоохлаждаеми вертикални фурми през покрива. Този метод рязко намалява продължителността на окисляване на примесите, но увеличава отстраняването на прах с 5-8 пъти поради пръскане на шлака и изпаряване на метала.
И двете бани на такава пещ работят в различни технологични режими. Когато течният метал се продухва с кислород в една от ваните, освободената излишна топлина се отвежда от газовия поток в друга вана, в която твърдият заряд се зарежда и по това време се стопява. Процесът е стабилен и може да протича без разход на гориво, при условие че в пещта се излива ≥ 70% течно желязо от теглото на металната шихта. Липсата на топлина се компенсира чрез изгаряне на гориво в куполните горелки.
Двубанните пещи нямат регенератори и поради тази причина най-важният проблем при тяхната работа е оползотворяването на топлината и пречистването на димните газове от прах, тъй като при продухване с кислород се наблюдава значително прахообразуване.
Топенето в пещ с две бани продължава ~ 4 часа: на всеки 2 часа изпускане от една от баните. При добра организация на работа една пещ с двойна баня с капацитет 200-500 тона може да произвежда до 1,5 милиона тона стомана или повече годишно. Разходът на гориво в този случай е 15 kg на 1 тон стомана. Недостатъците на такива пещи са сложносттаподдръжка, свързана с необходимостта от синхронизиране на работата на ваните при висока интензивност на процеса и организиране на правилното събиране на прах и използване на физическата топлина на отработените газове.