В 1865 г. был предложен наиболее универсальный мартеновский способ, позволяющий получать стали разного качества, перерабатывая различные чугуны с добавкой чугунного и стального лома (так называемого скрапа) и даже железных руд.
Выплавку стали по мартеновскому способу ведут на подупламенной отражательной печи (рис. 1), т. е. такой печи, рабочее пространство которой ограничено сводом, отражающим тепловой поток. Это существенно повышает температуру в рабочем пространстве этой печи, где сжигают подогретое горючее (большей частью газ). Горючий газ и воздух перед поступлением в печь проходят через насадки (решетчатую кладку) регенераторов. Кладка регенераторов поочередно то подогревается теплом газов, отходящих из печи, то отдает свое тепло горючей смеси. Благодаря подогреву горючего газа и воздуха температура в печи достигает 1700°.
После пуска печи металл и флюсы постепенно нагреваются и переходят в жидкое состояние. В процессе расплавления происходит окисление части железа с образованием FeO. На поверхности металла создается слой шлака, защищающий его в дальнейшем от непосредственного воздействия кислорода. С, Si, Mn, P и S, входящие в состав расплавленного металла, реагируют с FeO. Получающиеся при этом окислы переходят в шлак или проходят через него и уходят с печными газами.
Плавку в зависимости от характера примесей в исходном сырье можно вести как на кислом поду (кислый процесс), так и на основном (основной процесс). Кислый мартеновский процесс имеет место при футеровке пода печи динасом, причем поверх динасового пода наваривается слой чистого кварцевого песка. Шихта составляется из свободного от фосфора и серы стального лома с добавкой 20—30% чугуна, также содержащего минимальное количество Р и S.
При кислом процессе шлак преимущественно содержит SiO2 и мало СаО, что не дает возможности освободить металл от фосфора и серы. Поэтому, чтобы получить высококачественный металл, требуется шихта без этих примесей. Это ограничивает применение данного способа производства стали.
Рис. 1. Схема мартеновской печи: 1 - расплавленный металл; 2—шлак на поверхности
Мартеновский процесс
Основной мартеновский процесс в настоящее время применяется чаще всего, так как он дает возможность использовать чугуны почти любого состава. Особенностью его является введение в шихту известняка и устройство основного пода печи, наварка которого производится обожженным молотым доломитом или магнезитом; благодаря наличию извести из стали удаляются фосфор и сера, а шлаки имеют основной характер.
Основной Мартеновский процесс может производиться как при твердой шихте (скрап-процесс), так и при жидкой (рудный процесс).
При скрап-процессе в печь загружают: сначала: мелкий стальной лом, который укладывают сплошным слоем по поду, далее известняк, а затем остальной лом (скрап).
После загрузки скрапа печь начинают подогревать и доводят шихту до плавления, а затем загружают чугун. В период плавления большая часть примесей окисляется. Когда плавление окончено, начинается кипение металла в ванне вследствие образования в нем окиси углерода при реакции FeO с С.
Для удаления фосфора и серы из металла необходимо значительное содержание извести в шлаке. В расплавленном металле сера находится в виде соединений MnS или FeS. При реакции этих соединений с известью, как было указано выше, получается CaS, который нерастворим в металле и поэтому переходит в шлак.
Для раскисления в расплавленную сталь перед выпуском ee вводят ферромарганец, ферросилиций, а во время выпуска стали в ковш алюминий.
Рудный процесс применяется при переделе расплав ленного чугуна на сталь; примеси в этом чугуне окисляются кислородом, содержащимся в железной руде, добавляемой в шихту. Кроме жидкого чугуна и руды в шихту при рудном процессе, вводят также известняк и лом.
Рудный процесс ведут главным образом на больших заводах, имеющих доменные цехи, откуда и поступает жидкий чугун. Скрап-процесс применяют при достаточном количестве стального лома.