Мартенівська піч

Коротко

• Висока температура досягається завдяки регенераторам — камерам із вогнетривкою цеглою, які нагріваються відхідними газами й віддають тепло повітрю та паливу.
• Одна плавка триває кілька годин, тому склад сталі легко контролювати й коригувати.
• Мартен дозволяв переробляти великі обсяги металобрухту; місткість звичайних печей — 50–100 т, найбільших — до 500 т і більше.
• З другої половини XX століття мартени витіснили кисневі конвертери й електродугові печі.

У середині XIX століття сталь була дорогим матеріалом: щоб її виплавити, потрібна температура понад 1500 °C, якої звичайні печі не давали. Розв’язання знайшов інженер Карл Вільгельм Сіменс, який придумав повертати в піч тепло відхідних газів, а француз П’єр-Еміль Мартен застосував цю ідею до виробництва сталі. Їхній спосіб у різних мовах називають процесом Сіменса — Мартена.

Будова

Мартенівська піч — це вогнетривка ванна з низьким склепінням. Основні частини:

• робочий простір — подина (дно), на якій лежить шихта, і склепіння над нею;
• головки з обох торців — через них надходять паливо й повітря та виходять гази;
• регенератори — камери з решітчастою насадкою з вогнетривкої цегли під робочим простором;
• завалювальні вікна в передній стінці — через них подають тверду шихту й заливають рідкий чавун;
• випускний отвір у задній стінці — для зливання готової сталі.

Як працює

Відхідні гази температурою понад 1500 °C проходять крізь одну пару регенераторів і розжарюють цеглу. Через певний час потоки перемикають: тепер холодне повітря й газ ідуть крізь нагріту насадку, підігріваються до 1000–1200 °C і горять у робочому просторі значно гарячішим полум’ям. Регенератори працюють почергово, і піч постійно «повертає» собі тепло. Пізніше для інтенсифікації процесу почали вдувати технічний кисень.

Плавка

Спочатку на подину завантажують брухт, вапняк і руду, потім заливають рідкий чавун. Кисень полум’я та оксиди заліза окиснюють вуглець і домішки; вуглець виходить у вигляді чадного газу, решта переходить у шлак. Плавка триває кілька годин, і металурги встигають відібрати проби, щоб зупинити процес саме тоді, коли сталь має потрібний склад. Залежно від футерування розрізняють основний і кислий мартенівський процеси.

Історія і занепад

Мартенівський спосіб доповнив бессемерівський конвертер, а згодом і переважив його: у Великій Британії вже на 1900 рік мартен став головним способом виробництва сталі. Він давав якіснішу сталь і дозволяв переплавляти брухт. Майже століття мартени були основою світової металургії.

З 1950-х років на Заході, а з 1980-х і в Східній Європі їх почали витісняти киснево-конвертерне та електросталеплавильне виробництво. У США останні мартени зупинили 1992 року, у Китаї — 2001-го, в Росії — 2018-го. В Україні, де мартенівське виробництво лишалося значним довше, ніж у більшості країн, мартени й двованні печі ще в 2020-х роках працювали на окремих комбінатах, зокрема на «Запоріжсталі».

Запитання

Чим мартенівська піч відрізняється від доменної?

Доменна піч виплавляє з залізної руди чавун — залізо з великим вмістом вуглецю. Мартенівська переробляє чавун і брухт на сталь, випалюючи з металу надлишок вуглецю, кремнію, марганцю та інших домішок.

Чому від мартенів відмовилися?

Вони повільні й енергоємні: підготовка й проведення плавки займають вісім і більше годин, тоді як у кисневому конвертері — менш як годину. Мартени також споживають багато палива і сильно забруднюють повітря. Тому в більшості країн їх закрили до 1990-х — 2000-х років.

Чи працюють мартени в Україні?

Україна довше за більшість країн зберігала мартенівське виробництво. За даними на середину 2020-х років, мартенівські печі ще працювали на комбінаті «Запоріжсталь», одному з найбільших у світі підприємств, де цей процес лишився в експлуатації.

Див. також

• Електронно-променева технологія Джерело пучка — електронна гармата потужністю від часток кіловата до сотень кіловатів, з енергією електронів 10–200 кеВ.
• Конверторне виробництво Конвертор — грушоподібна сталева посудина, викладена всередині вогнетривкою цеглою, що повертається на цапфах для заливання чавуну й зливання сталі.
• Дефектоскопія Основні методи — візуально-оптичний, акустичний (ультразвуковий), магнітний, вихрострумовий, капілярний, радіаційний (рентгенівський і гамма).
• Розділ «Металургія та металознавство» Добування й обробка металів, сплави та їхні властивості.

Джерела

1. Мартенівська піч — Вікіпедія (українська)
2. Open-hearth furnace — Wikipedia (англійська)

Статтю написано редакцією словника за наведеними джерелами; дати й факти звірено між ними. Якщо джерела розходяться, це сказано в тексті.