Идея использования кислорода для сжигания топлива была высказана Д. И. Менделеевым в 1889 г. Однако промышленное опробование применения кислорода в мартеновских печах началось в 40-х годах XX в. после внедрения экономичных способов его производства. С конца 50-х годов XX в. кислород находит широкое применение для интенсификации работы мартеновских печей.
В настоящее время кислород в мартеновских печах применяется преимущественно комбинированным методом: для интенсификации сжигания топлива и для продувки ванны с целью ускорения процессов окисления примесей.
Интенсификация сжигания топлива
При сжигании топлива в воздухе, обогащенном кислородом, снижается количество баластного азота в составе продуктов сгорания, что уменьшает расход тепла на их нагрев, а следовательно, повышается температура сгорания топлива. Однако при обогащении воздуха кислородом >30% заметно возрастает степень диссоциации углекислого газа и водяного пара, что снижает эффект использования кислорода. Поэтому в мартеновских печах степень обогащения воздуха кислородом не превышает 30%.
Кислород для интенсификации сжигания топлива обычно вводится через водоохлаждаемые фурмы, расположечные под горелками или сбоку от них. Кислород подается под давлением 0,6—1,2 МПа (6—12 ат).
Применение кислорода для интенсификации сжигания топлива позволяет повысить производительность печи на 15—25% при одновременном снижении расхода топлива на 10—20%.
Продувка ванны кислородом
Использование кислорода для продувки ванны в мартеновской печи было предложено Н. И. Мозговым в 1933 г. В настоящее время продувка ванны осуществляется в мартеновских печах при помощи сводовых водоохлаждаемых фурм, вводимых в рабочее пространство через амбразуры в своде. Для продувки применяют одно- и многосопловые фурмы.
При введении газообразного кислорода в ванну ускоряются окислительные процессы, в первую очередь окисление углерода. Окисление всех примесей газообразным кислородом сопровождается выделением тепла. Поэтому при продувке ванны кислородом ускоряется нагрев металла. Отмеченные обстоятельства позволяют сократить продолжительность плавки в мартеновской печи.
Однако при продувке ванны кислородом окисляется также железо и наблюдается интенсивное разбрызгивание металла и шлака. Брызги металла и шлака, попадая на свод, быстро разрушают его. Меньшее разбрызгивание наблюдается при использовании многосопловых фурм, которые и находят преимущественное применение. По конструкции многосопловые фурмы аналогичны фурмам, используемым в кислородных конверторах.
Наибольший эффект применения кислорода для продувки возможен при длительной продувке в период плавления и кипения. Во избежание переокисления ванны к моменту раскисления продувку обычно заканчивают за 15—25 мин до раскисления. Продувка ванны кислородом позволяет сократить продолжительность плавки на 0,5—1,5 ч в зависимости от емкости печи и заданного содержания углерода.
На печах средней емкости (200—400 т) продувку осуществляют двумя фурмами, а на печах большей емкости— тремя. Давление кислорода составляет 0,8—1,5 МПа (8—15 ат), расход 1000—8000 м3/ч.
