Выплавка стали в электрических печах из года в год увеличивается. В них можно получить более высокую температуру и восстановительную или нейтральную атмосферу, что очень важно при выплавке высоколегированных сталей.
Для производства стали наиболее часто применяют трехфазные дуговые электрические печи (рис. 6.4) с вертикальными графитовыми или угольными электродами и непроводящим подом. Ток, нагревающий ванну в этих печах, проходит по цепи электрод – дуга – шлак – металл – шлак – дуга – электрод. Вместимость таких печей достигает 400 т.
Печь (рис. 6.4) состоит из металлического кожуха цилиндрической формы и сферического или плоского дна. Внутри печь футерована огнеупорными материалами. Подобно мартеновским, дуговые печи могу быть кислыми и основными. В основных печах подина выкладывается из магнезитового кирпича, сверху которого делается набивной слой из магнезита или доломита толщиной 150 – 200 мм. В кислых печах применяют динасовый кирпич и набивку из кварцита на жидком стекле.
В зависимости от состава перерабатываемого сырья, марки выплавляемой стали, а также конструкции и материала футеровки печи ход плавки может сильно различаться. Для примера кратко рассмотрим плавку стали с окислением в основной дуговой печи.
Такая плавка характерна для случая, когда перерабатываемое сырье содержит фосфор и значительно отличается по составу других элементов от состава заданной марки стали. После загрузки печи электроды опускают на металлическую шихту, предварительно засыпав ее сверху известью в количестве 2 – 3 % от массы загруженного в
печь металла. Известь способствует ровному горению дуги, предохраняет материалы от поглощения газов и быстрее образует шлак. Плавление ведут при наибольшей мощности печи, чтобы быстрее создать в печи жидкую фазу.
Еще до полного расплавления шихты в печь засыпают известь и железную руду для получения в первом периоде плавки окислительного шлака. Через 10 – 15 мин после загрузки руды из печи скачивают 60 – 70 % шлака – с ним удаляется большая часть фосфора.
После скачивания шлака в печь опять засыпают известь, полностью расплавляют и нагревают металл и порциями засыпают железную руду и известь. По мере повышения температуры усиливаются окисление углерода и кипение ванны, что, как известно, способствует удалению из металла растворенных в нем газов и неметаллических включений.
В период кипения для полного удаления фосфора из металла несколько раз скачивают шлак. Вместо скаченного шлака направляется новый.
После того как содержание углерода в металле достигнет нижнего предела для заданной марки, а содержание фосфора снизится до 0,015 %, шлак опять удаляют и дают ванне «прокипеть» 25 мин, без присадки руды. После этого начинают восстановительный период плавки. В печь загружают смесь извести, плавикового шпата CaF2 и мелкого кокса для образования восстановительного шлака. Имеющаяся в металле ванны закись железа и марганца при этом начинает переходить в шлак и восстанавливаться имеющимся в шлаке углеродом кокса. После побеления шлака в него вводят еще более сильные восстановители – молотый ферросилиций или алюминий.
Отличительной особенностью выплавки стали в электрических печах является активное раскисление шлака, что приводит к диффузионному раскислению металла, непрерывно отдающему растворенный в нем кислород в восстановительный шлак. Такой метод раскисления предотвращает загрязнение металла неметаллическими включениями, выделяющимися при раскислении.
Продолжительность выплавки стали в дуговой печи составляет 6 – 8 ч и зависит от ее мощности и конструкции, выплавляемой марки стали, а также характера исходного сырья.
Расход электроэнергии зависит от мощности и конструкции печи, продолжительности плавки и, следовательно, характера сырья и заданной марки стали. На выплавку углеродистой стали массой 1 т расходуется 500 – 700 кВт·ч/т.