Получение стали в электрических печах.

Для производства стали наиболее часто применяют трехфазные дуговые электрические печи (Рис.48) 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. Печь состоит из металлического кожуха цилиндрической формы и сферического или плоского дна. Внутри печь футерована огнеупорным материалом. Подобно мартеновским, дуговые печи могут 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 цилиндрической части печи имеется рабочее окно и выпускное отверстие с желобом. Электрические печи имеют механизмы для наклона печи в сторону выпускного отверстия на 40 - 45º для слива металла и на 10 – 15º в сторону рабочего окна для скачивания шлака. Свод печи обычно сферический и через него опускают в печь три электрода. Рядом с печью помещены механизмы для подъема электродов и понижающий трансформатор, питающий печь электроэнергией. Небольшие печи загружают через окно (с помощью мульд и завалочной машины), а печи вместимостью более пяти тонн – через свод (с помощью бадьи или сетки). В этом случаи свод с электродами делают съемным и в период загрузки его поднимают, печь отводят в сторону и мостовым краном загружают полную садку печи. После этого сводом быстро накрывают печь.

Рассмотрим плавку стали с окислением в основной дуговой печи. 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 металлы от поглощения газов и быстрее образует шлак. Плавление ведут при наибольшей мощности печи, чтобы быстрее создать жидкую фазу. Еще до полного расплавления шихты в печь засыпают известь и железную руду для получения в первом периоде плавки окисленного шлака. Через 10-15 мин после загрузки руды из печи скачивают 60-70 % шлака – с ним удаляется большая часть фосфора, преимущественно в виде фосфатов железа, как и при плавке в мартеновской печи.

После скачивания шлака в печь опять засыпают известь (1 -1,5 % от массы металла), полностью расплавляют металл и порциями засыпают железную руду и известь. В период кипения для полного удаления фосфора из металла несколько раз скачивают шлак. В это время при высокой температуре и большем количестве извести фосфор связывается в фосфат извести

4CaO P₂O_5.

После того как соединение углерода в металле достигает нижнего предела для заданной марки, а содержание фосфора снижается 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 и мелкого кокса для образования восстановительного шлака. Имеющаяся в металле 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. Активное раскисление шлака приводит к диффузионному раскислению металла, непрерывно отдающему растворенный в нем кислород в восстановительный шлак.

Высокая температура, низкое содержание в шлаке закиси железа и высокое содержание извести способствуют в дуговой электропечи более полному удалению серы из металла в виде CaS:

Fe + S + CaO = CaS + FeO .

Продолжительность выплавки стали в дуговой печи составляет 3-6 часов в зависимости от мощности, выплавляемой марки стали, а также характера исходного сырья.

Иногда плавку ведут без окислительного периода, если переплавке подлежат отходы легированной стали и содержание фосфора в них меньше, чем допускается заданной маркой стали. Продолжительность такой плавки обычно меньше на 1-2 часа из-за отсутствия окислительного периода и сокращения восстановительного.