2.4. Отримання сталі в електропечах

В конверторах і мартенівських печах процеси протікають в окислювальному середовищі, і в сталі розчиняється певна кількість оксидів заліза і газів, що знижують її механічні властивості.

Для отримання високоякісних сортів сталі застосовуються електричні печі, в яких створюється більш висока температура (дуга має температуру до 3000 °С), ніж в конвертерах і полум'яних печах. Це дає можливість краще видаляти шкідливі домішки - сірку і фосфор. Висока температура, можливість регулювати її в широких межах дозволяють виплавляти сталі, що містять тугоплавкі елементи.

Електрична плавка не вимагає подачі в піч повітря, окисляюча здатність печі невисока, кількість оксиду заліза незначна. В електросталі міститься невелика кількість шлакових включень і розчинених газів.

Електричні печі, що застосовуються для виплавки сталі, підрозділяються на дугові, індукційні і печі опору, а для переплаву рядових сталей у високоякісні сталі використовують електрошлаковий, плазмово-дуговий, електроннопроменевий, зонний переплавні процеси.

Дугова електрична піч має сталевий кожух і викладена вогнетривкою цеглою. Через свод печі пропущені електроди (вугільні або графітні). Спереду в печі знаходиться оглядове вікно, а ззаду - отвір з жолобом для випуску сталі і шлаку. Піч має здатність нахилятись і зливати шлак і метал. Завантаження печі ведеться зверху (склепіння (свод) печі знімне). Дугові електропечі найбільш широко використовують для плавки сталі.

Індукційна електропіч складається з генераторів струму високочастотного коливання і тиглю з вогнетривного матеріалу, для плавлення металу. Навколо тигля розташований індуктор - мідна трубчаста водоохолоджувана спіраль, до якої подається струм високої частоти. На поверхні магнітної складової металевої шихти індуктуються вихрові струмені великої потужності (струмені Фуко), які розігрівають і розплавляють шихту. У високочастотній індукційній печі під дією змінних електромагнітних потоків відбувається циркуляція металу в тиглі, що забезпечує отримання однорідної сталі заданого складу. Печі бувають вакуумними і відкритими безсердечникові із з сердечниками.

Електричні печі опору мають нагрівальні елементи, через які пропускається електричний струм. Тепло, що утворюється при цьому, передається через стінки тигля металевій ванні.

Електричні печі бувають з кислою (динас і кварцит) і оснόвною (хромомагнезит) футеровками. Найбільш поширені печі з основною футеровкою.

Виробництво сталі в дугових элекропечах

Початковими продуктами для отримання сталі в електричних печах є високоякісний металевий лом (до 90%), чавун (до 10%), невелика кількість залізняку або окалини для окислення домішок. Як флюс застосовується вапняк (в основному процесі) або кварцит (в кислому).

Піч прогрівається і завантажується шихтою. Потім подають електричний струм, який створює дугу. Енергія, що виділяється при цьому, нагріває ванну і розплавляє шихту.

У перший окислювальний період плавки кисень залізняку окисляє залізо і домішки металевої ванни (окрім сірки) і переводить їх в шлак. Окислений фосфор міцно зв'язується в шлаці вапном. Шлак 2-3 рази за плавку зливають, для того, щоб фосфор не переходив у метал.

Протягом другого відновного періоду йде навуглецьовування металу (якщо кількість вуглецю в сталі недостатня), розкислювання і видалення сірки. Для навуглецьовування в піч після викачування шлаку вводять електродний бій, кокс, іноді деревно-вугільний чавун. Розкислювачем є дрібнокускове вапно, мелений феросиліцій і кокс. Сірка ошлаковується вапном.

Після видалення сірки остаточне розкислювання проводиться феромарганцем і феросиліцієм.

При виплавці легованих сталей протягом третього розкислювального періоду плавки вводять легуючі домішки у вигляді феросплавів: ферохром, ферованадій та т. і.

Для здешевлення виробництва високоякісних сталей застосовується дуплекс-процес, сутність якого полягає в тому, що плавку сталі починають в конвертері або мартенівській печі, а потім одержану одним з цих способів сталь очищають від шкідливих домішок, оксидів, шлакових включень і розчинених газів в електричній печі.