Плавка стали в дуговой электропечи

В электропечах можно осуществить три метода плавки стали:

• с полным окислением всех примесей
• с частичным окислением примесей
• без окисления.

Наиболее характерным является процесс плавки с полным окислением примесей, так как этот процесс дает возможность удалять вредные примеси и получать конструкционные стали с очень, низким содержанием вредных примесей (фосфора и серы).

Чтобы ускорить процесс загрузки, своды электропечей делают съемными и загружают шихту при помощи бадьи или корзин. После загрузки электроды опускаются вниз, между ними и металлом зажигаются электродуги и проплавляют его. В это время на поду печи собирается жидкий металл. Затем электроды поднимают и шихту снова сталкивают под электроды. Так ведется Плавка до полного расплавления всего металла.

Во время расплавления примеси окисляются кислородом печной атмосферы и добавляемой в шихту железной рудой. Закись железа растворяется в расплавившейся части металла и окисляет примеси: кремний, марганец, фосфор и углерод.

После расплавления металла образуется шлак, который способствует удалению фосфора из жидкого металла. Поэтому образовавшийся первый пенистый железистый шлак скачивают с поверхности металла и наводят новый.

После расплавления шихты в печь для окисления примесей вместо железной руды, которая понижает температуру ванны, часто подают кислород, повышающий ее температуру. Часто вместе с кислородом подают в жидкий металл порошкообразные флюсы для шлакования примесей.

Ниже приведен в процентах примерный состав шлака, получающегося по окончании периода окисления:

SiO₂ = 21,90; FeO = 11,26; МnО = 7,88;
Р₂О₅= 0,27; МnО = 9,16; СаО = 41,30;
А1₂O₃ = 2,57;   Fe₂O₃ = 4,90.

В этом шлаке содержится большое количество FeO, поэтому его нельзя оставлять на поверхности ванны. Если в металле окажется недостаточное количество углерода, то его науглероживают после периода окисления и снятия окислительного шлака. Для науглероживания металла применяют электродный бой, кокс и в отдельных случаях древесноугольный чугун. Для снижения содержания закиси железа и марганца в шлак  добавляют раскислительную смесь, состоящую из мелкокусковой извести, молотого ферросилиция и молотого кокса.

Раскисление металла идет под слоем восстановительного белого шлакаследующего состава (в%):

SiO₂ = 15-20; FeO = до 1,0; МnО = до 0,4;
СаО = 60; MgO = 10÷2; CaS == 1,0;
А1₂O₃ = 2,0÷3,0; CaF₂ = 5÷10.

Под белым шлаком создаются благоприятные условия дл удаления серы из металла в шлак по реакциям:

в жидком металле FeS+Мn→MnS + Fe,
в шлаке MnS + СаО + С→Мn+ CaS + СО

Легирующие элементы для получения легированных сталей вводят в металл с соблюдением следующих правил. Никель и молибден практически не угорают, и их можно вводить в ванну в течение окислительного периода плавки. Ферровольфрам и феррохром вводят в раскисленный металл в период рафинирования. Феррованадий вводят за 8—10 мин перед выпуском готовой плавки.

В отдельных случаях восстановление металла ведется под слоем карбидного шлака: в печь загружают смесь, состоящую из извести, плавикового шпата, молотого кокса. В области горения электродуги из смеси образуется карбид кальция СаС2 в количестве 2—5%.

Благодаря высоким раскислительным свойствам карбидного шлака содержание FeO и МnО в нем понижается до десятых долей процента. Карбидный шлак с содержанием до 5% СаС₂ реагирует с FeS и MnS и снижает содержание серы в металле.

Плавка стали с частичным окислением примесей ведется на шихте, которая содержит допустимое количество вредных примесей серы и фосфора. Обычно после короткого окислительного периода скачивают окислительный шлак и переходят на восстановительный период под белым или карбидным шлаком.

Большой интерес представляет плавка стали без окисления, в которой окислительный период отсутствует. Этот вид плавки широко используют при переработке собственных отходов металлургического производства и особенно отходов легированных сталей. Содержание элементов в стали в этой плавке регулируется восстановлением элементов из шлака или добавкой ферросплавов. Применение этого процесса для переплавки отходов легированных сталей экономит значительное количество ферросплавов и электрической энергии.