Сталь в основных дуговых электропечах выплавляют преимущественно тремя методами:
- на свежей шихте с окислением примесей железной рудой или газообразным кислородом;
- переплавом легированных отходов без окисления;
- переплавом легированных отходов с окислением газообразным кислородом.
Иногда практикуется получение стали методом смешения жидких металла и ферросплавов в ковше.
При выплавке стали с окислением в печь присаживают железную руду или ванну продувают кислородом для окисления кремния, марганца, фосфора и избыточного углерода. Интенсивное кипение металла в окислительный период, вызванное выделяющимися из металла пузырями СО, обеспечивает снижение содержания газов и неметаллических включений. Плавка с окислением состоит из следующих периодов: заправки печи, завалки шихты, плавления, окислительного периода, восстановительного периода, выпуска.
При переплаве шихту составляют преимущественно из легированных отходов с низким содержанием фосфора. В процессе плавки железную руду не присаживают, окислительный период отсутствует. При выплавке высокохромистой стали типа нержавеющей для ускорения расплавления шихты ванну продувают кислородом, т. е. плавку ведут методом переплава легированных отходов с окислением.
При выплавке стали методом переплава необходимо составлять шихту, близкую по составу к заданной стали. Это обеспечивает сокращение длительности плавки при минимальных расходах ферросплавов и, следовательно, высоких технико-экономических показателях. Так, например, при выплавке нержавеющей стали типа Х18Н10Т шихта состоит из 70% отходов этой же или аналогичной стали и 30% мягкого железа с минимальным содержанием фосфора. Допускается частичная замена указанных отходов отходами углеродистой стали (≤20%) с низким содержанием фосфора.
При выплавке с окислением важным моментом, нормального проведения плавки является количество окислившегося углерода за окислительный период, которое должно быть 0,2—0,3% при выплавке высокоуглеродистой стали и 0,3—0,4% при выплавке низкоуглеродистой стали.
Окисление углерода во время плавления без применения кислорода в этот период компенсируется науглероживанием металла от электродов. Поэтому в шихте должно содержаться углерода больше нижнего марочного предела в готовой стали на 0,2—0,3% для высокоуглеродистой стали на 0,3—0,5% для низкоуглеродистой стали. Недостающее количество углерода вносится чугуном или карбюризатором.
При выплавке с окислением шихту преимущественно составляют из углеродистых отходов. При этом ограничивается использование кремнистых отходов. Содержание кремния в металле по расплавлении не должно превышать 0,1—0,2%, так как иначе осложняется наведение нормального шлака и замедляется окисление углерода.
Во всех случаях необходимо обеспечивать минимальное содержание фосфора в шихте (≤0,06%); использование лома, загрязненного такими цветными металлами, как медь, свинец и др., не допускается.
При использовании отходов сталей, легированных титаном и алюминием, расчетное содержание этих элементов в шихте не должно превышать 0,1% каждого. При выплавке стали, к которой предъявляются повышенные требования по чистоте от неметаллических включений, нельзя применять отходы сталей или сплавов, легированных алюминием, титаном, цирконием, бором, азотом. Приведем примерный расчет шихты по углероду для выплавки с полным окислением стали ШХ15 в 100-т электропечи. Металлический лом, металл по расплавлении, готовая сталь и чугун, содержат углерода 0,4; 1,1; 0,95—1,05; 3,8% соответственно.
Как показывает практика работы электропечей, расход чугуна при выплавке стали ШХ15 не должен превышать 20%. Составляем шихту из 85% углеродистого лома и 15% чугуна.
Требуется внести углерода с шихтой для обеспечения его содержания в металле по расплавлении 1,1% — (1,1 • 100 000)/100= 1100 кг. Углеродистый лом внесет (100000•85•0,4)/(100×100) =340 кг. Чугун внесет. (100 000•15•3,8)/(100×100) =570 кг. Таким образом, углеродистый лом и чугун внесут углерода 340+570 = 910 кг.
Требуется загрузить карбюризатора (электродного боя, коксика и т. д.) при усвоении углерода из него 60%
Таким образом, шихта будет состоять из 85% углеродистого лома, 15% чугуна и 317 кг электродного боя.