Подготовка печи к плавке
Огнеупорная футеровка печи изнашивается и для поддержания ее в рабочем состоянии необходимо регулярно ремонтировать наиболее пострадавшие участки ее. Поэтому после каждой плавки печь тщательно осматривают, подину прощупывают железным штырем, выявляют все поврежденные места и принимают меры по устранению обнаруженных разрушений.
Сразу же после выпуска плавки печь необходимо очистить от остатков шлака и металла. Систематическое накопление остатков шлака на подине приводит к ее зарастанию и уменьшению объема ванны, в результате чего уровень зеркала металла поднимается, а это затрудняет ведение процесса (металл труднее перемешивать, печь нельзя наклонять для схода шлака самотеком) и увеличивает
опасность прорыва металла через откосы или порог рабочего окна. Кроме того, шлак, смешиваясь с заправочными материалами, понижает их огнеупорность и способствует размягчению футеровки при высоких температурах.
Наличие остатков металла на подине также недопустимо, особенно при переходе на выплавку стали другой марки или при плохом состоянии подины. В случае смены марки выплавляемой стали остатки металла могут явиться причиной непопадания в заданный состав металла, например по никелю, хрому, молибдену и т.д. Наличие остатков не дает также возможности проводить качественный ремонт подины, так как оно препятствует свариванию заправочных материалов с футеровкой. После расплавления металла заправочный материал всплывает, и это приводит к загущению шлака и дальнейшему разрушению подины.
При значительных повреждениях подины, когда удаление остатков металла становится затруднительным, следует очистить задний откос, заправить его и наклонить печь в сторону разливочного пролета.
После застывания металла на заднем откосе печь необходимо поставить в нормальное положение и приступить к очистке. После заправки печи удаляют замороженный металл.
Остатки шлака и металла удаляют металлическими скребками вручную. Это очень тяжелая операция, тем более, что ее выполняют под прямым тепловым излучением футеровки и по возможности быстро, пока шлак и металл не застыли, а футеровка достаточно разогрета для сваривания с заправочным материалом.
В печи сохраняется меньше остатков шлака и металла, если футеровка постоянно поддерживается в хорошем состоянии, откос в районе выпускного отверстия достаточно пологий и хорошо разделывается выпускное отверстие.
Для более полного слива шлака перед выпуском плавки его целесообразно разжижать.
В случае сильного зарастания подины для восстановления ее прежних размеров специально назначают плавку стали неответственной марки, выплавляемой с полным окислением. На подину заваливают руду и в окислительный период проводят интенсивное кипение, что приводит к размыву футеровки и восстановлению размеров ванны.
Поврежденные участки футеровки после удаления остатков шлака и металла заправляют. Поврежденные места подины и откосов заправляют сухим магнезитовым порошком, а места наибольших повреждений — порошком, смоченным в жидком стекле. Наиболее пригоден для заправки специальный мелкозернистый порошок при размере зерна 0—1,5 мм без включений извести и доломита (белые и серые зерна). В состав заправочных смесей иногда включают размолотый бывший в употреблении магнезитовый кирпич. Для заправки печей, в которых выплавляют хромистые стали, в состав заправочных смесей может входить хромистая руда и молотый хромомагнезитовый кирпич.
После значительного ремонта подины для ее закрепления следует провести плавку без окисления при сравнительно низкой тепловой нагрузке.
Заправку печей небольшой емкости осуществляют, как правило, вручную лопатами, а передний откос — специальной ложкой. Для механизированной заправки средних и крупных печей предложено несколько конструкций заправочных машин. В рабочее пространство печи машины опускают краном сверху либо вводят через рабочее окно.
Следует, однако, отметить, что механизированной заправке свойствен ряд недостатков и оптимальный способ механизации этого процесса пока не найден. Одни машины (например, дисковые, пневматические, разбрасывающие порошок из мульды) не обеспечивают избирательного ремонта отдельных участков, разбрасывая равномерно порошок по всему периметру печи. В результате расход магнезита увеличивается, а поврежденные места приходится дополнительно заправлять другими способами, часто даже вручную. Другие (пневматическая, забирающая порошок из бункера) обеспечивают локальность ремонта, но сжатый воздух сильно охлаждает футеровку, особенно там, куда подается заправочный материал и где для его сваривания с футеровкой требуется высокая температура.
После заправки следует тщательно осмотреть стены и свод печи и выполнить необходимый ремонт.
При назначении марки стали для выплавки необходимо учитывать состояние футеровки печи. К концу ее кампании нельзя назначать выплавку стали, осуществляемую с повышенной тепловой нагрузкой как по температурному режиму, так и по продолжительности.
При значительном расхождении составов предыдущей и предстоящей плавок нужно назначить плавку стали промежуточного состава. Выплавку легированной конструкционной стали можно осуществлять начиная с третьей, а стали ответственного назначения — с пятой плавки после полного ремонта стен.
Завалка (загрузка) шихты в печь
На современных электропечах загрузка шихты осуществляется сверху при помощи загрузочных бадей. Старые печи загружают, пользуясь мульдами. В первом случае вся шихта загружается в один-два приема и независимо от емкости печи длительность загрузки составляет 5— 10 мин. Длительность завалки в случае использования мульд зависит от насыпной массы шихты и емкости печи. Завалка мульдами печи емкостью 40 т продолжается 40—50 мин. Для убыстрения завалки, когда представляется возможным, старые печи реконструируют и переводят на завалку сверху.
Быстрая завалка позволяет сохранить тепло, аккумулированное кладкой печи, в результате чего сокращается продолжительность плавления, уменьшается расход электроэнергии и электродов и увеличивается стойкость футеровки.
При завалке сверху порядок укладки шихты в бадье предопределяет расположение ее в печи. Для предохранения подины от удал и в крупных падающих кусков на дно бадьи желательно загружать небольшое количество мелкого лома. Наиболее крупную шихту догружают вперемежку с шихтой средних размеров в центральную часть бадьи так, чтобы в печи крупные куски оказались непосредственно под электродами. По периферии распределяют куски средих размеров, а сверху засыпают мелочь.
Такая последовательность загрузки бадьи обеспечивает наиболее плотную укладку шихты в печи, что очень важно для стабильного горения дуг. Наличие сверху мелочи обеспечивает в начале плавление быстрое погружение электродов и исключает прямое воздействие излучения дуг на футеровку стен, а присутствие в шихте под электродами крупных кусков замедляет проплавление колодцев и исключает возможность погружения электродов до подины раньше, чем накопится слой жидкого металла, защищающий подину от прямого воздействия дуг.
Для достижения оптимальной укладки шихта должна состоять 35—40% из крупного лома, 40—45% среднего и 15—20% мелкого, причем примерно половину мелочи нужно загружать вниз, а вторую половину -поверх остальной завалки.
При наличии в шихте легирующих элементов их надо располагать таким образом, чтобы обеспечивалась максимальная скорость их плавления и минимальный угар. Тугоплавкие металлы, такие как ферромолибден или ферровольфрам, следует загружать в центральную часть бадьи. Легкоплавкие металлы, например никель, в зоне дуг интенсивно испаряются. Для уменьшения потерь их целесообразно загружать ближе к откосам.
Содержание углерода в шихте должно быть на 0,4—0,6% выше нижнего предела в стали заданной марки. Недостающее количество в шихте углерода вводят используя для этого соответствующие присадки углеродсодержащих материалов — чугун, кокс и электродный бой. В результате введения чугуна в металле увеличивается содержание фосфора, поэтому чугуном пользуются только на плавках с полным окислением и дозируют его в количестве не более 20% от массы шихты. Чугун характеризуется низкой температурой плавления, поэтому его загружают вместе с мелким ломом поверх всей завалки. Кокс и электродный бой для лучшего усвоения загружают поверх первой порции мелкого лома.
Для раннего образования шлака, предохраняющего металл от окисления, и для дефосфорации в процессе плавления в завалку вводят известь в количестве 2—3%. В зависимости от состояния подины известь загружают либо на подину, либо после на часть ранее загруженной металлической шихты. Для дефосфорации металла уже в период плавления на плавках с полным окислением в завалку дают 1,0— 1,5% железной руды. При зарастании подины руду засыпают непосредственно на подину, в остальных случаях ее загружают в бадью поверх части металлической шихты.
В случае мульдовой завалки последовательность загрузки должна обеспечивать такой же порядок распределения шихты в печи, как и при бадьевой загрузке. С целью сокращения длительности загрузки ее целесообразно осуществлять двумя завалочными машинами.
Плавление шихты
Главная задача этого периода плавки — как можно быстрее перевести металл в жидкое состояние.
Длительность периода плавления зависит от емкости печи, установленной мощности трансформатора, состава выплавляемой стали, электрического режима и ряда других факторов. Абсолютная продолжительность этого периода изменяется от одного до четырех часов, что составляет одну-две трети длительности всей плавки. В большинстве случаев это самый продолжительный период плавки. Учитывая отсутствие каких-либо технологических ограничений в форсировании плавления шихты, следует признать, что в сокращении плавления имеются большие резервы увеличения производительности печей. Технически обоснованной является длительность плавления в печах любого тоннажа, не превышающая 1,0—1,5 часов.
Большое тепловосприятие ванны в период плавления позволяет в этот период работать с максимальной мощностью и при максимальном напряжении на дуге (в рациональных, конечно, пределах). Лишь в самом начале плавления, когда дуги открыты и расположены высоко (рисунок 1, а), излучение длинных дуг может привести к перегреву футеровки свода и стен. Поэтому в первые минуты рекомендуется применять более низкое напряжение. После образования колодцев дуги оказываются экранированными шихтой, что позволяет перейти к плавлению при максимальных напряжении и мощности.
Работа на самой высокой ступени напряжения в период плавления целесообразна по двум причинам. Во-первых, чем выше напряжение, тем при той же мощности меньше сила тока и тем меньше потери в цепи, т. е. тем выше электрический к.п.д. Во-вторых, чем выше напряжение, тем длиннее дуга и тем на большую поверхность шихты распространяется ее излучение.
Если шихта подобрана и уложена правильно, то расположенная сверху мелкая шихта быстро проплавляется и дуги погружаются в шихту, не оказывая на футеровку заметного воздействия. В этом случае расплавление с самого начала можно вести на максимальной мощности.
Дуги прожигают в твердой шихте колодцы диаметром на 30—40% больше диаметра электродов. В процессе прожигания колодцев тепловосприятие шихты максимально, так как дуга горит непосредственно в твердой шихте, а боковое излучение дуг воспринимается стенками колодцев. Через 30—40 мин, считая от начала плавления, электроды опускаются в крайнее нижнее положение — до поверхности скопившегося на подине жидкого металла (рисунок 1, б). С этого момента скорость плавления несколько замедляется, так как тепло аккумулируется в основном жидким металлом, он перегревается и в нем растворяется твердая шихта. Лишь небольшая часть тепла дуги передается твердой шихте излучением на стенки колодцев.
а — начало плавления, б — проплавление колодца; в — конец плавления
Рисунок 1 – Этапы плавления шихты
Для более быстрого расплавления шихты после прожигания колодцев современные крупные печи оборудуют механизмом вращения ванны. Это позволяет прожигать не три, а девять колодцев, в результате чего скорость плавления на вращающихся печах выше, чем на печах со стационарной ванной. Однако усложнение конструкции печи, перерывы в ее работе, вызываемые подъемом электродов и свода на время вращения ванны, а также большие тепловые потери, связанные с охлаждением свода и электродов, ставят под сомнение целесообразность вращения ванны.
Ускорение плавления шихты вне зоны действия дуг может быть достигнуто применением газо-кислородных горелок. При их использовании продолжительность плавления и расход электроэнергии сокращаются примерно на 15—20%, хотя общий расход топлива на плавку несколько увеличивается. Положительный экономический эффект достигается вследствие более низкой стоимости топлива по сравнению со стоимостью электроэнергии и электродов, а также в результате увеличения производительности печи.
Водоохлаждаемые газо-кислородные горелки в рабочее пространство вводят либо тангенциально и под углом примерно 15° к горизонту через отверстия в стенах либо через свод (рисунок 2). Тангенциальное расположение горелок менее удобно, так как они быстро забрызгиваются шлаком. Сводовые горелки в окислительный период используют как фурмы для вдувания кислорода. В период плавления для предотвращения чрезмерного окисления шихты соотношение между кислородом и газом поддерживается в пределах 1,0— 1,5.
Для сокращения периода плавления на некоторых заводах практикуют предварительный подогрев шихты в бадьях до 400—700°С газо-кислородными горелками. Удельные энергетические затраты на плавку в стоимостном выражении могут быть при этом снижены на 15—25%. Однако этот процесс широкого распространения не получает из-за трудностей его осуществления в крупных высоко производительных цехах.
Рисунок 2 – Схема расположения боковых (а) и сводовых (б ) газо-кислородных горелок
Широко пользуются интенсификацией в период плавления при помощи газообразного кислорода, вводимого через водоохлаждаемую фурму или футерованные трубы (d = 3/4?) непосредственно в жидкий металл. Выделение значительного количества тепла при окислении железа, марганца, кремния, углерода и других примесей способствует быстрому повышению температуры жидкого металла (таблица 1) и растворению в нем оставшейся шихты.
Таблица 1 – Тепловой эффект и расчетное повышение температуры ванны при окислении 1% элемента газообразным кислородом
Чем раньше начать продувку, тем больше интенсивность плавления, но вместе с тем и больше угар железа и окисляемых элементов. Применение кислорода для интенсификации оправдано, если стоимость кислорода и повышенный угар компенсируются экономией от ускоренного плавления.
В период плавления кислород целесообразно также применять для подрезки шихты. В процессе плавления отдельные куски шихты свариваются между собой, образуя мосты. При растворении нижних кусков может произойти обвал шихты и вызвать поломку электродов. Часть шихты застревает на откосах и не растворяются в жидкой ванне, а ее расплавление требует значительного времени. И в том и в другом случае необходимо шихту периодически обваливать. Обычно это делается с помощью завалочной машины, но при этом печь приходится отключать, поднимать электроды и через рабочее окно вводить на хоботе завалочной машины мульду и, пользуясь ею, обваливать шихту.
Эта операция значительно упрощается при подрезке шихты кислородом. Для этого струю кислорода направляют под основание застрявших кусков шихты, они оплавляются и шихта погружается в расплавленный металл.
В процессе плавления происходит окисление примесей, вносимых шихтой. Практически полностью окисляются алюминий, титан, кремний, значительное количество хрома, марганца и других примесей. С целью сокращения длительности окислительного периода в период плавления целесообразно создавать условия, благоприятные для окисления фосфора. Для этого количество руды и извести в завалку надо рассчитывать таким образом, чтобы к концу периода плавления основность шлака была более 1,6, а содержание закиси железа превышало 12%. При соблюдении этих условий в период плавления окислится более половины внесенного шихтой фосфора.
После полного расплавления шихты и тщательного перемешивания ванны отбирают пробу металла на полный химический анализ и на 3/4 скачивают шлак, вместе с которым удаляется значительная часть окислившегося фосфора. В случае получения в первой пробе пониженного содержания углерода шлак скачивают начисто и, пользуясь коксом или электродным боем, проводится науглероживание металла. Затем в печь присаживают известь с плавиковым шпатом в количестве 1,5—2,0% от массы металла и после их растворения приступают к окислительному периоду.
Окислительный период
В окислительный период необходимо реализовать следующие основные мероприятия:
- понизить содержание фосфора ниже допустимых пределов в готовой стали;
- возможно полнее удалить растворенные в металле газы (водород и азот);
- нагреть металл до температуры, на 120— 130° С превышающей температуру ликвидуса;
- привести ванну в стандартное по окисленности состояние.
Одновременно окисляются другие примеси: углерод, кремний, марганец, хром и др. Если плавка ведется, минуя восстановительный период, в окислительный период нужно также удалить серу из металла до содержания ниже допустимого предела.
Окисление фосфора осуществляют присадками железной руды с известью. Начинать присадку руды следует после предварительного подогрева металла, чтобы сразу же после введения руды началось окисление углерода и кипение металла. Руду и известь надо давать равномерными порциями, поддерживая энергичное кипение металла. Шлак в этот период должен быть пенистым, жидкоподвижным и самотеком сходить через порог рабочего окна.
Обеспечение самопроизвольного стекания и обновления шлака необходимо для эффективного удаления фосфора. По мере окисления углерода повышается температура плавления металла и уменьшается скорость окисления углерода. Скорость окисления к концу окислительного периода уменьшается почти в два раза: примерно с 0,6% в начале периода до 0,3% С/ч в конце. Для поддержания энергичного кипения необходимо повышать температуру металла, что затрудняет окисление фосфора, и поэтому снижения содержания фосфора в металле можно достигнуть лишь при постоянном обновлении шлака.
Присаживать очередную порцию руды и извести необходимо при уменьшении интенсивности кипения металла, образовавшегося из предыдущей порции руды. Введение крупных порций руды нежелательно, так как это может вызвать охлаждение металла и кипение будет слабым. Избыток в ванне непрореагировавшей руды при последующем повышении температуры может вызвать очень бурное окисление углерода и привести к выбросу металла и шлака из печи. Во избежание этого руду надо присаживать так, чтобы скорость окисления углерода поддерживалась в пределах 0,4—0,6 % в начале периода и 0,2—0,3 % С/ч в конце.
Для контроля за ходом окислительных процессов регулярно через каждые 5—10 мин отбирают пробы металла, в которых проверяют содержание фосфора и углерода. При содержании фосфора менее 0,020%, если не оговорено его более низкие концентрации, окисление рудой можно прекратить. Правильно организованный температурный режим окислительного периода, постоянное обновление шлака при поддержании его основности в пределах 2,7—3 и высоком содержании в нем закиси железа (15—20%) позволяют безособых затруднений понизить содержание фосфора до 0,010—0,012 % и менее.
Кроме режима фосфора, в окислительный период регламентируется режим углерода. Технологическими инструкциями предусматривается, чтобы за период кипения было окислено не менее 0,3% углерода при выплавке высокоуглеродистой стали, содержащей 0,6% углерода и более, и не менее 0,5% при выплавке среднеуглеродистой и низкоуглеродистой стали. В случае крупных печей эти количества могут быть несколько уменьшены. Окисление такого количества углерода необходимо для дегазации металла. Интенсивное кипение ванны, вызванное окислением углерода, является единственным эффективным средством снижения содержания азота в электропечи, причем эффективность дегазации возрастает с увеличением скорости окисления углерода.
Поэтому после понижения до необходимых значений концентрации фосфора окисление углерода целесообразно интенсифицировать. Очень высокие скорости выгорания углерода позволяет получить продувка металла газообразным кислородом. Так, в печи емкостью 40т и при расходе кислорода 1200 м3/ч скорость окисления углерода составляет 3—4% С/ч при содержании его в пределах 0,9— 1,0% и 0,7—0,8% С/ч при содержании 0,20% С, причем надо иметь в виду, что скорость обезуглероживания возрастает с увеличением интенсивности продувки.
Окисление углерода газообразным кислородом позволяет сократить длительность периода, благодаря чему при расходе кислорода 4—7 м3/т на 5—10% увеличивается производительность печей и на 5— 12% снижается расход электроэнергии.
Для уменьшения угара железа продувку ванны кислородом следует начинать после нагрева металла и проводить ее при включенной печи. После начала окисления углерода вследствие большого теплового эффекта этой реакции температура металла быстро возрастает, поэтому в момент появления пламени печь необходимо отключить.
В процессе продувки отбираются пробы металла, в которых контролируется содержание углерода. К концу продувки содержание углерода должно быть немного ниже нижнего предела для заданной марки, в результате чего с учетом вносимого ферросплавами углерода и науглероживания от электродов обеспечивается получение заданного содержания его в металле. Однако, чтобы предотвратить переокисление металла, содержание углерода к концу окисления не должно быть ниже 0,1%, за исключением случая выплавки стали, в которой углерод является нежелательной примесью. Для стали таких марок ГОСТами устанавливается только верхний предел со держания углерода.
Режим марганца в окислительный период обычно не регламентируется. Реакция окисления марганца в окислительный период близка к равновесию, поэтому нормальный ход плавки с необходимым повышением температуры к концу периода сопровождается восстановлением марганца из шлака.
В окислительный период окисляется и хром, причем значительное его количество окисляется еще в процессе плавления. Скачивание шлака в период плавления и постепенное его обновление в течение окислительного периода способствуют дальнейшему окислению хрома и потере его со шлаком.
Тугоплавкие окислы хрома сильно понижают текучесть шлака и затрудняют процесс окисления фосфора. Поэтому использование хромистых отходов на плавках с полным окислением нецелесообразно.
И тем не менее иногда с целью использования содержащихся в шихте никеля и молибдена в завалку дают некоторое количество хромоникелевых и хромоникельмолибденовых отходов в таком количестве, чтобы содержание хрома в первой пробе не превышало 0,4%.
Интенсификация окисления газообразным кислородом позволяет быстро поднять температуру металла до необходимого уровня. Однако при продувке кислородом металл легко и перегреть, что нежелательно, так как перегрев отрицательно влияет на состояние футеровки, ухудшает условия дефосфорации и может привести к увеличению в металле содержания азота. Поэтому при продувке нельзя допускать перегрева ванны, охлаждая ее при необходимости железной рудой.
Достижением нужного содержания фосфора, углерода и необходимой температуры исчерпываются основные задачи окислительного периода. После присадки последней порции руды или окончания продувки кислородом, делают выдержку в течение не менее 10 мин, во время которой отбирают пробу на анализ и замеряют температуру металла. Общая продолжительность окислительного периода составляет 40—70 мин, а в случае применения газообразного кислорода она может быть сокращена до 30 мин.
Длительность окислительного периода определяется в основном скоростью окисления фосфора. На некоторых заводах для ускорения этого процесса вместе с кислородом вводят смесь порошков извести и плавикового шпата. Порошкообразные материалы в зоне реакции снижают перегрев металла и создают благоприятные условия для окисления фосфора, в результате чего длительность окислительного периода может быть дополнительно сокращена.
В окислительный период удаляется 40—60% серы, вносимой шихтой. Успешной десульфурации способствует высокая основность шлака (не менее 2,7—2,8) и его постоянное обновление. Благоприятные условия для удаления серы в окислительный период создаются при введении вместе кислородом порошкообразной извести.
Раскисление. Восстановительный период
По окончании окислительного периода сталь раскисляют. При этом возможны два варианта выполнения этой технологической операции:
- глубинное раскисление без наводки восстановитель ного шлака, т. е. без восстановительного периода;
- раскисление в восстановительный период.
Глубинное раскисление без скачивания окислительного и наводки восстановительного шлака начали применять в последние годы и толчком к развитию этого метода послужило значительное увеличение мощности печных трансформаторов, которая в восстановительный период используется в малой степени. Минуя восстановительный период выплавляют главным образом углеродистую и низколегированную конструкционную сталь.
При выплавке стали под одним шлаком (без наводки восстановительного шлака) после окончания окислительного периода в печь присаживают кусковой 45%-ный или 75%-ный ферросилиций (0,1%) и ферромарганец из расчета получения среднего заданного содержания марганца в металле. Затем при выплавке хромсодержащей стали в печь присаживают феррохром из расчета получения среднего заданного содержания хрома в стали. Длительность раскисления в печи составляет 10—20 мин, после чего сталь выпускают в ковш, где ее окончательно раскисляют ферросилицием и алюминием.
Выплавка стали под одним шлаком позволяет сократить длительность плавки и уменьшить расход электроэнергии и раскислителей, а также упростить ведение плавки. Однако при выплавке стали, к которой предъявляются повышенные требования по свойствам и в которой необходимо получить пониженное содержание окисных включений, особенно при низком содержании углерода (<0,15 —0,20%), или низкое содержание серы (<0,015 —0,020%), а также при выплавке стали, в которую вводится значительное количество окисляемых легирующих элементов (Аl, Тi, V, W, Сr), раскисление проводят под восстановительным шлаком, который наводят после скачивания окислительного шлака.
Основными задачами восстановительного периода являются:
- раскисление металла,
- удаление серы,
- корректировка химического состава металла,
- регулирование температуры металла,
- подготовка к выпуску высокоосновного жидкоподвижного шлака.
В начале восстановительного периода содержание углерода должно быть на 0,03—0,10% меньше нижнего предела в готовой стали. При меньшем содержании углерода металл необходимо науглеродить. Для этого на поверхность металла после скачивания окислительного шлака присаживают кокс или электродный бой и металл перемешивают. При этом усваивается примерно 60—70% углерода кокса и 70—80% углерода, вносимого электродным боем.
Науглероживание является нежелательной операцией, так как оно увеличивает продолжительность плавки, а кроме того, нужно иметь в виду, что открытая поверхность металла быстро охлаждается и он поглощает из атмосферы водород и азот, уже не удаляемые в восстановительный период. Поэтому окислительный период должен быть проведен так, чтобы необходимость науглероживания исключалась.
Восстановительный период начинается наведением известкового шлака из смеси извести, плавикового шпата и шамота в соотношении 5:1:1 в количестве 2,0—3,5% от массы металла. Для быстрого проплавления шлаковой смеси первые 10— 15 мин после включения тока рекомендуется работать на средней ступени напряжения трансформатора. Остальную часть рафинировки проводят на низшей ступени напряжения, за исключением случаев присадки большого количества ферросплавов. Подводимую мощность регулируют в соответствии с температурой металла.
В течение длительного времени при выплавке легированных сталей применяли «классическую» технологию, основанную на диффузионном раскислении металла через шлак, когда раскисляющие вещества (кокс, ферросилиций, силикокальций, алюминий) в виде порошков присаживали к шлаку. Углерод, кремний, кальций и алюминий в шлаке восстанавливают окислы железа, марганца и хрома, и в объеме печи образуется восстановительная атмосфера. Понижение содержания закиси железа в шлаке вызывает переход кислорода из металла в шлак.
Диффузионное раскисление можно проводить под белым или карбидным шлаком. Для получения белого шлака в начале восстановительного периода шлак обрабатывают порошком кокса, а затем смесью порошков кокса и 75%-ного ферросилиция, причем количество кокса в смеси постепенно уменьшается. После 25—40 мин выдержки шлак светлеет (в нем понижается содержание окислов железа, марганца, хрома). При остывании такой шлак рассыпается в белый порошок. Расход кокса на раскисление под белым шлаком составляет 1—2 кг на 1т металла.
При увеличении расхода кокса до 2—3 кг/т количества углерода может хватить не только для восстановления окислов тяжелых металлов и компенсации окисляющего влияния атмосферы, но некоторая его часть может пойти на восстановление окиси кальция по реакции CaO + 3С = СаС2 + СО.
Образованию карбида кальция способствуют высокие температуры и концентрация в шлаке углерода и окиси кальция, а также и восстановительная атмосфера. В герметизированной печи образуется карбидный шлак, содержащий более 2% СаС2. Такой шлак при определенных содержании взвешенного углерода и концентрации карбида кальция при охлаждении рассыпается в виде серого или темно-серого порошка.
Выдержка под карбидным шлаком сопровождается значительным науглероживанием металла, поэтому можно раскислять под карбидным шлаком только высокоуглеродистые стали. Если выплавляют среднеуглеродистые стали, вместо карбидного шлака наводят слабокарбидный, содержащий 1,0— 1,5% СаС2, что уменьшает скорость науглероживания металла.
Карбид кальция хорошо смачивает металл, поэтому при выпуске и разливке возможно запутывание карбидного шлака в металле с образованием грубых шлаковых включений. Во избежание этого перед выпуском плавки карбидный шлак необходимо перевести в белый, для чего в нем надо окислить избыточный углерод и карбид кальция. За 20—30 мин до выпуска в печь присаживают шлаковую смесь с повышенным содержанием плавикового шпата и шамота и на некоторое время оставляют открытым рабочее окно. Усиленный приток воздуха окисляет углерод и карбид кальция, в результате чего шлак превращается в белый.
Диффузионный обмен между шлаком и металлом протекает с малой скоростью, поэтому раскисление металла через шлак требует значительного времени, что является крупным недостатком этого способа раскисления.
Технология диффузионного раскисления предусматривает протекание реакций между раскислителями и закисью железа либо в слое шлака, либо на границе раздела металл—шлак, при котором металл не будет загрязняться продуктами раскисления. Это преимущество диффузионного раскисления может быть реа