Производство чугуна в электрических печах преимущественно распространено в странах, располагающих дешевой гидроэлектроэнергией и не имеющих запасов коксующихся углей (Норвегия, Швеция, Югославия, Италия, Швейцария, Венесуэла и др.). В Норвегии, например, весь чугун выплавляется только в электропечах. В Швеции выплавка чугуна в них составляет примерно пятую часть от общего производства чугуна.
В основном, чугун выплавляют в низкошахтных электрических печах с закрытой дугой. В последние годы стали применять печи с открытой дугой.
Низкошахтные печи с закрытой дугой (рис. 43) имеют круглое сечение, их шахта перекрыта сводом, через отверстия в котором проходят три самоспекающихся электрода. Перемещение электродов производится гидравлическим приводом, регулировка глубины погружения электродов — автоматическая.
Шихта загружается через воронку и рукава и затем через отверстия в своде. Печь имеет доломитовую набивную футеровку. Свод печи выполняется из магнезитового или высокоглиноземистого кирпича.
Выпуск чугуна и шлака производится периодически (через 4— 5 ч) через летку, расположенную на уровне пода.
Для выплавки чугуна в электрических печах используют самые разнообразные руды и низкосортные виды топлива: преимущественно коксик, а также антрацит и бурый уголь. Возможна переработка руд с повышенным содержанием серы, в том числе и пиритных огарков, которые не пригодны для обычных доменных печей. В качестве флюса используют известняк или известь.
Небольшая высота шахты вызывает необходимость тщательной подготовки шихтовых материалов, чтобы обеспечить максимальную реакционную поверхность, а следовательно, и высокие скорости реакций. Шихтовые материалы измельчают (до 5—15 мм), сортируют по крупности, дозируют и перемешивают. Целесообразно применять агломерат или брикеты из железорудных концентратов с угольной или коксовой мелочью, а также окатыши.
Процесс плавки в электропечах, по сравнению с обычными доменными печами, имеет ряд характерных особенностей. В отличие от доменной печи, в низкошахтных электропечах теплообмен между горячими газами и шихтовыми материалами имеет подчиненное значение. Основное количество тепла в электропечи выделяется в электрической дуге над расплавом, непосредственно в расплаве и в слоях шихты, соприкасающихся с электродами, и только нагрев вышележащих слоев шихты осуществляется путем теплообмена с поднимающимися горячими газами.
Изменением электрического режима можно регулировать распределение тепла между различными горизонтами электропечи.
Возможность регулирования теплового режима позволяет оказывать более существенное влияние на развитие и скорости тех или иных физико-химических процессов, чем в доменной печи.
В электропечи создаются условия для более благоприятного протекания ряда процессов. Восстановительные реакции, процессы образования чугуна и шлака, удаление вредных примесей протекают с большими скоростями, особенно в зонах электрических дуг, где развиваются наиболее высокие температуры.
Восстановление окислов железа в электропечах происходит в основном прямым путем, с участием твердого углерода. Реакции непрямого восстановления развиты слабо из-за малой высоты зоны умеренных температур и малого количества газов, они протекают только в самых верхних горизонтах и на периферии колошника. В связи с этим газовая фаза содержит большее количество окиси углерода. Соотношение между СО и СO2 в электропечах достигает 5, в то время как в доменных печах оно равно 3. Для колошникового газа также характерно высокое содержание окиси углерода (72—80%) и малое содержание азота (1—2%). Последнее связано с отсутствием подачи воздушного дутья в электропечь. Колошникового газа в электропечах образуется в несколько раз меньше, чем в доменных, в связи с этим резко уменьшается вынос пыли.
Получение тепла за счет электроэнергии приводит к уменьшению расхода горючего примерно на 50% по сравнению с обычным его расходом при доменной плавке. В результате резкого снижения горючего уменьшается расход флюсов и выход шлака и облегчаются условия получения малосернистых чугунов, так как кокс обычно вносит наибольшее количество серы по сравнению с другими составляющими шихты.
Получению малосернистых чугунов благоприятствуют также высокие температуры процесса и связанная с этим возможность работы на высокоосновных шлаках.
Кроме того, высокий температурный режим содействует более сильному улетучиванию фосфора, поэтому чугун электроплавки содержит несколько меньше фосфора, чем доменный чугун.
В электрических печах выплавляются разнообразные марки чугунов, от передельного до литейного, причем переход с выплавки одного сорта чугуна на другой может быть осуществлен значительно легче, чем в доменных печах. Возможна выплавка высококачественного чугуна с малым содержанием серы.
Использование частично восстановленной и подогретой шихты (например, во вращающейся печи, примыкающей к электропечи) дает возможность снизить расход электроэнергии до 1700 — 2000 квт-ч/т, сократить расход горючего и повысить производительность на 30—50%.
Наиболее крупные печи на заводе Му и Рана (Норвегия) имеют мощность 60 000 ква и годовую производительность 325 тыс. т чугуна в год.
