Первые отечественные электросталеплавильные цехи с высокомощными печами строили во второй половине 70-х годов, когда концепция сверхмощной печи, особенно ее технологическая часть, не была полностью осмыслена и принята технологами и проектировщиками. Цехи проектировали и сооружали под влиянием основных положений классической технологии плавки с учетом возможности работы высокомощных печей двухшлаковым процессом. Такие цехи еще не очень отличались от цехов с "типовой" планировкой конца 50-х — начала 60-х. Устройство главных зданий таких цехов рассмотрено на примере цеха № 2 КМК, выплавляющего низколегированные стали. Главное здание цеха имеет четыре пролета: шихтовой, бункерный, печной и разливочный. Шихтовый пролет предназначен для хранения небольшого запаса шихты и погрузки ее в завалочные бадьи. Металлическая шихта подается в шихтовый пролет железнодорожным транспортом: в контейнерах и "навалом" в вагонах. Имеются автовъезды для транспортировки других материалов. Пролет обслуживается мостовыми кранами. Для увеличения пропускной способности пролета (уменьшения продолжительности загрузки бадьи! предусмотрена подача в пролет основной части лома в контейнерах большой вместимости из отделения металлической шихты, расположенного отдельно. Площадь закромов для хранения лома в шихтовом пролете невелика, но значительные площади отведены для хранения контейнеров (с шихтой и пустых). Ферросплавы, необходимые для легирования стали, поступают в цех через бункерный пролет. Груженые бадьи с ломом передают в печной пролет электроскраповозами по железнодорожному пути широкой колеи, расположенному на полу цеха поперек основных пролетов.
Работа сверхмощной печи по такой схеме, без отсечки окисленного шлака связана с некоторым увеличением расхода раскислителей вследствие раскисления окисленного шлака в ковше во время выпуска и может быть признана целесообразной лишь в случае полного отсутствия внепечной обработки стали или при использовании только внепечного порционного вакуумирования металла.
При заданном содержании в стали 0,01-0,02% десульфурацию металла при выплавке одношлаковым процессом в сверхмощной печи можно проводить в ковше во время выпуска шлаком, полученным в ковше при смешении части печного шлака со свежими шлакообразующими (известь и плавиковый шпат) и тщательно раскисленными присаженными в ковш раскислителями. На КМК при выплавке низколегированной конструкционной стали в 100-т высокомощной печи в конце окислительного периода часть шлака из печи удаляют, металл в печи раскисляют кремнием, присаживая его на 0,10- 0,14% (по расчету). Оставшийся в печи шлак вместе с 15-25 т жидкой стали выпускают в ковш, в который предварительно загружают известь, плавиковый шпат, порошкообразный и кусковой алюминий. Затем выпуск плавки прерывают на несколько минут до образования в ковше активного основного безжелезистого шлака, загружают в ковш недостающее количество раскислителей и сливают в него оставшийся в печи металл. За время выпуска плавки и продувки металла содержание серы в нем снижалось до 0,01-0,02% даже в тех случаях, когда содержание серы в шихте достигало 0,06- 0,07 %.
Более простой вариант внепечной десульфурации металла во время выпуска опробован при выплавке низколегированной стали в 100-т печах ЧМК. Сталь выплавляли одношлаковым процессом, окисленный шлак на 80-90 % удаляли перед выпуском из печи.
Большая степень десульфурации металла (удаление 50-60 % серы, имевшейся в металле после расплавления) может быть обеспечена более ранним и большим повышением основности или увеличением количества окисленного углерода, однако это приводит к увеличению длительности пребывания металла в печи и возрастанию общей длительности плавки. При работе на шихте с повышенным содержанием серы или необходимости получения в стали < 0,020 % одношлаковый процесс плавки обычно сочетают с внепечной десульфурацией металла.
Чтобы оценить возможности десульфурации металла в ковше во время выпуска и последующей обработки с использованием печного шлака, провели термодинамический анализ процессов, протекающих между металлом и шлаком. Для анализа использовали данные об изменении температуры ванны, состава металла и шлака по ходу плавок низколегированной конструкционной стали одношлаковым процессом с доводкой под окисленным шлаком в 100-т дуговых печах обычной мощности (ЧМК). Как отмечалось выше, учитывая известные данные о повышении коэффициента распределения серы между шлаком и металлом при увеличении основности шлака, обычно пытаются улучшить десульфурацию металла за счет повышения количества оксида кальция в шлаке. Такой прием может привести к нарушению гомогенности шлакового расплава, появлению дисперсной твердой фазы в шлаке и снижению рафинирующих свойств шлака, поэтому оценка пределов возможной гомогенности шлаков при увеличении в них количества оксида кальция имеет важное практическое значение.
Нами был проведен термодинамический анализ шлаков опытных плавок, позволивший определить, какая из кальцийсодержащих фаз вероятнее всего выделяется из пересыщенного оксидом кальция шлакового расплава, и выполнена оценка предельной растворимости оксида кальция в электропечных шлаках по ходу плавки.