Producerea fierului în cuptoare electrice este predominantă în țările cu hidroelectricitate ieftină și fără rezerve de cărbune cocsificabil (Norvegia, Suedia, Iugoslavia, Italia, Elveția, Venezuela etc.). În Norvegia, de exemplu, toată fonta este topită numai în cuptoare electrice. În Suedia, topirea fontei brute în acestea reprezintă aproximativ o cincime din producția totală de fier.
În general, fonta brută este topită în cuptoare electrice cu arc închis, cu puț scăzut. În ultimii ani, au fost utilizate cuptoare cu arc deschis.
Cuptoarele cu arc închis cu puț scăzut (fig. 43) au o secțiune circulară, puțul lor fiind acoperit cu o boltă, prin ale cărei găuri trec trei electrozi cu autosinterizare. Electrozii sunt deplasați cu ajutorul unei acționări hidraulice, iar adâncimea de imersie a electrozilor este reglată automat.
Încărcătura este încărcată printr-o pâlnie și manșoane și apoi prin găuri în boltă. Cuptorul are o căptușeală din dolomită. Bolta cuptorului este realizată din cărămizi de magnezită sau de alumină înaltă.
Eliberarea fontei brute și a zgurii se realizează periodic (în 4-5 ore) prin intermediul ventilului situat la nivelul podelei cuptorului.
Pentru topirea fontei brute în cuptoarele electrice se utilizează o varietate de minereuri și combustibili de calitate inferioară: în principal cocs, precum și antracit și cărbune brun. Este posibil să se prelucreze minereuri cu conținut ridicat de sulf, inclusiv cenușă piritică, care nu este adecvată pentru furnalele convenționale. Calcarul sau varul sunt utilizate ca flux.
Înălțimea mică a puțului necesită o pregătire atentă a materialelor de încărcare pentru a asigura o suprafață maximă de reacție și, în consecință, rate ridicate de reacție. Materialele de încărcare sunt zdrobite (la 5-15 mm), sortate în funcție de dimensiune, dozate și amestecate. Este rezonabil să se utilizeze sinter sau brichete din concentrate de minereu de fier cu cărbune sau cocs fin, precum și pelete.
Procesul de topire în furnalele electrice, în comparație cu furnalele înalte convenționale, prezintă o serie de trăsături caracteristice. Spre deosebire de furnalul înalt, în furnalele electrice cu puț redus, schimbul de căldură dintre gazele fierbinți și materialele de încărcare este de importanță secundară. Principala cantitate de căldură din cuptorul electric este eliberată în arcul electric de deasupra topiturii, direct în topitură și în straturile de sarcină aflate în contact cu electrozii, iar încălzirea straturilor de sarcină suprapuse se realizează numai prin schimbul de căldură cu gazele fierbinți care se ridică.
Prin schimbarea modului electric este posibilă reglarea distribuției căldurii între diferitele orizonturi ale cuptorului electric.
Posibilitatea de a regla regimul termic permite să se exercite o influență mai semnificativă asupra dezvoltării și vitezei anumitor procese fizice și chimice decât în cazul unui furnal înalt.
În cuptorul electric sunt create condiții pentru desfășurarea mai favorabilă a unui număr de procese. Reacțiile redox, procesele de formare a fontei brute și a zgurii, eliminarea impurităților nocive au loc la viteze mari, în special în zonele cu arc electric, unde se dezvoltă cele mai ridicate temperaturi.
Reducerea oxizilor de fier în cuptoarele electrice este în principal directă, implicând carbonul solid. Reacțiile de reducere indirectă sunt slab dezvoltate din cauza înălțimii reduse a zonei de temperatură moderată și a cantității mici de gaze, acestea având loc numai în orizonturile superioare și la periferia grătarului. În acest context, faza gazoasă conține mai mult monoxid de carbon. Raportul dintre CO și CO2 în cuptoarele electrice ajunge la 5, în timp ce în furnalele înalte este de 3. Gazul din grătar se caracterizează, de asemenea, printr-un conținut ridicat de monoxid de carbon (72-80%) și un conținut scăzut de azot (1-2%). Acesta din urmă se datorează absenței suflării aerului în cuptorul electric. Gazul coloidal în cuptoarele electrice se formează de câteva ori mai puțin decât în furnalele înalte, în acest sens, emisia de praf este puternic redusă.
Obținerea de căldură în detrimentul electricității duce la o reducere a consumului de combustibil cu aproximativ 50 % în comparație cu consumul obișnuit în topirea în furnal înalt. Ca urmare a reducerii drastice a consumului de combustibil, consumul de flux și producția de zgură sunt reduse, iar condițiile de obținere a fontei cu conținut scăzut de sulf sunt facilitate, deoarece cocsul contribuie de obicei cu cea mai mare cantitate de sulf comparativ cu alte componente ale încărcăturii.
Producția de fontă brută cu conținut scăzut de sulf este, de asemenea, favorizată de temperaturile ridicate ale procesului și de posibilitatea asociată de a lucra cu zgură cu conținut ridicat de bază.
În plus, regimul de temperatură ridicată contribuie la o mai mare volatilizare a fosforului, astfel încât fonta de topitură electrică conține ceva mai puțin fosfor decât fonta de topitură din furnal înalt.
În cuptoarele electrice se topește o varietate de calități de fier, de la refacere la turnătorie, iar trecerea de la topirea unui tip de fier la altul se poate realiza mult mai ușor decât în cazul cuptoarelor înalte. Este posibilă topirea fontei brute de înaltă calitate cu conținut scăzut de sulf.
Utilizarea încărcăturii parțial reduse și încălzite (de exemplu, într-un cuptor rotativ adiacent unui cuptor electric) face posibilă reducerea consumului de energie la 1700 — 2000 kWh/t, reducerea consumului de combustibil și creșterea productivității cu 30-50%.
Cele mai mari cuptoare de la uzina Moo și Rana (Norvegia) au o capacitate de 60 000 kva și o producție anuală de 325 mii tone de fontă brută pe an.
