Вся история металлургии — это борьба за качество, за улучшение физических и механических свойств металла. А ключ к качеству — химическая чистота. Даже крохотные примеси серы, фосфора, мышьяка, кислорода, некоторых других элементов резко ухудшают прочность и пластичность металла, делают его хрупким и слабым. А все эти примеси находятся в руде и коксе, и избавиться от них трудно. Во время плавки в доменной печи и в мартеновской печи основная часть примесей переводится в шлак и вместе с ним удаляется из металла. Но в тех же домнах и мартенах в металл попадают вредные элементы из горючих газов и ухудшают его свойства. Получить действительно высококачественную сталь помогла электрометаллургия, отрасль металлургии, где металлы и их сплавы получают с помощью электрического тока. Это относится не только к выплавке стали, но и к электролизу металлов, и в частности расплавленных их солей, например извлечению алюминия из расплавленного глинозема (см. Металлургия).
Основную массу легированной высококачественной стали выплавляют в дуговых электрических печах. Здесь между угольными электродами и металлом возникает мощная электрическая дуга, создающая в печи высокую температуру.
Перед началом плавки куполообразный свод печи поднимают, отводят в сторону и загружают сверху в Печь шихтовые материалы. Затем свод ставят на место, через отверстия в нем опускают в печь электроды и включают электрический ток. Чугун, железный лом и другие материалы начинают быстро плавиться. Дальше процесс идет, как в мартеновской печи, но сталь получается гораздо чище. Крупные печи имеют устройство для перемешивания жидкого металла в ванне. Это ускоряет плавку и обеспечивает точный, а главное, равномерный химический состав стали.
Однако в дуговых печах жидкий металл соприкасается с угольными электродами, и часть углерода может быть занесена в сталь. И хотя содержание углерода в металле повышается на какие-нибудь десятые или сотые доли процента против нормы, но и это делает сталь непригодной для многих современных машин. Поэтому особо чистые стали получают в индукционных печах. Это огнеупорный тигель цилиндрической формы с обмоткой, т. е. катушка индуктивности, или соленоид. Здесь металл не загрязняется никакими посторонними примесями. Кроме того, соленоид создает электромагнитное поле, которое заставляет металл энергично перемешиваться, и ускоряет химические реакции.
Но и индукционная печь не может воспрепятствовать проникновению в металл газов — кислорода, азота, водорода. Поэтому, чтобы получить сталь особо высокого качества, ее выплавляют в специальных вакуумных электропечах (см. Вакуумная техника). Создаваемое в вакуумной камере разрежение заставляет пузырьки газа выходить из жидкого металла. Однако не легко окружить печь вакуумным колпаком или сделать в ней вакуумную камеру. Требуется сложное дорогое оборудование, поэтому ученые настойчиво ищут более простые пути получения металла высокой чистоты.
В нашей стране, а также во многих других странах успешно работает установка электрошлакового переплава, созданная в Институте электросварки им. Е. О. Патона. Жидкий шлак специального состава, нагретый электричеством до высокой температуры, наливают в ванну. В шлак опускают конец металлического стержня, изготовленного из обычной электростали и выполняющего роль электрода. Стержень расплавляется, и капли металла, проходя через слой шлака, очищаются от газов и неметаллических включений, а затем скапливаются и застывают в медной форме, которая охлаждается водой.
В последние годы появились еще более совершенные агрегаты — электроннолучевые и плазменные установки (см. Электрофизические методы обработки и Плазменный генератор — плазмотрон). Электронный луч и плазма создают то, что не под силу старому и испытанному помощнику металлургов — огню: высококачественный сплав совершенно уникальной чистоты.