В отечественной металлургии разработана серия сверхмощных дуговых печей вместимостью 100, 150 и 200 т ; 100-т печи с мощностью трансформатора 75-80 МВ * А успешно работают, их устройство и особенности работы подробно рассмотрены ниже.
В процессе плавки стали в дуговых печах основная часть тепла (80 %) поглощается ванной во время плавления, когда условия восприятия тепла относительно холодными материалами и потребность на нагрев и расплавление максимальны. Соответственно в период плавления максимально использование мощности трансформатора. После расплавления (в периоды — окислительный, восстановительный) использование мощности значительно меньше, а особенно понижается в восстановительный период плавки, когда в условиях отсутствия окисления углерода и, следовательно, кипения ванны теплопередача и тепловосприятие нагретого уже до относительно высокой температуры металла минимальны. В связи с этим для наиболее полного использования мощности трансформатора и эффективной работы сверхмощной дуговой печи необходимо исключение восстановительного периода (возможность этого по физико-химическим условиям развития процесса показана выше) и уменьшение продолжительности окислительного периода, задачей которого должно стать окисление углерода и фосфора. В идеальном случае с целью максимального использования мощности трансформатора дуговая печь должна служить лишь для расплавления шихты и нагрева металла до заданной температуры. Окончательное рафинирование стали от серы, получение особо низких содержаний углерода (менее 0,05-0,02%), легирование легкоокисляющими элементами и доводка по температуре должны производиться в ковшах или специальных установках вне печи.
Поскольку процессы диффузионного раскисления и десульфурации протекают на поверхности раздела шлак-металл, в условиях, когда скорость этих процессов контролируется переходом через эту поверхность, эффективность их развития снижается с уменьшением удельной поверхности ванны. Удельная поверхность уменьшается с увеличением вместимости дуговых печей и для 100-т печей составляет 0,2 м2/т, что на два-три порядка меньше, чем при внепечной обработке стали, поэтому с увеличением вместимости дуговых печей эффективность диффузионного раскисления и десульфурации восстановительным шлаком уменьшается. Эффективность рафинирования металла от кислорода и серы в восстановительный период плавки в печах большой вместимости уменьшается или не имеет места вследствие и других особенностей работы таких печей: 1) трудности очистки и качественной заправки откосов и подины печи, что приводит к интенсивному разрушению футеровки ванны в восстановительный период с поступлением частиц «футеровки в шлак и ухудшению свойств шлака; 2) недостаточно полного скачивания окислительного шлака из печи и попадания части его в рафинировочный шлак; 3) низкой степени герметизации печи и высокой степени окисленности печной атмосферы (до 10% 02 и до 2% С02), затрудняющей раскисление шлака в восстановительный период плавки.
Таким образом, рафинирование стали в восстановительный период плавки в дуговых печах большой вместимости по физико-химическим условиям протекания процессов неэффективно и проведение этого периода нецелесообразно.
Интенсификация плавки стали в дуговых печах вызывала необходимость коренного изменения хода процесса, возможности определяются физико-химическими условиями.его протекания и требованиями к качеству стали. Последнее имело особое значение в связи с тем, что в дуговых печах выплавляли преимущественно специальные легированные и высоколегированные стали с повышенными и часто с особыми требованиями к свойствам.
Для получения стали относительно высокой степени чистоты при плавке, в дуговых печах с трансформаторами малой мощности применяют "классическую" технологию со сменой шлака и продолжительным (до 70-100 мин) восстановительным периодом. При такой технологии в окислительный период плавки из металла окисляют углерод и фосфор с одновременными дегазацией и нагревом до температуры, превышающей температуру ликвидуса на 120-130 °С. Затем окислительный шлак скачивают.и наводят новый восстановительный присадками извести и порошков раскислителей (алюминия, ферросилиция, углерода). Задачей восстановительного периода является получение готовой стали с низким содержанием оксидных и сульфидных включений.
Возможность получения стали с низким содержанием кислорода и, в конечном итоге, оксидных включений основывалась на представлении, что под восстановительным шлаком вследствие низкого содержания в происходит диффузионное раскисление металла. При таком раскислении в отличие от осаждающего (глубинного) раскисления в металле не образуются оксидные включения (продукты раскисления).
Низкое содержание в шлаке при высокой основности обеспечивает и высокую степень десульфурации стали, так как при 2 % значение коэффициента распределения серы между шлаком и металлом увеличивается до 10-25 вместо 3-5, характерных для окислительного периода плавки.