При таком конструктивном решении для 100-т печи диаметр распада электродов на уровне свода составляет 1500-1600 мм, что полностью исключает возможность замыканий тока между фазами и ,улучшает условия работы центральной части свода; диаметр распада на уровне жидкой ванны равен 1200-1300 мм. При этом уменьшается тепловая нагрузка на футеровку стен, обеспечивается экранирование дуг электродами и, как показывает опыт работы дуговых печей ЧМК, достигается ускорение плавления шихты в холодных зонах на откосах печи.
Изложенные соображения и результаты работы в полной мере согласуются с приведенной выше формулой индекса износа футеровки дуговой печи, которую можно записать расстояние от дуг до футеровки. Износ футеровки выше при больших напряжениях (длинной дуге) и малом расстоянии от дуги до футеровки.
Поскольку обеспечить необходимую стойкость стен и сводов сверхмощных печей путем улучшения качества огнеупоров не удалось, а возможности регулирования индекса износа футеровки изменением размеров рабочего пространства печи ограниченны, то единственным приемлемым вариантом стала работа сверхмощной печи начиная со второй фазы плавления с имеющими небольшую излучающую поверхность короткими дугами, увеличением тока и понижением печных установок до 0,65-0,67 и менее. Работа на больших токах в общем случае невыгодна, так как приводит к увеличению мощности электрических потерь, снижению электрического к.п.д. установки, усложнению конструкций печи и увеличению их массы, увеличению расхода электроэнергии на плавку и дорогостоящих и энергоемких электродов, поэтому первые сверхмощные дуговые печи имели сравнительно невысокие показатели работы.
Кривая зависимости полезной мощности от силы тока имеет максимум и, следовательно, одинаковое значение мощности можно получить при различных значениях силы тока соответственно на восходящей и нисходящей ветвях кривой. При этом другие параметры, характеризующие эффективность использования электрической энергии, различаются. С учетом этого в период плавления для повышения и снижения выгодно работать на левой восходящей ветви кривой (т.е. с длинными дугами), пока дуги экранированы шихтой. К концу плавления, когда значительная часть лучистой энергии дуг передается футеровке, работают на нисходящей ветви кривой (т.е. с короткими дугами). Исследование износа футеровки показало, что зависимость его от силы тока имеет экстремальный характер и максимум его смещен относительно максимума потребляемой и полезной мощности в сторону их меньших значений. Согласно данным индекс износа достигает максимума при половине силы тока короткой сети или при коэффициенте мощности 0,866. Согласно данным это соответствует 0,707.
Применение индекса износа футеровки оказалось эффективным для выбора электрического режима плавки, а также для оценки возможности повышения подводимой мощности. Сделанное на его основе заключение показало возможность работы на низком напряжении для уменьшения износа футеровки и малом реактивном сопротивлении при коротких дугах, что обеспечивало потребление большой мощности. Это привело к значительному увеличению мощности печных трансформаторов. Одновременно потребовалось значительное улучшение электрического оборудования и совершенствование электрического и технологического режимов плавки.
В течение длительного времени, вплоть до начала 60-х годов, для выплавки стали использовали дуговые электропечи, оборудованные трансформаторами малой мощности. Печи вместимостью 50- 100 т, которые в основном использовали в электрометаллургии в начале 60-х годов, были оборудованы трансформаторами удельной мощностью 200-250 кВ • А/т. Печи имели стены из магнезитового и (или) магнезитохромитового кирпича и магнезитохромитовый или высокоглиноземистый свод. Продолжительность плавки в них составляла 4-6 ч, что обеспечивало производительность 12-25 т/ч. Вследствие низкой производительности, высокой стоимости электроэнергии и большого ее расхода (550-650 кВт ч/т), высокой себестоимости стали в дуговых печах такие печи применяли в СССР и за рубежом для выплавки преимущественно специальных легированных сталей, хотя за рубежом в электропечах, плавили и рядовые стали.
Подаваемую в печь мощность и соответственно мощность печного трансформатора ограничивали исходя из условий оптимального электрического режима работы печи, который в период плавления выбирали по электрическим характеристикам, получаемым для каждой ступени напряжения трансформатора по опытным данным показателей холостого хода и короткого замыкания трансформатора. Кроме того, учитывали влияние электрического режима на износ футеровки печи, а также на технико-экономические показатели производства.
Кроме электрических характеристик, приведен индекс износа огнеупоров ИО по данным, который представляет собой измененную с учетом влияния напряжения дуги и, следовательно, ее длины на износ футеровки формулу точечного источника излучения.