Благодаря высоким температурам в зоне мощных дуг шлакообразование протекает достаточно быстро и заканчивается в течение нескольких минут. Известно, что в начале плавления в результате окисления элементов шихты образуется так называемый шлак плавления. Этот шлак растворяет оксиды, поступающие с известью и из футеровки ванны. В слое жидкого шлака некоторое время находятся кусочки извести. Компонентами шлака, ускоряющими его формирование в результате растворения извести, являются оксиды железа и кремнезема, поэтому в начале плавления целесообразно иметь шлаки пониженной основности, достаточно жидкоподвижные, способные растворять твердые частицы извести, магнезита и т.п. Скорость образования шлака необходимой основности в значительной мере зависит от свойств и количества шлака плавления.
Для ускорения растворения извести в шлаке при работе сверхмощных печей, как и в кислородных конвертерах, часто применяют не до конца обожженную известь, быстрее усваивающуюся расплавом. Известь, необходимую на плавку, загружают в печь по частям. В сравнительно старых цехах в первую бадью с ломом грузят до 15 кг извести на 1 т лома, оставшуюся известь загружают во вторую бадью. В новых электросталеплавильных цехах предпочитают загружать шлакообразующие в печь из бункерного пролета порциями через отверстие в своде, что позволяет равномерно распределять их в рабочем пространстве, ускорять формирование шлака и плавление шихты. Такой вариант, по-видимому, является оптимальным. В зарубежных цехах, не имеющих стационарных устройств для загрузки извести в печь через свод, иногда применяют пневматические устройства для подачи порошкообразной извести- в рабочее пространство через рабочее окно или отверстия в стенах печи.
Склонность шлаков к вспениванию в основном мартеновском процессе определяется следующими факторами: 1) поверхностной вязкостью шлака, т.е. механической прочностью поверхностной пленки, несколько возрастающей при увеличении концентрации крупных поверхностно-активных анионов (кремнекислородных, кремнефосфористых анионов); 2) степенью гетерогенности шлаков, т.е. количеством присутствующих в шлаке твердых хорошо смачиваемых шлаком (лиофильных) частиц, увеличивающих устойчивость шлаковой пены; 3) содержанием поверхностно-активных компонентов, вызывающих расклинивающий эффект и поверхностную диффузию в направлении только что образовавшихся участков пленки газового пузыря; 4) температурой шлака (низкая температура определяет повышенные механическую прочность пленки, поверхностную вязкость шлака и замедление растворения взвешенных в шлаке твердых частиц) ; 5) интенсивностью и характером газового потока, пронизывающего слой шлака (увеличение интенсивности газовыделения, а главное дисперсности газовых пузырей, образующих поток, пронизывающий шлаковый расплав, приводит к росту вспениваемости шлака); 6) химическим составом шлака. В основных шлаках склонность к пенообразованию повышается при увеличении концентраций и Р205 и понижении истинной основности (рассчитанной по концентрации растворенного оксида кальция). Присадки плавикового шлака в подвижных шлаках несколько повышают склонность к вспениванию в связи с повышением в шлаке концентрации поверхностно-активного иона при повышении концентрации оксидов железа увеличивается склонность шлаков к вспениванию только вследствие стимулирования развития "подшлакового" окисления углерода, сопровождающегося образованием большого количества мелких пузырей СО, медленно всплывающих в шлаке.
Амортизационный лом имеет обычно небольшую насыпную плотность (0,8-1,0 т/м3), сильно загрязнен всевозможными примесями (цветные металлы, пластмассы, резина, мусор), химический состав его, как правило, неизвестен. Амортизационный лом отличается повышенным содержанием серы и меди. Для рационального использования требуется специальная подготовка такого лома. Лом машиностроительных предприятий в значительной степени перерабатывается в литейных цехах этих предприятий, но часть его попадает и на металлургические заводы. Качество такого лома также невысоко: металлическая стружка загрязнена масляной эмульсией, химический состав лома, как правило, неизвестен. Для рационального использования в сверхмощных дуговых печах такого лома также требуется специальная подготовка лома (брикетирование стружки и т.д.).
Металлизованное сырье является очень чистым, высококачественным материалом. Постепенно растет производство электростали на таком сырье. Вопросы технологии плавки высококачественной стали с использованием металлизованного сырья подробно рассмотрены ниже. В настоящее время общий объем производства металлизованного сырья за рубежом сравнительно невелик (10,58 млн. т в 1985 г. ) вследствие высокого расхода природного газа на его производство. Имеющиеся мощности для прямого получения железа за рубежом использовались в 1985 г. примерно на 50%, поэтому основное количество электростали выплавляют без использования металлизованного сырья.
Чугун традиционно применялся в электросталеплавильном производстве для повышения содержания углерода в шихте. Чугун можно считать высококачественным железосодержащим шихтовым материалом. Содержание серы и фосфора в нем сравнительно невелико, в нем практически не содержится примесей цветных металлов.
Соотношение компонентов шихты в завалке
Соотношение компонентов шихты в завалке должно обеспечивать быстрое и экономичное ее расплавление при минимальных повреждениях футеровки печи. Следует учитывать и влияние состава заваливаемой шихты на качество выплавляемой стали. Легковесный лом имеет более низкую стоимость и образуется в больших количествах, поэтому доступнее для металлургических предприятий. Благодаря использованию специально подготовленной легковесной шихты в сверхмощной дуговой печи, несмотря на затраты времени на дополнительные подвалки шихты (обычно завалка двумя-тремя бадьями), несколько уменьшается общая длительность периода плавления вследствие более быстрого расплавления и растворения в жидком расплаве легковесного лома. Соответственно должен несколько уменьшиться и расход энергии на плавление. Следует учитывать и лучшие условия работы футеровки печи при использовании быстроплавящегося легковесного лома. Необходимым условием эффективной работы сверхмощной печи на легковесном ломе является использование в цехе быстродействующих завалочных кранов и механизмов открывания рабочего пространства печи, что уменьшает продолжительность дополнительных подвалок шихты. А.Н.Морозов считает, что современные сверхмощные дуговые печи могут работать только на легковесном ломе, если этот лом хорошо подготовлен к плавке и не сильно загрязнен примесями цветных металлов. Однако очень часто легковесный амортизационный лом сильно загрязнен примесями цветных металлов (в частности, меди), что исключает возможность работы только на таком ломе и требует разбавления шихты более чистыми материалами (тяжеловесной прокатной обрезью и т.д.).