В сверхмощных печах применяют два вида конфигурации ванны: 1) традиционное сочетание усеченного конуса с углом наклона образующих 45° и части сферы (сфероконическая ванна); 2) сочетание цилиндра с частью сферы (сфероцилиндрическая ванна). Имеются сведения об эксплуатации сверхмощных печей, оборудованных для донного выпуска, с плоской подиной. Форма ванны определяется выбранной схемой выпуска плавки из печи. При традиционной схеме выпуска плавки применяют сфероконическую ванну, при прочих (сифонном, донном, эркерном выпуске) форма ванны может быть изменена.
При выборе формы свободного пространства сверхмощной печи конструкторы обычно идут двумя путями. В последнее время чаще используют цилиндрические стены. В этом случае стеновые панели размещают по боковой поверхности цилиндра (верхняя часть стен), нижнюю часть стен выкладывают специальным огнеупорным кирпичом также цилиндрической формы. Такое решение несколько упрощает конструкцию печи, облегчает выполнение огнеупорной кладки и уменьшает размеры печи.
Возможно также применение традиционного для отечественных печей варианта с использованием кладки нижней части стен в форме усеченного конуса с углом наклона образующей 20-35°. Это решение несколько усложняет конструкцию печи и увеличивает ее размеры, но улучшает условия работы футеровки нижней части стен вследствие уменьшения тепловой нагрузки при увеличении и угла. Несколько улучшаются в данном случае и условия текущего (горячего) ремонта футеровки нижней части стен, поэтому такой вариант также может использоваться в сверхмощных печах.
Форма подсводового пространства печи определяется конструкцией свода печи. При использовании кирпичных сводов сохраняется традиционная сферическая форма подсводового пространства.
Разработка концепции сверхмощной дуговой печи и практика работы таких печей существенно повлияли на конфигурацию и размеры рабочего пространства печи.
Применение в качестве шихты для плавки стали легковесного амортизационного лома привело к заметному увеличению объема рабочего пространства сверхмощных печей с целью уменьшения числа подвалок шихты. Так, 100-т печь БМЗ конструкции фирмы "Fost Alpinl" и новая отечественная печь ДСП-100И7 имеют объем рабочего пространства 96 м3, что в 1,35 раза превышает объем рабочего пространства первых отечественных 100-т дуговых печей. Это достигается в результате увеличения диаметра и особенно высоты рабочего пространства. Такой прием, по-видимому, оправдан в большинстве случаев, особенно для печей мини-заводов, когда отсутствует оборотный лом повышенной объемной массы. Однако следует учитывать, что увеличение высоты и диаметра рабочего пространства печи приводит к.увеличению площади стен и свода и, следовательно, к возрастанию площади водоохлаждаемых панелей, увеличению тепловых потерь и расхода электроэнергии. При увеличении высоты рабочего пространства печи возрастают длина части электрода.
Находящейся внутри печи, суммарная площадь поверхности электродов, подверженная окислению, и расход электродов вследствие окисления боковой поверхности. В этом случае возрастает и вероятность поломок электродов, поэтому не может быть однозначных решений по выбору размеров рабочего пространства печи. На отечественных заводах с полным металлургическим циклом и разливкой стали преимущественно в изложницы при достаточном количестве оборотного лома и плотности шихты 1-1,3 т/м3 нецелесообразно значительное увеличение объема рабочего пространства печи.
Большое значение коэффициента интенсивности излучения целесообразно, когда требуется быстрая передача тепла к нагреваемым и расплавляемым материалам, в частности в начале периода плавления, при достаточно полном экранировании футеровки печи кусками лома. В это время обычно печь работает с длинными мощными дугами, на высоком вторичном напряжении при небольших электрических потерях и высоком печной установки. Но в завершающей стадии плавления шихты высокая интенсивность излучения представляет опасность для огнеупорной футеровки стен и ее приходится ограничивать. Учитывая необходимость быстрого доплавления шихты, снижать мощность дуги нецелесообразно, поэтому интенсивность излучения дуг уменьшают, снижая напряжение дуги UR, т.е. уменьшая длину дуги. Уменьшение напряжения дуги компенсировали повышением тока, что при поддержании необходимой высокой мощности приводит к работе в условиях повышенных электрических потерь (пропорциональных квадрату тока), низкого печной установки и повышенного расхода электродов (также пропорционального силе тока). Несмотря на очевидные недостатки такого способа обеспечения необходимой стойкости футеровки, он был основным до появления и широкого распространения водоохлаждаемых панелей в футеровке стен и свода. Для каждого конкретного значения напряжения интенсивность излучения зависит, уменьшаясь с его понижением и достигая максимума.
Существенное влияние на значение энергии, попадающей на единицу поверхности футеровки, оказывают конфигурация рабочего пространства и его размеры. Если принять дугу за точечный источник излучения, то интенсивность облучения единицы поверхности футеровки в соответствии с формулой точечного источника излучения равна, кВт/м2:
Исходя из концепции сверхмощной печи можно сформулировать основные требования к устройству и схеме работы такой печи. Дуговая печь в этом случае должна служить лишь для расплавления шихты, обезуглероживания, дефосфорации и нагрева металла до заданной температуры. Конструкция такой печи наряду с высокой производительностью должна обеспечивать наименьший расход электроэнергии и электродов, одинаково надежную работу всех узлов и элементов, минимальные затраты труда при эксплуатации и ремонтах, возможность автоматизации управления электрическим режимом и технологическим процессом в печи и минимальное загрязнение окружающей среды.
Более эффективными оказались попытки решения проблемы стойкости футеровки сверхмощной печи путем регулирования (ограничения в определенные моменты) излучающей способности дуг и подбора рациональных размеров и конфигурации рабочего пространства печи.
В связи с этим возникают специфические требования к планировке и дополнительному оборудованию современного электросталеплавильного цеха. Общими особенностями всех современных сверхмощных дуговых сталеплавильных печей являются: 1) применение мощного печного трансформатора; 2) специфическая конструкция вторичного токоподвода и электрододержателей; 3) использование специальных высококачественных электродов; 4) применение стеновых водоохлаждаемых панелей и комбинированного свода с керамической центральной частью и водоохлаждаемой периферией; 5) размещение печи в шумо-пылезащитном укрытии; 6) подача шлакообразующих и добавочных материалов в печь через отверстие в своде; 7) использование топливно-кислородных горелок для доплавления шихты;
работа одношлаковым процессом; 9) выпуск плавки в ковш, установленный на сталевозе.