Расчеты выполнялись с использованием теории регулярных ионных растворов с уточненными значениями энергетических параметров. Рассчитали также равновесные со шлаком концентрации серы, фосфора, кислорода, чтобы оценить степень приближения к равновесию в распределении этих примесей между шлаком и металлом по ходу плавки стали. Было показано, что для рассмотренных электропечных шлаков равновесной твердой кальцийсодержащей фазой может быть лишь оксид кальция. Степень насыщения шлака оксидом кальция оценивали выражением в конце окислительного периода опытных плавок шлаки не были насыщены оксидом кальция. Это означает, что их рафинирующая способность по отношению к сере и фосфору может Выть несколько повышена вследствие увеличения основности путем присадок некоторого количества извести. Равновесие в распределении кислорода, серы и фосфора между металлом и шлаком не достигалось, рафинирующая способность шлака окислительного периода полностью не использовалась, по-видимому, вследствие сравнительно малой поверхности и длительности контакта металла и шлака в печи большой вместимости.
Доводку стали опытных плавок по содержанию хрома и марганца проводили в печи. В конце доводки перед выпуском степень насыщения шлаков оксидом кальция возрастала, шлаки ряда плавок были гетерогенными. Некоторое уменьшение окисленности печного шлака привело к снижению дефосфорирующей и повышению десульфурирующей способности шлаков. Распределение кислорода, серы и фосфора между шлаком и металлом по-прежнему не достигало равновесного, так как кипение ванны прекращалось, фактическая поверхность контакта металл-шлак уменьшалась, а длительность доводки составляла 10-20 мин.
Принцип работы в завершающей стадии плавления на относительно коротких погруженных в расплав дугах иногда используется и на печах с водоохлаждаемой футеровкой, так как при таком режиме меньше облучается кирпичная футеровка нижней части стен, а ванна лучше усваивает энергию дуг.
Мощные короткие дуги глубже погружаются в расплав. В результате экранирования дуг расплавом излучение на футеровку стен и свода печи уменьшается и увеличивается усвоение тепла ванной, так как ей непосредственно передается большее количество энергии. Дуги горят более стабильно и меньше отклоняются к стенам под действием электродинамических сил. Несмотря на уменьшение коэффициента мощности печной установки, общее усвоение энергии ванной может возрастать, так как оно растет быстрее, чем снижается коэффициент мощности. В работе показана зависимость коэффициента использования тепловой энергии в рабочем пространстве печи (в общем случае — отношение доли активной мощности, расходуемой на повышение энтальпии расплава, к средней подводимой активной мощности) от коэффициента мощности. С уменьшением коэффициента мощности от 0,8 до 0,65 т возрастал с 0,4-0,5 до 0,6-0,7. По данным, жидкий металл нагревался при работе на коротких дугах почти в два раза быстрее, чем при работе на длинных дугах.
Вместе с тем, как отмечалось выше, работа на больших токах в общем случае неэффективна, так как приводит к увеличению мощности электрических потерь, снижению электрического к.п.д. установки, увеличению расхода электроэнергии на плавку и графитированных электродов (интенсивность расхода электродов вследствие окисления с боковой поверхности и эрозии торца возрастает пропорционально /*, где к =1-5-2).
В конечном итоге производительность печи зависит не только от продолжительности плавления и пребывания металла в печи в жидком состоянии, но и от продолжительности выпуска, заправки печи, перепуска электродов, завалки первой бадьи лома. Как видно, с уменьшением продолжительности использования мощности (отношения времени, когда мощность используется, к общему времени всех операций подготовки и протекания плавки) производительность уменьшается. При этом с увеличением мощности трансформатора такая связь проявляется в большей степени.
В общем с увеличением степени использования мощности печного трансформатора растет производительность дуговой печи и повышаются технико-экономические показатели производства. Согласно данным степень использования мощности печной установки можно выразить коэффициентом использования максимальной активной мощности в процессе плавки.
Приведенный коэффициент должен составлять 0,7, т.е. не менее 70 % времени следует работать на максимальной мощности. К тому же необходимо, чтобы сверхмощная печь максимально возможное время работала во включенном состоянии и коэффициент использования времени плавки общая продолжительность плавки, включая длительность заправки, перепуска электродов, загрузки лома, выпуска. Необходим коэффициент использования печи. На основе этого можно обобщить рассмотренные выше требования к работе сверхмощной дуговой печи: использование дуговой печи в основном в качестве агрегата для плавления шихты с проведением процессов рафинирования вне печи; сокращение времени, когда печь не включена, в частности путем подготовки лома для уменьшения продолжительности его завалки; автоматическое поддержание оптимального электрического режима с применением ЭВМ.