Для интенсификации процесса плавления лома уже давно широко применяется газообразный кислород. Можно отметить две основные причины уменьшения длительности плавления в случае интенсивной подачи кислорода в рабочее пространство дуговой печи.
1. В результате окисления части элементов шихты кислородом
(железа, углерода, кремния, марганца и др.) в рабочем пространстве выделяется дополнительно некоторое количество тепла, что способствует более быстрому плавлению шихты.
2. Если направить струю кислорода на нерасплавившиеся куски шихты, находящиеся в "холодных" зонах у стен печи, то плавление этих кусков ускоряется, часто они после подрезки струей кислорода падают в жидкий металл, что также ускоряет их плавление. В результате облегчается и ускоряется доплавление шихты, что позволяет дольше работать на длинных мощных дугах в оптимальном режиме. Это также способствует уменьшению длительности плавления.
На зарубежных заводах широко распространена практика использования газообразного кислорода в течение почти всего периода плавления. Кислород начинают вводить в рабочее пространство вскоре после включения печи трубками через рабочее окно или отверстие в стене, а также водоохлаждаемыми сводовыми фурмами. Обычно подача кислорода начинается после появления на подине первых порций жидкого металла. В конце плавления целесообразно направлять струю кислорода на куски шихты, лежащие у стен. По данным работы, при использовании 1 м3 газообразного кислорода снижается расход электроэнергии на 3-4 кВт • ч при соответствующем уменьшении длительности плавления. Приводятся и сведения о большем эффекте использования кислорода: экономится электроэнергия 5-10 кВт • ч на 1 м3 израсходованного кислорода.
Металл без шлака сливали из печи в сталеразливочный ковш, в начале выпуска из специального бункера в ковш загружали известь, плавиковый шпат и раскислители. Во время выпуска и в течение 5-6 мин после окончания выпуска металл и шлак в ковше перемешивали аргоном через трубку, вставленную в шиберное отверстие. В результате такой обработки получали в готовой стали 0,005-0,015% Б при исходном содержании серы в шихте 0,04-0,05 %. Как и в предыдущем случае, важное значение для получения низкого содержания серы имело интенсивное перемешивание металла и шлака во время и после выпуска.
При одношлаковом процессе плавки стали в сверхмощной печи доводка металла до заданного содержания легирующих может производиться либо в печи, либо вне печи — в ковше во время или после выпуска плавки, в процессе ее внепечной обработки. В случае производства легированной стали никель и молибден можно вводить в печь вместе с ломом, во время доводки содержание этих элементов корректируется. Если в электросталеплавильных цехах применяют разливочные ковши с шамотной футеровкой, имеющей невысокую огнеупорность, то сплавы марганца и хрома для легирования стали вводят в печь во время доводки, а металл из печи сливают со сравнительно невысокой температурой (в ковше температура металла не более 1620-1630 °С). Раскисление металла и легирование его кремнием, титаном, алюминием обязательно проводят в ковше. Усвоение легирующих при таком способе ведения плавки достаточно высокое и стабильное]. Но при этом доводка в печи приводит к некоторому снижению коэффициента использования печи и ее производительности (обычно длительность доводки 10-20 мин).
Высокая мощность печного трансформатора позволяет быстрее нагреть металл в окислительный период плавки; дефосфорация стали при плавке в сверхмощной печи может быть практически завершена уже в период плавления. В связи с этим главной особенностью окислительного периода плавки в сверхмощной печи является его малая продолжительность (обычно 15-30 мин). Все технологические задачи окислительного периода плавки решаются намного быстрее, чем в обычной печи, и осуществляются одновременно.
Для окисления избыточного количества примесей (прежде всего углерода) используют преимущественно газообразный кислород, подаваемый в ванну сводовыми фурмами или трубками с достаточно большой интенсивностью [0,5-1,0 м3/(т-мин)]. Твердые окислители обычно применяют в небольших количествах для быстрого повышения окисленности и вспенивания шлака. По данным, при введении в печь в окислительный период большого количества железной руды и извести скорость обезуглероживания и дефосфорация металла снижались. По-видимому, это вызвано повышением затрат тепла на плавление руды и извести, замедлением перехода кислорода из шлака в металл, вследствие этого снижением скорости нагрева и температуры металла.
Важным условием достаточно полного использования мощности печного трансформатора и быстрого нагрева металла является наличие в печи вспененного шлака, экранирующего длинные мощные дуги. В связи с этим необходимо совмещать по времени нагрев металла и окисление углерода; не желательно спускать из печи большое количество шлака; если это необходимо, то потери шлака должны компенсироваться добавками шлакообразующих материалов.
Конструкцию комбинированного свода, исключающую эти недостатки, предложила фирма "Оетад". В этой конструкции периферийное сводовое кольцо, в качестве которого используется толстостенная труба, соединяется с центральным кольцом множеством труб диаметром 70-90 мм с толщиной стенки 14-16 мм. Центральная керамическая часть свода устанавливается на центральное кольцо. Трубки, образующие водоохлаждаемый экран, располагаются наклонно под углом 10-15° к горизонтали. Такие своды имеют достаточно высокую стойкость и применяются достаточно широко на сверхмощных печах. Своды подобной конструкции использовали на первом этапе освоения отечественных сверхмощных дуговых печей ДСП-100И6 на ОХМК и ММЗ. При эксплуатации этих сводов на печах ДСП-100И6 выявился ряд недостатков конструкции. В процессе работы печи наблюдались случаи выпадения отдельных ветвей трубчатого экрана свода. Наличие сплошного водооохлаждаемого экрана усложняло организацию охлаждения свода (подачу воды с необходимой скоростью в требуемом количестве). При выходе из строя отдельного участка свода было очень сложно выполнять ремонт свода в целом. Накопленный опыт эксплуатации комбинированных водоохлаждаемых сводов позволил выработать основные принципы их конструирования. Комбинированный свод сверхмощных печей должен состоять из трех основных элементов: 1) водоохлаждаемого каркаса, представляющего собой два концентрично расположенных кольца, соединенных радиальными пилонами; 2) съемных водоохлаждаемых панелей с индивидуальной подачей воды, подвешиваемых к каркасу; 3) центральной керамической части свода, набираемой в собственном опорном кольце.