По данным, в средних и крупных печах расход электроэнергии на плавку увеличивается на 2-2,5% на каждые 10% металлизованного сырья в шихте. Согласно данным работы расход электроэнергии на плавку увеличивается лишь в случае, если содержание пустой породы в окатышах превышает 2 %. По данным, при увеличении степени металлизации губчатого железа с 78 до 96 % расход электроэнергии в малых печах снижается с 780 до 500 кВт • ч/т. В печах большой вместимости увеличение степени металлизации на 1 % дает экономию электроэнергии 9-20 кВт • ч/т стали. Уменьшение количества шлака на 50 кг/т стали (5 % массы металла) снижает расход электроэнергии на 50 кВт-ч/т стали. Расход электроэнергии на плавку может быть существенно снижен в случае применения горячих металлизованных окатышей (не охлаждаемых после завершения процессов прямого восстановления или подогретых вне печи).
Расход высококачественных электродов при использовании металлизованного сырья для выплавки электростали примерно такой же, как и для плавки с использованием лома, и составляет обычно при одношлаковом процессе 4,0-5,4 кг/т стали. При работе на металлизованном сырье вследствие некоторого возрастания расхода электроэнергии на плавку может увеличиваться расход электродов в результате испарения (эрозии с торца) в зоне дуги. Но примерно на такую же величину снижаются потери электродов в результате окисления с поверхности и поломок. По данным, суммарный расход электродов при работе на металлизованном сырье снижается на 8 %.
Стойкость футеровки стен электропечи при использовании металлизованных окатышей, несколько ниже, чем при работе на ломе. По данным, расход огнеупоров в этом случае увеличивается на 10%.
Возможны случаи, когда целесообразно увеличивать диаметр рабочего пространства печи: 1) при использовании сверхмощной печи для расплавления высокохромистых отходов коррозионностойких сталей, когда получение пенистых шлаков для экранирования дуг во второй фазе плавления сопряжено с большими трудностями; 2) при работе со сводовыми топливно-кислородными горелками. В первом случае увеличение диаметра рабочего пространства печи позволяет уменьшить тепловую нагрузку на футеровку стен и обеспечить нормальный срок службы водоохлаждаемых панелей при работе в оптимальном электрическом режиме. Во втором случае увеличение диаметра рабочего пространства без увеличения диаметра завалочной бадьи позволит получить кольцевой зазор между шихтой и стеновыми панелями в верхней части рабочего пространства. В этот зазор могут быть введены сводовые горелки, что обеспечит более эффективную работу горелок.
Потребность в более быстром расплавлении и нагреве металла, а также вынесение операций по рафинированию и доводке стали за пределы печи привели к существенному изменению формы и размеров ванны сверхмощной дуговой печи. Для крупных отечественных печей обычной мощности отношение диаметра ванны к ее глубине приближалось к 5. Для действующих отечественных 100-т печей (ДСП-100), ДСП-100НЗА, ДСП-100И6) это отношение колеблется от 4,2 до 5,0, а глубина ванны составляет 1100-1200 мм. Для современных сверхмощных печей глубина ванны больше, а отношение. Так, гл,убина ванны печи ДСП-100Н7 равна 1350 мм; глубина ванны 100-т печи БМЗ равна 1320 мм,. Такое изменение размеров ванны приводит к резкому уменьшению ее удельной поверхности (печь ДСП-100 0,25 м2/т, ДСП-100И6 0,23 м2/т, 100-т печь БМЗ 0,20 м2/т) и поверхности контакта шлак-металл.
Стойкость кирпичной футеровки стен и сводов таких печей была невелика, что снижало производительность печей вследствие простоев на ремонтах футеровки и повышало себестоимость стали в связи с высоким расходом огнеупорного кирпича. Кирпичная футеровка первой отечественной высокомощной дуговой печи ДСП-100НЗА. Стойкость магнезитохромитовых кирпичных стен такой печи на отечественных заводах составляла 120-140 плавок, магнезитохромитовых кирпичных сводов 60-85 плавок.
В печах обычной мощности стремились с целью снижения расхода электроэнергии иметь хорошую теплоизоляцию стен и по возможности свода, в печи сверхвысокой мощности потребовалось усилить отвод тепла от рабочей поверхности футеровки. С этой целью в конструкцию стен и свода печи введены водоохлаждаемые элементы.
Первоначально водоохлаждаемые панели применяли для охлаждения огнеупоров и размещали их между кожухом печи и огнеупорной футеровкой, что практически не способствовало эффективному охлаждению рабочей поверхности футеровки и повышению ее стойкости, поскольку между ней и панелями находился толстый слой огнеупорного материала с высоким тепловым сопротивлением. В дальнейшем водоохлаждаемые панели начали применять вместо огнеупорной футеровки и изолировать их рабочую поверхность огнеупорным материалом с высокой теплопроводностью или покрывать ее тонким слоем огнеупорной набивки, в процессе эксплуатации превращающейся в гарнисаж, толщина которого изменяется в зависимости от тепловой нагрузки. Применение водоохлаждаемых панелей вместо кирпичной огнеупорной кладки в стенах и сводах сверхмощных печей позволило резко увеличивать тепловые потоки на эти элементы печи и создало условия для работы печи на длинных дугах при повышенных значениях и высоком к.п.д. установки. Даже при очень высоких мощностях дуг возможны на протяжении всей плавки более экономичные режимы с относительно длинными дугами при меньших значениях тока.
Для интенсификации процесса широко используется продувка ванны кислородом. Печи оборудованы автоматическими системами управления, работающими либо в режиме советчика, либо для непосредственного управления электрическим режимом. Производительность таких печей, например, вместимостью 100 т достигает 80-90 т/ч.
В США для выплавки углеродистой стали применяют дуговые печи очень большой вместимости, достигающей 400 т. На 400-т дуговых печах, имеющих внутренний диаметр 10 м, используют по три электрода диаметром 610 мм. Опробованы эллипсные печи с шестью электродами, но применения они не получили. Разрабатываются высокопрочные электроды диаметром 710 мм, но сведения об их использовании пока отсутствуют. Вследствие того что даже с применением высококачественных.электродов, допускающих работу на удельных токах до 35 А/см2, максимально возможные токи на электродах диаметром 600 м не превышают 100 к А, 400-т дуговые печи оборудованы трансформаторами мощностью 162 МВ — А и удельная мощность этих трансформаторов равна 400 к В • А/т, что соответствует низшему уровню сверхмощных дуговых печей первого поколения. Производительность печи составляет 2700 т/сут, т.е. примерно в 1,5-2 раза превышает производительность 100-т дуговых печей. Это, а также усложнение условий работы цеха с очень крупными печами, особенно при использовании современного способа разливки на МНЛЗ, делали работу таких печей малоэффективной, поэтому увеличивать вместимость дуговых печей более 150-200 т не представляется целесообразным.
Критерий имеет существенное значение в первой стадии плавления шихты, критерии — в периоды плавки с жидкой ванной.