Процесс плавления в дуговой печи — это период плавки, в кото­ром, в свою очередь, можно выделить четыре последовательных ин­тервала:

  • проплавление «колодцев» в металлической шихте;
  • горе­ние дуг под слоем шихты при жидком металле под электродами;
  • обвалы металлической шихты и облучение дугами футеровки пе­чи;
  • открытое горение дуг на жидком металле при постепенном снижении напряжения и мощности.

Относительно степени нагрева футеровки печи установлено, что к моменту слива металла в ней накоплено (аккумулировано) тепла, со­ставляющего 20% общего расхода электроэнергии на плавку. К концу второго интервала эта энергия почти полностью расходуется.

В течение двух первых интервалов дуги горят под слоем шихты, поэтому вся вводимая в печь электрическая мощность Рполн (до 95%) расходуется на плавление шихты и нагрев жидкого металла. Однов­ременно тепло, запасенное футеровкой, расходуется на покрытие большей части тепловых потерь и на нагрев шихты. Мощность Ракк быстро уменьшается во времени, а мощность тепловых потерь, кото­рая в рассматриваемые интервалы плавки весьма мала (примерно 6% от Рполн), медленно возрастает. В первом приближении эти потери не зависят от электрического режима.

Третий интервал плавления является непродолжительным и хара­ктеризуется тем, что металлическая шихта, подплавленная снизу жидким металлом и дугами, начинает обваливаться, и интенсивность облучения футеровки печи дугами существенно возрастает. Для пре­дупреждения перегрева футеровки печи и повышения теплового к.п.д. снижают вводимую мощность и приступают к четвертой ста­дии плавления.

В этот интервал жидкий шлак, покрывающий металл, имеет отно­сительно низкую теплопроводность и при открытых дугах отражает значительное количество тепла на свод и стены. Уменьшая напряже­ние дуг и работая при значительных силах тока, обеспечивают погру­жение дуг в шлак и частично в металл, повышая тем самым тепловой к.п.д. печи и вводимую мощность. При этом несколько ухудшается cosφ  за плавку, определяемый, в основном, условиями раюоты печи в период плавления металла.

Оптимальный режим плавления шихты в дуговых печах устанав­ливают на основании результатов практики, получаемых при усло­вии:

  • ведения периода расплавления на высшей ступени напряже­ния при номинальной силе тока;
  • использования допустимой пере­грузки трансформатора;
  • своевременного выключения дросселя;
  • уменьшения реактивности короткой сети и др.

Существенного сокращения периода плавления шихты достига­ют повышением мощности печного трансформатора и применени­ем газокислородного нагрева. Так, для расплавления шихты в тече­ние 60 мин в дуговой 100-т печи используют трансформатор мощ­ностью ~70 МВА.

Трансформаторы действующих дуговых печей, имеющих продол­жительность периода плавления шихты более 1,5—2 ч, заменяют бо­лее мощными и доводят удельную мощность до 600—700 кВ-А/т.

Эффективность использования мощного трансформатора повы­шается с сокращением продолжительности жидкого периода (окис­ление и доводка).

Для ускорения расплавления шихты, интенсификации окисления углерода в жидкой ванне и увеличения скорости нагрева металла ис­пользуют весьма широко газообразный кислород. Кислород подают в печь на куски шихты или в жидкий металл через металлические труб­ки и водоохлаждаемую сводовую фурму. Расход кислорода зависит от емкости печи, марки стали и принятой технологии.

При выплавке низкоуглеродистой нелегированной стали в 100-т дуговой печи расход кислорода составляет, м3/мин: на трубки 50—60 (в течение 5—7 мин), на фурму 30-35.

Водоохлаждаемую фурму располагают над сводовым отверстием и монтируют на консоли подвижной стойки, связанной через рейку с редуктором и двигателем механизма перемещения. Установка для подачи кислорода в металл через фурму снабжена датчиками, конт­рольно-измерительными приборами и может работать в автоматиче­ском режиме. В зависимости от выплавляемой марки стали, темпера­туры и содержания углерода в металле устанавливают необходимый расход кислорода и приближают фурму к металлу на расстояние 250-350 мм. После введения заданного количества кислорода счет­чик дает команду на подъем фурмы под сферу свода и на высоте 500 мм над уровнем ванны продувка прекращается.

Одним из способов увеличения скорости плавления шихты явля­ется дополнительный ее нагрев в электропечи при сжигании в специальных горелках газообразного или жидкого топлива.

В процессе плавления металлическая шихта нагревается и окис­ляется с образованием шлака. Источниками кислорода-окислителя служат: ржавчина, окалина, воздух и газообразный кислород. Взаи­модействие железа и примесей с кислородом приводит к образованию шлака, содержащего оксиды различных элементов. Количество и состав естественного шлака периода расплавления зависит от ряда факторов, как: состав и чистота шихтовых материалов, размер их кусков и степень окисленности, режим расплавления шихты, состояние футеровки подины и откосов, и поэтому изменяются от плавки к плавке в широких пределах.

Более интенсивное окисление железа и примесей наблюдают при мелкой шихте и применении кислорода. В целях более рационально­го использования периода расплавления шихты для окисления и уда­ления нежелательных примесей из металла в шлак стремятся к мо­менту полного расплавления твердой садки совместить, особенно в крупных электропечах, плавление металлошихты с окислительным рафинированием расплава от примесей до заданных пределов.

Под воздействием дуг руда и известь образуют на поверхности жидкой ванны под электродами шлаковый покров, обогащенный ок­сидами железа и имеющий высокую основность. Такой шлак обеспе­чивает большую стабильность горения дуг, что ускоряет плавление шихты и нагрев металла до температур, достаточных для интенсивно­го проведения окислительного рафинирования расплава от фосфора, кремния, марганца и других элементов. Для более полного удаления фосфора из металла (до содержания 0,010%) образующийся шлак пе­риодически обновляют: он сливается в шлаковню самотеком через порог рабочего окна, который предварительно в процессе расплавле­ния шихты очищают от металла подрезкой кусков газокислородной горелкой.

Период плавления шихты является наиболее энергоемкой и про­должительной стадией плавки. От умелого проведения сталеваром этого периода, в основном, зависят производительность печи, рас­ход электроэнергии, расход электродов и другие показатели. Ос­новным требованием к проведению периода расплавления являет­ся обеспечение минимальной его продолжительности при возмож­но низком расходе электроэнергии и высокой стойкости футеровки печи.

Руководствуясь этим, сталевар обязан:

  • строго соблюдать уста­новленный электрический режим;
  • вести расплавление на макси­мальной мощности трансформатора;
  • своевременно сталкивать в ванну и подрезать кислородом куски шихты, не допуская образова­ния мостов и при наличии механизмов периодически поворачивать кожух печи;
  • следить за работой кислородно-топливных горелок;
  • своевременно вводить в работу кислородную фурму (после обвала шихты в центральной зоне);
  • обеспечивать раннее образование шлака на поверхности металла.

Во избежание взрыва и выброса жидкого металла запрещено в дозавалку печи и при наличии в ней «болота» использование влажной шихты или шихты с остатками льда и снега. В шихте не допускают наличия пожаро- и взрывоопасных материалов. Состояние футеров­ки печи (особенно свода) и электродов должно гарантировать безава­рийность плавки и проведение ее в заданном режиме.