Un forno ad arco elettrico utilizzato per la produzione dell'acciaio è costituito da unrefrattario-recipiente rivestito, solitamente raffreddato ad acqua in dimensioni maggiori, coperto da un tetto retrattile, e attraverso il quale uno o piùgrafiteelettrodientra nella fornace. La fornace è principalmente divisa in tre sezioni:
il guscio, costituito dalle pareti laterali e dalla "ciotola" inferiore in acciaio;
il focolare, costituito dal refrattario che riveste la vasca inferiore;
il tetto, che può essere rivestito in materiale refrattario o raffreddato ad acqua, e può essere sagomato come una sezione di unsfera, o come untronco(sezione conica). Il tetto sostiene anche il delta refrattario al centro, attraverso il quale uno o piùgrafiteentrano gli elettrodi.
Il focolare può avere una forma emisferica, oppure in un forno eccentrico a fondo forgiato (vedi sotto), il focolare ha la forma di un uovo dimezzato. Nelle fonderie moderne, il forno è spesso sollevato dal pavimento, in modo chemestolie i contenitori per scorie possono essere facilmente realizzati sotto entrambe le estremità del forno. Separati dalla struttura del forno ci sono il supporto dell'elettrodo e il sistema elettrico, e la piattaforma inclinabile su cui poggia il forno. Sono possibili due configurazioni: i supporti dell'elettrodo e il tetto inclinati con il forno, oppure sono fissati alla piattaforma rialzata.
Un tipicocorrente alternatala fornace è alimentata da unalimentazione elettrica trifasee quindi ha tre elettrodi. Gli elettrodi sono di sezione rotonda e in genere in segmenti con giunti filettati, in modo che quando gli elettrodi si usurano, si possano aggiungere nuovi segmenti. L'arco si forma tra il materiale caricato e l'elettrodo, la carica viene riscaldata sia dalla corrente che passa attraverso la carica sia dall'energia radiante sviluppata dall'arco. La temperatura dell'arco elettrico raggiunge circa 3000 gradi (5000 gradi F), facendo così sì che le sezioni inferiori degli elettrodi si illuminino in modo incandescente quando sono in funzione. Gli elettrodi vengono automaticamente sollevati e abbassati da un sistema di posizionamento, che può utilizzare sia l'elettricitàverricelloparanchi ocilindri idraulici. Il sistema di regolazione mantiene corrente e potenza in ingresso approssimativamente costanti durante la fusione della carica, anche se i rottami possono muoversi sotto gli elettrodi mentre si fondono. I bracci dell'albero che tengono gli elettrodi possono trasportare carichi pesantisbarre collettrici(che può essere raffreddato ad acqua cavarametubi che trasportano corrente ai morsetti dell'elettrodo) o essere "bracci caldi", dove l'intero braccio trasporta la corrente, aumentando l'efficienza. I bracci caldi possono essere realizzati in acciaio rivestito di rame oalluminioPoiché gli elettrodi si muovono automaticamente su e giù per la regolazione dell'arco e vengono sollevati per consentire la rimozione del tetto del forno, grandi raffreddati ad acquacavicollegare i tubi/bracci del bus con iltrasformatoresituato adiacente alla fornace. Per proteggere il trasformatore dal calore, è installato in una camera blindata ed è raffreddato tramite olio pompato che scambia calore con i sistemi di raffreddamento ad acqua dell'impianto, poiché le condizioni elettriche per la produzione di acciaio in forno ad arco sono estremamente stressanti per il trasformatore.
Il forno è costruito su una piattaforma inclinabile in modo che l'acciaio liquido possa essere versato in un altro recipiente per il trasporto. L'operazione di inclinazione del forno per versare l'acciaio fuso è chiamata "spinning". In origine, tutti i forni per la produzione di acciaio avevano un beccuccio di spillatura chiuso con refrattario che fuoriusciva quando il forno veniva inclinato, ma spesso i forni moderni hanno un foro di spillatura inferiore eccentrico (EBT) per ridurre l'inclusione diazotoEscorianell'acciaio liquido. Questi forni hanno un foro di colata che passa verticalmente attraverso il focolare e la calotta, ed è posizionato fuori centro nello stretto "naso" del focolare a forma di uovo. È riempito con sabbia refrattaria, comeolivina, quando è chiuso. Gli impianti moderni possono avere due gusci con un singolo set di elettrodi che possono essere trasferiti tra i due; un guscio preriscalda i rottami mentre l'altro guscio viene utilizzato per la fusione. Altri forni basati su DC hanno una disposizione simile, ma hanno elettrodi per ogni guscio e un set di componenti elettronici.
Le fornaci AC solitamente presentano uno schema di punti caldi e freddi attorno al perimetro del focolare, con i punti freddi situati tra gli elettrodi. Le fornaci moderne montano bruciatori a ossigeno-combustibile nella parete laterale e li usano per fornire energia chimica ai punti freddi, rendendo il riscaldamento dell'acciaio più uniforme. L'energia chimica aggiuntiva viene fornita iniettando ossigeno e carbonio nella fornace; storicamente ciò veniva fatto tramite lance (caveacciaio dolcetubi) nella porta delle scorie, ora ciò avviene principalmente tramite unità di iniezione montate a parete che combinano i bruciatori ossigeno-combustibile e i sistemi di iniezione di ossigeno o carbonio in un'unica unità.
Un forno siderurgico moderno di medie dimensioni avrebbe untrasformatorenominale di circa 60,000,000 volt-ampere (60 MVA), con una tensione secondaria tra 400 e 900 volt e una corrente secondaria superiore a 44,000 ampere. In un'officina moderna, ci si aspetterebbe che un forno del genere producesse una quantità di 80 tonnellate metriche di acciaio liquido in circa 50 minuti dalla carica con rottami freddi alla spillatura del forno. In confronto,forni ad ossigeno basicopuò avere una capacità di 150-300 tonnellate per lotto, o "calore", e può produrre calore in 30-40 minuti. Esistono enormi variazioni nei dettagli di progettazione e funzionamento del forno, a seconda del prodotto finale e delle condizioni locali, nonché ricerche in corso per migliorare l'efficienza del forno. Il forno più grande solo per rottami (in termini di peso di colata e potenza nominale del trasformatore) è un forno DC gestito da Tokyo Steel in Giappone, con un peso di colata di 420 tonnellate metriche e alimentato da otto trasformatori da 32 MVA per una potenza totale di 256 MVA.
Per produrre una tonnellata di acciaio in un forno ad arco elettrico sono necessarie circa 400kilowattorapertonnellata cortao circa 440 kWh pertonnellata metrica; la quantità minima teorica di energia richiesta per fondere una tonnellata di rottami di acciaio è di 300 kWh (punto di fusione 1520 gradi/2768 gradi F). Pertanto, un 300-tonnellata, 300 MVA EAF richiederà circa 132 MWh di energia per fondere l'acciaio e un "tempo di accensione" (il tempo in cui l'acciaio viene fuso con un arco) di circa 37 minuti. La produzione di acciaio ad arco elettrico è economica solo dove c'è elettricità in abbondanza, con una rete elettrica ben sviluppata. In molte località, gli stabilimenti operano durante le ore di bassa stagione, quando le utenze hanno una capacità di generazione di energia in eccesso e il prezzo dell'elettricità è inferiore.
