Основой гидравлической теории печей, созданной В. Е. Грум-Гржимайло в период 1905—1925 гг., являлся процесс движения газов и его закономерности, при этом движение газов в печах уподоблялось движению жидкости, что позволяло широко использовать для формирования теории печей законы движения жидкости, которые были уже достаточно хорошо изучены в гидравлике.
Сущность гидравлической теории печей характеризовалась следующими основными ее положениями. Движение газов >в печах уподоблялось движению легкой жидкости, находящейся в среде тяжелой жидкости, так как горячие печные газы имеют удельный вес в несколько раз меньший, чем окружающий печи воздух. Основной v причиной движения газов в печах считалась разность удельных газов, т. е. естественное движение.
Тепловыделения в шлаковой части ванны печей, судя по характеру электрического поля и форме ее токопроводящих частей, должны концентрироваться в около электродной зоне и во всяком случае не могут выходить за пределы частей ванны, активно проводящих электрический ток.
Некоторые специалисты по электроплавке отрицают наличие дуговых явлений в контакте электрод — шлак и выдвигают гипотезу чистого переходного сопротивления. Наблюдения за природой переходного контакта на водяной и огневой моделях опровергают этот взгляд и показывают, что в контакте электрод — шлак имеется дуговой разряд особого рода в виде большого числа мелких точечных дуг, которые можно назвать микродугами. Вероятно, что в отдельных точках поверхности контакта эти дуги частично шунтируются, что сглаживает их электрические характеристики.
В дуговых печах электроэнергия в рабочее пространство подается электродным устройством, состоящим из собственно электрода, его подвески и токоподвода.
Характеристика дуги снятия при очень быстром изменении ее тока, например при зажигании и угасании дуги, называется динамической характеристикой. Кривые напряжения дуги при увеличении и уменьшении ее тока не совпадают и кривая, соответствующая уменьшению тока 2 располагается ниже кривой, соответствующей увеличению тока 2, что объясняется различным тепловым состоянием дугового промежутка. При зажигании дуги электроды менее разогреты и падение напряжения в дуге больше, чем при угасании дуги, когда электроды сильно разогреты.
Электрическая дуга постоянного тока состоит из центрального стержня фиолетового цвета и окружающей его зелено-желтоватой оболочки. На поверхности катода ярко выделяется светлое пятно, являющееся основанием столба дуги — так называемое катодное пятно. Катодное пятно дает мощный поток электронов, выбрасываемый с катода вследствие термоэлектронной эмиссии. Температура отдельных зон электрической дуги колеблется в пределах от 2000 до 8000° и в среднем для наружной поверхности дуги может приниматься около 3000°. Вследствие такой высокой температуры находящиеся в районе дуги газы в значительной степени диссоциированы, а металлы находятся в парообразном состоянии.
Перейдем теперь к краткому изложению основных положений теории дуги и в первую очередь остановимся на дуге постоянного тока, без рассмотрения которой нельзя излагать закономерности дуги переменного тока. Электрическая дуга является одной из многих разновидностей прохождения электрического тока через газовое сопротивление, т. е. разновидностью газового разряда, характеризующейся весьма большой силой тока при ограниченном напряжении. На рис. 160 представлена вольтамперная характеристика различных разновидностей газового разряда, происходящего между концами двух электродов, подключенных к источнику постоянного тока.