Под внутренним теплообменом понимаются тепловые процессы, ведущие к изменению температуры внутри элементов термической системы, в результате воздействия внешнего теплообмена на их наружную поверхность или внутреннего разогрева. Процессы теплообмена в муфельных, ретортных, тигельных, канальных печах необходимо рассматривать как процессы, протекающие в рабочей камере, имеющей внутренний экран.
Источниками теплоты в термической системе являются исходные материалы, пламя, раскаленная печная среда, полученные продукты, электрическая дуга, электронагреватели, внутренняя поверхность футеровки рабочей камеры и т. д. Приемниками теплоты являются исходные материалы, электроды, их держатели, внутренняя поверхность футеровки рабочей камеры, печная среда, вагонетки, решетки, подины и т. д. Источником или приемником теплоты в печах может быть любой элемент термической системы, а в многозонных печах (туннельные, шахтные, вращающиеся и др.) один и тот же элемент при переходе из одной зоны в другую изменяет свои термические функции: источник теплоты становится приемником или наоборот, а также меняется вид теплообмена (или доля), в котором участвует элемент системы (например, газовая печная среда из теплообмена излучением в зоне нагрева переходит на конвективный теплообмен в зоне подогрева и т. д.).
С помощью элементов печной системы «материал—среда—футеровка» возможно создание следующих оптимальных условий теплообмена: сжигание горючих исходных материалов и топлива с оптимальным количеством пламен необходимой формы, местоположения и с желаемой траекторией движения; правильной организации движения исходных материалов, полученных продуктов; правильный выбор (при возможности) химического состава и характера движения печной среды; выбор более совершенных геометрических форм рабочей камеры печи, правильный выбор ее материала.
Теплообмен в рабочей камере футеровки дуговых электропечей осуществляется между всеми элементами термической системы «материал—среда—футеровка». Теплота передается по всем перечисленным выше механизмам теплообмена. Тепловым излучением передается теплота от главного источника — столба горящей дуги, который представляет собой ионизированный газ печной среды, а также расплав шлака, т. е. жидкой фазы среды. В конвективном теплообмене участвует и газовая печная среда, образовавшаяся в зоне горения дуг и состоящая из паров металла, и твердая фаза (шлак, графит), и жидкая среда.
Теплопроводностью теплота передается от наиболее нагретых участков исходных материалов в зоне пятна дуги, а также за счет джоулевой теплоты, возникающей при протекании тока через шлак и металлы. В теплообмене участвует также и электрод.
Под сводовым пространством тепловое излучение горящих дуг падает на поверхность шлака, металла и футеровки. Часть падающей лучистой энергии поглощается поверхностью реакционного объема футеровки, остальная отражается обратно под сводовое пространство.