Untersuchungen zur Erhöhung der Bogenspannung in Elektrolichtbogenöfen durch Einblasen mehratomiger Gase

Spirin, Denis; Neuschütz, Dieter

doi:25387

Untersuchungen zur Erhöhung der Bogenspannung in Elektrolichtbogenöfen durch Einblasen mehratomiger Gase

Spirin, Denis (Author)

2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Denis Spirin

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

Umfang94 S. : graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Neuschütz, Dieter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-12-18

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-7347
DOI: 10.18154/RWTH-CONV-121040
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/59235/files/59235.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Georessourcen und Materialtechnik (500000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Lichtbogenofen (Genormte SW) ; Gleichstromlichtbogen (Genormte SW) ; Spannungsänderung (Genormte SW) ; Leistungssteigerung (Genormte SW) ; Molekulares Gas (Genormte SW) ; Blasverfahren (Genormte SW) ; Technische Chemie (frei) ; Leistungserhöhung (frei) ; Methaneinblasen in den Lichtbogen (frei) ; Entstickung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 660

Kurzfassung
Das Einblasen von Methan in die Lichtbögen von Elektrolichtbogenöfen führt - wie im Pilotmaßstab demonstriert - zu einer beachtlichen Erhöhung der Bogenspannung bei konstanter Stromstärke und Bogenlänge. Jüngste Untersuchungen beschäftigten sich mit den metallurgischen Nebeneffekten, wobei ein gasdichter 150-kg-Lichtbogenofen mit zwei Wechselstrom-Plasmabrennern eingesetzt wurde. Versuche in diesem Ofen mit einer gebohrten Graphit-Elektrode im Gleichstrombetrieb gegen Bodenelektrode bestätigten den Leistungsanstieg während des Einblasens von Methan. Die Aufkohlung, die langsam auftrat, wenn 6 % Methan in die Argon-Atmosphäre zugesetzt wurden, konnte durch Zugabe geringer Mengen an CO2 verhindert werden. Eine Schlackenschicht verringerte den Stoffübergang, ohne den Wärmeübergang merklich zu beeinflussen. Der Manganverlust durch Verdampfung wurde gemessen, um den Einfluss eines Leistungsanstiegs und einer Schlackeschicht zu untersuchen. Aus den Ergebnissen folgte, dass die Oberflächentemperatur der Schmelze um 200 K anstieg, wenn CH4 zu reinem Argon hinzugegeben wurde. Das Einblasen von Methan beschleunigte die Entstickung beträchtlich. Ausgehend von einem absichtlich hohen Stickstoffgehalt von etwa 200 ppm, erwies sich die Entstickungsrate am langsamsten mit Plasmalichtbögen aus reinem Argon, schneller mit 90 % Ar + 10 % H2 und am schnellsten mit 95 % Ar + 5 % CH4 war, wobei Endstickstoffgehalte von weniger als 20 ppm erreicht wurden. Auf Grundlage thermodynamischer Berechnungen scheint die Entstickungs-Reaktion in reinem Argon über atomaren Stickstoff, in Ar + H2 über NH3 und in Ar + CH4 über HCN abzulaufen. Es wurde diskutiert, wie eine mögliche Kohlenstoff-Abscheidung in der Graphitelektrodenbohrung beim Einblasen von 95 % Ar + 5 % CH4 verhindert werden kann.

Methane injection into the arcs of electric arc furnaces has been shown on pilot scale to lead to a remarkable arc voltage increase at constant arc current and arc length. The investigations have been concerned with the associated metallurgical effects making use of a gas-tight 150-kg arc furnace operated with two AC plasma torches. The test runs with bored graphite electrode in DC-mode with a bottom electrode in this furnace confirmed the power increase observed during methane injection. The carburization slowly occurring when 6 % CH4 was injected into the argon atmosphere of the furnace could be avoided by adding minor amounts of CO2. A slag layer decreased mass transfer rates without noticeably affecting heat transfer. Manganese loss by evaporation was measured to investigate the influence of power increase and slag layers. From the results, an increase of 200 K was concluded for the melt surface temperature when CH4 was added to pure argon. Methane injection into the arcs proved to accelerate nitrogen removal considerably. Starting with an intentionally high nitrogen content of about 200 ppm, the nitrogen removal rate was found to be slowest with pure argon plasma arcs, faster with 90 % Ar + 10 % H2, and the fastest with 95 % Ar + 5 % CH4 reaching final contents of less than 20 ppm of nitrogen. Based on thermodynamic calculations, the denitrogenation reactions appear to take place via atomic nitrogen in pure argon plasma, via NH3 in Ar + H2 and via HCN in Ar + CH4. Several suggestions about how to prevent the possible carbon deposition in the graphite electrode hole due to injection of 95 % Ar + 5 % CH4 through the hole have been discussed.

OpenAccess:
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