THE BASIC PROPERTIES OF HIGH INTENSITY ARCS USED IN STEELMAKING (PART II). Steelmaking, Final report

Directorate-General For The Information Society And Media

Description

Industrial research and development

Sujets

• Electrical equipment
• History of ferrous metallurgy
• Sciences et techniques

Informations

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• Langue: English
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Extrait

Commission of the European Communities
technical steel research
Steelmaking
THE BASIC PROPERTIES OF HIGH
INTENSITY ARCS USED IN
STEELMAKING
(PART II)
Blow-up from microfiche original Commission of the European Communities
ivljllll vlvCI wvuul If II
Steelmaking
THE BASIC PROPERTIES OF HIGH
INTENSITY ARCS USED IN
STEELMAKING
(PART II)
R.W. Montgomery, BSC London
Contract No 7210.CA/805
(1.7.1976- 28.2.1979)
FINAL REPORT
Published by the Directorate-General
Information Market and Innovation
1982 EUR 5716/11 EN Published by the
COMMISSION OF THE EUROPEAN COMMUNITIES
Directorate-General
Information Market and Innovation
Bâtiment Jean Monnet
LUXEMBOURG
LEGAL NOTICE
Neither the Commission of the European Communities nor any person acting
on behalf of then is responsible for the use which might be made of
the following information
'ECSC-EEC-EAEC. Brussels · Luxembourg ZUSAMMENFASSUNG
Diese Forschung stellt eine Fortsetzung der Arbeiten dar, die 1976
Gegenstand eines Berichts an die Europäische Kommission waren (EUR 5716 EN).
Bei dem früheren Programm handelte es sich insofern mehr um Grundlagenforschung,
als die Ergebnisse nicht unmittelbar auf die praktische Stahl herstel I ung in einem
elektrischen Lichtbogenofen ausgerichtet waren. Im Rahmen dieses zweiten Vertrags
wurde der Versuch unternommen, die früheren Ergebnisse zwecks Nutzung durch das
Personal in der Praxis der Stahl herstel I ung weiterzuentwickeln.
Das Forschungsprogramm erstreckte sich auf zwei Aspekte :die Formulierung
eines Modells zur Beschreibung der Prozesse des Elektrodenverbrauchs (einschliess­
lich einer Studie Über die Hochtemperatureigenschaften, von Graphit) und die
Ausarbeitung eines Index Über den Verschleiss des Feuerfestmaterials in einem
Lichtbogenofen.
Vor kurzem wurden grössere Veränderungen in Bezug auf die Entwicklung
und den Betrieb von Lichtbogenofen vorgenommen, um den Bedingungen des äusserst
wettbewerbsfähigen Weltmarktes und Kostenerhöhungen bei Rohstoffen und Energie
gerecht zu werden. Die Einführung wassergekühlter Füllungen in Seitenwände und
Gewölbe des Ofens hat tatsächlich die Wartungskosten der herkömmlichen feuerfesten
Seitenwand halbiert, doch nähern sich die Kosten des Elektrodengraphits den
Kosten des Stromenergieverbrauchs an. Demzufolge wurde mehr Nachdruck auf
Forschungen zur Verringerung der Elektrodenkosten gelegt, so dass die Arbeiten
über Elektrodenverbrauch auf eine Untersuchung der physikalischen Eigenschaften
von Graphit ausgerichtet wurden, insbesondere da das mechanische Versagen von
Graphit bei zukünftig zu erwartenden Lichtbogenströmen im Bereich von 70 000 A
allmählich den Elektrodenverbrauch vorwiegend bestimmt.
Die Forschung wird unter vier Hauptthemen beschrieben :
(I) Elektrodenerosion;
(II) Messung der physikalischen Eigenschaften von Graphit;
(IM) Entwicklung eines Index für Feuerfestmaterial versch I ei ss;
(IV)g eines Computer-Modells fUr den Schmelzprozess in
einem Lichtbogenofen.
(v) SUMMARY
This research is a continuation of work reported to the European
Commission in 1976 (EUR 5716 EN). The previous programme was of a fundamental
nature, in that the research findings were not directly related to practical
steelmaking in an electric arc furnace, in this second contract an attempt has
been made to develop the earlier findings into a practical form for use by steel-
making personnel.
The research programme had two aspects, the formulation of a model to
describe the electrode consumption processes, (which included a study of the high
temperature properties of graphite), and the development of a refractory wear
index for an arc furnace.
Recently there have been major changes in the design and operation of
electric arc furnaces to meet highly competitive world market conditions and
increases in the costs of raw materials and energy. The introduction of water-
cooled panels into furnace sidewalls and roofs, has effectively halved the cost
of the traditional refractory sidewall maintenance but electrode graphite costs
now approach the cost of the electrical energy consumption. Consequently, more
emphasis has been placed on research to reduce electrode costs, thus the work
on electrode consumption has been biased towards a study of the physical properties
of graphite particularly as the mechanical failure of the graphite is beginning
to dominate electrode consumption with the advent of arc currents in the region
70 000 A.
The research is described under four main headings,
(I) Electrode Erosion;
(II) Measurement" of the physical properties of graphite;
(III) Development of a refractory wear index;
(IV)t of a computer model of the melting process in an arc
furnace.
(iii) RESUME
Le présent programme de recherche constitue une suite des travaux dont
il a été fait rapport à la Commission européenne en 1976 (EUR 5716 EN ). Le pro­
gramme précédent était un programme de recherche fondamentale dans la mesure où
les résultats de cette recherche ne se rattachaient pas directement à l'élabora­
tion pratique d'acier au four à arc. Dans le cadre de ce second contrat, on a
tenté de donner aux résultats précédents une forme pratique destinée aux aciéris"
Le programme de recherche présente deux aspects qui sont la formulatioi
d'un modèle de description des processus de consommation des électrodes (impli­
quant une étude des caractéristiques du graphite à haute température) et l'élabo­
ration d'un coefficient d'usure des réfractai res dans les fours à arc.
La conception et I'exploitation des fours à arc ont été radicalement
modifiées récemment pour pouvoir affronter la concurrence sévère qui règne sur l·
marché mondial et faire face au renchérissement de l'énergie et des matières pre­
mières. La mise en place de panneaux refroidis par eau dans les parois et les
voûtes s'est révélée efficace dans la mesure où elle a permis de réduire de moit
le coût de l'entretien des parois réfractaires classiques, mais le coût du graph
des électrodes consommables tend désormais à rattraper celui de la consommation
d'électricité. En conséquence, on a accordé une plus grande importance aux trava
de recherche visant à réduire le coût des électrodes. La recherche sur la consom­
mation des électrodes a ainsi été orientée vers une étude des caractéristiques
physiques du graphite, notamment parce que la défaillance mécanique du graphite
commence à prendre le pas sur la consommation d'électrodes en raison de I'uti lisi
tion de courants d'arc de l'ordre de 70 000 A.
Le programme de recherche est décrit sous 4 têtes de chapitre :
(I) Erosion des électrodes
(II) Mesure des caractéristiques physiques du graphite
(IVI) Elaboration d'un coefficient d'usure du réfractaire
(IV) Mise au point d'un modèle mathématique du processus de fusion
dans un four à arc.
(iv) 7210.CA.8/805
CONTENTS Page
'- 1. GENERAL INTRODUCTION 1
1.1 Programme of Work
1.2 Research Locations
2. ELECTRODE EROSION IN ELECTRIC ARC FURNACES 2
2.1 Programme of Work 2
2.2 A Laboratory Investigation to Determine
the Effect of Electrode Resistivity on Electrode
Tip Erosion
2.3 A Statistical Analysis of Electrode 3
Consumption with Regard to Furnace Performance
Variables
2.4 A Model of the Cracking Processes of Arc 9
Furnace Electrodes
2.5 Use of an Infrared Thermal Imaging System 17
for Examining the Temperature Distributions
of Arc Furnace Electrodes
2.6 Measurement of the Electrode Erosion 20
Mechanisms on a 60 MVA Arc Furnace
3. MEASUREMENT OF THE PHYSICAL PROPERTIES OF GRAPHITE 28
3.1 Introduction 2
3.2 Measurement of the High Temperature Properties 28
3.3 Thermal Shock of Graphite Electrodes 32
3.4 Comparison of Electrode Core Data with6
Electrode Performance Data
4. THE DEVELOPMENT OF A REFRACTORY WEAR INDEX 37
4.1 Background 3
4.2 Theoretical Considerations
4.3 Previous Refractory Wear Indices
4.4 Theoretical Sidewall Heat Loading Due to 39
Radiation from the Arc and Arc Flame
4.5 Experiments to Confirm the Theory 40
4.6 The Effect of Slag and Metal Projected1
onto the Sidewall
4.7 Summary 43
(vii) 7210.CA.8/805
CONTENTS (CONT) Page
4.8 The Arc Heating Efficiency of a 60 MVA Arc 43
Furnace with a Molten Steel Bath
5. A COMPUTER MODEL OF THE MELTING PROCESS IN ARC FURNACE 46
5.1 Introduction 46
5.2 Basis of the Model
5.3 Further Development9
6. REFERENCES
TABLES 51
FIGURES · 7
(viii)