Untersuchungen zum Energieumsatz in einem Gleichstromlichtbogenofen zur Stahlerzeugung

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Die Stahlerzeugung im Gleichstromlichtbogenofen ist ein Prozeß, bei dem von Charge zu Charge eine Vielzahl von Verfahrensparametern in einem weiten Bereich streut. Da in der Qualitäts- und Edelstahlherstellung der Schrotteinsatz für jede Schmelze an die zu produzierende Güte angepaßt wird und damit in hohem Maße inhomogen ist, gibt es keinen idealtypischen Prozeßablauf. Vielmehr erfordert der Ofenbetrieb vom Bedienpersonal ein ständiges Optimieren der unterschiedlichen Betriebsparameter und ist damit äußerst komplex. Mit der vorliegenden Arbeit werden dem Ofenbedienpersonal Hilfsmittel an die Hand gegeben, die das Geschehen innerhalb des Aggregates transparenter machen und so bei der Prozeßoptimierung unterstützend wirken. Energiebilanzen für den Lichtbogenofen wurden bisher von einer Reihe von Autoren veröffentlicht. Hierbei handelt es sich i.d.R. um Rechnungen, die auf Mittelwerten aus einer Vielzahl von Schmelzen beruhen. Die Beurteilung von Verfahrensänderungen ist mit dieser Methode erst nach einer großen Anzahl von Versuchsschmelzen statistisch aussagefähig, sofern die Auswirkungen der Änderung nicht völlig in der üblichen Streuung untergehen. Ein besonderes Problem liegt in der bislang vorhandenen sehr geringen Datenbasis für die Zusammensetzung des Ofenabgases. Da es die "typische" Schmelze nicht gibt, ist es nicht vertretbar, eine Abgasanalyse nur stichprobenartig für einige Schmelzen oder gar nur für wenige Minuten durchzuführen und auf diesen Werten eine Energiebilanz zu begründen. Vielmehr variiert die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre abhängig von der Prozeßführung in einem weiten Bereich, sowohl momentan als auch gemittelt über die Dauer einer Schmelze. Eine kontinuierlich über die gesamte Chargendauer jeder Schmelze arbeitende Abgasanalyse ist der Schlüssel für das grundlegende Verständnis und damit auch zur Optimierung des Prozesses. Die vorliegende Arbeit beschreibt zunächst die Verbesserungen, die bei der Prozeßmeßtechnik erreicht werden konnten. Dabei handelt es sich vor allem um die Weiterentwicklung einer Anlage zur kontinuierlichen Abgasanalyse aus dem Versuchsstadium bis zur Betriebsreife. Damit steht zu jedem Zeitpunkt eine repräsentative Probe der Gasatmosphäre im Ofen zur Verfügung. Durch eine massenspektrometrische Untersuchung der Probe sind sowohl die Zusammensetzung und die Menge des Abgases als auch die durch Öffnungen in das Ofengefäß eindringende Falschluftmenge meßbar. Weitere Verbesserungen betreffen die Mengenänderung des Hot Heels, d.h. des flüssigen Stahlrests im Ofen, und die Mengenmessung der Ofenschlacke.