Untersuchung der elektrischen Leitfähigkeiten von typischen FeNi-Schlacken unter Berücksichtigung der Einflüsse auf das elektrische System und die Dimensionierung von Elektroreduktionsöfen
In dieser Arbeit wird die historische Entwicklung der Dimensionierung von Elektroreduktionsöfen (SAF) unterschiedlicher Typen bis zum heutigen Stand zusammenfassend beschrieben und schwerpunktmäßig die elektrische Leitfähigkeit typischer Schlacken der Ferronickel(FeNi)-Produktion untersucht, um eine breitere Basis für die elektrische und in Folge auch mechanische Dimensionierung von FeNi-Produktionsanlagen zu legen.
Zur Gewinnung belastbarer Daten der elektrischen Leitfähigkeit einer großen Bandbreite typischer FeNi-Schlacken (FeO-MgO-SiO2) wurden mittels Vierelektrodenmessprinzip Leitfähigkeitsmessungen an 20 repräsentativen Schlackenqualitäten in einem Tammannofen durchgeführt und für einen Temperaturbereich von 1.350 °C bis 1.675 °C vergleichend ausgewertet. Die Ergebnisse werden in Ternärdiagrammen mittels Interpolation dargestellt, sodass für nahezu alle Schlackenzusammensetzungen und alle untersuchten Schlackentemperaturen Werte für die spezifische elektrische Leitfähigkeit abgelesen werden können. Die Bandbreite der gemessenen Leitfähigkeiten liegt bei 0-4 S/cm; eine Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von der Schlackentemperatur konnte bestätigt werden.
Desweiteren wurden die Einflüsse verschiedener Anteile von Cr2O3 in FeNi-Schlacken auf die Leitfähigkeit und exemplarisch die Einflüsse unterschiedlicher Schlackentemperauren und Schlackenleitfähigkeiten auf die Regelungsgüte eines SAF untersucht. In der Summe bietet diese Arbeit eine wesentliche, neue Grundlage für die Dimensionierung der aufgrund des weltweit wachsenden Bedarfs an Nickel immer größeren und leistungsstärkeren FeNi-Reduktionsöfen.
In this thesis, the historical development of the dimensioning of submerged arc furnaces (SAF) of different types until present state is summarized and, predominantly, the electrical conductivity of typical slags of the ferronickel (FeNi) production is examined in order to lay a broader basis for the electrical and also for the mechanical design of FeNi-plants.
In the past there were, compared to the total field of slag metallurgy, only few examinations of slags of the ferro-alloy production and in particular of modern FeNi plants. This thesis fills a gap for a better understanding of the energy input for the electrothermic-metallurgical process in high-performance SAF.
In order to obtain reliable data on the electrical conductivity of a wide range of typical FeNi-slags (FeO-MgO-SiO2), conductivity measurements on 20 representative slag qualities were carried out using a four-electrode measurement principle in a Tammann furnace and were evaluated for a temperature range from 1.350 °C to 1.675 °C. The results are presented in ternary diagrams by means of interpolation, so that values for the specific electrical conductivity can be read for almost all slag compositions and all examined slag temperatures. The range of the measured conductivity is 0-4 S/cm; a dependence of the electrical conductivity on the slag temperature could be confirmed.
Furthermore, the influences of various contents of Cr2O3 in FeNi-slags on the conductivity and, by way of example, the influences of different slag temperatures and slag conductivities on the quality of energy control of an SAF were examined. All in all, this work provides a significant new basis for dimensioning the ever-increasing and more powerful FeNi-SAF due to the growing demand for nickel worldwide.