Studie zum thermodynamischen Verhalten der feuerfesten Zustellung von Herdschmelzöfen für Stahl, Kupfer und Aluminium

Eva Vidrich

Studie zum thermodynamischen Verhalten der feuerfesten Zustellung von Herdschmelzöfen für Stahl, Kupfer und Aluminium

Translated title of the contribution: Study regarding the thermodynamical behaviour of the refractory lining of melting furnaces for steel, copper and aluminium

Eva Vidrich

Chair of Thermal Processing Technology (580)

Research output: Thesis › Diploma Thesis

Abstract

In this study the thermodynamical behaviour of the refractory lining of three different scrap melting furnaces operated at their typical melting temperatures for steel, copper and aluminium is determined and compared. The furnaces examined are an electric arc furnace for steel, a reverberatory melting furnace for copper and a top-charge melting furnace for aluminium. The primary aspects which are investigated are the operating processes of the individual furnaces as well as the general design of the refractory lining, while paying special attention to the thermal properties of the refractory materials. The steady state temperature profile and heat transfer through the refractory lining of each furnace is computed, as well as the magnitude of the stored enthalpies of the lining respectively the melt and their relationship to each other. This is investigated for the new and also for the worn lining. Furthermore the transient temperature profiles during the heating-up process of the lining are determined via the finite-difference-method, applying typical heating-up curves as usually applied in industrial furnaces as boundary conditions. Finally the impact of short term temperature drops at the hot inner surface of the lining is evaluated, just as the transient temperature profile in the thermal boundary layer and the emitted enthalpy thereof.

Translated title of the contribution	Study regarding the thermodynamical behaviour of the refractory lining of melting furnaces for steel, copper and aluminium
Original language	German
Supervisors/Advisors	Rinnhofer, Hans, Supervisor (internal)
Award date	30 Jun 2006
Publication status	Published - 2006

Bibliographical note

embargoed until null

Keywords

scrap melting furnace heat transfer finite-difference-method refractory lining transient thermal conduction heat transfer temperature field enthalpy

Cite this

@phdthesis{b7ed1a1e88894d758ae5545d1e0cbbf7,

title = "Studie zum thermodynamischen Verhalten der feuerfesten Zustellung von Herdschmelz{\"o}fen f{\"u}r Stahl, Kupfer und Aluminium",

abstract = "In der vorliegenden Arbeit wird das thermodynamische Verhalten der Zustellung von drei verschiedenen Schmelzaggregaten bei den jeweils typischen Arbeitstemperaturen f{\"u}r Stahl, Kupfer und Aluminium untersucht und verglichen. Es wurden ein Elektrolichtbogenofen zur Stahlerzeugung, ein Wannenschmelzofen zur Kupferherstellung, sowie ein Rundschmelzofen zur Aluminiumerzeugung betrachtet. Zun{\"a}chst werden die in den Aggregaten ablaufenden Prozesse, sowie der allgemeine Aufbau der feuerfesten Zustellung betrachtet, wobei im Besonderen auf die w{\"a}rmetechnischen Eigenschaften der feuerfesten Produkte eingegangen wird. Im n{\"a}chsten Schritt werden W{\"a}rmedurchgang und Temperaturprofil sowie die Wandverluste der Zustellung im station{\"a}ren Zustand ermittelt. Zus{\"a}tzlich wird die in der Zustellung gespeicherte Enthalpie berechnet und zu der in der Schmelze gespeicherten Enthalpie ins Verh{\"a}ltnis gesetzt. Dies erfolgt f{\"u}r die Neuzustellung, so wie auch f{\"u}r die verschlissene Zustellung. Des Weiteren werden mittels der Finiten Differenzen Methode die instation{\"a}ren Temperaturprofile w{\"a}hrend des Aufheizens der Zustellung berechnet. Als Randbedingung werden Aufheizkurven aus der industriellen Praxis verwendet. Im letzten Schritt wird das instation{\"a}re Temperaturprofil und die aus der thermischen Grenzschicht abgegebene Enthalpie nach kurzen Temperaturspr{\"u}ngen an der feuerseitigen Oberfl{\"a}che dargestellt.",

keywords = "scrap melting furnace heat transfer finite-difference-method refractory lining transient thermal conduction heat transfer temperature field enthalpy, Herdschmelzofen W{\"a}rmedurchgang Finite-Differenzen-Verfahren feuerfeste Zustellung instation{\"a}re W{\"a}rmeleitung W{\"a}rme{\"u}bergang Temperaturfeld Enthalpie",

author = "Eva Vidrich",

note = "gesperrt bis null",

year = "2006",

language = "Deutsch",

type = "Diploma Thesis",

}

TY - THES

T1 - Studie zum thermodynamischen Verhalten der feuerfesten Zustellung von Herdschmelzöfen für Stahl, Kupfer und Aluminium

AU - Vidrich, Eva

N1 - gesperrt bis null

PY - 2006

Y1 - 2006

N2 - In der vorliegenden Arbeit wird das thermodynamische Verhalten der Zustellung von drei verschiedenen Schmelzaggregaten bei den jeweils typischen Arbeitstemperaturen für Stahl, Kupfer und Aluminium untersucht und verglichen. Es wurden ein Elektrolichtbogenofen zur Stahlerzeugung, ein Wannenschmelzofen zur Kupferherstellung, sowie ein Rundschmelzofen zur Aluminiumerzeugung betrachtet. Zunächst werden die in den Aggregaten ablaufenden Prozesse, sowie der allgemeine Aufbau der feuerfesten Zustellung betrachtet, wobei im Besonderen auf die wärmetechnischen Eigenschaften der feuerfesten Produkte eingegangen wird. Im nächsten Schritt werden Wärmedurchgang und Temperaturprofil sowie die Wandverluste der Zustellung im stationären Zustand ermittelt. Zusätzlich wird die in der Zustellung gespeicherte Enthalpie berechnet und zu der in der Schmelze gespeicherten Enthalpie ins Verhältnis gesetzt. Dies erfolgt für die Neuzustellung, so wie auch für die verschlissene Zustellung. Des Weiteren werden mittels der Finiten Differenzen Methode die instationären Temperaturprofile während des Aufheizens der Zustellung berechnet. Als Randbedingung werden Aufheizkurven aus der industriellen Praxis verwendet. Im letzten Schritt wird das instationäre Temperaturprofil und die aus der thermischen Grenzschicht abgegebene Enthalpie nach kurzen Temperatursprüngen an der feuerseitigen Oberfläche dargestellt.

AB - In der vorliegenden Arbeit wird das thermodynamische Verhalten der Zustellung von drei verschiedenen Schmelzaggregaten bei den jeweils typischen Arbeitstemperaturen für Stahl, Kupfer und Aluminium untersucht und verglichen. Es wurden ein Elektrolichtbogenofen zur Stahlerzeugung, ein Wannenschmelzofen zur Kupferherstellung, sowie ein Rundschmelzofen zur Aluminiumerzeugung betrachtet. Zunächst werden die in den Aggregaten ablaufenden Prozesse, sowie der allgemeine Aufbau der feuerfesten Zustellung betrachtet, wobei im Besonderen auf die wärmetechnischen Eigenschaften der feuerfesten Produkte eingegangen wird. Im nächsten Schritt werden Wärmedurchgang und Temperaturprofil sowie die Wandverluste der Zustellung im stationären Zustand ermittelt. Zusätzlich wird die in der Zustellung gespeicherte Enthalpie berechnet und zu der in der Schmelze gespeicherten Enthalpie ins Verhältnis gesetzt. Dies erfolgt für die Neuzustellung, so wie auch für die verschlissene Zustellung. Des Weiteren werden mittels der Finiten Differenzen Methode die instationären Temperaturprofile während des Aufheizens der Zustellung berechnet. Als Randbedingung werden Aufheizkurven aus der industriellen Praxis verwendet. Im letzten Schritt wird das instationäre Temperaturprofil und die aus der thermischen Grenzschicht abgegebene Enthalpie nach kurzen Temperatursprüngen an der feuerseitigen Oberfläche dargestellt.

KW - scrap melting furnace heat transfer finite-difference-method refractory lining transient thermal conduction heat transfer temperature field enthalpy

KW - Herdschmelzofen Wärmedurchgang Finite-Differenzen-Verfahren feuerfeste Zustellung instationäre Wärmeleitung Wärmeübergang Temperaturfeld Enthalpie

M3 - Diplomarbeit

ER -