Árbók VFÍ/TFÍ - 01.06.2000, Page 310
308 Árbók VFÍ/TFÍ1999/2000
Inngangur
Þrívítt tölvulíkan af Söderberg-rafskautum, sem meðal annars eru notuð í jámblendi-
verksmiðjunni á Grundartanga, hefur verið þróað hjá Háskóla íslands síðustu ár. Þetta líkan
er meginviðfangsefni áframhaldandi rannsóknarverkefnis sem hér er íjallað um og er unnið
af Háskóla Islands, Islenska jámblcndifélaginu og Elkem ASA. Með tölvulíkani þessu má
reikna út rafstraumsþéttleika og hitastigsdreifíngu í Söderberg-rafskautum, sem notuð em til
að breyta raforku í háan hita, nauðsynlegur fyrir efnahvörf þau er kísiljárn verður til úr.
Viðfangsefni þessa verkefnis em randskilyrði líkansins - hvemig rafstraumur berst inn í
og út úr rafskautinu og hvemig varmi flyst frá rafskautinu. Raforka er fædd inn í skautið við
snertur. Varmi flyst frá rafskautinu um hliðar þess vegna geislunar og kæliáhrifa lofts sem
streymir umhverfís skautið. Neðst á skautinu er ljósbogi, sem megnið af rafstraumnum flyst
um. Randskilyrði líkansins em athuguð með undirlíkönum fyrir geislun og varmaburð, sem
em keyrð samhliða rafskautslíkaninu. Samanburður er gerður við hefðbundnar aðferðir og
mælingar þar sem því er við komið. Gerðar vom mælingar á dreifingu hitastigs á yfirborði
rafskautanna og yfírborðum inni í efsta hluta jámblendiofns með innrauðri hitamyndavél.
Gögn úr þessum mælingum voru notuð til að reikna út varmageislun frá yfirborðum raf-
skautanna. Einnig em notaðar tölulegar niðurstöður úr líkani af ljósboga, mælingar á
dreifíngu rafstraums í snertum og mælingar á rafstraumi gegnum fyllu í ofni, sem ekki fer í
ljósbogann ([2], [3], [4]).
Meginniðurstaða þessa verkefnis er annars vegar að miklu máli skiptir hvemig raf-
straumur flæðir gegnum rafskautið og hins vegar eru settar fram aðferðir til að lýsa sam-
bandi yfirborðshitastigs og varmaflutnings í líkaninu. Ef rafstraumur safriast saman á
þröngum bletti, sem gerist í kringum ljósboga, verður varmamyndun á því svæði vegna
rafviðnáms skautsins, mun meiri en ef straumur er jafndreifður um botn rafskautsins. Hærra
hitastig orsakar minni rafleiðni sem aftur veldur hærra hitastigi. Þetta ástand varir þar til
þröskuldi er náð og straumurinn fer aðra leið. Ljósboginn flöktir um botn skautsins. Einnig
kemur í ljós að línuleg nálgun, sem hefur verið notuð i líkaninu til að lýsa sambandi milli
yfírborðshitastigs og varmaflutnings, veldur skekkju sem hægt er að leiðrétta fyrir með
sérstöku varmageislunarlíkani.
Aðferðir
Jámblendi er framleitt með því að hita upp blöndu af jámoxíði, kvarsi og ýmsum kolefna-
samböndum með rafskautum, er flutt geta mikinn rafstraum. Á Grundartanga er rafstraumur
í hverju skauti um 120 kA. Soderberg-rafskaut virkar þannig að jámkápu er slakað hátt í
einn metra á sólarhring ofan í kísiljámsofninn og nokkurs konar tjömkögglar em mataðir
ofan í jámkápuna. Þegar kápan og kögglamir færast fram hjá koparsnertum, sem fæða raf-
straum inn í skautið, bakast kögglarnir og verða að hörðum kolefnismassa sem þolir mikið
hitastig og leiðir straum vel. Rafskautið hitnar mikið við þetta og upp næst hitastig er kemur
þeim efnahvörfum af stað, sem kísiljám verður til við. Rafskautalíkanið reiknar út
straumþéttleika (A/m2) og hitastig inni í rafskautamassanum. í þessu verkefni er skoðað
betur hvernig raforka og varmi flytjast inn í og út úr Soderberg-rafskauti.