Experimental investigations on the consumption of graphite electrodes doped with various oxides

Abstract

In order to reduce the burning off of electrodes in electric arc furnaces it is necessary to decrease the specific thermal load at the tip in the arc attachment area. This can be achieved by minimizing the work function of the electrode materials, whereby the peak temperature is reduced. The work function of doped graphite electrodes was investigated under conditions prevailing during standard industrial practice in order to achieve transferable results. The measurement equipment developed to meet this requirement bases on a design, which first was put forward by Bade & Yos. By measuring the peak temperature of the electrode and its current density the value of the work function of the material was calculated with a modified Richardson equation. Starting from materials with well-known values of the work function, to verify the accuracy of the experimental method and the mathematical model, those of pure and doped graphites were determined. The additives, oxides as a rule, result in a significant reduction in electron work function in the case of magnesium, calcium and cerium oxides. Experimentelle Untersuchungen des Abbrandes von Graphitelektroden dotiert mit verschiedenen Oxiden. Zur Reduktion des Elektrodenabbrandes in Elektrolichtbogenofen ist es notig, die spezifische thermische Belastung im Ansatzbereich des Lichtbogens zu reduzieren. Dies kann durch eine Erniedrigung der Elektronenaustrittsarbeit des Elektrodenmaterials erreicht werden, die eine Reduzierung der Spitzentemperatur zur Folge hatte. Die Elektronenaustrittsarbeit dotierter Graphite wurde unter solchen Bedingungen, die eine Obertragung auf die betriebliche Praxis zulassen, untersucht. Der experimentelle Aufbau wurde in seiner ursprOnglichen Einheit von Bade & Yos vorgestellt. Durch Messung der Spitzentemperatur der Elektrode und der zugehbrigen Stromdichte konnte die Elektronenaustrittsarbeit unter Verwendung einer modifizierten Form der Richardson-Gleichung bestimmt werden. Die zunachst durchgefOhrten Untersuchungen an Materialien mit bekannten Elektronenaustrittsarbeiten sollten die Genauigkeit der Anlage und des mathematischen Modells OberprOfen. AnschlieBend wurden reine und dotierte Graphite vermessen. Die Zuschlage, in der Regel Oxide, erbrachten im Faile der Oxide des Magnesiums, Calciums und Cers eine signifikante Erniedrigung der Elektronenaustrittsarbeit.

Plasma parameters of an argon DC arc with graphite electrodes

“…The arc runs between a graphite cathode (2) and a graphite anode (3). The anode is inserted into a graphite crucible (4). Both electrodes are movable in their axial direction.…”

“…Most recent publications are devoted to the arcs as applied to metallurgy and to plasma synthesis of fullerenes (see e.g. [1][2][3][4][5] and [6,7], respectively). Nowadays the arcs with graphite electrodes at atmospheric pressure have also shown their potential as plasma generators in plasma reactor systems for metal recovery from wastes [8].…”