Berechnung der Gleichgewichtszusammensetzungen und Rußgrenzen im System C–CH4–H2–CO–H2O–CO2

Rechenprogramm zur Ermittlung der thermodynamischen Gleichgewichte im System C–CH₄–H₂–CO–H₂O–CO₂. Hinweise auf die Anwendungsmöglichkeiten der Rechnungen, und zwar auf die Kohlevergasung, auf die Spaltung von Kohlenwasserstoffen zur Reduktionsgaserzeugung, auf Oxidations- und Reduktionsvorgänge oder auf Ent- und Aufkohlungsreaktionen. Berechnung der Gleichgewichtszusammensetzungen in der Gasphase, der Rußgrenzen und der Aktivitäten von Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in Abhängigkeit von Temperatur und Gesamtdruck. Erörterung des Verlaufs der Rußgrenzen mit Hilfe der Gleichgewichte für den Methanzerfall und die Boudouard-Reaktion.     

Verlauf der Kalksättigung im System FeO–Fe2O3–CaO–SiO2–P2O5–MgO–MnO beim Gleichgewicht mit einer Eisenschmelze

Durch Auswertung zahlreicher, in Laborversuchen bei 1580–1650°C erschmolzener kalkgesättigter Schlacken mit gleichzeitigen Gehalten an FeO, Fe₂O₃, SiO₂, P₂O₅, MgO und MnO ist die aus metallurgischen Gründen angestrebte Kalksättigung komplexer Schlacken der Stahlerzeugung für 1600°C neu festgelegt worden. Ausgehend von der Beschreibung der Schlackenzusammensetzungen in den Grundsystemen CaO′–FeO′_n–SiO′₂ und CaO′–FeO′_n–P₂O₅ wird dabei die Beeinflussung der Kalksättigung durch MgO und MnO sowie qualitativ durch dreiwertige Eisenanteile angegeben. Die untersuchten Schlacken lassen in beiden Grundsystemen einen stetigen, von hohen FeO′_n-Gehalten bis hinunter zu Massengehalten von 8% gültigen Verlauf der Kalksättigung ohne einsetzende Dicalciumsilikat- bzw. Tetracalciumphosphatausscheidung erkennen. Durch die bewertende Umrechnung der P₂O₅-, MgO- und MnO-Gehalte wird eine nahezu alle Komponenten erfassende Darstellung komplexer kalkgesättigter Schlacken in einem einfachen Quasidreistoffsystem CaO^*–FeO^*-SiO^*₂ erreicht und die resultierende, dicht belegte Kalksättigungslinie mathematisch beschrieben. Der Einfluß von Al₂O₃-Gehalten auf die Kalksättigung wird abgeschätzt sowie das maximale Lösungsvermögen der kalkgesättigten Schlacke für MgO durch die Berechnung der Schnittlinie zwischen der Kalk- und der Magnesiowüstitsättigungsfläche festgelegt. Ein Ansatz zur Erfassung des Temperatureinflusses auf die Kalksättigung erlaubt schließlich eine vollständige mathematische Beschreibung der Kalksättigungsgehalte im System CaO^*–FeO^*_n–SiO₂ sowohl in Abhängigkeit von der Schlackenzusammensetzung als auch von der Temperatur. Damit können die Kalkgehalte komplexer Betriebsschlacken unterschiedlicher Temperatur mit den erreichbaren Gleichgewichtssättigungswerten verglichen und die Sättigungszustände der Schlacken nach Berechnung eines Sättigungsgrades S_CaO beurteilt werden.     

Oxidation of Fe–18%Mn–0.6%C Steels in Air and a N2–CO2–O2 Mixed Gas Atmosphere at 1273–1473 K

Austenitic Fe–18 wt% Mn–0.6 wt% C steels were oxidized at 1273, 1373, and 1473 K for up to 2 h in either atmospheric air or an 85%N₂–10%CO₂–5%O₂ gas mixture. The alloys oxidized faster in air than in the mixed gas, but the morphology and composition of the oxide scale formed were similar in both atmospheres. The scales that consisted primarily of FeO, Fe₂O₃, and MnFe₂O₄ were highly susceptible to cracking and spallation due to the severe oxidation condition. Since Mn was consumed to form MnFe₂O₄, the original γ‐matrix changed to an α‐matrix in the subscale area, in which Mn‐rich internal oxide precipitates formed locally.     

Effect of FeO and Al2O3 on the MgO Solubility in CaO–SiO2–FeO–Al2O3–MgO Slag System at 1823 K

The MgO solubility in CaO–SiO₂–FeO–Al₂O₃–MgO quinary slag system at 1823 K was measured to evaluate the effect of FeO and Al₂O₃ on the MgO solubility. It was found that the MgO solubility was decreased with higher optical basicity, FeO concentration, and increased with higher Al₂O₃ concentration. The MgO solubility was affected by activity coefficient of Mg²⁺ ($\gamma _{{\rm Mg}_{{\rm 2 + }} } $ ). Increase of the activity coefficient of Mg²⁺ ($\gamma _{{\rm Mg}_{{\rm 2 + }} } $ ) with higher FeO or lower Al₂O₃ decreased the MgO solubility. The increment in MgO solubility is remarkably reduced beyond a critical $X_{{\rm Al}_{2} {\rm O}_{{\rm 3}} } /(X_{{\rm Al}_{2} {\rm O}_{{\rm 3}} } + X_{{\rm FeO}} )$ ratio. The significant decrease of the increment of MgO solubility is caused by the change of the molten slag structure. The excess stability function of Al₂O₃ and the Fourier transform infrared (FT‐IR) analysis were applied to indirectly verify the existence of the spinel structure in the CaO–SiO₂–FeO–Al₂O₃–MgO slag system.     

Schmelzgleichgewichte im System FeO–Fe2O3–CaO

Kritische Erörterung von Schrifttumsangaben über den Verlauf der Schmelzgleichgewichte im Zustandsschaubild FeO–Fe₂O₃–CaO. Beschreibung eigener Versuche zur Ermittlung des Verlaufs der Liquidusflächen und der Linien doppelter Sättigung. Nachweis der Gültigkeit des quasibinären Schnittes Eisen-Dicalciumferrit mit Angaben über das ternäre Eutektikum und ternäre Peritektikum. Geschlossene Darstellung der Schmelzgleichgewichte des ternären Zustandsschaubildes.     

Nitride capacities in CaO–SiO2 and CaO–SiO2–Al2O3 melts

Nitride capacities, , defined by (mass-% N) · in the CaO–SiO₂ and CaO–SiO₂–AI₂O₃ melts were measured in the temperature range of 1 723 to 1 923 K by a gas-slag equilibration technique using CaO, Al₂O₃, and Mo crucibles. Nitrogen content in slag, (mass-% N), was proportional to oxygen partial pressure, , to the power of ?3/4 at constant nitrogen partial pressure, . The values for increased linearly with increasing temperature and increased with the content of nitride formers, SiO₂ and Al₂O₃, but the effect of SiO₂ on value was found to be greater than that of Al₂O₃. The activity coefficients of Si_3/4N in the CaO–SiO₂ melts tended to increase with increasing the content of SiO₂.     

Thermodynamics of manganese distribution between liquid iron and the CaO–Al2O3–SiO2–FeO–MnO system

The thermodynamics of distribution of constituents between liquid iron and the CaO–Al₂O₃–SiO₂–FeO–MnO system at 1600°C was studied using electrochemical indication of the equilibrium partial pressure of oxygen in both phases. The results show that oxidation potential of the Fe(l)–CaO–Al₂O₃–SiO₂–FeO–MnO system, expressed in terms of log p(O₂), is directly proportional to log (x(MnO) · x(FeO)/w| Mn |). Manganese distribution coefficient, L'_mn, in intersection CaO/Al₂O₃ = 1 decreases with increasing slag basicity expressed in terms of activity a(CaO) or 1/γ(MnO). Experimentally determined equilibrium constant K_Mn/Fe is equal to 2.7 for 1600°C. The number of exchanged electrons between Fe-O-Mn-Si electrode and the slag approaches the theoretical value.     

Contribution to the phase diagram CaF2–CaO–Al2O3

Critical review of the available data. Determination of the liquidus line of CaF₂-Al₂O₃ mixtures and of the CaO liquidus line in the CaF₂–CaO binary. Investigation of the heterogeneous equilibria in the CaF₂–CaO–Al₂O₃ ternary by using different techniques. Determination of the 1600°C liquidus isotherms of CaO, CaO · 2Al₂O₃, CaO · 6Al₂O₃, Al₂O₃ and of the miscibility gap.     

Fundamental thermodynamic aspects of the CaO–Al2O3–SiO2 system

The most important metallurgical effects of ladle treatment of aluminium-killed steels with calcium, are associated with the modification of alumina inclusion. For the development of the deoxidation-control model for inclusions, the thermodynamic slag model, based on the Gibbs energy minimization and modelling approaches postulated from J. Hastie et al., was used to calculate component oxide activities in the system CaO–Al₂O₃ and part of systems 3CaO · Al₂O₃ – SiO₂, 12 CaO · 7Al₂O₃ – SiO₂ and CaO · Al₂O₃ – SiO₂ at 1600°C.