Untersuchungen über die Schmelzgleichgewichte in der Eisenecke des Dreistoffsystems Eisen–Chrom–Nickel

Versuchsbeschreibung zur Bestimmung von Schmelzgleichgewichten mittels thermischer Analyse und der Methode des isothermen Haltens. Untersuchung des Zweistoffsystems Eisen–Nickel bis zu einem Molenbruch x_Ni = 0,20 und des Zweistoffsystems Eisen–Chrom bis zu einem Molenbruch x_Cr = 0,35. Darstellung der Schmelzgleichgewichte und Entwurf der Liquidus- und Solidusfläche für den eisenreichen Teil des Zustandsdiagramms Eisen–Chrom–Nickel nach eigenen Versuchsergebnissen. Vergleich mit den Angaben des Schrifttums.     

Das Hochofenschlackensystem Al2O3–CaO–MgO–SiO2 bei 1600, 1500 und 1400 °C

Beschreibung von Sättigungsflächen im System Al₂O₃–CaO–MgO–SiO₂ durch isotherme Schnitte im Konzentrationsbereich der Hochofenschlacken für 1600, 1500 und 1400 °C. Räumliche Tetraederdarstellungen und quantitative Grundrißprojektionen nach Überprüfung und Neufestlegung der Grenzflächen des homogenen Schlackenraumes durch Sättigungsschmelzen. Vollständige Darstellung des Grundsystems Al₂O₃–CaO–SiO₂ für 1600, 1500 und 1400 °C. Beispiel für die Anwendung der quantitativen Grundrißprojektion zur Einschätzung der Heterogenität von flüssigen Hochofenschlacken.     

Über den Einfluß von Wärme- und Stoffübergang bei heterogenen Reaktionen zwischen Gasen und dichten Festkörpern

Allgemeine Betrachtung über heterogene Reaktionen zwischen Gasen und Feststoffen und Erörterung der maßgebenden Gleichungen für den Abbau von festen Ausgangsstoffen: Darstellung der Bedeutung von Stoffübergang, Porendiffusion, chemischer Kinetik, Wärmeübergang und Wärmeleitung für den Reaktionsablauf. Definition einer neuen Beziehung für die Reaktionsgeschwindigkeit für geringe Gleichgewichtsabweichungen in der Gasphase zur Beschreibung des Einflusses der einzelnen Teilschritte. Als Beispiel Darstellung des Einflusses von Wärme- und Stoffübergang auf den Reaktionsablauf.     

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.     

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.     

Die Bestimmung der thermodynamischen Eigenschaften des Systems PbO–SiO2 mit Hilfe von EMK-Messungen

EMK-Messungen mit der Kette Pb | PbO–SiO₂||ZrO₂(CaO)||Pt, O₂ zur Ermittlung der Aktivitäten der Komponenten des Systems Blei(II)-oxid–Kieselsäure im Temperaturbereich von 750 °C bis 1000 °C. Darstellung der integralen Mischungsenthalpie und der Mischungsentropie sowie der integralen freien Mischungsenthalpie des binären Systems für 1000 °C. Vergleich der Ergebnisse mit den Angaben anderer Verfasser. Bedeutung der Untersuchung für allgemeine Schlußfolgerungen über metallurgisch wichtige Silikatschlacken.     

Der Eisenoxydapatit im Zustandsschaubild Fe–FeOn–CaO–P2O5

Schmelzversuche in Kalziumphosphattiegeln im Bereich von 1300 bis 1550 °C zur Einstellung der Sättigungen an 3 CaO · P₂O₅, 4 CaO · P₂O₅ und Eisenoxydapatit. Ermittlung des Beständigkeitsbereiches des Eisenoxydapatites. Festlegung wesentlicher Punkte der Mischungslücke. Mikroskopische Untersuchung der Schlackengefüge erstarrter Schmelzen. Elektronenstrahl-Mikroanalyse zur Festlegung des Mischkristallbereiches sowie zur Aufstellung einer Bruttoformel für den Eisenoxydapatit.     

Konzentrationsabhängigkeit von Lösungswärmen und Lösungsentropien in metallischen Legierungen

Beschreibung der gemessenen Konzentrationsabhängigkeit isothermischer Gaslöslichkeiten durch Potenzreihen. Darstellung der Konzentrationsabhängigkeit des Wirkungskoeffizienten f³₂ sowie der Temperaturabhängigkeit des Wirkungsparameters ?³₂ im Mischlösungsmittel 1—3. Angabe von Gleichungen für die Wasserstofflöslichkeit in binären Nickel-Eisen-, Nickel-Kobalt-, Nickel-Kupfer- und Nickel-Chrom-Legierungen in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Konzentration. Verlauf von Lösungswärmen und Lösungsentropien von Wasserstoff in den angegebenen festen und flüssigen Legierungen.     

Die Sauerstoffaktivität im System Eisen–Sauerstoff und ihre Beeinflussung durch Zusatzelemente bei Temperaturen der Stahlherstellung

Angaben aus dem Schrifttum zur Wirkung von Nickelzusätzen auf die Sauerstoffaktivität in flüssigem Eisen. Aktivitätsuntersuchungen mit Wasserdampf/Wasserstoff- und Kohlendioxyd/Kohlenmonoxyd-Gemischen. Bestimmung des Wirkungsparameters e^Ni_O und des Aktivitätskoeffizienten. Ermittlung der Gleichgewichtskonstanten für die Lösung von Sauerstoff in flüssigem Eisen und Nickel aus den verschiedenen Gasgemischen.     

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.     

Schlackenführung des SDS-Verfahrens im dolomitisch zugestellten LD-Konverter

Der Einfluß der Temperatur und der Systemkomponenten auf die Sättigungsphasen der Schlacke beim Einsatz von Dolomit wird aufgezeigt. Da eine Darstellung der SDS-Schlacke über die gesamte Blasezeit in einem System nicht möglich ist, werden die Anfangsschlacken mit Temperaturen unter 1600°C und die Endschlacken bei 1600°C getrennt beschrieben. Für beide Temperaturbereiche liegen die Schlacken in Sättigungsgebieten. Mit der Elektronenstrahlmikrosonde sind die Schlackenphasen während des Blasablaufes mineralogisch untersucht worden. Neben Merwinit und Monticellit-Kirschsteinit konnten Dicalciumferrit und Dicalciumsilikat in den Anfangs- und Magnesiowüstit, Dicalciumsilikat und Dicalciumferrit in den Endschlacken erkannt werden. Es wurde der Schlackenweg während des Blasens in den Dreistoffsystemen CaO′-SiO′₂-FeO′ und CaO′-SiO′₂-MgO′ entlang den Sättigungsflächen verschiedener Phasenräume bei der jeweiligen Temperatur dargestellt. Die Arbeitsweise mit verbleibender flüssiger Schlacke der Vorschmelze und einer veränderten Temperaturführung im ersten Drittel des Blasprozesses durch späteres Setzen von Kalk und Schrott ermöglicht die schnelle Auflösung des vor Blasbeginn zugegebenen Dolomits und damit den gleichzeitigen Bestand von MgO- und CaO-gesättigten Phasen während der ganzen Blasezeit. Der Wechsel des MgO zwischen den verschiedenen Phasen wird durch die Basizität, die Temperatur und den Eisengehalt der Schlacke bestimmt. Eine Behinderung der Kalk- und Dolomitauflösung durch Silikathüllen kann nicht beobachtet werden.     

Zur Kenntnis des Vierstoffsystems Eisen–Chrom–Molybdän–Kohlenstoff

Keine quaternäre Phase. Verflüssigungstemperaturen. Gleichgewichtsschaubild für die Temperatur 700 °C. Dreiphasenräume; Vierphasenräume. Schnitte gleichbleibenden Kohlenstoffgehalts. Vierstofflegierungen bis zu 30 Atom-% C und Σ Mo + Cr bis 45 Atom-%. Belege vorwiegend aus Legierungsgruppen mit 4, 7,5, 15 und 25 Atom-% C. Schnitt für 1 Atom-% berechnet aus dem Legierungsgehalt des Ferrits und den bei hohem Kohlenstoffgehalt beobachteten Phasen. Aufnahme von Cr in Fe₃Mo₃C.     

Durchmischung in einem Kaskaden-reaktor im Hinblick auf die Entkohlung von Fe–C-Schmelzen

Der Strömungsverlauf innerhalb des Reaktorbades muß in Längsrichtung eine geringe Rückvermischung mit einheitlichen Aufenthaltszeiten des Reaktorgutes aufweisen. In den Reaktorquerrichtungen soll eine möglichst hohe Durchmischung für einen intensiven Stofftransport an den Reaktionsort sorgen. Das Ziel gleichmäßiger Verweilzeiten in axialer Richtung wird recht gut durch den Reaktortyp ?Kaskade“ erreicht, in dem der Strömungsverlauf aufgrund der baulichen Form bereits vorgeprägt ist. Zur Sicherung eines Kohlenstofftransportes in der vertikalen zweiten Dimension stellen sich eine kleine Badhöhe und ein großer Badvolumenstrom heraus. Die hierbei günstige Durchmischung innerhalb der einzelnen Kaskadenstufen verschlechtert nicht die Rückvermischungsbedingungen in der Gesamtkaskade, sofern eine genügend hohe Stufenzahl von etwa n = 8 gewählt wird. Die Blasbedingungen haben zwar einen entscheidenden Einfluß auf den Ablauf des Stoffumsatzes, sind für die rein mechanische Durchmischung innerhalb des Reaktorbades aber nur von untergeordneter Bedeutung.     

Einfluß von Alkalien auf die Reaktionsgeschwindigkeit von Hüttenkoks in CO2-CO-N2-Gemischen

Messungen zum Einfluß von äußerlich aufgebrachten Alkalien auf die Reaktionsgeschwindigkeit von Kammerkoks und Formkoks bei geschwindigkeitsbestimmender chemischer Reaktion. Imprägnierung des Kokses mit KOH-Lösungen unterschiedlicher Konzentration. Erörterung der Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur, Zusammensetzung der CO₂-CO-N₂-Gemische und von der Alkalikonzentration. Darstellung von Ergebnissen für Hochofengasgemische.     

Dauerschwingverhalten von Baustählen und Rißausbreitung unter Zug-Druck-Wechselbeanspruchung mit gleichbleibenden und veränderlichen Spannungsausschlägen

Zug-Druck-Dauerversuche mit gleichbleibenden und veränderlichen Spannungsausschlägen an gekerbten Flachproben (α_k = 2,7) der Baustähle St 37-3 und St 52-3. Erfassung der Versuchseinzelwerte in einem erweiterten Wöhler-Schaubild durch Darstellung von Wöhler-Linie, Schadenslinie und Grenzlinie der Verformungsspuren für einstufige Beanspruchung sowie der Lebensdauerlinie des Betriebsfestigkeitsversuches, Aufzeichnung der Rißausbreitung während der einstufigen und mehrstufigen Schwingversuche mit Hilfe einer optischen Registriereinrichtung. Abhängigkeit der Rißausbreitung von der Lastspielzahl und den Spannungsausschlägen.     

Mathematische Modelle für verfahrenstechnische Hochtemperaturprozesse,erläutert am Beispiel des Glasschmelzofens

Betrachtungen über die Begriffe ?Mathematisches Modell” und ?Hochtemperaturverfahrenstechnik”. Bildung von Kenndaten, Studium von Einzelvorgängen sowie physikalische Modelle als Vorstufe der mathematischen Modelle, die die gesamte Anlage umfassen. Aufbau und Wirkungsweise einer Glasschmelzwanne. Wärmebilanz- und Wärmeaustauschgleichung für den Einschmelzbereich und für den Blankschmelz- und Läuterbereich als Grundlagen des mathematischen Modells. Voraussetzungen für dieses Modell. Darstellung der Anwendbarkeit des Modells am Beispiel der Überprüfung des Zusammenhanges zwischen Wärmeverbrauch und Schmelzleistung und der Überprüfung der Gleichmäßigkeit der Wärmezufuhr einer Glasschmelzwanne bei Steigerung der Leistung. Überprüfung des Einflusses elektrischer Zusatzheizung auf die Schmelzleistung. Hinweis auf die Bedeutung, die einer analytischen Erfassung der Glasströmung in Hinsicht auf die Anwendbarkeit und Genauigkeit des Modells zukommt. Berücksichtigung der Glasqualität und die Schlierigkeit des Glases. Rechnerische Berücksichtigung des Auszieheffektes sowie der Diffusion.     

Ergebnisse aus Untersuchungen zur Korrosionskinetik feuerfester Stoffe mit Hilfe der rotierenden Scheibe

Theoretische Grundlagen zum Stoffübergang von der für die Untersuchung der Korrosionskinetik feuerfester Stoffe eingesetzten rotierenden Scheibe in ein flüssiges Medium bei freier und erzwungener Konvektion. Ermittlung der Auflösung von dichtem Magnesiumoxid bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten in Schlacken des Systems CaO–FeO_n–SiO₂–MgO bei 1400 °C. Ableitung allgemeiner Gesetzmäßigkeiten aus den Versuchsergebnissen. Einfluß der Schlackenzusammensetzung auf den Verschleiß. Vergleich des Auflösungsverhaltens von dichten Magnesiumoxidscheiben mit dem von Proben aus betrieblich eingesetzten Magnesitsteinen. Erörterung des Prüfverfahrens und Darstellung seiner Vor- und Nachteile. Betriebliche Verwendbarkeit der mit ihm ermittelten Ergebnisse.     

Bruchmechanische Überprüfung der Integrität des Primärkühlmittel-Eintrittsstutzens eines Druckwasser-Reaktordruckbehälters unter Zugrundelegung eines Kühlmittelverlust-Störfalles

Sicherheitstechnische Beurteilung eines Primärkühlmittel-Eintrittsstutzens mit Oberflächenrissen bei Eintritt eines Kühlmittelverlust-Störfalles. Voraussagen über kritische Rißgrößen während der Einspeisung von Kühlwasser. Bruchmechanische Berechnung unter Zugrundelegung des wahren Spannungsprofils sowie eines kontinuierlichen Umfangsrisses. Berücksichtigung der Bruchzähigkeit K_1c des Werkstoffes entsprechend dem Temperaturgradienten über die Wanddicke. Ermittlung von K_l-Faktoren mit Hilfe eines Computerprogrammes für verschiedene Stutzenquerschnitte in Abhängigkeit von der Rißtiefe und mit den für bestimmte Zeitintervalle erhaltenen Spannungsprofilen. Vergleich des Verlaufs der K-Faktoren mit dem Verlauf der Bruchzähigkeit.     

Verdampfungsvorgänge beim Umschmelzen von Stahl im Vakuumlichtbogenofen

Untersuchung der Verdampfungsgeschwindigkeit von Mangan und Stickstoff aus Stahlschmelzen. Darstellung mit Hilfe des Verdampfungsgrades “Konzentration vor dem Umschmelzen durch Konzentration nach dem Umschmelzen”. Einfluβ der Temperatur und des Aktivitätskoeffizienten auf den Verdampfungsgrad. Ableiten einer Beziehung zwischen dem Verdampfungsgrad und anderen Einfluβgröβen des Vakuumlichtbogenschmelzens unter Annahme einer Reaktion 1. Ordnung für den Verdampfungsvorgang. Vergleich des so ermittelten Verdampfungskoeffizienten mit Schrifttumsangaben. Anwendung auf weitere verdampfende Begleitelemente des Stahls.     

Gemeinsamer Einfluß yon Mangan- und Magnesiumoxid auf die Schlackengleichgewichte im System Fe–CaO–FeOn–SiO2 bei 1600 °C

Ebene Darstellung eines Vielstoffsystems durch mehrfache Parallelprojektion. Schlackengleichgewichte im System Fe–CaO–FeO_n–SiO₂–MnO_n–MgO bei 1600 °C. Mikroskopische Untersuchung der Schlackenphase. Theoretische Entwicklung von Sättigungslinien für ausgewählte konstante Gehalte von Einzelstoffen. Erörterung der Ergebnisse im Hinblick auf ?LD?- und Siemens-Martin-Schlacken.