Aufstickung von Schlacken des Systems CaO–SiO2–A12O3

Laboratoriumsuntersuchungen zur Aufstickgeschwindigkeit von flüssigen Schlacken des Systems CaO–SiO₂–Al₂O₃ in Abwesenheit und in Gegenwart von Kohlenstoff. Einflüsse von Schlackenzusammensetzung, Temperatur und Stickstoffdruck. Erörterung des Aufstickmechanismus. Deutung der Ergebnisse an Hand der Schlackenstrukturen.     

Die Phosphorgehalte im Eisen unter Schlacken des Systems CaO–FeOn–P2O5–SiO2 bei 1600°C

Phosphorgehalte im flüssigen Eisen bei entmischten silikophosphatgesättigten Schlacken. Schaubild für die Phosphorgehalte des Eisenbades im System Fe–CaO–FeO_n–P₂O₅–SiO₂. Einfluβ der Kieselsäure auf das Gleichgewicht der Entphosphorung. Metallurgische Betrachtungen über die Phosphorgehalte im Eisen unter phosphatischen Stahlwerksschlacken.     

Die Gleichgewichte zwischen Eisenschmelzen und Schlacken des Systems FeOn–CaO–P2O5–MgO bei 1600 °C

Entwurf des Schlackensystems FeO_n–CaO–P₂O₅–MgO für 1600 °C aus vorliegenden Schrifttumsangaben. Beschreibung des eigenen Untersuchungsverfahrens zur genaueren Bestimmung des Vierstoffsystems. Versuchsergebnisse zur Bestimmung der Sättigungsflächen des Trikalziumphosphates, des Tetrakalziumphosphates und des Kalkes. Gleichgewichtsphosphorgehalte im Eisenbad unter den Schlacken des untersuchten Vierstoffsystems. Folgerungen für die technische Stahlherstellung.     

Gleichgewichte zwischen flüssigem Eisen und gesättigten Schlacken des Systems CaO–FeO–MnO–SiO2 bei 1600 °C unter Berücksichtigung der Schwefelverteilung

Tiegelversuche im Tammannofen bei 1600 °C zur Ermittlung der Schlackengleichgewichte. Zusammensetzung und Aufbau der Versuchsschlacken bei Sättigung an Dikalziumsilikat, Trikalziumsilikat und Kalkmischkristallen. Zusammensetzung der Kalkmischkristalle. Darstellung des Systems CaO–FeO–MnO–SiO₂ bei 1600 °C. Sauerstoffgehalt des flüssigen Eisens. Verteilung des Mangans und des Schwefels zwischen Schlacke und Eisen. Schlußfolgerungen zum Einfluß von Manganoxyd im System CaO–FeO–SiO₂.     

On the Formation of Vanadium Ferrites in CaO–SiO2–FeO–V2O5 Slags

Selective extraction of valuable elements (such as V, Cr, Mn, etc.) and their compounds from metallurgical slag is in a focus of many researchers. Although vanadium may be present in slag as oxides and/or complex spinels with Fe, Mn, etc. during an alloyed steel production, the majority of vanadium in metallurgical slags typically exists as V₂O₅, which comprises up to 3–5 wt% of the slag in some cases. Due to the vanadium toxicity, these slags are forbidden in many civil engineering applications. As a result, hundreds of thousand tonnes of V₂O₅‐bearing slags are landfilled every year. In the present work, the formation of vanadium ferrites (FeV₂O₄ and Fe₂VO₄) in synthesized CaO–SiO₂–FeO–V₂O₅ slags containing 5 wt% V₂O₅ was examined under different partial pressures of oxygen. For the current slag chemistry range, an XRD analysis confirmed the presence of vanadium ferrite in slag samples treated at 1773 K in an argon atmosphere (PO₂ = 10^?1–10^?2 Pa) while no solid was noted in samples treated in air. Results were discussed based on thermodynamic consistency.     

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.     

Gleichgewichte zwischen flüssigem Eisen und gesättigten Schlacken des Systems CaO–FeOn–SiO2 unter Berücksichtigung der Schwefelverteilung

Art und Herstellung der Tiegel. Versuchsdurchführung. Zusammensetzung der Endschlacken bei Sättigung an Kalk, Trikalziumsilikat und Dikalziumsilikat. Gehalte an Sauerstoff im flüssigen Eisen. Verteilung des Schwefels zwischen Schlacke und Eisen. Thermodynamische Auswertungen. Folgerungen.     

Thermodynamic Activities of “FeO” in some Binary “FeO”‐Containing Slags

In the present investigation, experimental measurements of the thermodynamic activities of iron oxide in the Al₂O₃‐“FeO”, CaO‐“FeO” and “FeO”‐SiO₂ systems were performed in the temperature range 1823‐1873 K by using gas equilibration technique. The molten slag, kept in a Pt‐crucible was brought to equilibrium with a gas mixture of known oxygen partial pressure. A part of the Fe from the “FeO” was reduced during the equilibration and got dissolved in the Pt phase. The samples were quenched after the required equilibration time and the slag phase as well as the platinum crucible was subjected to chemical analysis. The activities of “FeO” in the slag were calculated from the experimental data using thermodynamic information on the Fe‐Pt binary metallic system generated and assessed earlier. The experimental results are compared with earlier thermodynamic studies of the slag systems. Reassessment with the KTH slag model is performed and the results are compared with other thermodynamic models, viz. F*A*C*T? and Thermo‐Calc? respectively. The experimental activities predicted by the KTH slag model are in good agreement with the experimental data available in the literature. A general agreement between the various models is also observed.     

Dissolution of Lime in Synthetic ‘FeO’‐SiO2 and CaO‐‘FeO’‐SiO2 Slags

Dissolution of different CaO samples into molten synthetic ‘FeO’‐SiO₂ and ‘FeO’‐SiO₂‐CaO slags was carried out in a closed tube furnace at 1873 K. The slag was kept stagnant. It was found that the dissolution rate was very fast when CaO rod was dipped into ‘FeO’‐SiO₂ slag. In the case of ‘FeO’‐SiO₂‐CaO slag, the dissolution of CaO rod in the stagnant slag was retarded after the initial period (2 minutes). Only less than 16 percent CaO reacted with the slag, irrespective of the type of lime. Three phase‐regions were identified in the reacted part of the lime rod by SEM‐EDS analysis. The formation of these regions was explained thermodynamically. A dense layer of 2CaO · SiO₂ was found to be responsible for the total stop of the dissolution. It could be concluded that constant removal of the 2CaO · SiO₂ layer would be of essence to obtain a high dissolution rate of lime. In this connection, it was found necessary to study the dissolution of lime in moving slag to reach a reliable conclusion regarding the relevance of the reactivity obtained by water ATSM test to the real reactivity of lime in high temperature slag.     

Das Zustandsschaubild des Systems CaO–FeOn–P2O5–SiO2 bei 1600 °C

Beschreibung eines schematischen Entwurfes für das Zustandsschaubild CaO–FeO_n–P₂O₅–SiO₂. Veränderungen im System CaO–FeO_n–P₂O₅ durch Zusatz von Kieselsäure und im System CaO–FeO_n–SiO₂ durch Zusatz von Phosphorsäure. Ausbildung einer Silikophosphatbarriere. Bedeutung des vorgelegten Entwurfes für phosphatische und silikatische Stahlwerksschlacken.     

Über die Basizität flüssiger Schlacken der Systeme CaO–SiO2 und CaO–Al2O3

EMK-Messungen mit einer Diffusionszelle an flüssigen Schlacken der Systeme CaO–Al₂O₃ und CaO–SiO₂ bei 1600°C. EMK und Sulfidkapazität zeigen lineare Abhängigkeit. EMK-Werte können als relatives Basizitätsmaß gewertet werden.     

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.     

Manganese Distribution between FeO‐MnO‐SiO2–CaO–MgO‐Al2O3 Slags and Molten Iron

Pretreatment of high manganese hot metal is suggested to produce hot metal suitable for further processing to steel in conventional LD converter and rich manganese slags satisfy the requirements for the production of silicomanganese alloys. Manganese distribution between slag and iron represents the efficiency of manganese oxidation from hot metal. The present study has been done to investigate the effect of temperature, slag basicity and composition of oxidizer mixture on the distribution coefficient of manganese between slag and iron. Ferrous oxide activity was determined in molten synthetic slag mixtures of FeO‐MnO‐SiO₂–CaO–MgO‐Al₂O₃. The investigated slags had chemical compositions similar to either oxidizer mixture or slags expected to result from the treatment of high manganese hot metal. The technique used to measure the ferrous oxide activity in the investigated slag systems was the well established one of gas‐slag‐metal equilibration in which molten slags contained in armco iron crucibles are exposed to a flowing gas mixture with a known oxygen potential until equilibrium has been attained. After equilibration, the final chemical analysis of the slags gave compositions having a particular ferrous oxide activity corresponding to the oxygen potential of the gas mixture. The determined values of ferrous oxide activity were used to calculate the equilibrium distribution of manganese between slag and iron. Higher manganese distribution between slag and iron was found to be obtained by using oxidizer containing high active iron oxide under acidic slag and relatively low temperature of about 1350°C.     

Physikalisch-chemische Untersuchungsmethode zur Erforschung des Systems „Metall–Schlacke–Gas“ unter erhöhtem Gasdruck

Bericht über Anwendung der Schwebeschmelzmethode zur Untersuchung von Metall-Schlacke-Gas-Gleichgewichten unter erhöhtem Druck. Angaben über Versuchsergebnisse zur Stickstofflöslichkeit, zur Lösungsenthalpie und zur freien Reaktionsenthalpie des Stickstoffs bei Drücken bis 26 bar im Gleichgewicht mit legierten Schmelzen der bulgarischen Stahlsorte X 50 CrWMoVSiN 33 bei 1600 bis 1800°C sowie zur Schwefelverteilung zwischen Schmelze und einer Schlacke mit rd. 65% CaF₂, 30% Al₂O₃ und 4% CaO. Erörterung der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die Verhältnisse einer Druck-ESU-Anlage.     

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.