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.     

Das Zustandsschaubild FeOn—MnOn—CaO—P2O5 an Luft bei 1600 und 1630°C

Schmelzversuche an Luft mit Sättigung an Trikalziumphosphat, Tetrakalziumphosphat und Kalk. Beschreibung der Dreistoffsysteme FeO_n–CaO–P₂O₅, MnO_n–CaO–P₂O₅, FeO_n–MnO_n–P₂O₅ und FeO_n–MnO_n–CaO bei 1600 °C mit zugehörigen Versuchsergebnissen. Einfluß des Sauerstoffpartialdrucks auf die Lage der Phasengrenzen im System FeO–Fe₂O₃–CaO–P₂O₅. Darstellung der Ergebnisse im Vierstoffsystem FeO_n–MnO_n–CaO–P₂O₅ für 1600 und 1630 °C. Oxydationsgrad des Eisens und Mangans.     

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.     

Untersuchung zur Gleichgewichtseinstellung der festen Phasen im System CaO–2CaO · SiO2–3CaO · P2O5

Bedeutung der Kenntnis der Phasenbeziehungen im Bereich CaO–2CaO · SiO_2–3CaO · P₂O₅ des Systems CaO–P₂O₅–SiO₂ für die Weiterverarbeitung von Eisenhüttenschlacken. Untersuchung des Einflusses des 3 CaO · P₂O₅ auf die Beständigkeit von 3 CaO · SiO₂ mit Hochtemperatur-Röntgenaufnahmen. Angabe der Phasengleichgewichte im System CaO–2 CaO · SiO_2–3 CaO · P₂O₅ für den festen Zustand unterhalb 1450 °C. Erklärung der Primärausscheidung von Silikophosphaten aus technischen Schlackenschmelzen.     

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.     

Untersuchungen über den Einfluß der Kieselsäure und des Oxydationsgrades auf die Phasengrenzen,besonders der Mischungslücke,im System CaO–P2O5–FeO–Fe2O3–SiO2 bei 1600 °C

Beschreibung der Versuchseinrichtung und Versuchsdurchführung. Versuchsergebnisse im Schlackensystem, CaO–P₂O₅–FeO–Fe₂O₃ und in Konzentrationsschnitten bei 5, 10 und 15% SiO₂. Einfluß des Sauerstoffpartialdruckes auf die Phasengleichgewichte. Makroskopische und mikroskopische Untersuchung der erstarrten Schlacken. Beschreibung des Verlaufes der Mischungslücke und der Silikophosphatsättigungsfläche.     

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.     

Untersuchungen im Schlackensystem Fe–CaO–FeOn–P2O5–SiO2 bei 1600°C

Erläuterungen zur Versuchsdurchführung. Zusammensetzungen der entmischten silikophosphatgesättigten Schlacken auf der phosphorsäure- sowie auf der kalkreichen Seite. Darstellung der Silikophosphatsättigungslinien im Rand-system CaO–P₂O₅–SiO₂ und der Begrenzungslinien der Silikophosphatsättigungsfläche im Vierstoffsystem. Untersuchung der einphasigen silikophosphatgesättigten Schlacken.     

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 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 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.     

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 Ausscheidung von Eisenoxidapatit aus Kalkphosphatschmelzen mit niedrigen Kieselsäuregehalten

Angaben über die Verwendung phosphatischer Stahlwerksschlacken als Düngemittel sowie über die Bewertung nach zitronensäurelöslicher Phosphorsäure. Aussagen über lösliche Calciumphosphate und schwerlöslichen Eisenoxidapatit im System Fe–FeO_n–CaO–P₂O₅–SiO₂ bei 1400 °C. Erörterung der überproportionalen Ausfällung von Kieselsäure aus der oxidischen Restschmelze bei der Kristallisation von Silicophosphaten.     

Untersuchungen im Dreistoffsystem Eisen (II)-oxid–Chrom(III)-oxid–Tonerde

Schrifttumsübersicht über die beteiligten Randsysteme. Klärung der Frage, welche Fassung des Zustandsschaubildes Eisen(II)-oxid–Tonerde zutreffend ist, mit Hilfe von Schmelzen im Tonerdetiegel. Ermittlung des Schmelzpunktes des Hercynits. Sättigungsisothermen eisen(II)-oxidreicher Schlacken an Hercynit. Untersuchung des quasibinären Schnittes Hercynit–Chromit mit Röntgenfeinstruktur- und Mikrosondenmessungen. Entwurf des Zustandsschaubildes FeO–Cr₂O₃–Al₂O₃.     

Sättigungszustände und Entmischung in kalkreichen,flüssigen Schlacken der Stahlerzeugung bei 1600°C

Verlauf der Sättigungsflächen für Kalkmischkristalle, Kalksilicate und -phosphate sowie der Mischungslücke im Gleichgewicht mit flüssigem Eisen im Quasivierstoffsystem CaO'–FeO'_ges. –P₂O₅'–SiO₂'.     

Mathematische Beschreibung der MgO-Sättigung in komplexen Stahlwerksschlacken beim Gleichgewicht mit flüssigem Eisen

Zur Verminderung des Feuerfestverschleißes wird bei der Stahlerzeugung der MgO-Träger Dolomitkalk als Schlackenbildner eingesetzt. Dies erfordert genaue Kenntnisse der in Abhängigkeit von der Schlackenzusammensetzung und der Temperatur löslichen MgO-Gehalte, um metallurgisch wirksame, gut flüssige Schlacken zu gewährleisten. Die MgO-Sättigungsgehalte in Stahlwerksschlacken wurden bei niedrigen, durch das Gleichgewicht mit flüssigem Eisen festgelegten Sauerstoffpartialdrücken experimentell bereits durch eine große Anzahl von Sättigungsschmelzen untersucht, bedurften jedoch einer einheitlichen und auch komplexe Schlacken umfassenden Beschreibung. Alternativ zu schwer lesbaren graphischen Darstellungen wird daher eine numerische Beschreibungsform entwickelt, welche zunächst die MgO-Gehalte auf der Magnesiowüstit-Sättigungsfläche im reinen Vierstoffsystem MgO—FeO_n—CaO—SiO₂ bei 1600°C mit Hilfe eines Gleichungssystems in Abhängigkeit von der Schlackenzusammensetzung erfaßt. Die Gültigkeit der Beziehungen wird sodann auf Mehrstoffsysteme mit mehr als vier Komponenten erweitert, indem Gehalte an MnO, P₂O₅ und Al₂O₃ entsprechend ihrer spezifischen Wirkung auf die MgO-Löslichkeit entweder als verdünnend eliminiert (MnO) oder in äquivalente SiO₂-Gehalte umgewertet werden (P₂O₅, Al₂O₃). Auf diese Weise wird das reale, komplexe Mehrstoff-Schlackensystem in ein bezüglich der MgO-Sättigungsgehalte äquivalentes Quasi-Vierstoffsystem MgO^*—FeO_n^*—CaO^*—SiO₂^* überführt. Der Temperatureinfluß kann durch einen auf 1600°C bezogenen Korrekturfaktor berücksichtigt werden. Die vorgestellten Gleichungen ermöglichen es, die in technischen Schlacken löslichen MgO-Gehalte in einem weiten Konzentrations- und Temperaturbereich zu berechnen.     

Ergebnisse aus Untersuchungen mit dem Stabeintauchverfahren über die Verschlackung basischer feuerfester Stoffe bei 1450 und 1600 °C

Verschlackungsuntersuchungen im Laboratorium an Dolomit-, Dolomit-Magnesit-Misch- und Magnesitsteinen bei 1450 und 1600 °C mit einem Stabeintauchverfahren in einem Eisen- oder Platintiegel. Einsatz von synthetischen Schlakken auf der Grundlage der Systeme CaO–FeO_n oder Fe₂O₃–MnO–MgO. Abhängigkeit der Verschlackung von den kennzeichnenden Steineigenschaften (Sorte des verwendeten Sinters, Brenntemperatur, Kornaufbau und Porosität des Steines, Magnesiumoxidgehalt). Möglichkeiten zur Verschlackungsprüfung in einem Schnellverfahren.     

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.     

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.     

Reduktionsgleichgewichte im System Fe–F2O3–CaO oberhalb 1050 °C

Umfangreiche Schrifttumsauswertung der Reduktionsgleichgewichte von Kalkferriten im System Eisen-Hämatit-Calciumoxid und Darstellung der Ergebnisse in Ig (pCO₂/PCO)-1/T-Diagrammen. Unter Verwendung neuester Daten über die Schmelzgleichgewichte des Systems Fe–Fe₂O₃–CaO Extrapolation auf die Reduktionsgleichgewichte des flüssigen Zustandes.