Abgrenzung der Anwendungsbereiche verschiedener Versagenskonzepte anhand von Übergangstemperaturen

Das Bruchverhalten rißbehafteter Bauteile aus ferritischen Stählen läßt sich qualitativ mit den Übergangstemperaturen T_gy, T_i und T_a beschreiben, deren Definition angegeben wird; ferner werden wichtige Einflußgrößen genannt. In den letzten Jahren wurden, überwiegend auf der Basis der Bruchmechanik, verschiedene Konzepte entwickelt, um aufgrund von Laborversuchen an kleinen Proben quantitative Aussagen über die ertragbare Spannung bzw. zulässige Fehlergröße bei rißbehafteten Großproben und Bauteilen zu machen. In vorliegender Arbeit wurde ein Schema entwickelt, das anhand der obigen Übergangstemperaturen die Gültigkeitsgrenzen dieser Konzepte anzugeben versucht; es gilt für überwiegend zugbeanspruchte Bauteile aus Baustählen mit einer Streckgrenze bis etwa 1000 MPa. Dabei wurden folgende Konzepte berücksichtigt und kurz diskutiert: Linear-elastische Bruchmechanik mit dem K_Ic-Konzept und die elastisch-plastische Bruchmechanik mit den darauf basierenden Konzepten der Instabilitätsvorhersage nach Shih und Kumar, Two-Criteria-Approach (oder Fracture Analysis Diagram), Burdekin-Dawes-Design-Curve und J-Design-Curve, Versagens-Analyse-Diagramm (VAD) der MPA Stuttgart; ferner das Konzept der plastischen Grenzlast und das Konzept nach Soete.     

Das Verformungsverhalten mittengekerbter Großzugproben

Aufgrund der Geometrie und der überwiegenden Zugbeanspruchung weisen die mittengekerbten Großzugproben ein Verformungsverhalten auf, das sich von dem anderer fehlerbehafteter Proben deutlich unterscheidet. Der eingebrachte Fehlerführt dazu, daß die plastischen Verformungen in V-förmigen Bereichen ablaufen. Probenbreite, Fehlerlänge und die Form der Spannungs-Dehnungskurve haben keinen Einfluß auf die Form und die bevorzugte Ausbreitungsrichtung der plastischen Zonen. Die Abhängigkeit der gemessenen Spannungen und Dehnungen der Großproben von der Probenbreite kann anhand von begleitenden FE-Rechnungen durch das Verformungsverhalten erklärt werden. Die FE-Rechnungen ergaben auch, daß das Gesamtverhalten der Großproben unter der Annahme des ebenen Spannungszustands beschrieben werden kann, an der Fehlerspitze jedoch ein dreiachsiger Spannungszustand vorliegt.     

Anwendung bruchmechanischer Methoden auf Zugproben mit Mittenriß

Um die Übertragbarkeit von bruchmechanischen Kennwerten zu überprüfen, wurden zur Ergänzung früherer Untersuchungen mit Kompaktproben (CT-Proben) nunmehr Versuche mit Zugproben mit Mittenriß durchgeführt. Die Proben hatten eine Breite von 50 bzw. 100 mm und eine Dicke von 12,5 bzw. 25 mm und waren aus einem mittelfesten Baustahl St 52-3 und einem hochfesten Vergütungsstahl 30 CrNiMo 8 gefertigt. Um verschiedene Konzepte der Bruchmechanik erfassen zu können, erfolgten die Versuche in einem weiten Temperaturbereich von ? 196°C bis Raumtemperatur. Bei der Temperatur des flüssigen Stickstoffs von ? 196°C trat instabile Rißausbreitung ein, und die linear elastische Bruchmechanik mit dem Werkstoffkennwert K_Ic erwies sich als das geeignete Werkzeug zur Beschreibung der Ergebnisse. Bei höheren Temperaturen (oberhalb von etwa ? 60°C), bei denen die Rißausbreitung stabil erfolgte und mit großer plastischer Verformung verbunden war, wurden Rißwiderstandskurven bestimmt, und zwar vorzugsweise JR-Δa-Kurven. Die auf dem J-Integral beruhende Methode von Shih und Kumar konnte erfolgreich zur Berechnung der Höchstlasten der Zugproben mit Mittenriß aus den Rißwiderstandskurven von Kompaktproben eingesetzt werden. Mit der Methode der plastischen Grenzlast wurden die gemessenen Höchstlasten vielfach stark unterschätzt.     

Untersuchungen des Zeitstandverhaltens von Schweißverbindungen der Werkstoffe X 20 CrMoV 12 1 und GS-17 CrMoV 5 11

Untersucht wird das Zeitstandverhalten gleichartiger Schweißverbindungen des Werkstoffs X 20 CrMoV 12 1 sowie ungleichartiger Verbindungen zwischen diesem und dem Werkstoff GS-17 CrMoV 5 11. Bei quer entnommenen Kleinproben zeigt sich ein Abfall der Zeitstandfestigkeit gegenüber dem Grundwerkstoff. Große Querproben aus einer ungleichartigen Verbindung weisen eine höhere Zeitstandfestigkeit auf als entsprechende Kleinproben. Zur Klärung der in den Schweißverbindungen auftretenden Spannungs- und Dehnungsumlagerungen wurden inelastische Finite-Elemente-(FE-)Berechnungen durchgeführt. Dabei wurde das Zeitdehnverhalten von Grundwerkstoffen, Schweißgut und thermisch simulierten Gefügen der Wärmeeinflußzone berücksichtigt. Die Anwendung spannungsbezogener Kriterien zur Bestimmung der Anrißdauer der Proben auf die FE-Ergebnisse läßt eine Voraussage des Versagensorts sowie eine sichere Abschätzung der Versagenszeit zu.     

Der Einfluß von kurzzeitigen Übertemperaturen auf das Zeitstandverhalten von Stahl X 22 Cr MoV 121

Der Einfluß langzeitigen Anlassens auf das Gefüge, die Härte und die Zeitstandeigenschaften von X 22 CrMoV 12 1 wird dargestellt. Thermisch bedingte Gefügeänderungen führen zu einem Härteabfall und können die Beanspruchungsdauer bis zum Bruch gegenüber dem Ausgangszustand bis 70 % vermindern. Die normierte Darstellung der Versuchsdaten ergibt ein Hilfsmittel zur Abschätzung der allein durch Zeit und Temperatur bedingten Lebensdauerverminderung.     

Das dynamische Kennlinienfeld des schützengesteuerten Asynchron-Schleifringläufermotors

Einfluß des schützengesteuerten Asynchron-Schleifringläufermotors auf die Momentenverläufe in den Triebwerken von Hüttenkranen. Beschreibung eines Motorprüfstandes zur Ermittlung der Luftspaltmoment-Zeit-Funktionen während instationärer Betriebsphasen. Übertragungsfunktion zwischen dem in der Motorwelle gemessenen und dem im Luftspalt herrschenden Drehmoment. Gegenüberstellung des bekannten stationären Drehmoment-Drehzahl-Kennlinienfeldes und eines aus Prüfstandmessungen hergeleiteten Feldes dynamischer Steuerkurven. Folgerungen für die Abschätzung der motorseitig abgegebenen Drehmomentenhöchstwerte. Hinweise auf die zur beanspruchungsgerechten Dimensionierung von Triebwerksbauteilen notwendige Schwingungsbetrachtung der auszulegenden Systeme.     

Ermittlung der zum Überlaufen von Sauerstoffaufblaskonvertern führenden Aufblasgeschwindigkeiten sowie der Größe fluider Partikeln in Gasströmen

Analogien zwischen dem Schäumen im Sauerstoffaufblaskonverter und dem Verhalten von Wirbelschichten. Quantitative Untersuchung der Höhe der Schaumschlacke. Aufstellung eines Nomogramms zur Ermittlung der Schaumschlackenhöhe bei Vorgabe der Sauerstoffaufblasgeschwindigkeit oder umgekehrt. Angabe von Maßnahmen zur Verminderung der Gefahr des Überlaufens. Abschätzung der Partikelabmessungen unter Berücksichtigung von Gasströmen als Zerkleinerungsmittel. Erörterung des Einflusses des entweichenden Kohlenmonoxids auf die Größe der fluiden Tropfen in der Schaumschlacke. Aussagen über bei Blasbeginn durch den Sauerstoffstrahl erzeugte Partikeln, deren Größe mit denen des braunen Rauches vergleichbar ist. Die Erzeugung der ?richtigen? Größe der Fluidpartikeln in der Schaumschlacke als Optimierungsproblem.     

Erweiterte elementare Elasto- und Plastostatik der Werkstofftechnik

Aufstellung einer gegenüber den bisherigen Auffassungen erweiterten elementaren Elasto- und Plastostatik ebener Formänderungsvorgänge. Zusammenfassung bisheriger Untersuchungen in einem übergeordneten elementaren Modell. Das erweiterte elementare Modell mit elastischer Verformung des Werkzeugs und des Werkstücks, Verfestigungseinfluß in den Ortsfunktionen der Differentialgleichung in den plastischen Zonen, Abschätzung der Schubverzerrungen, Korrektur der Fließbedingung, proportionale und größtmögliche Reibung. Grundsätzliches zur Bahnreibung. Berechnung von Kraft- und Leistungsbedarf. Darstellung von Pressungsverteilungen, zum Beispiel mit zwei Maxima.     

Mathematisches Modell zur dynamischen Abdichtung beim Eingießen und gleichzeitigem Erstarren von Stahl in einer mitlaufenden Kokille

In dem vorliegenden Forschungsbericht wurde der Frage nachgegangen, unter welchen Voraussetzungen ein dynamisches Abdichten des Spaltes zwischen einer waagerecht liegenden Düse und beweglichen Kokillenwänden gegenüber eindringendem Metall in einer Gießanlage mit mitlaufender Kokille möglich ist. Dazu wurde ein mathematisches Modell entwickelt, welches das thermische und hydrodynamische Gleichgewicht zwischen in den Spalt einströmendem flüssigem Metall und abströmendem Erstarrten beschreibt. Es wird deutlich, daß immer flüssiges Metall in den Spalt einströmt. Wie weit dieses jedoch einfließt, hängt für Stahl hauptsächlich von den Parametern Gießgeschwindigkeit und Wärmedurchgangswiderstand zwischen dem Erstarrten und der Kokillenoberfläche ab. Wird insbesondere eine gute Wärmeabfuhr an die Kokillenwände erzielt, so kann die Eindringtiefe dieselbe Größenordnung wie die Spalthöhe annehmen. Darüber hinaus wurde abgeschätzt, unter welchen Voraussetzungen Schwingungen der Eindringtiefe durch Oberflächenspannungseinfluß auftreten können. Diese mit dem Oberflächenspannungseinfluß berechneten Eindringtiefen sind jedoch kleiner als diejenigen, die mit Hilfe des mathematischen Modells ermittelt wurden. Dieses liefert folglich Werte, die man als ?nach oben hin abgeschätzt” bezeichnen kann. Mit Hilfe des vorgestellten mathematischen Modells läßt sich zeigen, daß die dynamische Abdichtung eines Spaltes zwischen Düse und sich bewegender Kokillenwand möglich ist. Dabei weisen die Ergebnisse Größenordnungen auf, die technisch zu realisieren sind.     

Das Verformungsverhalten im Zugversuch des Stahles Ck45 bei tiefen Temperaturen

An glatten und verschieden gekerbten Proben aus Ck45 wurden im Temperaturbereich 100 K ≦ T ≦ 295 K Zugversuche mit konstanter Querhauptgeschwindigkeit durchgeführt, wobei in Abhängigkeit von den Zugkräften sowohl die Probenverlängerungen als auch die Kerbgrunddehnungen bestimmt wurden. Während die aus Nennspannungs, Probenverlängerungs-Diagrammen ermittelten Werkstoffwiderstandsgrößen keine Aussagen zum Deformationsverhalten des Kerbgrundes zulassen, können anhand der Nennspannungs, Kerbgrunddehnungs-Diagramme die temperatur- und formzahlabhängigen Kerbstreckgrenzen beurteilt werden. Unter Berücksichtigung des im Kerbgrund vorliegenden zweiachsigen Spannungszustandes beschreibt bei den gewählten Versuchstemperaturen die Gestaltänderungsenergiehypothese die Abhängigkeit der Kerbstreckgrenze von der Formzahl qualitativ richtig. Die auftretenden Unterschiede zwischen rechnerischer Abschätzung und Experiment werden erörtert. Durch Verformungsmessungen und durch rasterelektronenmikroskopische Bruchflächenuntersuchungen wird nachgewiesen, daß auch den bei Temperaturen von 100 K auftretenden makroskopisch spröden Brüchen der Kerbstäbe merkliche plastische Verformungen vorausgehen. Die Kerbzugfestigkeit nimmt in Abhängigkeit von der Formzahl bei allen Temperaturen zunächst mit der Formzahl zu und fällt nach Erreichen eines Maximalwertes wieder ab.     

Der Einfluß des Kerbradius auf die Kollaps- und die Initiierungsgrenztemperatur schweißbarer Baustähle

Kollapsgrenztemperatur T_gy, Initiierungsgrenztemperatur T_i. Einfluß des Kerbradius bei verschiedenen Probengrößen, werkstoffmechanische Zusammenhänge. Einfluß des plastischen Spannungskonzentrationsfaktors, der Spaltbruchfestigkeit und der Streckgrenze auf T_gy. Abschätzung des Einflusses des Kerbradius und der Probengröße auf den plastischen Spannungskonzentrationsfaktor mit Hilfe der Fließlinientheorie und der Spannungen entsprechend dem HRR-Feld. Bedeutung der Ergebnisse für die Sicherheitsanalyse. T_i als Grenztemperatur für die Anwendung elastisch-plastischer Bruchmechanik hinsichtlich Initiierung und Wachstum stabiler Anrisse. Ermittlung von T_i mit gekerbten Proben, insbesondere bei Schweißverbindungen. Einfluß des Kerbradius auf Initiierungskennwerte.     

Einfluß von überlagerter Badströmung,Stofftransport und Badgeometrie auf eine Gasdispersion

Das früher entwickelte digitale Simulationsmodell zur Beschreibung der Vorgänge, die durch das Einleiten von Gas in eine Stahlschmelze initiiert werden, wird benutzt, um den Einfluß einer überlagerten Flüssigkeitsströmung, des Stoffaustauschs, der Badgeometrie und unterschiedlicher Gasdurchsätze auf Bildungsfrequenz, Zahl und Oberfläche der Blasen, den relativen Gasgehalt und die Auswaschwirkung zu untersuchen. Mit steigender Badgeschwindigkeit entstehen mehr und kleinere Blasen, eine strömende Flüssigkeit sorgt also selbst für eine feinere Dispergierung des eingeblasenen Gases. Dieser Dispergiereffekt verstärkt sich bei Stoffaustausch, obwohl grundsätzlich der Stoffübergang in die Blase hinein sie vergrößert. Die Verweilzeit der Blasen im Bad sinkt wegen der Verkürzung der Blasen-ablösezeiten und wegen des schnelleren Durcheilens des Bades infolge des Gleichstroms. Unter den vorgegebenen Bedingungen vermag die bessere Gasdispergierung nicht, die Nachteile aus kleinerer Blasenoberfläche und kürzerer Verweilzeit im Bad zu kompensieren, wenn man den Erfolg ausschließlich am Auswascheffekt mißt. Dieser Effekt sinkt mit steigender Badgeschwindigkeit. Dieses Ergebnis bleibt auch dann bestehen, wenn man die unterschiedlichen Verweilzeiten berücksichtigt. Bäder mit hohem Schlankheitsgrad sind meistens günstig. Stoffaustausch kann Abhängigkeiten von der Badgeschwindigkeit umkehren, beispielsweise beim relativen Gasgehalt. Die Ergiebigkeit des Stoffaustauschs spielt eine wichtige Rolle, beispielsweise vergrößern höhere Badkohlenstoffgehalte die spezifische Phasengrenzfläche und den relativen Gasgehalt im Bad. Das Simulationsmodell läßt Aussagen zu, die im Experiment nur schwer zu gewinnen sind; beispielsweise erlaubt es nicht nur ?Momentaufnahmen” von der Gesamtzahl aller Blasen und der spezifischen Phasengrenzfläche im Bad, sondern auch von der Blasenzahl und Grenzfläche, die man aus der Einheitsmenge des eingeblasenen Gases erhalten kann. Man erhält somit Hinweise für die Auslegung und Betriebskosten der Aggregate. Bei der Prüfung des Auswascheffektes kann man die Betrachtung der Möglichkeiten des Gases von den am Bad erzielten Effekten trennen, die Optima des Gasausnutzung (in bezug auf das Auswaschen) fallen nicht mit den Optima der Badraffination zusammen.     

Möglichkeiten zur Beeinflussung von Umwandlungstemperaturen am Beispiel zweier hochlegierter Warmarbeitsstähle

Mit Hilfe einer dilatometrischen Meßeinrichtung erfolgte zunächst für die zwei vergleichend gegenübergestellten Stähle × 30 WCrV 9 3 und × 30 WCrV 5 3 die Bestimmung von Zeit-Temperatur-Austenitisierungs-Schaubildern mit dem Parameter der Martensitbildungstemperatur. Hierbei ist festzustellen, daß bei gleichen Aufheizgeschwindigkeiten und Austenitisierungstem-peraturen die martensitische Umwandlung bei dem höher wolframhaltigen Stahl früher eintritt als bei dem Vergleichswerkstoff. Hieraus ist abzuleiten, daß der erhöhte Wolframgehalt die Umwandlungsträgheit des Austenit abbaut. Ferner wurde der Frage nachgegangen, in welcher Weise Phasenveränderungen auftreten, wenn Formänderungen im Phasengebiet des unterkühlten Austenit mit langen Phasenanlaufzeiten der Perlitbildung vorgenommen werden. Für beide Stähle gilt gleichermaßen, daß umforminduzierte Spannungen das Phasenfeld des Perlit zu kürzeren Zeiten verschieben, wobei jedoch die bekannten Zusammenhänge der Keimbildung und des Keimwachstums erhalten bleiben. Aufgrund der um 100°C höher gewählten Austenitisierungstemperatur und der hiermit einhergehenden Karbidauflösung tritt eine Austenitstabilisierung ein, die bei dem Stahl × 30 WCrV 9 3 durch den Wolframgehalt nicht wieder rückgängig gemacht werden kann. Insofern stellt sich dieser Stahl im Vergleich zum Stahl × 30WCrV 5 3 als Umwandlungsträger dar. Schließen sich dem Umformvorgang eine isotherme Haltephase mit einer teilperlitischen Phasenumwandlung und ein folgender Abkühlvorgang an, ist ein zeitabhängiger Anstieg der Martensit- (Bainit-) Bildungstemperatur zu beobachten. Formänderungen selbst senken durch den von ihnen erzeugten Eigenspannungszustand diese Umwandlungstemperatur.     

Beitrag zur Bestimmung des Gehaltes an säurelöslichem Aluminium mittels optischer Emissionsspektrometrie mit Funkenanregung

Es wäre aus Sicht der Stahlwerker wünschenswert, den Massenanteil an säurelöslichem Aluminium in Stahl schneller zu bestimmen, als es bislang nach dem naßchemischen Verfahren möglich ist. Verschiedene Hersteller von optischen Emissionsspektrometern bieten Methoden, die es erlauben sollen, diesen säurelöslichen Aluminiumanteil in den Zwischen- und Fertigproben der Stahlproduktion funkenspektrometrisch zu bestimmen. Eine dieser Methoden, die Peak-Integrationsmethode, die von verschiedenen Spektrometerherstellern angeboten wird, wurde auf die Einsetzbarkeit bei Referenzmaterialien und den im Stahlwerk anfallenden Proben getestet. Die Peak-Integrationsmethode liefert brauchbare Ergebnisse, wenn die Stahlproben hinsichtlich der Aluminium- und Aluminiumoxidverteilung homogen sind. Größere Aluminiumoxidausscheidungen dürfen nicht vorliegen. Gerade die betrieblichen Zwischenproben, bei denen der Einsatz dieses Verfahrens besonders interessant wäre, erfüllen diese Voraussetzung nicht. Die Bestimmung des säurelöslichen Anteils des Aluminiums im Stahl an betrieblichen Zwischenproben mit dieser Methode ist deshalb nicht mit der erforderlichen Genauigkeit möglich.     

Zur Aufbereitung von brennbaren Flüssigkeiten durch Gaszerstäubung

Bestimmung des Brenneraustrittsimpulsstromes für Gaszerstäuberbrenner. Zur zweckmäßigen Wahl des Widerstandsbeiwertes für Tropfen in Abhängigkeit von der Reynolds-Zahl. Angabe eines Verfahrens zur theoretischen Abschätzung der Übertragungsgröße für die kinetische Energie zwischen den Phasen Gas und Tropfen. Folgerung für die Auslegung von Düsen zur Heizölzerstäubung.     

Untersuchung der Abhängigkeiten des Ablösevolumens einzelner Gasblasen mit einem Simulationsmodell

Mit einem früher¹) entwickelten, mathematischen Modell zur Simulierung der Vorgänge bei der Entstehung, Ablösung und Bewegung einzelner Blasen, die an Düsen gebildet werden, werden Abhängigkeiten des Ablösevolumens von den Flüssigkeitseigenschaften sowie von konstruktiven und operativen Parametern untersucht. Die Ergebnisse des Simulationsmodells werden mit experimentellen Daten aus dem Schrifttum verglichen. Die Übereinstimmung ist überraschend gut. Als Vorteil des Simulationsmodells stellte sich unter anderem heraus, daß bei der Untersuchung des Einflusses der physikalischen Eigenschaften der flüssigen Phase wie Dichte, Viskosität und Grenzflächenspannung der Einfluß der Veränderung eines einzelnen Parameters unter Konstanthalten aller übrigen untersucht werden konnte, was in Experimenten mit realen Flüssigkeiten nicht möglich ist. Das Blasenablösevolumen steigt (grob gesprochen) mit zunehmender Grenzflächenspannung sowie abnehmender Dichte und ist unabhängig von der dynamischen Viskosität, solange diese unter etwa 100 mPas bleibt. Bei kleinen Laplace-Kostanten ist es unabhängig von der Laplace-Konstanten, erst bei höheren Werten dieser Konstante hängt das Ablösevolumen deutlich von ihr ab. Die Tendenz zur Annäherung an ein Grenzgesetz ist deutlich. Der Düsenquerschnitt hat bei kleinen Gasdurchsätzen großen Einfluß auf das Ablösevolumen, sein Einfluß sinkt mit zunehmendem Gasdurchsatz, bei hohem Gasangebot wächst das Ablösevolumen deutlich mit dem Gasdurchsatz, auch hier ist die Annäherung an ein Grenzgesetz unverkennbar. Kleine Ablösevolumina bedeuten durch die damit verbundene feine Dispergierung des Gases eine große Grenzflächenentfaltung. Maßnahmen zur Erzielung kleiner Ablösevolumina werden angegeben.     

Temperaturerhöhungen der Ziehholoberfläche beim Kaltziehen von Stabstahl mit großen Ziehgeschwindigkeiten

Einflußgrößen auf die Temperaturerhöhungen der reibenden Oberflächen von Stab und Ziehhol. Temperaturmessungen entlang der Wirkfuge mit Thermoelementen im Ziehwerkzeug. Meßeinrichtung und Abschätzung der Genauigkeit des gewählten Meßverfahrens. Ziehversuche mit Rundstäben aus den Stählen 16 MnCr 5 und X 12 CrMoS 17 bei Ziehgeschwindigkeiten bis 100 m/min. Einsatz von 23 unterschiedlichen Schmiermitteln. Einfluß von Ziehgeschwindigkeit, Werkzeuggeometrie, Versuchswerkstoff, Beschaffenheit der Staboberfläche vor dem Ziehen some der Schmiermitteleigenschaften auf die Temperaturverteilung entlang der Wirkfuge und die Temperaturerhöhungen am Ziehholaustritt.     

Die von dispergierten Gasblasen induzierte Leistung und Flüssigkeitsbewegung in einer Stahlschmelze

In dieser Arbeit wird das früher entwickelte, digitale Simulationsmodell so erweitert, daß neben den bereits früher berücksichtigten Parametern nun die Arbeit und Leistung quantitativ erfaßt werden können, die ein in eine Flüssigkeit dispergiertes Gas vollbringt. Außerdem werden mit aktuellen Energiebilanzen zwischen der dispergierten Phase und dem Dispersionsmittel bei gleicher Berücksichtigung der Stofftransportgänge induzierte Flüssigkeitsgeschwindigkeiten, Volumenströme in den unterschiedlichen Zonen des Bades, Zirkulationszeiten und die Mischzeiten in Abhängigkeit vom Volumenstrom des eingeblasenen Rührgases und/oder seiner Rührleistung ermittelt. Die Ergebnisse des Simulationsmodells wurden mit Schrifttumsdaten verglichen, die Übereinstimmung ist erstaunlich gut. Die von den im Bad dispergierten Blasen induzierte Leistung steigt mit dem Gesamt-Gasdurchsatz und der Badhöhe. Sie ist in einer spezifisch schwereren Flüssigkeit höher. Bei Stoffaustausch wird im Bad eine höhere Leistung produziert, diese Leistungssteigerung wird größer, wenn der auf die einzelne Düse entfallende Teilstrom vom gesamten Rührgasstrom sinkt. Daher sollte bei gleichbleibendem Gesamtgasdurchsatz der Durchsatz pro Düse kleiner werden; dies geschieht, indem man die Zahl der Düsen erhöht. Im gewählten Beispiel für die Untersuchung der Stofftransport-Wirkung ergibt sich, daß man bei ablaufendem Stoffaustausch mit nur rund 1/10 des Inertgasdurchsatzes die gleiche Leistung im Bad induzieren kann wie ohne Stoffaustausch. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeiten im Blasenkegel steigen mit dem Gasvolumenstrom und sind in einer spezifisch schwereren Flüssigkeit höher. Sobald ein Stoffaustausch möglich ist, weil beispielsweise zusätzlich Gase im Bad entstehen können, ist mit höheren Geschwindigkeiten im Blasenkegel zu rechnen. Für die gewählte Stahlzusammensetzung sind etwa dreifach höhere Geschwindigkeiten erzielbar, wenn die Mitwirkung der flüchtigen Badkomponenten berücksichtigt und Injektionsgas sehr feinverteilt (kleiner Gasdurchsatz pro Düse) eingeblasen wird. Die Mischzeiten werden kleiner, wenn der Gesamt-Gasdurchsatz steigt. Sie werden mit steigender Badhöhe deutlich kleiner, weil die größere Badhöhe mehr ?Rührleistungsgewinn? erlaubt, solange es im Bad zu keinen Mäanderbewegungen kommt. Die Mischzeiten fallen bei wachsender Leistung. Die massebezogenen Leistungen steigen und die Mischzeiten fallen dementsprechend, wenn die flüssige Phase schwerer wird, wenn der Gasdurchsatz pro Düse und/oder die Düsenzahl steigen (dann wächst der Gesamtgasdurchsatz), wenn die Badhöhe wächst und der Baddurchmesser kleiner wird und wenn Stoffaustausch stattfindet.     

Zur isothermen Reduktion von Eisenerzpellets mit Kohlenmonoxid,Wasserstoff und deren Gemischen

Die isotherme Reduktion von Eisenerzpellets mit Kohlenmonoxid, Wasserstoff und deren Gemischen bei Temperaturen zwischen 700 und 1000°C wird experimentell und theoretisch untersucht. Die Meßergebnisse folgen weitgehend einem Rechenmodell, das den topochemischen Verlauf einer oder mehrerer simultaner Reaktionen 1. Ordnung beschreibt und so eine detaillierte Analyse der experimentellen Befunde erlaubt. Die Reduktion mit reinem Wasserstoff ist um etwa eine Größenordnung schneller als die mit reinem Kohlenmonoxid. In Gemischen macht sich die beschleunigende Wirkung des Wasserstoffs besonders bei geringen Zusätzen bemerkbar. So sinkt die Reduktionsdauer auf weniger als die Hälfte, wenn dem Kohlenmonoxid 10% Wasserstoff zugesetzt werden. Die Reduktion durch Kohlenmonoxid ist bei der verwendeten Pelletgröße von 1,3 cm wesentlich diffusionsbestimmt, die durch Wasserstoff dagegen mehr reaktionsbestimmt. Der aus den Meßwerten ermittelte Porendiffusionskoeffizient wächst bei der Reduktion mit Kohlenmonoxid proportional zur fünften bis sechsten Potenz der Absoluttemperatur, was auf eine entsprechende Temperaturabhängigkeit der Porenstruktur schließen läßt. Demgegenüber zeigt jedoch der Porendiffusionskoeffizient bei der Reduktion mit Wasserstoff ein annähernd ideales Verhalten mit einem Temperaturexponenten um 1,5. Die ebenfalls aus den Meßwerten ermittelten Aktivierungsenergien und Häufigkeitsfaktoren der Phasengrenzreaktion liegen für die Reduktion mit Kohlenmonoxid bei 60 kJ/mol bzw. 1000 cm/s und für die Reduktion mit Wasserstoff bei 50 kJ/mol bzw. 700 cm/s. Einer engeren Eingrenzung der Werte steht hier jedoch ebenso wie bei den Porendiffusionskoeffizienten die relativ starke Streuung der aus den Messungen gewonnenen Punkte entgegen.     

Auswertung und Beurteilung des Größeneinflusses bei Dauerschwingversuchen mit ungekerbten Proben und Bauteilen

Einfluß der Probengröße auf die Dauerfestigkeit bei Biege-, Verdreh- und Zug-Druck-Wechselbeanspruchung. Höchstwert des rein geometrischen Größeneinflusses, Einfluß der Oberflächenverfestigung, der Oberflächenrauhigkeit und statistischer Werkstoffehler. Abschätzung der Dauerfestigkeit von Bauteilen