Vergleichende Anwendung der optischen Basizität und anderer Ansätze auf die Entphosphorung mit Frischschlacken als Funktion der Schlackenzusammensetzung und der Temperatur

Möglichkeiten zur Beschreibung der Entphosphorung werden diskutiert. Die theoretische optische Basizität wird auf die Entphosphorung von Eisenschmelzen mit komplexen, kalkgesättigten Frischschlacken angewandt. Die optische Basizität vermag die Phosphorverteilung zwischen Metall und (P₂O₅)-armen Schlacken über einen weiten Bereich verschiedener Schlackenzusammensetzungen zu beschreiben. An der Kalksättigung ist jedoch der Zusammenhang zwischen der optischen Basizität und der Kennzahl der Entphosphorung nicht zufriedenstellend.     

Einfluß der Fe2O3-Gehalte in Frischschlacken auf die MgO-Löslichkeit bei verschiedenen Sauerstoffpartialdrücken des Schlacke-Gas-Gleichgewichtes

Untersuchungen an isothermen Sättigungsschmelzen komplexer Stahlwerksschlacken bei 1600°C sollten Aussagen zum Verschleißangriff von Frischschlacken auf MgO-haltiges Feuerfestmaterial ermöglichen. Dabei wurde besonders der Einfluß von erhöhten Sauerstoffpartialdrücken des Gas-Schlacke-Gleichgewichtes (ρ_o2 von 10° bis 10^?8 bar) berücksichtigt, die über eine Zunahme der 3wertigen Eisenanteile in der Schlacke wirksam werden. Durch Sättigungsschmelzen sind experimentell die bisher nur unzulänglich erforschten MgO-Sättigungsgehalte in Schlacken bei höheren, durch Ar/O₂- bzw. CO/CO₂-Gasgemische festgelegten Sauerstoffdrücken untersucht worden. Die MgO-Löslichkeit steigt im reinen System FeO—Fe₂O₃—MgO zunächst, ausgehend von einem Grundwert, den die Schlackenzusammensetzung beim Gleichgewicht mit flüssigem Eisen vorgibt, mit steigenden Fe₂O₃-Gehalten, solange ein Magnesiowüstit-Mischkristall die sättigende Phase darstellt. Bei Sauerstoffdrücken ab etwa 10^?3 bar aufwärts findet entlang der dann herrschenden Magnesioferrit(MF)-Sättigung ein Abfall im MgO-Sättigungsgehalt statt, der aber zum Gleichgewicht mit reinem Sauerstoff hin (ρ_O2 = 1 bar) wieder leicht ansteigt. Der Magnesioferrit-Sättigungsbereich wird bei Anwesenheit weiterer Oxide, wie SiO₂ und CaO, zurückgedrängt und konnte bereits im System FeO—Fe₂O₃—MgO—CaO—SiO₂ nicht mehr eindeutig nachgewiesen werden. Die erhöhten Löslichkeiten für MgO in stark aufoxidierten Schlacken müssen bei der Beurteilung des Schlackenangriffs auf das Feuerfestmaterial zusätzlich zu den Sättigungsgehalten beim Gleichgewicht mit einer Eisenschmelze in Rechnung gestellt werden.     

Untersuchungen zum System Kalk–Eisen–Sauerstoff

Ermittlung des Liquidusbereiches der Kalksättigung im System Fe–O–CaO im Temperaturbereich 1150 bis 2050 °C durch Versuchsschmelzen mit Kalk-Eisenoxid-Schlacken in einem aus reinem Calciumcarbonat isostatisch gepreßten und bei 1650 °C gesinterten Kalktiegel. Aussagen zum Einfluß des Sauerstoffpartialdrucks auf die Phasengleichgewichte und auf das Lösungsvermögen der Schlacken für Kalk. Mikroskopische Gefügeuntersuchung der abgeschreckten Schlacken zur Abgrenzung der Kalksättigung gegenüber der Dicalciumferritsättigung. Erörterung des Einflusses der Temperatur auf die Schwefelverteilung zwischen Schlacke und Bad.     

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.     

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.     

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.     

Die Gleichgewichte zwischen mangan-, aluminium- und sauerstoffhaltigen Eisenschmelzen und ihren Schlacken im Mangan(II)-oxydtiegel bei 1530 bis 1700 °C

Die Sättigung der Schlacken des Dreistoffsystems FeO–MnO–Al₂O₃ an FeO-MnO-Mischkristallen bei 1530, 1600 und 1700 °C. Die Gleichgewichte dieser Schlacken mit den Mangan- und Sauerstoffgehalten ihrer Metallschmelzen. Der Einfluß von Aluminiumoxyd und Kieselsäure auf die Aktivitäten des FeO und MnO sowie den K_Mn-Wert. Der Einfluß des Mangans auf die Sauerstoffaktivität.     

Aktivität des Eiseni(ll)-oxids in Schlacken

Elektrochemische Aktivitätsbestimmung des Eisen(ll)-oxids in den Systemen FeO–SiO₂, FeO–MnO–SiO₂ und FeO–CaO–SiO₂ im Temperaturbereich von 1250 bis 1350 °C durch Messung der Sauerstoffaktivität einer mit der flüssigen Schlacke im Gleichgewicht stehenden Silberschmelze mit Hilfe eines ZrO₂(CaO)-Festelektrolyten. Ermittlung der freien Standardenthalpie der Reaktion Fe(γ) + 1/2 O₂ (g) = FeO (I). Erörterung über das Oxydationsvermögen von Schlacken sowie über die Möglichkeiten zur Berechnung der Basizität von Schlacken.     

Die Gleichgewichte zwischen mangan-, silizium- und sauerstoffhaltigen Eisenschmelzen und ihren Schlacken im Mangan(II)-oxydtiegel bei 1530 bis 1700 °C

Allgemeine Grundlagen der Metall-Schlacken-Gleichgewichte. Die Sättigung an FeO-MnO-Mischkristallen für 1530, 1600 und 1700 °C im Dreistoffsystem FeO–MnO–SiO₂. Die Gleichgewichte dieser Schlacken mit den Mangan-, Silizium- und Sauerstoffgehalten ihrer Metallschmelzen. Schliffbilder von untersuchten Schlacken und Oxydausscheidungen.     

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.     

Zustandsschaubilder und Reduktionsgleichgewichte des Dreistoffsystems Fe-Fe2O3-CaO zwischen 550 und 1070 °C

Darstellung und Erörterung isothermer Zustandsschaubilder des Feststoffsystems Fe–Fe₂O₃–CaO bei elf charakteristischen Temperaturen. Angabe der CO₂/CO- und H₂O/H₂-Verhältnisse sowie der Sauerstoffdrücke der zugehörigen Gasphase. Entwurf von Zusammensetzung-Temperatur-Schaubildern bei der Reduktion von Fe₂O₃-CaO-Mischungen sowie des Zustandsschaubildes ?FeO?–CaO bei Eisensättigung und der Sättigungsflächen des kalkhaltigen Wüstits.     

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.     

Gleichgewichte der gemeinsamen Verschlackung von Mangan und Phosphor beim Frischen von phosphorreichem Roheisen

Lage der kalk- und C₄P-gesättigten Schlacken im System FeO_n-CaO-P₂O₅-MnO. Manganverschlackung unter kalkgesättigten Phosphatschlacken. Phosphorverschlackung unter kalkgesättigten Phosphatschlacken. Gemeinsame Verschlackung von Mangan und Phosphor unter kalkgesättigten Phosphatschlacken.     

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 Gleichgewichte zwischen mangan-, schwefel- und sauerstoff-haltigen Eisenschmelzen und ihren Schlacken im Mangan(II)-oxydtiegel bei 1530 bis 1800°C

Verfahren zur gleichzeitigen chemischen Bestimmung von FeO, FeS, MnO und MnS in den Schlacken. Die Sättigung an FeO-MnO-Mischkristallen für 1530, 1600, 1700 und 1800°C im Vierstoffsystem FeO–MnO–MnS–FeS. Die Gleichgewichte dieser Schlacken mit den Mangan-, Schwefel- und Sauerstoffgehalten ihrer Metallschmelzen. Mikroaufnahmen von untersuchten Schlacken und Ausscheidungen in der Metallphase.     

Verhalten des Sauerstoffs beim Elektro-Schlacke-Umschmelzen

Einflußvon Stahl- und Schlackenzusammensetzung im System Calciumfluorid-Kalk-Tonerde-Kieselsäure[-Eisen(II)-oxid] [CaF₂–CaO–Al₂O₃–SiO₂(–FeO)] auf die Sauerstoffgehalte in elektro-schlacke-umgeschmolzenen Stählen. Aussagen über die Entmischungstendenz des Eisen(II)-oxids in calciumfluoridhaltigen Schlacken unter den Bedingungen des Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahrens. Folgerungen über die geschwindigkeitsbestimmenden Reaktionsteilschritte bei der Sauerstoffaufnahme durch Stahl und Schlacke während des Umschmelzens.     

Auflösungsverhalten von Dolomit in Stahlwerksschlacken sowie Grenzen der Löslichkeit und Folgen für den Feuerfestverschleiß

Das Auflösungsverhalten von gebranntem Dolomit wurde durch Schmelzversuche ermittelt, bei denen stahlwerksähnliche Schlakken mit einem Dolomittiegel reagierten. Die Auflösung des Tiegelmaterials in der Schlacke wurde dabei sowohl unter dem Aspekt des Schlackenbildners Dolomit als auch aus der Sicht MgO-haltigen Feuerfestmaterials ausgewertet. Es konnte verfolgt werden, wie die beiden unverbunden nebeneinander vorliegenden Hauptkomponenten des Dolomitkalks, CaO und MgO, entsprechend ihren jeweils treibenden Kräften, den Abständen zur Sättigung, unterschiedlich schnell in Lösung gehen. Trotz bevorzugter Auflösung des CaO erreicht das MgO wegen eines geringeren Abstandes zur Sättigung eher die Löslichkeitsgrenze, unterstützt durch den Effekt, daß bereits gelöstes CaO die MgO-Sättigungsgehalte erniedrigt, während umgekehrt MgO die CaO-Löslichkeit zunächst durch Zurückdrängen der Dicalciumsilikat-Ausscheidung (?C₂S-Nase”) deutlich, dann an der eigentlichen Kalksättigung noch leicht erhöht. Die Auflösung kommt durch eine rasche Sättigung an MgO zwar nicht völlig zum Stillstand, wird aber stark verlangsamt, so daß die metallurgisch wichtige Kalksättigung bei alleinigem Einsatz von Dolomitkalk als Schlackenbildner nicht erreicht werden kann. Darüberhinaus wird die Schlacke infolge der Übersättigung an MgO heterogen und viskos. Die Auflösung von magnesitischem Feuerfestmaterial konnte simuliert werden, indem nur das Verhalten der MgO-Komponente des Dolomits zu Beginn des Versuchs betrachtet wurde. Die verschleißmindernde Wirkung von MgO-Vorgaben zur angreifenden Schlacke wurde nachgewiesen. Ferner konnten durch Annahme einer diffusionsgesteuerten Auflösung in der ersten Phase des Versuchs Stoffübergangskoeffizienten des CaO und des MgO gewonnen werden.     

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.     

Darstellung komplexer Betriebsschlacken des LD-Verfahrens im Quasidreistoffsystem

Aus der Darstellung der Schlackenzusammensetzungen im Quasidreistoffsystem ist die Lage der Schlacken zur Kalksättigungslinie deutlich zu erkennen. Die Sublanzenschlacken lassen den Schlackenweg während der letzten Blasminuten erkennen, durch Bodenspülung und Nachspülen wird eine geringe Annäherung an die Kalksättigungslinie erreicht. Aus der Lage der Schlacken im Quasidreistoffsystem läßt sich der Einfluß der Temperatur auf den Verlauf der Kalksättigung entlang unterschiedlicher T-X-Schnitte bestimmen.