Entkohlung von Eisenschmelzen bei Sauerstoffangebot über Schlacken- und Gasphase

Übersichtsbericht über den derzeitigen Stand der Entkohlung als metallurgische Einzelreaktion. Erörterung über die Entkohlungsreaktion bei Sauerstoffangebot über die Schlackenphase und über die Gasphase. Kurze Hinweise auf die Entkohlung durch Vakuumfrischen.     

Die Entschwefelung über die Gasphase beim Frischen von Stahleisen durch Sauerstoffaufblasen

Untersuchung der Entschwefelung über die Gasphase beim ?LD?-Verfahren unter Zugabe von Stück- und Feinkalk durch direktes Messen der Schwefelgehalte in den Abgasen beim Frischen von Stahleisen mit Sauerstoff in einem 350-kg-Versuchskonverter und in einem 10-kg-Induktionsofen. Schwefelübergang in die Gasphase bei Versuchen mit und ohne Schlackenbildung. Thermodynamische und kinetische Betrachtungen zur Bildung von Schwefeldioxyd im Brennfleck. Angabe des geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes bei der Entschwefelung. Versuche an einem 35-t-?LD-Kaldo?-Konverter zur Deutung des Schlackeneinflusses auf die Gasentschwefelung bei zum Durchdringen der Schlackenschicht nicht ausreichendem Impuls des Blasstrahles.     

Untersuchungen über den Einfluβ einer elektrischen Anregung der Gasphase auf die Stickstofflöslichkeit in flüssigem Eisen bei 1600°C

Untersuchung der Änderung der Stickstofflöslichkeit in flüssigem Eisen durch elektrische Anregung der Gasphase bei 1600°C und Stickstoffdrücken von 5 bis 100 Torr. Einfluβ von elektrischer Leistung und Sauerstoffgehalt der Schmelze auf die Stickstoffendgehalte. Reaktionsschemen für die Stickstofflöslichkeit.     

Elektrolytische Desoxidation von Eisenschmelzen

Übersichtsbericht zur elektrolytischen Desoxidation von Eisenschmelzen mit Hilfe von Festelektrolytzellen aus dotiertem ZrO₂ oder ThO₂. Laborversuche zur elektrolytischen Desoxidation von Eisenschmelzen bei Gehalten an gelöstem Sauerstoff zwischen 0,050 und 0,00002%. Einfluß der Stromstärke, des Rührens der Schmelze, der Reoxidation der Schmelze über die Gasphase und die Auflösung feuerfester Oxide sowie der Elektronenteilleitfähigkeit der Festelektrolyte auf die Desoxidationsgeschwindigkeit und die erzielbaren Endsauerstoffgehalte der Eisenschmelzen.     

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.     

Entschwefelung von gerührtem und ungerührtem Roheisen mit kalkreicher Schlacke unter oxidierender Gasatmosphäre

Aus Betriebsergebnissen bei der Pfannenentschwefelung ist ein negativer Einfluß oxidierender Gasphasen bekannt. Daher war es das Ziel der eigenen Untersuchungen in einer geeigneten Apparatur die Wirkung oxidierender Bedingungen in der Gasphase sowohl auf den Verlauf des Schwefelabbaues in der Schlacke als auch des Schwefeltransportes aus dem Roheisen in die Schlacke zu untersuchen. Oxidierende Gasphasen erwirken bei der Pfannenentschwefelung an der Phasengrenze Schlacke/Gas eine Oxidation des Schwefels aus der Schlacke, ohne jedoch bei ruhender Schlackenschicht ein Oxidationspotential in der Schlacke aufzubauen, das bis zur Phasengrenze Roheisen/Schlacke durchgreift und dort die Entschwefelung des Roheisens durch die Siliciumgehalte stört. Sowohl die Entschwefelung des Roheisens als auch die Oxidation des Schwefels aus der Schlacke werden durch höhere Temperaturen und durch eine Rührwirkung gefördert. Der Schwefeltransport wird bei den ungerührten wie bei den gerührten Schmelzen durch Diffusionsvorgänge gesteuert und auch hier durch steigende Temperaturen und rührende Kräfte begünstigt.     

Theoretische und experimentelle Untersuchungen über die Gaszerstäubung von Heizöl

Strömungsformen bei Gas-Öl-Gemischen, Formulierung der Phasengeschwindigkeiten für Öl- und Gasphase. Untersuchungen über die Zerstäubung von Heizöl-S durch Koksgas und Luft. Bestimmung des Brennerimpulsstromes von Gas-Öl-Gemischen als Verknüpfungsgröße zwischen Feuerraum und Brennereingang. Darstellung der Ofenraumverhältnisse in Abhängigkeit vom Brennerimpulsstrom. Vergleich der beiden Zerstäubungsmittel Luft und Koksgas für Heizöl-S.     

Untersuchung des Verhaltens von Schwefel in kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen und der Wechselwirkung mit Kalk-Tonerde-Schlacke unter reduzierender Atmosphäre

Es wurde die Verteilung von Schwefel zwischen kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen und Schlacken des Systems CaO—Al²O³ bei Temperaturen bis 2000°C und ρ_co ≤ 1 bar untersucht. Es wird gezeigt, daß die Schwefelverteilung vom Partialdruck des Kohlenmonoxids und von der Temperatur abhängig ist. Für das System Eisen-Schwefel und ternäre Systeme mit Silicium und Mangan wurde die allgemeine Gesetzmäßigkeit für die Schwefelverdampfung in einem breiten Druckbereich von 10^?3 bis 10⁺³ mbar und bis 2000°C ermittelt. Es werden weiterhin unterschiedliche Mechanismen für die Entschwefelung diskutiert: Bei einem Druck von rd. 10^?3-10^?2 mbar ist die Diffusion durch die Diffusionsgrenzschicht in der Schmelze und bei 10^?1-10⁺³ mbar die Diffusion in der Gasgrenzschicht mit der chemischen Reaktion in der Gasphase geschwindigkeitsbestimmend. Im Druckbereich von 10^?2-10^?2 mbar existiert ein Zwischenbereich, in dem die Stoffübergangskoeffizienten in Schmelze und Gasphase gleiche Größenordnung besitzen.     

Übergang des Schwefels aus druckluftzerstäubten Heizölflammen auf Stahl

Einflußgrößen des Schwefelübergangs aus Ölflammen auf Stahl. Untersuchungen der Schwefelbewegung in einem Versuchsofen für die Übertragbarkeit auf großtechnische Anlagen, wie z. B. den Siemens-Martin-Ofen. Ermittlung der Schwefelkonzentration an verschiedenen Punkten der Flamme und in Stahlproben in Abhängigkeit der Flammenzerstäubung. Rechnerischer Nachweis des Schwefelübergangs aus Flamme und Gasphase in Zunder und Stahl. Metallographische Untersuchungen der Schwefelaufnahme in den Zunder und Stahl. Folgerungen aus den Ergebnissen für den großtechnischen Betrieb.     

Morphologie der Einschlüsse bei der Desoxidation mit Aluminium

Erörterung über die Gleichgewichte bei der Desoxidation von Eisenschmelzen mit Aluminium. Desoxidationsversuche mit konvektionsfreien Schmelzen und solchen mit starker Konvektion. Beurteilung der Oxidformen unter dem Lichtmikroskop und Rasterelektronenmikroskop. Darstellung der Abfolge der Wachstumsformen unter verschiedenen Konzentrationsbedingungen. Angaben zum Wachstum aus der Gasphase. Erörterung des Sauerstoffabbaus und der Wachstumsformen sowie von Analogien zu anderen Systemen.     

Calciumzirkonat als Festelektrolyt bei Temperaturen um 1600 °C

Messungen der elektrischen Leitfähigkeit von Calciumzirkonat bei Stoffmengengehalten an CaO zwischen 40 und 55%, Temperaturen zwischen 1200 und 1600 °C und Sauerstoffpartialdrücken der Gasphase zwischen 0,2 und 10^?16 atm. Ermittlung einer überwiegenden lonenleitfähigkeit in Calciumzirkonat mit ZrO₂- oder CaO-Überschuß durch EMK-Messungen an Sauerstoffkonzentrationszellen. Nachweis einer im Vergleich zu stabilisiertem Zirkonoxid erheblich geringeren Sauerstoffpermeabilität, die das Calciumzirkonat als Festelektrolyt in Zellen zur korrekturfreien Messung kleinster Sauerstoffaktivitäten in Metallschmelzen besonders geeignet erscheinen läßt.     

Reaktionsmechanismen und Abbrandgeschwindigkeit mit Luft angeströmter Kohlenstoffteilchen

Der Einfluß der beiden heterogenen Oberflächenreaktionen C+CO₂ → 2 CO und 2C+O₂ → 2 CO und der homogenen Reaktion in der Gasphase 2 CO + O₂ → 2 CO₂ auf den Kohlenstoffabbrand wurde anhand angeströmter plattenförmiger Teilchen untersucht. Bei hohen Temperaturen (Da_v > 30, Da_B > 15) stellt sich ein zweistufiger Reaktionsmechanismus ein, nämlich Boudouard-Reaktion an der Oberfläche und CO-Verbrennung in der Gasphase. Der Kohlenstoffabbrand ist dann doppelt so groß wie der Stoffübergang, was in der Molzahlerhöhung bei der Vergasung begründet ist. Die Abbrandgeschwindigkeit wird im wesentlichen durch die chemische Kinetik der beiden heterogenen Reaktionen bestimmt, während der Einfluß der chemischen Kinetik der Gasreaktion, der vom Verhältnis der heterogenen Reaktionsgeschwindigkeiten abhängt, vergleichsweise gering ist. Da die Bedeutung der Reaktion 2 C + O₂ → 2 CO während des Ausbrands einer Flamme aufgrund des O₂-Umsatzes abnimmt und die der Boudouard-Reaktion mit der CO₂-Produktion zunimmt, haben beide Reaktionen noch ungefähr gleichen Anteil am Umsatz, selbst wenn die Geschwindigkeit der Boudouard-Reaktion um den Faktor 100 kleiner ist. Für einige Fälle werden anhand von Grenzschichtverläufen für Konzentration und Temperatur die starke Kopplung beider Felder gezeigt. In Allen Fällen wurde von dichten Kohlenstoffteilchen ausgegangen, so daß der mögliche Einfluß der Porendiffusion vernachlässigt werden konnte.     

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.     

Einfluß des Schwefels auf die Reduktion der Kieselsäure aus Ca-Mg-Al-Silikaten bei Gegenwart von Eisenschmelzen im Graphittiegel

Bedeutung der Kieselsäurereduktion bei kleiner Schlackenmenge im Hochofen. Umlauf von Schwefel und Silizium im Hochofen über die Gasphase infolge des Auftretens gasförmiger Siliziumsulfide. Unterschied des Ablaufes der Reaktionen zwischen anfangs schwefelreichen und schwefelarmen Eisenschmelzen mit den gleichen CaO-SiO₂-Schlacken im Graphittiegel über Reaktionszeiten bis zu 6 h bei 1550 °C. Einfluß des zunehmenden Basengrades der CaO-SiO₂-Schlacken durch die Kieselsäurereduktion auf ihr Fließverhalten und die Vorgänge nach der Erstarrung. Wirkung von zugesetztem Kalziumsulfid auf die Reduktion der Kieselsäure aus CaO-SiO₂-, CaO-Al₂O₃(10%)-SiO₂-und CaO-MgO(10%)-Al₂O₃(10%)-SiO₂-Schlacken verschiedenen Basengrades. Vorteil kleiner Eisenmengen bei solchen Versuchen.     

Kinetik der Entkohlung von α- und γ-Eisen in H2O-H2-Gemischen und der Aufkohlung in CO-H2-Gemischen

Widerstandsmessungen des zeitlichen Ablaufs der Entkohlung von Eisen in H₂O-H₂-Gemischen bei Temperaturen zwischen 600 und 1000 °C und der Aufkohlung in CO-H₂-Gemischen. Geschwindigkeitsgesetz, Temperaturabhängigkeit und Mechanismus der Reaktion {CO} + {H₂} ? [C] + {H₂O}. Einflüsse von Diffusion und Transport in der Gasphase auf die Entkohlung in H₂O-H₂-Gemischen.     

Entkohlungsreaktionen mit unruhigem Blasverhalten beim Aufblasen von Sauerstoff auf Fe-C-Schmelzen

Reaktionen in der Gasphase und an der Badoberfläche. Filmaufnahmen von pulsierenden Vorgängen. Entkohlungsreaktionen nach Art von Siedeverzügen. Ruhiges und unruhiges Blasverhalten. Abgas- und Brennflecktemperaturen. Kleinkonverter- und Induktionsofenversuche.     

Einfluß der Phasengrenzreaktion auf den Kohlenstofftransport in festen Eisen-Kupfer-Legierungen

Transportvorgänge und Phasengrenzreaktion beim Kohlenstoffaustausch zwischen kohlenstoffhaltiger Gasphase und festen Eisen-Kupfer-Legierungen mit bis zu 4 Atom-% Cu zwischen 900 und 1000°C. Ermittlung des Diffusionskoeffizienten, der Stoffübergangskoeffizienten und der Biot-Zahl für den Stoffübergang aus Auf- und Entkohlungsversuchen mit H₂–CH₄–Gemischen. Untersuchung des Einflusses des Restsauerstoffgehaltes im Reaktionsraum auf Art und damit Geschwindigkeit der Phasengrenzreaktion.     

Oxidation von festem Eisen durch einen Film von flüssigem Eisenoxid

Oxidation von Eisenkugeln bei 1450 °C in Stickstoff-Sauerstoff- oder Helium-Sauerstoff-Gemischen. Steuerung der Oxidationsgeschwindigkeit durch konvektive Diffusion in der Gasphase. Messung der Erwärmung der Probe durch die bei der Oxidation frei werdende Reaktionswärme.     

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.     

Übergang des Koksschwefels auf die Möllerbestandteile im Schacht des Hochofens

Beschreibung der Laboratoriumsuntersuchungen und der Versuchseinrichtung. Abbau des Koksschwefels durch Entgasung und chemische Reaktion: Einfluß der Kokskorngröße, des Wasserstoffgehaltes des Reaktionsgases und der Kokssorten; Bindungsformen des Schwefels in der Gasphase. Aufnahme des Gasschwefels durch Erze und Kalkstein: Einfluß der Temperatur, des Reduktionsgrades, des Schwefelgehaltes im Gas, der Erzschichtdicke und der Korngröße. Schwefelübergang bei der unmittelbaren Reaktion zwischen Erz und Koks. Messung der Schwefelverteilung im Schacht des Hochofens. Abbau des Koksschwefels beim Absinken bis zur Formenebene im Hochofen.