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.     

Metall-Schlackengleichgewichte im System Eisen–Aluminium–Sauerstoff als Grundlage der Aluminiumdesoxidation von Stahlschmelzen

Thermodynamische Berechnung des Schlackensystems FeO_n–Al₂O₃ und seiner Aktivitäten sowie des vollständigen, polythermen Desoxidationsschaubildes des Aluminiums. Folgerungen für die Einschlußbildung bei der Aluminiumdesoxidation.     

Metall-Schlackengleichgewichte im System Eisen–Mangan–Schwefel–Sauerstoff als Grundlage der Mangandesoxidation von Stahlschmelzen bei gleichzeitiger Anwesenheit von Schwefel

Phasengleichgewichte im System Eisen–Mangan–Sauerstoff unter besonderer Berücksichtigung des Dreiphasengleichgewichtes am Schmelzpunkt des Manganoxides. Thermodynamische Berechnung des Zustandsschaubildes FeO_n-MnO. Desoxidationsgleichgewichte des Mangans. Einfluß des Schwefels auf die Desoxidationsgleichgewichte des Mangans und Zusammensetzung der flüssigen Oxisulfide beim Gleichgewicht mit einer mangan-, schwefel- und sauerstoffhaltigen Metallphase.     

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.     

Phasengleichgewichte des Schnittes FeOn–CaO im Dreistoffsystem FeO–Fe2O3–CaO bei Eisensättigung

Überprüfung der Schmelzgleichgewichte des Dreistoffsystems FeO–Fe₂O₃–CaO auf der wüstitreichen, eisengesättigten Seite des Systems. Angaben über die Ergebnisse der thermischen Analysen, isothermen Halteversuche und mikroskopischen Untersuchungen. Aussagen über den quasibinären Schnitt Eisen-Kalkferrit bei Temperaturen unter 1150 °C sowie über den quasibinären Schnitt Calciowüstit-Kalk über 1150 °C.     

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.     

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.     

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.     

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 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.     

Der Einfluß des Magnesiumoxyds auf die Gleichgewichte im System Fe–CaO–FeOn–SiO2 und auf die Schwefelverteilung bei 1600 °C

Entwurf des Schlackenzustandsschaubildes CaO–FeO_n–SiO₂–MgO. Überprüfung dieses Modells durch Versuche. Darstellung der Sättigungsflächen. Mikroskopische Untersuchungen der Schlacken. Verteilung des Schwefels zwischen Schlacke und Eisenbad. Einfluß geringer Magnesiumoxydgehalte auf die Schwefelverteilung.     

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.     

Stoffaustausch zwischen flüssigem Eisen und Schlacke beim Sprühraffinationsverfahren

Erläuterung des Sprühraffinationsverfahrens, bei dem eine Schmelze mit inertem Gas verdüst wird und die entstehenden Metalltropfen durch eine Raffinationsschlacke fallen. Erörterung der Gesetzmäßigkeiten für die Stoffaustauschvorgänge zwischen Metalltropfen und Schlacke. Bestimmung der mittleren Tropfengröße beim Versprühen von kohlenstoffgesättigtem Roheisen. Untersuchung der Wirkung der Sprühraffination am Beispiel der Entschwefelung des Roheisens mit Schlacken des Systems CaO–CaF₂–Al₂O₃ bei 1600 °C. Ermittlung des Stoffübergangskoeffizienten des Schwefels für den umgekehrt transitorischen Phasenkontakt und Vergleich mit Werten bei anderen Techniken des Phasenkontaktes Metall-Schlacke.     

Untersuchungen über die Schmelzgleichgewichte in der Eisenecke des Dreistoffsystems Eisen–Chrom–Nickel

Versuchsbeschreibung zur Bestimmung von Schmelzgleichgewichten mittels thermischer Analyse und der Methode des isothermen Haltens. Untersuchung des Zweistoffsystems Eisen–Nickel bis zu einem Molenbruch x_Ni = 0,20 und des Zweistoffsystems Eisen–Chrom bis zu einem Molenbruch x_Cr = 0,35. Darstellung der Schmelzgleichgewichte und Entwurf der Liquidus- und Solidusfläche für den eisenreichen Teil des Zustandsdiagramms Eisen–Chrom–Nickel nach eigenen Versuchsergebnissen. Vergleich mit den Angaben des Schrifttums.     

Die Berechnung thermodynamischer Größen und struktureller Eigenschaften flüssiger binärer Silicatsysteme

Ableitung von Gleichungen auf der Grundlage athermischer Mischungen der Kettenpolymere in Silicatsystemen zur Berechnung des thermodynamischen Verhaltens binärer Silicatschmelzen. Angabe einer Näherungslösung zur Berechnung der freien Mischungsenthalpie in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Schmelze aus einer einzigen systemspezifischen Konstanten. Überprüfung der Lösung an den Systemen CaO–SiO₂, MgO–SiO₂, PbO–SiO₂, MnO–SiO₂ und FeO–SiO₂. Aussagen über die lonenbrüche der freien Sauerstoffionen und der Kettenpolymere sowie über die mittlere Kettenlänge. Hinweis auf die Berechnungsmöglichkeit der freien Bildungsenthalpie stöchiometrischer Silicatverbindungen.     

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.     

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 Wasserstofflöslichkeit von Schlacken des Systems CaO–„FeO”–SiO2

Untersuchung der Löslichkeit des Wasserstoffs in homogenen flüssigen Schlacken des Systems CaO–?FeO”–SiO₂. Einfluß der Temperatur und der Sehlackenzusammensetzung. Erörterung des Mechanismus der Wasserstofflösung in flüssigen Schlacken.     

Einfluß der Sulfidausbildung auf die mikroskopische Spaltbruchspannung σ*f und Vorhersage der Rißzähigkeit KIc

An vier Schmelzen des Stahles St 52–3 wurde der Einfluß des Schwefelgehaltes und der Sulfidformkontrolle mit CaSi und Cer sowie an dem Stahl StE 36 der Einfluß der Probenlängen längs, quer und senkrecht auf die mikroskopische Spaltbruchspannung σ^*_f untersucht. Die Versuche haben gezeigt, daß durch Einführung eines geeigneten Bruchkriteriums die Bestimmung einer temperaturunabhängigen Spaltbruchspannung σ^*_f möglich ist. Ein Einfluß des Schwefelgehaltes und der Sulfidausbildung auf σ^*_f wurde nicht beobachtet. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß mit mikroskopischen Werkstoffkennwerten die Vorhersage makroskopischer Bruchparameter möglich ist, wenn der Einfluß der Rißspitzenabstumpfung berücksichtigt wird.     

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.