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 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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

Gleichgewichte zwischen flüssigem Eisen und gesättigten Schlacken des Systems CaO–FeO–MnO–SiO2 bei 1600 °C unter Berücksichtigung der Schwefelverteilung

Tiegelversuche im Tammannofen bei 1600 °C zur Ermittlung der Schlackengleichgewichte. Zusammensetzung und Aufbau der Versuchsschlacken bei Sättigung an Dikalziumsilikat, Trikalziumsilikat und Kalkmischkristallen. Zusammensetzung der Kalkmischkristalle. Darstellung des Systems CaO–FeO–MnO–SiO₂ bei 1600 °C. Sauerstoffgehalt des flüssigen Eisens. Verteilung des Mangans und des Schwefels zwischen Schlacke und Eisen. Schlußfolgerungen zum Einfluß von Manganoxyd im System CaO–FeO–SiO₂.     

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.     

Ein einfaches Verfahren zur Bestimmung von Schlackengleichgewichten

Entwurf eines räumlichen Modells des Vierstoffsystems CaO–MgO–FeO_n–SiO₂ bei 1400 C. Bestimmung von Schmelzgleichgewichten in diesem System durch Halten von Proben, deren Gesamtzusammensetzung im heterogenen Gebiet fest–flüssig liegt, auf der Gleichgewichtstemperatur und anschließendes Abschrecken dieser Proben auf Raumtemperatur. Bestimmung der Zusammensetzung der ehemals festen und flüssigen Phase in der abgeschreckten Probe mit der Elektronenstrahlmikrosonde auf der Basis eines Vergleichsverfahrens. Herstellung der Vergleichsproben. Beschreibung des Meßverfahrens. Konstruktion einiger Sättigungsflachen im Vierstoffsystem CaO–MgO–FeO_n–SiO₂ auf der Grundlage der erhaltenen Ergebnisse.     

Das Zustandsschaubild MnOn–CaO–P2O5 an Luft bei Temperaturen von 1510 bis 1610° C

Schmelzversuche zum System MnO_n–GaO–P₂O₅ an Luft mit Sättigung an Trikalziumphosphat, Tetrakalziumphosphat und Kalk sowie Untersuchungen an entmischten Schmelzen, die an keiner festen Phase gesättigt sind. Darstellung der Ergebnisse in isothermischen Schnitten bei 1510, 1560, 1600 und 1610°C. Vergleich der Ergebisse mit denen im System FeO_n–CaO–P₂O₅.     

Einfluß physikalisch-chemischer Eigenschaften flüssiger Schlacken auf die Entschwefelung von Schmelzen des Systems Fe–S–CSättigung

Untersuchung des Einflusses der physikalisch-chemischen Eigenschaften von synthetischen Hochofenschlacken des Systems CaO–MgO–SiO₂–Al₂O₃ auf die Entschwefelung von kohlenstoffgesättigten Eisenschmelzen. Ermittlung der Schwefelverteilung zwischen Metall- und Schlackenschmelze in Abhängigkeit von Basizität und MgO-Gehalt. Messung der Viskosität, der Dichte und der Oberflächenspannung der Schlacken. Erörterung der Zusammenhänge zwischen Schwefelverteilung und Schlackeneigenschaften.     

Schmelzgleichgewichte im System Eisen–Silicium–Calcium

Beschreibung der binären Randsysteme des Systems Eisen–Silicium–Calcium. Untersuchung der Erstarrungsgleichgewichte im Dreistoffsystem mit Hilfe der thermischen Analyse und durch Deutung von Gefügebildern. Schematische Darstellung der Zustandsänderungen an einem vergleichbaren System unter besonderer Berücksichtigung der Wirkung einer von einem Randsystem ausgehenden, weit in das Dreistoffsystem hineinreichenden Mischungslücke. Entwurf des Zustandsschaubildes Eisen–Silicium–Calcium aus den Ergebnissen zum Verlauf der Primärausscheidungsflächen und der Raumkurven doppelter Sättigung. Festlegung der Temperaturen und Konzentrationen der Vierphasenebenen sowie der zugehörigen quasibinären Schnitte.     

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.     

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.     

Mangan- und Sauerstoffgleichgewicht zwischen „LD‟-Schlacken und Eisenschmelzen

Linien gleicher Manganverschlackung und Eisen(II)-oxidaktivität in der Dreiecksdarstellung (CaO)'–(SiO₂)'–(FeO)'. Die Manganverschlackung im Konverter während des Blasens und im Vergleich zum Gleichgewicht. Beziehung zwischen der Manganverschlackung und dem Sauerstoffgehalt der Eisenschmelze im Gleichgewichtsfall in Abhängigkeit von der Temperatur.     

Beitrag zur Thermodynamik der Kieselsäurereduktion

Beschreibung von Laboratoriumsversuchen zur Reduktion flüssiger Schlacken des Systems CaO–MgO–SiO₂–Al₂O₃ mit Gehalten von 28,5 bis 38,5% SiO₂ im Graphittiegel in Gegenwart von kohlenstoffgesättigtem Eisen bei 1600 °C. Ermittlung der Gleichgewichtsverteilungskonstante des Siliciums zwischen kohlenstoffgesättigten Eisenschmelzen und kieselsäurehaltigen Schlacken bei unbewegter Schmelze. Aussagen über die Aktivität der Kieselsäure in der Schlacke des Systems CaO–MgO–SiO₂–Al₂O₃.     

Die Bestimmung der thermodynamischen Eigenschaften des Systems PbO–SiO2 mit Hilfe von EMK-Messungen

EMK-Messungen mit der Kette Pb | PbO–SiO₂||ZrO₂(CaO)||Pt, O₂ zur Ermittlung der Aktivitäten der Komponenten des Systems Blei(II)-oxid–Kieselsäure im Temperaturbereich von 750 °C bis 1000 °C. Darstellung der integralen Mischungsenthalpie und der Mischungsentropie sowie der integralen freien Mischungsenthalpie des binären Systems für 1000 °C. Vergleich der Ergebnisse mit den Angaben anderer Verfasser. Bedeutung der Untersuchung für allgemeine Schlußfolgerungen über metallurgisch wichtige Silikatschlacken.