Über die Basizität flüssiger Schlacken der Systeme CaO–SiO2 und CaO–Al2O3

EMK-Messungen mit einer Diffusionszelle an flüssigen Schlacken der Systeme CaO–Al₂O₃ und CaO–SiO₂ bei 1600°C. EMK und Sulfidkapazität zeigen lineare Abhängigkeit. EMK-Werte können als relatives Basizitätsmaß gewertet werden.     

Laboratoriumsuntersuchung der Verschlackungsbeständigkeit feuerfester Stoffe gegenüber eisenoxidhaltigen Stahlwerksschlacken bei 1600 °C

Laboratoriumsmäβige Untersuchung der Verschlackungsbeständigkeit von gesondert hergestellten Prüfkörpern aus Magnesium-, Zirkon- und Aluminiumoxid sowie von Prüfkörpern aus betrieblich hergestellten Magnesit-, Magnesit-Chrom-, Chrom-Magnesit- und Pfannensteinen in einer neuentwickelten Versuchsapparatur mit Platintiegel bei 1600 °C und einer Schlacke mit 0,5% FeO, 28,8% Fe₂O₃,19,8% SiO₂, 2,1% Al₂O₃, 40,3 % CaO und 8,2% MgO. Verschlackung basischer Prüfkörper nach schneller Tränkung durch Steinzerfall und chemische Abtragung. Beziehung zwischen Tränkung und Zerfalldauer der Prüfkörper und ihren Eigenschaften. Verschlackung teergetränkter Magnesitsteine. Vergleich der Versuchsergebnisse aus dem Laboratorium mit denen aus halbtechnischen Versuchen in einem Trommelofen.     

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.     

Untersuchung über die Abbindung des Schwefels in kalkgesättigten Schlacken duch Oxisulfide unter Beteiligung des dreiwertigen Eisens

Der Einfluß der CaO- und FeO_n-Gehalte der Schlacke auf die Entschwefelung ist seit langem bekannt. Nach neueren Untersuchungen jedoch zeigen die Schwefelverteilungswerte unter oxidierenden Bedingungen eine Abhängigkeit auch vom Eisen-(III)-oxid-Gehalt. Ausgehend von der Hypothese der Bildung von Fe³⁺-haltigen Oxisulfiden wurde deshalb in dieser Arbeit die Möglichkeit der Abbindung des Schwefels durch Kalkferrite untersucht. Dazu wurden Glühversuche mit Tabletten aus FeS und 2 CaO.Fe₂O₃ in Gasatmosphären mit festgelegtem Sauerstoffpartialdruck bei Temperaturen von 900 bis 1400°C durchgeführt. Die geglühten Proben wurden im Diffraktometer sowie mit der Mikrosonde untersucht. Im System Ca—Fe—S—O wurde ein Oxisulfid I gefunden, dessen Zusammensetzung als 3CaS.2Fe₂O₃ (Fe₄Ca₃S₃O₆) angegeben werden kann. Das darin enthaltene dreiwertige Eisen erklärt die bei steigenden Fe³⁺-Gehalten zunehmenden Schwefelverteilungswerte. Es konnte weiterhin ein zweites Oxisulfid II (2CaS.Fe₂O₃) bestätigt werden, das jedoch für die Schwefelabbindung in Stahlwerksschlacken von untergeordneter Bedeutung ist. Die d_hklWerte beider Oxisulfide wurden bestimmt und mit den Angaben anderer Autoren über Oxisulfide verglichen. Die Schwefelabbindung ist abhängig vom eingestellten Sauerstoffpartialdruck. Bei niedrigen po₂, d.h. stark reduzierenden Bedingungen, liegt der Schwefel als CaS vor. Bei höheren po₂ wird der Schwefel ausschließlich als Oxisulfid I abgebunden, wogegen am Übergang von reduzierenden zu oxidierenden Bedingungen nebeneinander CaS sowie Oxisulfid I und II existieren. In reinen FeO_n-Schlacken liegt der Schwefel nur als an Fe gebunden vor.     

Beitrag zur Charakterisierung der Karbonitride in mikrolegierten Stählen

Zur genaueren Kennzeichnung von Karbonitriden, die in mikrolegierten Stählen auftreten, kann ein thermodynamisch abgeleitetes Mischungsmodell aus der Literatur zur Bestimmung der Stöchiometrie herangezogen werden. Im Fall von zwei metallischen Mikrolegierungselementen kann das Modell entsprechend erweitert werden, wenn eine starke thermodynamische Ähnlichkeit beider Mikrolegierungselemente vorhanden ist. Hiermit ist eine Beschreibung von vierkomponentigen Verbindungen in Stählen, die z. B. mit Nb und V legiert sind, möglich. Die Wechselwirkung der Karbonitride mit vorhandenen Aluminiumnitriden kann durch Betrachtung einer schrittweisen Aufteilung des Gesamtstickstoffgehaltes für jede erreichte Temperatur bearbeitet werden. Die Berechnung der Karbonitridverbindungen von drei mikrolegierten Stählen, die entweder nur mit Nb bzw. V sowie mit Nb und V legiert sind, zeigt bei Temperaturen oberhalb 900°C einen zunehmenden Austausch des Kohlenstoffs durch Stickstoff mit steigender Temperatur. Im Stahl, der mit Nb und V legiert ist und in dem vierkomponentige Nb,V-Karbonitride berechnet werden können, führt das gegenüber den reinen Nb-Karbonitriden zusätzlich vorhandene Vanadium zu einer Stabilisierung des Kohlenstoffgehaltes und – bei tiefen Temperaturen – des Karbonitrids allgemein. Zur weiteren Vereinfachung und eindeutigen Charakterisierung der Karbonitride können alle bei 900°C gebildeten Verbindungen als beständig angesehen werden. Durch sie wird das Kornwachstumsverhalten dreier unterschiedlicher Stähle sehr gut beschrieben, was insbesondere den Ansatz von vierkomponentigen Verbindungen im Stahl mit zwei metallischen Mikrolegierungselementen rechtfertigt.     

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.     

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 zur Schmelzreduktion von Eisenoxidschmelzen durch eingeblasenes bzw. durchgeblasenes Kohlenmonoxid sowie durch festen Kohlenstoff

Eisenoxidschlacken werden durch unterschiedliche Reduktionsmittel bei 1550°C reduziert. Die Untersuchungen zum Reduktionsverhalten mittels Kohlenmonoxid unterteilen sich in Einblas- und Durchblasversuche. Ferner erfolgt ein Angebot von festem Kohlenstoff. Im Rahmen dieser Untersuchungen werden die Komplexe Reduktionsgrad, Reduktionsgeschwindigkeit, Bildung von Reaktionsschichten, die den Stofftransport hemmen, sowie Phasentrennung der Reaktionsprodukte behandelt. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die Einblas- bzw. Durchblasversuche im Vergleich zu früher vorgestellten Aufblasversuchen bei jeweils gleichen Blasraten und Versuchszeiten insgesamt höhere Reduktionsgeschwindigkeiten erzielen. Darüber hinaus ergeben sich bei den Versuchen mit festem Kohlenstoff noch ungleich höhere Werte für die erreichten Endreduktionsgrade und Reduktionsgeschwindigkeiten. Allen Versuchen gemeinsam ist das unerwünschte Ausscheiden von festen Spinellen aufgrund einer notwendigen Vorgabe an Al₂O₃ bzw. MgO, experimentell bedingt durch die FeO-Aggressivität gegenüber dem Tiegelmaterial. Im gleichen negativen Sinne wirken CO_n-Schäume oder -Dispersionen. Die Reduktion von flüssigen Oxiden durch ein- und durchgeblasenes Kohlenmonoxid sowie festen Kohlenstoff gehorcht keinem einheitlichen Reaktionsgesetz. Instationäre Verhältnisse lassen keine Aussage über Reaktionsordnungen zu.     

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.     

Löslichkeit von Stickstoff in CaO-Al2O3-Schmelzen bei 1600 °C im Graphittiegel

Laboratoriumsuntersuchung der Löslichkeit von Stickstoff in CaO-Al₂O₃-Schmelzen mit der Ausgangszusammensetzung von 45% Al₂O₃ und 55% CaO bei 1600 °C in Gegenwart von Kohlenstoff. Einfluß der Partialdrücke des Stickstoffs und des Kohlenmonoxids. Ermittlung der Gleichgewichtskennzahlen für die Auflösung des Stickstoffs als Nitrid und als Cyanid. Ermittlung der als Carbid gelösten Kohlenstoffgehalte.     

Ermittlung der Wärmeleitfähigkeit in synthetischen Gießpulvern

Die Wärmeleitfähigkeit synthetischer Schlacken im Dreistoffsystem Al₂O₃—CaO—SiO₂ mit und ohne CaF₂- und/oder Na₂O-Zugaben wird im festen, fest/flüssigen und flüssigen Zustand mit Hilfe eines modifizierten stationären Hohlzylinderverfahrens bestimmt. Die untersuchten Schlacken dienen als Grundlage für die chemische Zusammensetzung der Gießpulver für das Stranggießen von Stahl und entsprechen in einigen Fällen den Gießschlacken, die nach der Kohlenstoffverbrennung und Karbonatzersetzung aus dem Gießpulver in der Stranggießkokille entstehen. Mit steigender Temperatur nimmt die Wärmeleitfähigkeit bei den untersuchten Schlacken fast linear zu. Im fest/flüssigen Übergang spielt die Schmelzenthalpie bei der Ausbildung eines Maximums der Wärmeleitfähigkeit innerhalb des Schmelzintervalls eine entscheidende Rolle. Schließlich nimmt die Wärmeleitfähigkeit im flüssigen Zustand mit zunehmender Temperatur ab. Der Al₂O₃-Gehalt übt keinen Einfluß auf die Wärmeleitfähigkeit im flüssigen Zustand aus. CaF₂- und/oder Na₂O-Zugaben führen dagegen zu einer Abnahme der Wärmeleitfähigkeit im gesamten untersuchten Temperaturbereich.     

Messung von Phasen im Sinter und die Auswirkung bestimmter Phasen auf den Koksverbrauch im Hochofen

Mit einem Bildanalysesystem werden die im Sinter mit unterschiedlicher Basizität sich ändernden Phasenanteile gemessen. Die bei höher basischem Sinter vermehrt auftretenden Schwierigkeiten der Differenzierung der Sinterphasen werden auf die Überlappung der Grauwertreflexionsbereiche von Kalkferriten und Magnetit zurückgeführt. In Gleichgewichtsmessungen mit CO/CO₂-Gemischen in einer Thermowaagenanlage konnte gezeigt werden, daß insbesondere der C₂F nahezu unabhängig von der Temperatur erst bei einer Gaszusammensetzung von CO₂’ = 21 % zu Eisen und CaO umgesetzt wird. Dieses Ergebnis ist um so mehr von Bedeutung, als daß alle Arten der Kalkferrite während ihrer Reduktionsumsetzung diesen Ferrit C₂F bilden. Für den Sauerstoffaustausch zwischen absinkendem Möller und aufsteigendem reduzierendem Gas bedeutet die Reduktion der Ferrite C₂F, CF und CF₂ bei 900°C für die den Brennstoffverbrauch bestimmende Wüstitecke eine Verschiebung sowohl in Richtung mehr abzubauenden Sauerstoffes als auch zu höherem Reduktionspotential. Für eine ausgeglichene Wärme- und Sauerstoffbilanz im Hochofen bedeutet dies, daß das Reduktionsvermögen des aufsteigenden Gases an der den Brennstoffverbrauch bestimmenden Wüstitecke höher liegen muß. Dies hat zur Folge, daß zunehmende Kalkferritanteile im Sinter zu einem Anstieg des Brennstoffverbrauches führen.     

Untersuchungen über die Auswirkungen unterschiedlicher Verfahrensweisen wie Pulvereinblasen und Pulveraufgabe bei der Entphosphorungsbehandlung von Roheisen mit carbonathaltigen Pulvergemischen

In Laboruntersuchungen am MF-Induktionsofen wurden Roheisenschmelzen durch kombinierte Verfahrensweisen aus Aufgabe und/oder Einblasen von carbonathaltigen Pulvermischungen, insbesondere Soda, entphosphort. In der vorliegenden Arbeit wird über die Auswirkungen unterschiedlicher Verhältnisse von eingeblasenem zu aufgegebenem Pulver unter gleichbleibenden Rührbedingungen auf die Entfernung von Phosphor, Silicium, Schwefel und Kohlenstoff aus der Schmelze berichtet. Folgende Ergebnisse werden erhalten: Steigende Anteile von eingeblasenem Pulver an der Pulvergesamtmasse fördern die Entsilicierung, Entschwefelung und Entkohlung, jedoch nicht die Entphosphorung. Während der an die Einblasperiode anschließenden Spülperiode laufen bei hohen Anteilen an eingeblasenem Pulver Entsilicierung und Entschwefelung noch weiterhin ab, gleichzeitig tritt eine Rückphosphorung auf. Die Rückphosphorung wird im Fall der vollständigen Pulveraufgabe auf das Bad nicht gefunden. Niedrige Phosphorgehalte im Roheisen werden bei gleichbleibend hohen Kohlenstoffgehalten durch die Pulveraufgabe erreicht. Die Entkohlung beim Pulvereinblasen wird durch CaCO₃- und Fe₂O₃-Anteile der Pulvermischungen stärker begünstigt als durch den Na₂CO₃-Anteil.     

Über den Einfluß der Viskosität auf die Verschlackung von feuerfesten Steinen

Laboratoriumsversuche zur Ermittlung der Auflösungsgeschwindigkeit eines Chrommagnesitsteines in synthetischen Schlacken der Dreistoffsysteme Kalk–Kieselsäure-f Tonerde, Eisen(III)-oxid oder Mangan(II)-oxid] und in Siemens-Martin-Schlacken mit rd. 17 oder 30% Fe₂O₃ bei Temperaturen von 1500 bis 1600 °C. Messung der Schlackenviskositäten mit einem Rotationsviskosimeter. Ableitung einer Beziehung zwischen Auflösungsgeschwindigkeit und der Fluidität der Schlacken. Erörterung der Zusammenhänge zwischen Viskosität und Verschlackungsverhalten feuerfester Steine.     

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.     

Einfluß von Probengröße und Umformgeschwindigkeit auf die Aufnahme von Fließkurven

Bei der Aufnahme von Fließkurven ist der exakte Einfluß von Probengröße und Umformgeschwindigkeit auf die Fließspannung strittig. Zur quantitativen Ermittlung wurden in Zylinderstauchversuchen für die Werkstoffe Ck45 und X 10 CrNiTi 18 9 bei verschiedenen Umformgeschwindigkeiten und Probengrößen Fließkurven aufgenommen und die Temperaturentwicklung in den Versuchsproben gemessen. Die Untersuchungen haben folgendes gezeigt: Infolge der Umwandlung von Umformarbeit in Wärme nimmt die für die Fließspannung maßgebliche Probentemperatur während der Umformung zu. Diese ?Verfälschung” der Umformtemperatur der Probe wird durch die jeweils vorliegende Wärmeableitung in die Versuchswerkzeuge mehr oder weniger stark kompensiert. Sowohl Probengröße als auch Umformgeschwindigkeit haben über die Beeinflussung dieser Wärmeableitung einen erheblichen Einfluß auf die Fließspannung, wobei bei der Umformgeschwindigkeit dieser Einfluß teilweise den primären, festigkeitssteigernden Einfluß mehr als aufhebt. Nach den vorliegenden Ergebnissen führt die auf Fließkurven aufbauende Berechnung von Umformprozessen nur dann zu exakten Werten, wenn die thermomechanischen Verhältnisse bei Umformprozeß und Fließkurvenaufnahme ähnlich sind. In anderen Fällen ist es allerdings möglich, die jeweils benötigten Fließkurven unter Berücksichtigung der Temperaturverhältnisse mit relativ hoher Genauigkeit aus adiabaten oder isothermen Fließkurven näherungsweise rechnerisch zu bestimmen.     

Raffination von Stahl mit einer Calcium/Magnesium-Legierung

Die Raffination eines unlegierten, aluminiumberuhigten Baustahls mit Ca/Mg, speziell der Verbindung CaMg₂, wurde theoretisch unter Verwendung eines thermochemischen Datenbanksystems (Therdas Datenbanksystem²)) und experimenteller Laborschmelzen untersucht. Die theoretisch aufgezeigten Entschwefelungs- und Desoxidationseigenschaften wurden durch die Schmelzversuche bestätigt, bei denen Gehalte von 15 ppm Sauerstoff und 20 ppm Schwefel eingestellt werden konnten. Die Reaktionsprodukte und die möglichen Einschlußmodifikationen konnten durch die Berechnung weitestgehend vorhergesagt werden. Schon bei CaMg₂-Zugaben von 0,01 % werden die Tonerdeeinschlüsse instabil und durch das Behandlungsmittel zu 12CaO · 7Al₂O₃ bzw. MgO · Al₂O₃ umgesetzt. Eine geringfügige Erhöhung der Raffinationsmittelangebote auf 0,03 % reicht in der Regel aus, damit auch diese Spinelle und Aluminate ihre Stabilität verlieren. Die für die Anisotropie der Zähigkeitswerte im Ausgangswerkstoff verantwortlichen langgestreckten, separaten Mangansulfide werden bereits durch geringe Mengen des Behandlungsmittels (≤ 0,1%) beseitigt und liegen nach der Behandlung nur noch vereinzelt in Form kleiner, runder bzw. teilweise elliptisch verformter Einschlüsse der Größenordnung 1–3 μm vor. Andere, nach der Behandlung im Stahl verbleibende Einschlüsse, wie globulare Calcium-Aluminate, eckige Magnesia-Tonerde-Spinelle und besonders häufig meist runde Formen von Kombinationen dieser Komponenten liegen im Bereich von 1–4 μm vor. Der hohe Reinheitsgrad des Werkstoffes führt zu einer Verminderung der Anisotropie der mechanischen Eigenschaften. Da die geringe Löslichkeit von Calcium und Magnesium im flüssigen Stahl keinen Aufbau eines Reaktionsmittelvorrates in der Schmelze erlaubt, sollte die Raffinationsmittelzugabe kontinuierlich erfolgen, wozu sich verfahrenstechnisch Injektionsanlagen und Drahtspulsysteme anbieten.     

Untersuchungen im System Kalkoxid-Vanadiumpentoxid

Das System CaO-V₂O₅ ist in dieser Arbeit mit Hilfe verschiedener Methoden (Abschreckmethode, isotherme Sättigungsversuche, chemische und thermische Analysen sowie mikroskopische und röntgenographische Analysen) untersucht worden. In diesem Zweistoffsystem treten fünf nonvariante Gleichgewichte bei 615, 755, 995, 1 340 und 1 365 °C auf. Es existieren die Verbindungen CaO·V₂O₅, 2 CaO·V₂O₅, 3 CaO·V₂O₅ und 4 CaO·V₂O₅. Bis auf C₄V schmelzen alle Verbindungen kongruent und zwar bei 775, 1015 bzw. 1 405 °C. C₄V zerfällt inkongruent bei 1 365 °C. In dem heterogenen Gebiet zwischen C₄V und CaO existiert keine weitere Verbindung mit höherem Kalkgehalt als dem von 4 CaO·V₂O₅.     

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.     

Emissionsgradmessungen zur Verbesserung der berührungslosen Temperaturmessung an Stählen unter Berücksichtigung von Oxidationsvorgängen

Die beschriebene Versuchseinrichtung ermöglicht es, Oxidationsvorgänge an Stählen unter definierten Bedingungen vorzunehmen und dabei zugleich Emissionsgradmessungen durchzuführen. Apparative Probleme wie eine freistehende Probenhalterung und -heizung, Erzielung isothermer Meßflächen und exakte Messung ihrer Temperatur, gleichmäßige und zugleich schnell umstellbare Gasanströmung der Probe sowie Fragen der Gasaufbereitung konnten in zufriedenstellender Weise gelöst werden. Die erreichte Meßunsicherheit von ca. 5 bis 15 % erlaubt es, die Tendenzen der von einem bestimmten Gas infolge Temperatur und Zeit an verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Oberflächen bewirkten Emissionsgrad-Veränderungen aufzuzeigen. Die jeweils erzeugten Proben stehen für Analysen der gebildeten Oxide zur Verfügung. Die Auswertung der Messungen liefern sowohl die Emissionsgrade bei den Wellenlängen 0,71, 0,85, 1,0, 1,6 und 2,1 μm und den Gesamtemissionsgrad als auch die, mit den jeweiligen Strahlungspyrometern gemessenen, scheinbaren Temperaturen während der gesamten Beobachtungszeit in laufender Folge als Zahlenwerte. Für Temperaturmessungen in der betrieblichen Praxis können die Anwender aus den ermittelten Emissionsgrad-Zeitdiagrammen unmittelbar die geeignete örtliche Anordnung der Strahlungspyrometer bestimmen. Die einzustellenden Emissionsgrade können aus den Ergebnistabellen abgelesen werden. Die Ergebnisse lassen sich auch zur Beurteilung von Messungen mit Verhältnispyrometern heranziehen. Systematische Messungen an verschiedenen Stählen mit unterschiedlichen Oberflächenbehandlungen in Verbindung mit Analysen und Strukturbestimmungen der Oxidfilme sollen Aussagen ermöglichen, die für die Anwendung der pyrometrischen Temperaturmessung zu erheblichen Verbesserungen führen. Die Untersuchungen der Oxidschichten werden von H. J. Grabke, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH in Düsseldorf durchgeführt. Die bisher vorliegenden Messungen an Baustahl, Kohlenstoffstahl und hochlegiertem Stahl sind im Forschungsbericht ⁹) beschrieben.