Die von dispergierten Gasblasen induzierte Leistung und Flüssigkeitsbewegung in einer Stahlschmelze

In dieser Arbeit wird das früher entwickelte, digitale Simulationsmodell so erweitert, daß neben den bereits früher berücksichtigten Parametern nun die Arbeit und Leistung quantitativ erfaßt werden können, die ein in eine Flüssigkeit dispergiertes Gas vollbringt. Außerdem werden mit aktuellen Energiebilanzen zwischen der dispergierten Phase und dem Dispersionsmittel bei gleicher Berücksichtigung der Stofftransportgänge induzierte Flüssigkeitsgeschwindigkeiten, Volumenströme in den unterschiedlichen Zonen des Bades, Zirkulationszeiten und die Mischzeiten in Abhängigkeit vom Volumenstrom des eingeblasenen Rührgases und/oder seiner Rührleistung ermittelt. Die Ergebnisse des Simulationsmodells wurden mit Schrifttumsdaten verglichen, die Übereinstimmung ist erstaunlich gut. Die von den im Bad dispergierten Blasen induzierte Leistung steigt mit dem Gesamt-Gasdurchsatz und der Badhöhe. Sie ist in einer spezifisch schwereren Flüssigkeit höher. Bei Stoffaustausch wird im Bad eine höhere Leistung produziert, diese Leistungssteigerung wird größer, wenn der auf die einzelne Düse entfallende Teilstrom vom gesamten Rührgasstrom sinkt. Daher sollte bei gleichbleibendem Gesamtgasdurchsatz der Durchsatz pro Düse kleiner werden; dies geschieht, indem man die Zahl der Düsen erhöht. Im gewählten Beispiel für die Untersuchung der Stofftransport-Wirkung ergibt sich, daß man bei ablaufendem Stoffaustausch mit nur rund 1/10 des Inertgasdurchsatzes die gleiche Leistung im Bad induzieren kann wie ohne Stoffaustausch. Die Flüssigkeitsgeschwindigkeiten im Blasenkegel steigen mit dem Gasvolumenstrom und sind in einer spezifisch schwereren Flüssigkeit höher. Sobald ein Stoffaustausch möglich ist, weil beispielsweise zusätzlich Gase im Bad entstehen können, ist mit höheren Geschwindigkeiten im Blasenkegel zu rechnen. Für die gewählte Stahlzusammensetzung sind etwa dreifach höhere Geschwindigkeiten erzielbar, wenn die Mitwirkung der flüchtigen Badkomponenten berücksichtigt und Injektionsgas sehr feinverteilt (kleiner Gasdurchsatz pro Düse) eingeblasen wird. Die Mischzeiten werden kleiner, wenn der Gesamt-Gasdurchsatz steigt. Sie werden mit steigender Badhöhe deutlich kleiner, weil die größere Badhöhe mehr ?Rührleistungsgewinn? erlaubt, solange es im Bad zu keinen Mäanderbewegungen kommt. Die Mischzeiten fallen bei wachsender Leistung. Die massebezogenen Leistungen steigen und die Mischzeiten fallen dementsprechend, wenn die flüssige Phase schwerer wird, wenn der Gasdurchsatz pro Düse und/oder die Düsenzahl steigen (dann wächst der Gesamtgasdurchsatz), wenn die Badhöhe wächst und der Baddurchmesser kleiner wird und wenn Stoffaustausch stattfindet.     

Strömung expandierender Gase durch verdichtete Haufwerke

Die bei der Durchströmung von Schüttungen verwendeten Widerstandsgesetze stützen sich auf charakteristische Kenngrößen von Schüttgütern, die eine absolut lose Strukturierung besitzen. Bei einem derart ideal vorliegenden Haufwerk geht man davon aus, daß eine stochastische und gleichmäßige Anordnung von Strömungskanälen existiert, wobei jegliche Veränderung des Durchströmungsverhaltens bei einer Neuorientierung der Schüttung eindeutig durch eine zu messende Veränderung ihrer Gesamtporosität beschrieben werden kann. Geringe Drücke bei leicht plastizierbaren Stoffen durch Lagerung bzw. Transport und Füllung oder zusätzliche thermische Beeinflussung im Betrieb führen jedoch zu einer teilweisen Verdichtung des Feststoffes und damit zu einem Zusetzen von Strömungskanälen, so daß die für die Durchströmung eines Gases zur Verfügung stehende Porosität geringer wird als dies die meßtechnisch erfaßbare Veränderung der Gesamtporosität beschreiben könnte. Dies führt dazu, daß der Druckverlust auch bereits bei leicht verdichteten Schüttgütern höher ausfallen kann und damit eine Durchströmbarkeit vorliegt, die geringer ist als die aus den normalen Widerstandsgesetzen für lose Schüttungen ermittelte.     

Einfluß von überlagerter Badströmung,Stofftransport und Badgeometrie auf eine Gasdispersion

Das früher entwickelte digitale Simulationsmodell zur Beschreibung der Vorgänge, die durch das Einleiten von Gas in eine Stahlschmelze initiiert werden, wird benutzt, um den Einfluß einer überlagerten Flüssigkeitsströmung, des Stoffaustauschs, der Badgeometrie und unterschiedlicher Gasdurchsätze auf Bildungsfrequenz, Zahl und Oberfläche der Blasen, den relativen Gasgehalt und die Auswaschwirkung zu untersuchen. Mit steigender Badgeschwindigkeit entstehen mehr und kleinere Blasen, eine strömende Flüssigkeit sorgt also selbst für eine feinere Dispergierung des eingeblasenen Gases. Dieser Dispergiereffekt verstärkt sich bei Stoffaustausch, obwohl grundsätzlich der Stoffübergang in die Blase hinein sie vergrößert. Die Verweilzeit der Blasen im Bad sinkt wegen der Verkürzung der Blasen-ablösezeiten und wegen des schnelleren Durcheilens des Bades infolge des Gleichstroms. Unter den vorgegebenen Bedingungen vermag die bessere Gasdispergierung nicht, die Nachteile aus kleinerer Blasenoberfläche und kürzerer Verweilzeit im Bad zu kompensieren, wenn man den Erfolg ausschließlich am Auswascheffekt mißt. Dieser Effekt sinkt mit steigender Badgeschwindigkeit. Dieses Ergebnis bleibt auch dann bestehen, wenn man die unterschiedlichen Verweilzeiten berücksichtigt. Bäder mit hohem Schlankheitsgrad sind meistens günstig. Stoffaustausch kann Abhängigkeiten von der Badgeschwindigkeit umkehren, beispielsweise beim relativen Gasgehalt. Die Ergiebigkeit des Stoffaustauschs spielt eine wichtige Rolle, beispielsweise vergrößern höhere Badkohlenstoffgehalte die spezifische Phasengrenzfläche und den relativen Gasgehalt im Bad. Das Simulationsmodell läßt Aussagen zu, die im Experiment nur schwer zu gewinnen sind; beispielsweise erlaubt es nicht nur ?Momentaufnahmen” von der Gesamtzahl aller Blasen und der spezifischen Phasengrenzfläche im Bad, sondern auch von der Blasenzahl und Grenzfläche, die man aus der Einheitsmenge des eingeblasenen Gases erhalten kann. Man erhält somit Hinweise für die Auslegung und Betriebskosten der Aggregate. Bei der Prüfung des Auswascheffektes kann man die Betrachtung der Möglichkeiten des Gases von den am Bad erzielten Effekten trennen, die Optima des Gasausnutzung (in bezug auf das Auswaschen) fallen nicht mit den Optima der Badraffination zusammen.     

Einfluß von Restaustenit auf die Korngröße des Austenits nach der Reaustenitisierung von Stählen für schwere Schmiedestücke

Die Korngröße des Austenits nach der Reaustenitisierung von Stählen für schwere Schmiedestücke wurde in Abhängigkeit von der Art des Ausgangsgefüges, den Wiedererwärmungsbedingungen und den chemischen Zusammensetzungen untersucht. Besonders wurde der Einfluß von Restaustenit im Ausgangsgefüge auf die Korngröße des Austenits nach erneuter Austenitisierung betrachtet. Nach den Ergebnissen bleibt das Austenitkorn bei der Reaustenitisierung von Gefügen der Martensitstufe und der unteren Bainitstufe grob, wenn bei der Wiedererwärmung werkstoffabhängige Grenzerwärmungsgeschwindigkeiten unterschritten werden. Maßgeblich für eine mit zunehmender Erwärmungsgeschwindigkeit – in Abhängigkeit auch von den örtlichen chemischen Zusammensetzungen – mögliche Austenitkornverfeinerung ist das zeitabhängige Wachsen von Restaustenitfilmen zwischen den Kristalliten des Ausgangsgefüges in Konkurrenz zu den Anlaufzeiten für Keimbildung und -wachstum an den Grenzflächen Carbid/Ferrit. Ist wenig oder kein Restaustenit vorhanden, wie in einigen Gefügen der Bainit- bzw. der Perlitstufe, so entsteht der Austenit unabhängig von den Wiedererwärmungsbedingungen durch Neubildung und Wachsen von Austenitkeimen an den Grenzflächen Ferrit/Carbid. Unter den gegebenen Versuchsbedingungen entstand dabei immer ein feines Austenitkorn.     

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.     

Einfluß der Warmverformung auf das Umwandlungsverhalten und das Gefüge von verschiedenen niedriglegierten Stählen

Bei der Ermittlung von kontinuierlichen ZTU-Schaubildern unter dem Einfluß einer Warmverformung von rund 50% wurde festgestellt, daß die Wechselbeziehungen zwischen der verformungs- und legierungsbedingten Realstruktur des Austenits und den Umwandlungsvorgängen bei der anschließenden Abkühlung sich stark auf die Kinetik der γ/α-Umwandlung auswirkt. Änderungen im Löslichkeitsverhalten und in der Diffusionskinetik der Legierungselemente sowie in der Selbstdiffusion des Eisens als Folge der durch die bei der Umformung eingebrachten Gitterfehler im Austenit beeinflussen sowohl die Keimbildung als auch das Wachstum der verschiedenen Umwandlungsphasen. Die Ergebnisse von Versuchen an mehreren niedriglegierten Kohlenstoffstählen zeigen auf, daß die Austenitumwandlung zu Ferrit und Perlit durch eine erhöhte Konzentration an Gitterleerstellen infolge der Warmumformung beschleunigt wird. Die martensitische Umwandlung wird ebenso von der Defektstellenkonzentration im verformten Austenit in dem Sinne beeinflußt, daß die Martensit-Starttemperatur M_s im Vergleich zum unverformten Zustand zu etwa 30 bis 40°C niedrigeren Werten verschoben wird. Es liegen Beweise vor, daß die Erniedrigung der M_s-Temperatur zusätzlich mit der Entstehung einer starken {123} ?412?-Austenittextur verknüpft ist. Bei umwandlungsträgen Stahlsorten wurden beim kontinuierlichen Abkühlen umwandlungsfreie Bereiche zwischen der Ferrit/Perlit- und Bainitstufe als Folge der Warmumformung festgestellt. Teilweise wird die bainitische Umwandlung völlig unterdrückt. Die Ausbildung einer starken Textur im Austenit vor der Bainitumwandlung führt zu einer Senkung der Bainit-Starttemperatur von bis zu 100°C bei höheren Abkühlraten.     

Untersuchung der Abhängigkeiten des Ablösevolumens einzelner Gasblasen mit einem Simulationsmodell

Mit einem früher¹) entwickelten, mathematischen Modell zur Simulierung der Vorgänge bei der Entstehung, Ablösung und Bewegung einzelner Blasen, die an Düsen gebildet werden, werden Abhängigkeiten des Ablösevolumens von den Flüssigkeitseigenschaften sowie von konstruktiven und operativen Parametern untersucht. Die Ergebnisse des Simulationsmodells werden mit experimentellen Daten aus dem Schrifttum verglichen. Die Übereinstimmung ist überraschend gut. Als Vorteil des Simulationsmodells stellte sich unter anderem heraus, daß bei der Untersuchung des Einflusses der physikalischen Eigenschaften der flüssigen Phase wie Dichte, Viskosität und Grenzflächenspannung der Einfluß der Veränderung eines einzelnen Parameters unter Konstanthalten aller übrigen untersucht werden konnte, was in Experimenten mit realen Flüssigkeiten nicht möglich ist. Das Blasenablösevolumen steigt (grob gesprochen) mit zunehmender Grenzflächenspannung sowie abnehmender Dichte und ist unabhängig von der dynamischen Viskosität, solange diese unter etwa 100 mPas bleibt. Bei kleinen Laplace-Kostanten ist es unabhängig von der Laplace-Konstanten, erst bei höheren Werten dieser Konstante hängt das Ablösevolumen deutlich von ihr ab. Die Tendenz zur Annäherung an ein Grenzgesetz ist deutlich. Der Düsenquerschnitt hat bei kleinen Gasdurchsätzen großen Einfluß auf das Ablösevolumen, sein Einfluß sinkt mit zunehmendem Gasdurchsatz, bei hohem Gasangebot wächst das Ablösevolumen deutlich mit dem Gasdurchsatz, auch hier ist die Annäherung an ein Grenzgesetz unverkennbar. Kleine Ablösevolumina bedeuten durch die damit verbundene feine Dispergierung des Gases eine große Grenzflächenentfaltung. Maßnahmen zur Erzielung kleiner Ablösevolumina werden angegeben.     

Grundlagen des Thermocoil-Verfahrens zur Herstellung höherfester Betonstähle auf Drahtwalzanlagen

Die anlagentechnischen und technologischen Bedingungen von modernen Drahtwalzanlagen bieten besondere Möglichkeiten zur Herstellung von höherfesten Betonstählen durch thermomechanische Behandlung. Vorverformungen in der Vor- und Mittelstaffel und die hohe und schnelle Endumformung im Drahtblock führen zu einem sehr feinkörnigem Austenitgefüge am Ende des Umformprozesses, das durch eine auf die chemische Zusammensetzung des Stahles abgestimmte Druckwasserkühlung im Anschluß an den Walzprozeß in ein entsprechend feinkörniges Sekundärgefüge, gegebenenfalls kombiniert mit einer partiellen Vergütung (Vergütung der Randzone), umgewandelt werden kann. Die zeitliche Veränderung der Temperaturverteilung über den Querschnitt im Verlauf der Druckwasserkühlung und des nachfolgenden Temperaturausgleichs an Luft läßt sich mit geeigneten mathematischen Modellen berechnen, so daß aus den bekannten Zusammenhängen zwischen Eigenschaften, Struktur und Abkühlbedingungen die anlagentechnischen Parameter für die thermomechanische Behandlung von Betonstählen auf Drahtwalzanlagen rechnerisch ermittelt werden können. Die Beherrschung der beim Durchlauf durch die Wasserkühlstrecke auf den Walzdraht wirkenden Bremskräfte erfordert eine spezielle Technologie für den Betrieb der Drahttreiber.     

Stoffübergang bei hüttenmännischen Heterogenreaktionen fest–gasförmig

Theoretische Behandlung von heterogenen Reaktionen zwischen Gas und Festkörper bei durchströmten und überströmten Schüttungen. Angabe von Gleichungen für den Stoff- und Wärmeübergang. Erörterung von Korrekturen für die theoretische Erfassung des Reaktionsablaufes. Behandlung der Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitskonstante, der Strömungserscheinungen bei Reaktionen mit Volumenvermehrung und des Einflusses unterschiedlicher Diffusionskoeffizienten der Gase. Aussagen über den Reaktionsablauf im Wirbelbett, Schachtofen, Etagenofen und im Drehrohrofen. Anwendungsbeispiele mit der Behandlung der chlorierenden Röstung von Schwefelkiesabbränden im Etagenofen sowie der Röstung im Drehrohrofen.     

Beitrag zur Klärung des unstetigen Austenitkornwachstums in mikrolegierten Feinkornbaustählen

Die zur Beschreibung der Kornwachstumsvorgänge des Austenits in mikrolegierten Stählen vorliegenden qualitativen und quantitativen Beschreibungen können in einer geschlossenen Darstellung zusammengefaßt werden, die als konservative Beschreibung des Kornwachstums bezeichnet wird. Hierin wird ein kritischer Teilchenzustand der kornwachstumsbehindernden Karbonitride bezüglich der Teilchengröße und -verteilung unter Berücksichtigung der Rückhaltekraft der Teilchen und der Definition des Gefügeheterogenitätsgrades Z beschrieben. Von dessen Definition hängt entscheidend die Bedeutung des kritischen Zustandes ab. Innerhalb der konservativen Beschreibung kann jedoch nur stetiges Kornwachstum vorliegen. Eine Erweiterung auf die nichtkonservative Beschreibung soll das unstetige Kornwachstum klären. Die Erscheinung des unstetigen Kornwachstums wird hierbei auf das Vorhandensein von zwei Teilgefügen bei der niedrigsten betrachteten Austenitisierungstemperatur zurückgeführt. Der Heterogenitätsgrad Z wird als Verhältnis der Größen beider Teilgefüge definiert, womit der kritische Zustand den Beginn des beschleunigten Wachstums eines Teilgefüges gegenüber dem anderen kennzeichnet. Diese zwei Wachstumsvorgänge, die unterschiedlichem Anstieg folgen, beschreiben als integraler Effekt das unstetige Kornwachstum. Austenitisierungsversuche an drei mikrolegierten Stählen mit konstanter Glühzeit zeigen bei der statistischen Analyse tatsächlich zwei Teilgefüge bei der niedrigsten Austenitisierungstemperatur. Das oberhalb einer bestimmten Temperatur einsetzende beschleunigte Wachsen eines Teilgefüges bzw. die schnelle Zusammenführung zu einem Gesamtgefüge können metallografisch als unstetiges Kornwachstum beobachtet werden. Die berechneten Temperaturen für den kritischen Zustand stimmen weitgehend mit den experimentell ermittelten Temperaturen für den Beginn des unstetigen Kornwachstums überein. Diese Tatsachen belegen die Beurteilung des Kornwachstums innerhalb der nichtkonservativen Beschreibung. Das Vorhandensein zweier Teilgefüge am Wachstumsursprung kann auf Seigerungen der Elemente Mn und Si zurückgeführt werden.     

Einfluß verschiedener Dehnungszustände auf das Umwandlungsverhalten eines Stahls

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Umwandlungsverhalten des Stahles 100 Cr 6 in Abhängigkeit vom Dehnungszustand für zwei Probengeometrien und verschiedene Abkühlgeschwindigkeiten verfolgt. Durch Anlegen einer Zugkraft im Bereich der Warmumformung wurde in den Proben ein Dehnungszustand erzeugt, der von der Probengeometrie (mit und ohne Kerbe) und von der Belastung abhängt. Um eine von äußeren Spannungen unbeeinflußte Gefügeumwandlung zu erzielen, war eine Entlastung der Proben nach der Warmumformung bei 800°C erforderlich. Die Bestimmung der Umwandlungstemperaturen erfolgte gleichzeitig mit den Methoden der Dilatometrie und der Differential-Thermoanalyse. Aus den Versuchsergebnissen konnte gezeigt werden, daß im Vergleich zum unverformten Zustand der Beginn und das Ende der perlitischen Umwandlung durch die Warmumformung des Stahls zu höheren Temperaturen und zu kürzeren Zeiten verschoben werden. Dabei waren abhängig von Probengeometrie oder Dehnungsverteilung unterschiedlich große Verschiebungen festzustellen.     

Optimierung kontinuierlich betriebener Durchlauföfen mit Hilfe von Teilbilanzen

Bei der energetischen Optimierung von Durchlauföfen ist insbesondere die Frage zu beantworten, in welcher Weise der Gesamtprozeß von seinen Teilprozessen - wie z. B. Vorwärmung des Gutes in der Vorwärmzone, Erwärmung des Gutes im beheizten Ofenteil und Luftvorwärmung im Rekuperator - beeinflußt wird. Dazu ist es zweckmäßig, außer einer Gesamtbilanz Teilbilanzen für die einzelnen Prozeßstufen aufzustellen. Die Verknüpfungen zwischen den Wirkungsgraden der Teilprozesse mit den entsprechenden Wirkungsgraden für den Gesamtprozeß liefern dann die gesuchten Beziehungen. Dabei zeigt sich, daß es aus energetischen Gründen gleichgültig ist, ob eine Wärmerückgewinnung durch Vorwärmung des Wärmgutes oder durch Vorwärmung der Verbrennungsluft erreicht wird. Es hängt aber von der Art des Brennstoffes ab, in welchem Maße eine Luftvorwärmung möglich ist. Insbesondere bei Öfen mit Schwachgasbeheizung (Gichtgas) ist eine relativ hohe Gutvorwärmung erforderlich, was bekanntlich zu Bauformen mit langer Vorwärmzone führt. Zur Bestimmung der im einzelnen benötigten Ofenlängen sind die maßgebenden Gleichungen für die Wärmeübertragung und gegebenenfalls für den Ausbrandverlauf hinzuzuziehen.     

Optimierung der Durchmischung in diskontinuierlichen und kontinuierlichen Aufblasreaktoren für die Entkohlung von Fe–C-Schmelzen mit Sauerstoff

Bei der schlackenfreien bzw. schlackenarmen Brennfleckentkohlung werden in der betrieblichen Praxis nicht die kinetisch möglichen hohen Entkohlungsgeschwindigkeiten erreicht. Modellversuche bei diskontinuierlicher und kontinuierlicher Betriebsweise sollen Möglichkeiten aufzeigen, wie durch richtige Wahl des Reaktortyps und der Prozeßparameter das Strömungsund Durchmischungsprofil im Reaktorbad zu optimieren ist. Wasser-Luft-Modellversuche wurden in den Reaktortypen Einzelrührkessel, Rührkesselkaskade und Rinne durchgeführt. Zur Unterstützung der schlackenfreien Entkohlungsreaktion muß der Strömungsverlauf innerhalb des Reaktorbades bei kontinuierlicher Arbeitsweise in verschiedenen Richtungen unterschiedlichen Anforderungen genügen. In Längsrichtung sind geringe Rückvermischungen mit einheitlichen Aufenthaltszeiten zur Erstellung eines homogenen Frischproduktes gefordert. In den Reaktorquerrichtungen soll die Durchmischung demgegenüber hoch sein, um einen hohen Stofftransport an den Reaktionsort Brennfleck zu sichern. Das Ziel gleichmäßiger Verweilzeiten in axialer Richtung wird am besten durch den Reaktortyp ?Kaskade“ mit einer Stufenzahl von mindestens n = 8 erreicht, in dem der Strömungsverlauf aufgrund der baulichen Form bereits vorgeprägt ist. Ein Optimum der Blasbedingungen liegt bei Blasraten knapp unterhalb einer Tropfenversprühung. Die Vorgänge in Kaskadenquerrichtung und die weitere Verbesserung eines Rinnenreaktors, der technisch einfacher und kostengünstiger zu gestalten wäre, bleiben Gegenstand weiterer Untersuchungen.     

Beitrag zur Bestimmung des Gehaltes an säurelöslichem Aluminium mittels optischer Emissionsspektrometrie mit Funkenanregung

Es wäre aus Sicht der Stahlwerker wünschenswert, den Massenanteil an säurelöslichem Aluminium in Stahl schneller zu bestimmen, als es bislang nach dem naßchemischen Verfahren möglich ist. Verschiedene Hersteller von optischen Emissionsspektrometern bieten Methoden, die es erlauben sollen, diesen säurelöslichen Aluminiumanteil in den Zwischen- und Fertigproben der Stahlproduktion funkenspektrometrisch zu bestimmen. Eine dieser Methoden, die Peak-Integrationsmethode, die von verschiedenen Spektrometerherstellern angeboten wird, wurde auf die Einsetzbarkeit bei Referenzmaterialien und den im Stahlwerk anfallenden Proben getestet. Die Peak-Integrationsmethode liefert brauchbare Ergebnisse, wenn die Stahlproben hinsichtlich der Aluminium- und Aluminiumoxidverteilung homogen sind. Größere Aluminiumoxidausscheidungen dürfen nicht vorliegen. Gerade die betrieblichen Zwischenproben, bei denen der Einsatz dieses Verfahrens besonders interessant wäre, erfüllen diese Voraussetzung nicht. Die Bestimmung des säurelöslichen Anteils des Aluminiums im Stahl an betrieblichen Zwischenproben mit dieser Methode ist deshalb nicht mit der erforderlichen Genauigkeit möglich.     

Möglichkeiten zur Beeinflussung von Umwandlungstemperaturen am Beispiel zweier hochlegierter Warmarbeitsstähle

Mit Hilfe einer dilatometrischen Meßeinrichtung erfolgte zunächst für die zwei vergleichend gegenübergestellten Stähle × 30 WCrV 9 3 und × 30 WCrV 5 3 die Bestimmung von Zeit-Temperatur-Austenitisierungs-Schaubildern mit dem Parameter der Martensitbildungstemperatur. Hierbei ist festzustellen, daß bei gleichen Aufheizgeschwindigkeiten und Austenitisierungstem-peraturen die martensitische Umwandlung bei dem höher wolframhaltigen Stahl früher eintritt als bei dem Vergleichswerkstoff. Hieraus ist abzuleiten, daß der erhöhte Wolframgehalt die Umwandlungsträgheit des Austenit abbaut. Ferner wurde der Frage nachgegangen, in welcher Weise Phasenveränderungen auftreten, wenn Formänderungen im Phasengebiet des unterkühlten Austenit mit langen Phasenanlaufzeiten der Perlitbildung vorgenommen werden. Für beide Stähle gilt gleichermaßen, daß umforminduzierte Spannungen das Phasenfeld des Perlit zu kürzeren Zeiten verschieben, wobei jedoch die bekannten Zusammenhänge der Keimbildung und des Keimwachstums erhalten bleiben. Aufgrund der um 100°C höher gewählten Austenitisierungstemperatur und der hiermit einhergehenden Karbidauflösung tritt eine Austenitstabilisierung ein, die bei dem Stahl × 30 WCrV 9 3 durch den Wolframgehalt nicht wieder rückgängig gemacht werden kann. Insofern stellt sich dieser Stahl im Vergleich zum Stahl × 30WCrV 5 3 als Umwandlungsträger dar. Schließen sich dem Umformvorgang eine isotherme Haltephase mit einer teilperlitischen Phasenumwandlung und ein folgender Abkühlvorgang an, ist ein zeitabhängiger Anstieg der Martensit- (Bainit-) Bildungstemperatur zu beobachten. Formänderungen selbst senken durch den von ihnen erzeugten Eigenspannungszustand diese Umwandlungstemperatur.     

Langzeitversprödung von hitzebeständigem CrNi-Stahlblech und -Schweißgut durch Sigma-Phase

Zur Beurteilung der Versprödungsneigung des hitzebeständigen Stahles X 7CrNi2314 (AISI309) und von Schweißgut (X 12 CrNi25 21) AISI 310 für eine Betriebsbeanspruchung bei 630°C wurden Glühversuche bis zu 30 000h Dauer durchgeführt. Das austenitische Blechmaterial weist einen geringen Anteil an feinzeilig angeordnetem Ferrit auf (ca. 2 %), der sich im Verlauf der Glühbehandlung bei 630°C in Sigma-Phase und Austenit umwandelt. Obwohl damit ein Absinken der Kerbschlagzähigkeit verbunden ist, darf nicht von einer eigentlichen Versprödung gesprochen werden. Die stark anisotrope Verteilung der Sigma-Phase kann sich allerdings bei einer Beanspruchung quer zu den Zeilen ungünstig auswirken. Für die untersuchten vollaustenitischen Schweißgutproben ist kennzeichnend, daß die RT-Kerbschlagzähigkeit oberhalb 1 000 bis 3 000 h verstärkt abfällt. Die Ursache dieser Versprödung liegt in einer zunehmenden Ausscheidung von Sigma-Phase entlang den Austenitkorngrenzen. Die Ergebnisse zeigen, daß zur Beurteilung der Versprödungsneigung in einem Temperaturbereich deutlich unterhalb der optimalen Sigma-Bildungsbedingungen, Langzeitversuche mit mehr als 1000 h Glühdauer notwendig sind.     

Einfluß von Temperatur und Haltedauer beim Spannungsarmglühen auf den Abbau innerer Spannungen und die mechanisch-technologischen Eigenschaften von Stahl 22 NiMoCr 3 7

An einer Bramme aus einer Schmelze des Stahles 22 NiMoCr 3 7 mit rd. 0,2% C, 0,6% Mn, 0,45% Cr, 0,6% Mo und 0,95% Ni Durchführung von Untersuchungen über den Einfluß der Temperatur und der Haltedauer beim Spannungsarmglühen auf die mechanischen Eigenschaften und den Abbau von inneren Spannungen durch Ermittlung der Kennwerte im Zugversuch bei 20 und 350 °C, der Übergangstemperatur im Kerbschlagbiegeversuch für Kerbschlagzähigkeiten von 27 J und 41 J und 50% Anteil an kristallinem Bruchgefüge sowie der Übergangstemperatur im Fallgewichtsversuch (NDT-Temperatur) an bei Temperaturen im Bereich von 450 bis 730 °C jeweils bis zu 100 h geglühten, der Bramme in Querrichtung entnommenen Proben. Härtemessungen in der Wärmeeinflußzone von IIW-Aufschweißproben nach entsprechenden Glühungen. Zeitstand-Zugversuche bei Temperaturen von 450 bis 730 °C mit unterschiedlicher Beanspruchungshöhe und -dauer bis zum Erreichen einer bleibenden Dehnung von wenigstens 0,2%. Erörterung der Ergebnisse mit Folgerungen, besonders für den durch die Verringerung der Härte und die Parameter im Zeitstandversuch mittelbar gekennzeichneten Abbau von inneren Spannungen sowie (hieraus resultierend) für eine vereinfachte Glühbehandlung von Schweißverbindungen.     

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.     

Experimentelle Untersuchungen der Strömungen,Turbulenz und Teilraumausbildung an Kaltmodellen gasgerührter Mischreaktoren

Im Rahmen dieser Arbeit wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen an Wasser- und Quecksilbermodellen bodengeblasener Reaktoren durchgeführt, um ein mathematisches Modell zur Beschreibung der Durchmischungsvorgänge weiterzuentwickeln. Dieses mathematische Modell beruht auf der Einteilung des Gesamtsystems in Subsysteme, die als ideale Mischer miteinander im Stoffaustausch stehen. Die Strömungsverhältnisse sowie ungefähre Anzahl, Lage und Größe der Teilräume wurden unter Variation der Gasvolumenströme, der Gefäßdurchmesser und der Füllstandshöhen zunächst mit Hilfe des Lichtschnittverfahrens erfaßt. Lichtschnittuntersuchungen mit Fluoreszen als Tracer dienten zur Beobachtung des Mischverhaltens der Einzelteilräume sowie zur Bestimmung der Gesamtmischzeiten. Mit einem Laser-Doppler-Anemometer wurden sowohl die großräumigen als auch die lokalen Strömungs- und Turbulenzprofile ermittelt. Aus den so erhaltenen Daten wurden die genaue Lage und die Größe der Teilräume sowie die Stoffaustauschströme zwischen diesen bestimmt. Weiterhin wurden Konzentrationsmessungen an Quecksilbermodellen durchgeführt. Der Vergleich dieser Messungen mit den an Wassermodellen erhaltenen Strömungs- und Turbulenzprofilen führte zu einer Einteilung in fünf Teilsysteme, mit der bei Anwendung des mathematischen Modells gute Übereinstimmung zu gemessenen Werten erzielt werden konnte.     

Einfluß von chemischer Zusammensetzung und Herstellungsbedingungen auf die Rißanfälligkeit Te-Iegierter Automatenstähle

Heißzugversuche und begleitende metallkundliche Untersuchungen wurden durchgeführt, um Festigkeit und Zähigkeit von Automatenstählen beim Stranggießen und Warmumformen in der 1. Hitze durch geeignete Versuchsführung im Labormaßstab zu bestimmen. Dabei galt es, den Einfluß des Legierungselementes Tellur in Gehalten von 0–0,047% festzulegen. Es zeigte sich eine starke Abhängigkeit der Festigkeit, der Zähigkeit und des Bruchverhaltens von dem durch die Versuchsführung gegebenen Gefügezustand, der Prüftemperatur und der Zerreißgeschwindigkeit. Im Heißzugversuch nach partiellem Aufschmelzen der Proben ?in situ” zeigen alle untersuchten Stähle einen extrem starken Abfall der Brucheinschnürungswerte im Bereich des zweiten Zähigkeitsabfalls. Dieser wird auf eine Ausscheidung von z.T. flüssigen, sehwefelreichen Phasen, insbesondere auf den Austenitkorngrenzen, aufgrund abnehmender Schwefellöslichkeit und langsamer Mangandiffusion bei sinkender Temperatur zurückgeführt. Sensibilisierungsversuche im Temperaturgebiet der Warmumformung wurden an zuvor partiell aufgeschmolzenen Proben sowie an Proben im industriell erzeugten Gußzustand und im vorgewalzten Zustand der Stahlsorte 9 SMnPb 28 mit und ohne Tellur durchgeführt. Während die Festigkeitswerte keine Abhängigkeit vom Tellurgehalt zeigen, weisen sämtliche tellurlegierten Proben unterhalb von 1150°C deutlich niedrigere Brucheinschnürungswerte auf als die entsprechenden tellurfreien Varianten. Verantwortlich hierfür ist eine Flüssigmetallversprödung, die durch aufschmelzende Bleitelluride verursacht wird.