Der Einfluß der Alkalioxyde auf die Reaktionen zwischen kohlenstoffreichen Eisenschmelzen und Ca-Mg-Al-Silikaten

Schlacken mit 2% Na₂O. Einfluß des Mengenverhältnisses von Eisenschmelze und Schlacke auf die Endgehalte nach 30 min Reaktionsdauer bei 1350, 1450, 1550 und 1650 °C. Einfluß des Basengrades der Schlacke auf die Endgehalte. Schlacken mit 3% K₂O. Verdampfen der Alkalien. Analysenwerte zum Verhalten des Stickstoffs gegenüber den alkalihaltigen Schlacken.     

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.     

Verhalten des Sauerstoffs beim Elektro-Schlacke-Umschmelzen

Einflußvon Stahl- und Schlackenzusammensetzung im System Calciumfluorid-Kalk-Tonerde-Kieselsäure[-Eisen(II)-oxid] [CaF₂–CaO–Al₂O₃–SiO₂(–FeO)] auf die Sauerstoffgehalte in elektro-schlacke-umgeschmolzenen Stählen. Aussagen über die Entmischungstendenz des Eisen(II)-oxids in calciumfluoridhaltigen Schlacken unter den Bedingungen des Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahrens. Folgerungen über die geschwindigkeitsbestimmenden Reaktionsteilschritte bei der Sauerstoffaufnahme durch Stahl und Schlacke während des Umschmelzens.     

Das Aluminium als Reduktionsmittel bei den Reaktionen zwischen. Eisenschmelzen und Hochofenschlacken im Graphittiegel

Das Schrifttum über den Einfluß des Aluminiums im flüssigen Roheisen auf den Schwefelaustausch mit Kalk-Kieselsäure-Tonerde-Schlacken und die Bedenken dagegen. Die Wirkung gleicher Anfangsaluminiumgehalte der Eisenschmelzen bei Schlacken steigender Basizität. Die Bildung von Aluminiumsulfid. Steigende Aluminiumgehalte bei anfangs gleicher Schlacke. Versuche zum Ablauf der Reaktionen. Die Aussagen der Stoffbilanzen. Die Beziehungen zwischen den Endgehalten der Eisenschmelzen und der Schlacken.     

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.     

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.     

Der Stickstoff der Gasphasen bei den Reaktionen zwischen Eisenschmelzen und Silikatschlacken im Graphittiegel

Hinzutreten des Stickstoffs des Luftgases zu Eisenschmelze und Schlacke im Graphittiegel trotz des Entstehens von Kohlenmonoxyd aus den Reaktionen des Kohlenstoffs. Verschiedene Orte der Reaktionen, zwei Gasphasen. Analytische Bestimmung verschiedener Verbindungen des Stickstoffs in den erstarrten Schlacken. Stickstoffaufnahme durch Eisenschmelzen und CaO-Al₂O₃(10%)-SiO₂- sowie CaO-Al₂O₃(10%)-MgO(10%)-SiO₂-Schlacken verschiedener Basizität bei 1550 °C in 1 h. Einfluß des Mengenverhältnisses von Eisenschmelze und Schlacke auf die Stickstoffaufnahme beider. Wirkung von Flußspatzusätzen, 5% CaF₂, auf die Reaktionen des Stickstoffs bei 0,5 und 2 h Reaktionszeit. Verhalten des Stickstoffs bei und nach dem Speichern der Reduktionswirkung des Kohlenstoffs durch die Schlacke. Nitride und Zyanide als Reduktionsmittel, ein Problem der Kinetik der Bildung von Gasphasen aus Flüssigkeiten. Wirkung des Zusatzes von Eisenoxyden zu stickstoffhaltigen Schlacken.     

Auflösungsverhalten und Sättigungsgehalte des Magnesiumoxids in Anfangsschlacken des LD-Verfahrens

MgO-Sättigungsbedingungen im System CaO–FeO–SiO₂–MgO. Der Schlackenweg beim LD-Verfahren. Starker Angriff der Anfangsschlacken auf die Konverterzustellung. Versuche im Induktionsofen mit einem Tiegel aus Magnesitkonvertersteinen und LD-Anfangsschlacken. Untersuchung des Lösungsvermögens von MgO in LD-Anfangsschlacken. Verschlackungsgeschwindigkeit. Einfluß vom Siliciumgehalt des Stahleisens bzw. der Basizität der Schlacke. Hinweis auf Betriebsversuche im 200-t-Konverter.     

Schlackenführung des SDS-Verfahrens im dolomitisch zugestellten LD-Konverter

Der Einfluß der Temperatur und der Systemkomponenten auf die Sättigungsphasen der Schlacke beim Einsatz von Dolomit wird aufgezeigt. Da eine Darstellung der SDS-Schlacke über die gesamte Blasezeit in einem System nicht möglich ist, werden die Anfangsschlacken mit Temperaturen unter 1600°C und die Endschlacken bei 1600°C getrennt beschrieben. Für beide Temperaturbereiche liegen die Schlacken in Sättigungsgebieten. Mit der Elektronenstrahlmikrosonde sind die Schlackenphasen während des Blasablaufes mineralogisch untersucht worden. Neben Merwinit und Monticellit-Kirschsteinit konnten Dicalciumferrit und Dicalciumsilikat in den Anfangs- und Magnesiowüstit, Dicalciumsilikat und Dicalciumferrit in den Endschlacken erkannt werden. Es wurde der Schlackenweg während des Blasens in den Dreistoffsystemen CaO′-SiO′₂-FeO′ und CaO′-SiO′₂-MgO′ entlang den Sättigungsflächen verschiedener Phasenräume bei der jeweiligen Temperatur dargestellt. Die Arbeitsweise mit verbleibender flüssiger Schlacke der Vorschmelze und einer veränderten Temperaturführung im ersten Drittel des Blasprozesses durch späteres Setzen von Kalk und Schrott ermöglicht die schnelle Auflösung des vor Blasbeginn zugegebenen Dolomits und damit den gleichzeitigen Bestand von MgO- und CaO-gesättigten Phasen während der ganzen Blasezeit. Der Wechsel des MgO zwischen den verschiedenen Phasen wird durch die Basizität, die Temperatur und den Eisengehalt der Schlacke bestimmt. Eine Behinderung der Kalk- und Dolomitauflösung durch Silikathüllen kann nicht beobachtet werden.     

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.     

Die Gleichgewichte zwischen mangan-, silizium- und sauerstoffhaltigen Eisenschmelzen und ihren Schlacken im Mangan(II)-oxydtiegel bei 1530 bis 1700 °C

Allgemeine Grundlagen der Metall-Schlacken-Gleichgewichte. Die Sättigung an FeO-MnO-Mischkristallen für 1530, 1600 und 1700 °C im Dreistoffsystem FeO–MnO–SiO₂. Die Gleichgewichte dieser Schlacken mit den Mangan-, Silizium- und Sauerstoffgehalten ihrer Metallschmelzen. Schliffbilder von untersuchten Schlacken und Oxydausscheidungen.     

Das Ausreduzieren flüssiger Hochofenschlacken durch elementaren Kohlenstoff und daran gesättigte Eisenschmelzen

Die Notwendigkeit, gerade Laboratoriumsversuche zu den Grundlagen der Metallurgie des Eisens so eingehend wie möglich zu analysieren. Gründe für das Vorherrschen des Graphits des Tiegels vor dem in der Eisenschmelze gelösten Kohlenstoff bei den Reaktionen mit den Oxyden der Schlacke. Der Einfluß steigender Eisenmengen bei gleichgehaltener Schlackenmenge auf die Endgehalte der beiden Phasen. Die Reaktionen an der Tiegelwand, nachgeahmt durch im Verhältnis zur Schlackenmenge sehr kleine Eisenmengen. Die Speicherung der Reduktionsarbeit des Kohlenstoffs in eisenarmen Schlacken ohne Gegenwart von Eisenschmelzen. Die Mitwirkung kleiner Mengen metallischen Eisens, von Eisenoxyden oder auch von Eisensulfid bei diesen Reaktionen. Hinweise auf die Mitwirkung stickstoffhaltiger Gase bei diesen Reaktionen.     

Das Ausreduzieren flüssiger Hochofenschlacken durch elementaren Kohlenstoff und daran gesättigte Eisenschmelzen

Die Notwendigkeit, gerade Laboratoriumsversuche zu den Grundlagen der Metallurgie des Eisens so eingehend wie möglich zu analysieren. Gründe für das Vorherrschen des Graphits des Tiegels vor dem in der Eisenschmelze gelösten Kohlenstoff bei den Reaktionen mit den Oxyden der Schlacke. Der Einfluß steigender Eisenmengen bei gleichgehaltener Schlackenmenge auf die Endgehalte der beiden Phasen. Die Reaktionen an der Tiegelwand, nachgeahmt durch im Verhältnis zur Schlackenmenge sehr kleine Eisenmengen. Die Speicherung der Reduktionsarbeit des Kohlenstoffs in eisenarmen Schlacken ohne Gegenwart von Eisenschmelzen. Die Mitwirkung kleiner Mengen metallischen Eisens, von Eisenoxyden oder auch von Eisensulfid bei diesen Reaktionen. Hinweise auf die Mitwirkung stickstoffhaltiger Gase bei diesen Reaktionen.     

Die Gesamtsauerstoffgehalte und freien Sauerstoffgehalte des Metallbades beim LD-Verfahren bei Blasende in Beziehung zu der Zusammensetzung von Bad und Schlacke

Abweichung der Gesamtsauerstoffgehalte durch unterschiedliche Verteilung der Tonerde in der Probe. Errechnung des O_ges aus der Bad- und Schlackenanalyse beim LD-Verfahren. Messung des freien Sauerstoffs mit der EMK-Zelle beim LD-Verfahren. Beeinflussung des O_ges durch die physikalischen Bedingungen der Schmelze. Zusammenhang des Fe⁺⁺, Fe⁺⁺⁺ und des Fe_ges bei verschiedenen Basizitäten der Schlacke. Untersuchung des L_FeO = [% O_fr]/(% FeO) beim LD-Verfahren. Einfluß der Temperatur und der Schlackenzusammensetzung auf den log L_FeO-Wert der LD- und der Laboratoriumsschmelzen verschiedener Verfasser. Die Aktivität des FeO in Abhängigkeit von der molaren Schlackenzusammensetzung bei verschiedenen Basizitäten.     

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.     

Die Gleichgewichte zwischen mangan-, schwefel- und sauerstoff-haltigen Eisenschmelzen und ihren Schlacken im Mangan(II)-oxydtiegel bei 1530 bis 1800°C

Verfahren zur gleichzeitigen chemischen Bestimmung von FeO, FeS, MnO und MnS in den Schlacken. Die Sättigung an FeO-MnO-Mischkristallen für 1530, 1600, 1700 und 1800°C im Vierstoffsystem FeO–MnO–MnS–FeS. Die Gleichgewichte dieser Schlacken mit den Mangan-, Schwefel- und Sauerstoffgehalten ihrer Metallschmelzen. Mikroaufnahmen von untersuchten Schlacken und Ausscheidungen in der Metallphase.     

Reaktionen sauerstoffaffiner Begleitelemente des Eisens mit eisenoxidhaltigen basischen Schlacken

Laboratoriumsversuche zur Untersuchung des zeitlichen Verlaufs der Reaktionen zwischen den im flüssigen Eisen gelösten Legierungselementen Silicium, Aluminium und Mangan und eisenoxidhaltigen basischen Schlacken im Temperaturbereich von 1600 bis 1780 °C. Ermittlung des Zeitgesetzes und des geschwindigkeitsbestimmenden Teilschrittes der Reaktionen. Aussagen über den Reaktionsablauf bei gleichzeitiger Reaktion zweier Legierungselemente mit der CaO-SiO₂-FeO_n-Schlacke, besonders über den Einfluß der Reaktionswärme auf die Stoffübergangsgeschwindigkeit. Anwendung der gefundenen Gesetzmäßigkeiten zur Berechnung der Aluminiumverschlackung während der Vakuumbehandlung nach dem Umtaufverfahren, während der Spülgasbehandlung und während des Vergießens.     

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.     

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.     

Tonerde und Kieselsäure im Vergleich bei den Reaktionen kalkreicher Schlacken mit Eisenschmelzen im Graphittiegel

Zum Schrifttum über das Verhalten der Tonerde im Vergleich zur Kieselsäure in Hochofenschlacken. Der Vorteil, die Reaktionen sogleich in den Vielstoffsystemen zu verfolgen. Die heftigen Gasausbrüche bei den Reaktionen zwischen siliziumarmen (<0,05 % Si), aber schwefelreichen (1 % S) Eisenschmelzen und CaO(50 %)-Al₂O₃-Schlacken im Graphittiegel bei 1550°C. Die eigenartige Benetzung des Graphits durch diese Schlacken. Das schlagartige Beruhigen des Überkochens und Schäumens der CaO(50 %)-Al₂O₃-Schlacken bei Zusatz des Reduktionsmittels Silizium zur Eisenschmelze. Das Verhalten von CaO(50 %)-Al₂O₃-SiO₂-Schlacken gegenüber Eisenschmelzen und Graphit bei der Entschwefelung, der Rückschwefelung, der Eisen- und Manganverschlackung und der Kieselsäurereduktion. Die Verknüpfung der Gehalte der flüssigen Phasen über die Querreaktionen. Nickelschmelzen an Stelle der Eisenschmelzen. Die Reaktionen von CaO(50 %)-CaF₂-Schlacken mit Eisenschmelzen im Graphittiegel. Die so verschiedene Wirkung von Kieselsäurezusätzen gegenüber Tonerdezusätzen zu diesen Schlacken. Die Reduktion der Tonerde. Hinweise auf die Nitrid- und Karbidbildung in solchen Schlacken.