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.     

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.     

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.     

Gemeinsamer Einfluß yon Mangan- und Magnesiumoxid auf die Schlackengleichgewichte im System Fe–CaO–FeOn–SiO2 bei 1600 °C

Ebene Darstellung eines Vielstoffsystems durch mehrfache Parallelprojektion. Schlackengleichgewichte im System Fe–CaO–FeO_n–SiO₂–MnO_n–MgO bei 1600 °C. Mikroskopische Untersuchung der Schlackenphase. Theoretische Entwicklung von Sättigungslinien für ausgewählte konstante Gehalte von Einzelstoffen. Erörterung der Ergebnisse im Hinblick auf ?LD?- und Siemens-Martin-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.     

Totale Gleichgewichte zwischen kohlenstoffgesättigtem Eisen und schwefelhaltigen Hochofenschlacken aus Kalk,Kieselsäure,Tonerde und Magnesiumoxid

Versuchsdurchführung. Bereiche des totalen Gleichgewichts auf der Schlackenseite des Systems Al₂O₃–CaO–MgO–SiO₂ für 1600 und 1500 °C. Schwefelverteilung zwischen Schlacken- und Metallphase bei totalem Gleichgewicht für 1600 und 1500 °C. Auswirkungen der kohlenstoffhaltigen Eisenphase auf die Phasenbeziehungen im Hochofenschlackensystem.     

Stoffaustausch zwischen flüssigem Eisen und Schlacke beim Sprühraffinationsverfahren

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

Die Wirkung von Magnesiumoxyd und Tonerde in flüssigen Hochofenschlacken

Die Ungleichgewichte der Reaktionen des Kohlenstoffs beim Schmelzen kleiner Mengen von Roheisen und Hochofenschlacken im Graphittiegel. Die enge Verknüpfung der Gehalte der Eisenschmelzen und der Schlacke trotz des Ungleichgewichtes der Reaktionen des Kohlenstoffs. Zur Frage der Wiederholbarkeit der Ergebnisse bei Zusatz von MgO und Al₂O₃ zu CaO-SiO₂-Schlacken auch beiErsetzen von CaO und SiO₂ durch MgO und Al₂O₃. Eine zahlenmäßige Übersicht über die sich einstellenden Gehalte (Fe), (Mn) und [S] bei [Si] = 1%, [Mn] = 1% sowie (S) = 1% für CaO-MgO(≦30%)-Al₂O₃(≦30%)-SiO₂-Schlacken bei 1550°C.     

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.     

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.     

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 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.     

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.     

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.     

Untersuchungen zum System Kalk–Eisen–Sauerstoff

Ermittlung des Liquidusbereiches der Kalksättigung im System Fe–O–CaO im Temperaturbereich 1150 bis 2050 °C durch Versuchsschmelzen mit Kalk-Eisenoxid-Schlacken in einem aus reinem Calciumcarbonat isostatisch gepreßten und bei 1650 °C gesinterten Kalktiegel. Aussagen zum Einfluß des Sauerstoffpartialdrucks auf die Phasengleichgewichte und auf das Lösungsvermögen der Schlacken für Kalk. Mikroskopische Gefügeuntersuchung der abgeschreckten Schlacken zur Abgrenzung der Kalksättigung gegenüber der Dicalciumferritsättigung. Erörterung des Einflusses der Temperatur auf die Schwefelverteilung zwischen Schlacke und Bad.     

Untersuchungen im Sechsstoffsystem CaO–FeOn–MgO–MnOn–P2O5–SiO2 bei 1600 °C im Gleichgewicht mit Eisen

Ebene Darstellung von Mehrkomponentensystemen durch mehrfache Parallelprojektion. Auswertung des Schrifttums. Entwicklung der Phasengleichgewichte für technisch interessierende Sättigungsräume in den beteiligten Fünfstoffsystemen bis zum Sechsstoffsystem. Ergänzende eigene Versuche und exemplarische Darstellung des Raumes entmischter silicophosphatgesättigter Schmelzen. Darstellung von Gleichgewichten für konstante Gehalte an MgO, MnO_n und SiO₂, entsprechend den Schlackenzusammensetzungen des LD-AC-Verfahrens.     

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.     

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.     

Benetzbarkeit von festen CaO-MgO-SiO2 - und Al2O3-SiO2-CaO-Oxiden durch flüssigen Stahl

Ermittlung der Benetzbarkeit von gesinterten Oxidmischungen der Systeme CaO–MgO–SiO₂ und Al₂O₃–SiO₂–CaO durch eine hochlegierte Eisenschmelze mit rd. 20 % Ni und 25 % Cr zur Simulation der Verhältnisse bei der Stahlerzeugung beim Kontakt zwischen Schmelze und feuerfester Zustellung. Aussagen zum Einfluß der Oberflächenrauheit des Oxids. Erörterung des Verhaltens exogener Einschlüsse aus den untersuchten Oxiden in der Schmelze.     

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.