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.     

Kinetische Untersuchungen über die Reduktion der Kieselsäure und die Entschwefelung zwischen kohlenstoffgesättigtem Eisen und CaO–SiO2–Al2O3–Schlacken bei 1550 °C

Einfluß der Schlackenzusammensetzung auf die Geschwindigkeit der Kieselsäurereduktion und Vergleich mit Ergebnissen früherer Arbeiten. Zusammenhang zwischen Diffusion und Adsorption bei der Kieselsäurereduktion. Einfluß des Siliziums in der Eisenschmelze und des Schwefels in der Schlacke auf die Kinetik der Entschwefelung. Zeitliche Veränderung des gelösten Kohlenstoffs und Siliziums im Eisen während des Schwefelübergangs von der Eisenschmelze zur Schlacke.     

Äquivalente Wirkung der Legierungselemente auf die konzentrations- und temperaturabhängige Wasserstofflöslichkeit in eisenreichen Drei- und Mehrstoffschmelzen

Darstellung der Schrifttumsergebnisse zur Konzentrations- und Temperaturabhängigkeit der Wasserstofflöslichkeit in eisenreichen Dreistoffschmelzen. Mathematische Beschreibung der konzentrations- und temperaturabhängigen spezifischen Aktivitätskoeffizienten . Äquivalente Wirkung der Legierungselemente X_i auf den log – Verlauf und auf die partiellen energetischen Größen. Auswertung von Mehrstoffschmelzen Fe–H–X₁–X₂–X_n nach dem Äquivalenzverfahren.     

Die Kinetik der Reaktion zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff in flüssigem Eisen bei 1600 °C

Aufstellung eines Reaktionsmodells und Ableitung einer Gleichung zur Besehreibung der Reaktionsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der Teilschritte in der Reaktionsfolge; Gleichgewichte und Reaktionsbahnen der Reaktion zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff; Einfluß von Tonerdeauflösung und unterschiedlicher Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlenstoff und Sauerstoff auf die Lage der Reaktionsbahn; Einfluß des Kohlenstoff- und Sauerstoffgehaltes auf die Geschwindigkeit der Kohlenmonoxidbildung.     

Das Hochofenschlackensystem Al2O3–CaO–MgO–SiO2 bei 1600, 1500 und 1400 °C

Beschreibung von Sättigungsflächen im System Al₂O₃–CaO–MgO–SiO₂ durch isotherme Schnitte im Konzentrationsbereich der Hochofenschlacken für 1600, 1500 und 1400 °C. Räumliche Tetraederdarstellungen und quantitative Grundrißprojektionen nach Überprüfung und Neufestlegung der Grenzflächen des homogenen Schlackenraumes durch Sättigungsschmelzen. Vollständige Darstellung des Grundsystems Al₂O₃–CaO–SiO₂ für 1600, 1500 und 1400 °C. Beispiel für die Anwendung der quantitativen Grundrißprojektion zur Einschätzung der Heterogenität von flüssigen Hochofenschlacken.     

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

Die Sättigung der Schlacken des Dreistoffsystems FeO–MnO–Al₂O₃ an FeO-MnO-Mischkristallen bei 1530, 1600 und 1700 °C. Die Gleichgewichte dieser Schlacken mit den Mangan- und Sauerstoffgehalten ihrer Metallschmelzen. Der Einfluß von Aluminiumoxyd und Kieselsäure auf die Aktivitäten des FeO und MnO sowie den K_Mn-Wert. Der Einfluß des Mangans auf die Sauerstoffaktivität.     

Die Berechnung thermodynamischer Größen und struktureller Eigenschaften flüssiger binärer Silicatsysteme

Ableitung von Gleichungen auf der Grundlage athermischer Mischungen der Kettenpolymere in Silicatsystemen zur Berechnung des thermodynamischen Verhaltens binärer Silicatschmelzen. Angabe einer Näherungslösung zur Berechnung der freien Mischungsenthalpie in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Schmelze aus einer einzigen systemspezifischen Konstanten. Überprüfung der Lösung an den Systemen CaO–SiO₂, MgO–SiO₂, PbO–SiO₂, MnO–SiO₂ und FeO–SiO₂. Aussagen über die lonenbrüche der freien Sauerstoffionen und der Kettenpolymere sowie über die mittlere Kettenlänge. Hinweis auf die Berechnungsmöglichkeit der freien Bildungsenthalpie stöchiometrischer Silicatverbindungen.     

Gleichgewicht und Kinetik der Ausscheidung von Tonerde im System Eisen—Sauerstoff—Aluminium bei 1600° C

Berechnung der Gleichgewichte zwischen Aluminium und Sauerstoff aus thermodynamischen Daten. Versuche zur Ausscheidung und Reduktion von Tonerde in flüssigen Eisenschmelzen bei 1600°C. Ermittlung des Wirkungs-parameters e_O^Al aus Ausscheidungsversuchen. Bedeutung von Übersättigung und metastabiler Grenze für die Keim-büdung von Tonerde und Einfluβ der Oberflächenspannung. Untersuchung des Mechanismus der Tonerdeausscheidung in Diffusionsversuchen und Angabe der Diffusionskoeffizienten D_Al und D_O- Erörterung der Bedingungen für periodisch auftretende Fällungszonen sowie der Bedeutung der Wachstumsgeschwindigkeit auf die Erkennbarkeit der Ausscheidungen. Zusammenhänge zwischen Teilchengröβe und Ort und Zeit der Ausscheidung.     

Die Wirkung von Zusätzen seltener Erdmetalle auf die Eigenschaften des Baustahles St 52–3

Einfluß der Pfannenzustellungen aus Kristallkalk und Schamotte auf die Pfannenentschwefelung von Schmelzen des Baustahles St 52–3 nach Zusatz von 0,44% Cermischmetall, Didym oder Lanthan. Untersuchung der Schwefelverteilung im Block und ihr Einfluß auf die Primärkorngröße, das Verhalten der Blöcke bei der Warmumformung in Abhängigkeit vom Gehalt an seltenen Erdmetallen. Einschlußuntersuchungen mit der Mikrosonde und nach elektrochemischer Isolierung. Wirkung der Zusätze auf die mechanischen Eigenschaften im Zugversuch und die Übergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit. Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften vom Einschlußgehalt. Beziehungen zwischen der Übergangstemperatur und dem Einschlußgehalt sowie der Korngröße nach Normalglühung.     

Einfluß unterschiedlicher Nickel- und Molybdängehalte auf die Hochtemperaturfestigkeits- und -Zähigkeitseigenschaften austenitischer Chrom-Nickel-Stähle nach Abkühlung aus der Schmelze

An austenitischen Chrom-Nickel-Stählen mit 18% Cr wurde in Heißzugversuchen nach vorangegangenem Aufschmelzen und Erstarren der Proben der Einfluß von Ni-Gehalten zwischen 8 und 13% und von Mo-Gehalten zwischen O und 3,4% auf die Hochtemperaturfestigkeit- und -Zähigkeit ermittelt. Als Kenngrößen für die Rißanfälligkeit beim Stranggießen und Warmumformen werden das wahre Erstarrungsintervall und die Brucheinschnürung bei 1000°C benutzt. Mitzunehmendem Ni- und abnehmendem Mo-Gehalt wurde eine erhöhte Erstarrungsrißanfälligkeit festgestellt. Zur Klärung der Ursachen wurden von hohen Temperaturen abgeschreckte Proben metallographisch untersucht. Bei Cr_äq/Ni_äq = 1,45 erfolgt der Übergang von primär ferritischer zur primär austenitischer Erstarrung. Für die Erstarrungsrißanfälligkeit ist weniger die Art der Primärerstarrung sondern die während der Erstarrung gebildete Menge an δ-Ferrit von Bedeutung.     

Elektrolytische Desoxidation von Eisenschmelzen

Übersichtsbericht zur elektrolytischen Desoxidation von Eisenschmelzen mit Hilfe von Festelektrolytzellen aus dotiertem ZrO₂ oder ThO₂. Laborversuche zur elektrolytischen Desoxidation von Eisenschmelzen bei Gehalten an gelöstem Sauerstoff zwischen 0,050 und 0,00002%. Einfluß der Stromstärke, des Rührens der Schmelze, der Reoxidation der Schmelze über die Gasphase und die Auflösung feuerfester Oxide sowie der Elektronenteilleitfähigkeit der Festelektrolyte auf die Desoxidationsgeschwindigkeit und die erzielbaren Endsauerstoffgehalte der Eisenschmelzen.     

Einfluß von Alkalien auf die Reaktionsgeschwindigkeit von Hüttenkoks in CO2-CO-N2-Gemischen

Messungen zum Einfluß von äußerlich aufgebrachten Alkalien auf die Reaktionsgeschwindigkeit von Kammerkoks und Formkoks bei geschwindigkeitsbestimmender chemischer Reaktion. Imprägnierung des Kokses mit KOH-Lösungen unterschiedlicher Konzentration. Erörterung der Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur, Zusammensetzung der CO₂-CO-N₂-Gemische und von der Alkalikonzentration. Darstellung von Ergebnissen für Hochofengasgemische.     

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.     

Neuere Untersuchungen über das Aluminium-Sauerstoff-Gleichgewicht in Eisenschmelzen

Laboratoriumsuntersuchungen zur Ermittlung des Gleichgewichtes für die Desoxydation von sauerstoffhaltigen Eisenschmelzen mit Aluminium unter Anwendung einer Kalk-Tonerde-Schlacke zur Raffination der Schmelze und bei Spülen der Schmelze mit hochreinem Argon. Erörterung der Einflüsse von nicht abgeschiedenen feinen Oxidsuspensionen und von metastabilen Übersättigungserscheinungen auf die in früheren Arbeiten gefundenen Abweichungen der Versuchswerte von thermodynamisch berechneten Gleichgewichtswerten. Bestimmung der Wirkungsparameter e₀^Al für die Wirkung von Aluminium auf Sauerstoff bei 1600, 1650 und 1700 °C und Berechnung der Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten für die Reaktion zwischen Aluminium und Sauerstoff im flüssigen Eisen. Ermittlung der Wirkung von Mangan und Silicium auf die Gleichgewichtslage der Desoxydationsreaktion mit Aluminium. Aus Abschätzungen der Einschlußgrößen und der Wachstumszeiten durch Diffusion sowie aus elektronenmikroskopischen Untersuchungen der Oxidsuspensionen Folgerungen über in der Schmelze verbleibende Oxidpartikel als Grund für Abweichungen vom berechneten Gleichgewicht. Anhang mit der Berechnung der freien Grenzflächenenergien für die Tonerdeabscheidung unter neutraler Gasatmosphäre sowie unter Kalk-Tonerde-Schlacken.     

Untersuchungen zur Wärmeübertragung bei der Spritzwasserkühlung von Stahlplatten

Mittels eines instationären Untersuchungsverfahrens wurde der Wärmeaustauschvorgang bei der Wasserabspritzung in einem sich auf die Kühlstrecke einer Warmwalzanlage beziehenden Bereich untersucht. Es wurde der Einfluß von Wasserbeaufschlagungsdichte, Oberflächenstoßdruck, Wasserschicht und Material auf den Wärmetransport überprüft. Die gesamte Oberflächenwärmestromdichte wurde als passende Größe zur Beschreibung der Wärmeübertragung bei der Wasserabkühlung besonders im Bereich der instabilen Filmverdampfung ausgewählt. Quantitativ wurde diese Größe unter verschiedenen Abkühlbedingungen ermittelt. Nach Forderung der Kühlungssimulationsaufgabe wurde die ?Stepwise Regression Procedure“ verwendet, um die Form und die entsprechenden Parameter der Regressionsformeln festzustellen. Die Ergebnisse für X 5 CrNi 18 8 wurden dargestellt. Solche mathematische Darstellungen können Wärmerandbedingungen in den Bereichen der stabilen und instabilen Filmverdampfung sowie der Blasenverdampfung kontinuierlich erfassen. Die Ergebnisse enthalten die wichtigsten Einflußfaktoren, wie einerseits Oberflächentemperatur (150–850°C) und andererseits Wasserbeaufschlagungsdichte (300–1500 l/(m² · min)). Diese Methode eignet sich als Grundlage zur Ermittlung der Wärmerandbedingungen unter den verschiedenen simulierten Kühlungsbedingungen und stellt somit den Ansatz eines zuverlässigen Modells zur Simulation und Optimierung des Warmwalzprozesses bzw. des Wärmebehandlungsprozesses und schließlich auch der ganzen Anlage dar.     

Gleichgewichte und Kinetik einiger Reaktionen schwefelhaltiger Gase mit Eisen und Kalk

Thermogravimetrische Messung der Gleichgewichte der Reaktionen Fe + H₂S = FeS + H₂ zwischen 700 und 900 °C sowie der Kinetik der Auf- und Entschwefelung von Eisenplatten, Eisenschwammpellets, Kugeln aus gebranntem Kalk und Kornschüttungen aus gebranntem Dolomit. Darstellung der ermittelten Zeitgesetze und Erörterung der geschwindigkeitsbestimmenden Schritte. Angaben zur Übertragung der ermittelten Geschwindigkeitskonstanten auf die Reaktion des Schwefels bei der Direktreduktion mit Kohle im Drehrohrofen. Aussagen über die Entschwefelungswirkung von Kalk und Dolomit.     

Einfluß von Schwefel und Mangan sowie der Abkühlbedingungen auf die Gefügestruktur und die Zähigkeitseigenschaften von Baustählen nach der Erstarrung aus der Schmelze

Einfluß der Mangan- und Schwefelgehalte auf die Zugfestigkeit, Brucheinschnürung sowie die Gefügestruktur von Baustählen mit 0,1 und 0,2 % C im Temperaturbereich von Liquidustemperatur bis 900 °C. Einfluß der Abkühlbedingungen aus der Schmelze auf die Kenngrößen zur Beurteilung der Innenrißanfälligkeit beim Stranggießen.     

Physikalisch-chemische Untersuchungsmethode zur Erforschung des Systems „Metall–Schlacke–Gas“ unter erhöhtem Gasdruck

Bericht über Anwendung der Schwebeschmelzmethode zur Untersuchung von Metall-Schlacke-Gas-Gleichgewichten unter erhöhtem Druck. Angaben über Versuchsergebnisse zur Stickstofflöslichkeit, zur Lösungsenthalpie und zur freien Reaktionsenthalpie des Stickstoffs bei Drücken bis 26 bar im Gleichgewicht mit legierten Schmelzen der bulgarischen Stahlsorte X 50 CrWMoVSiN 33 bei 1600 bis 1800°C sowie zur Schwefelverteilung zwischen Schmelze und einer Schlacke mit rd. 65% CaF₂, 30% Al₂O₃ und 4% CaO. Erörterung der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die Verhältnisse einer Druck-ESU-Anlage.     

Geschwindigkeit der Aufkohlung von CaO-Al2O3-Schmelzen

Aufkohlung von CaO-Al₂O₃-Schmelzen bei 1600 °C in Graphittiegeln unter Atmosphären aus Kohlenmonoxid-Argon-Gemischen. Einfluß des Partialdruckes des Kohlenmonoxids, der durch die Schmelze geblasenen Gasmenge, der Wandstärke des Tiegels, der Füllhöhe des Tiegels und der Graphitfläche auf die Aufkohlungsgeschwindigkeit. Aufstellung von verschiedenen Modellen zur Deutung der Aufkohlungskinetik.     

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.