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.     

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.     

Die Aktivität des Sauerstoffs in molybdän-, wolfram-, niob-oder tantalhaltigen Eisenschmelzen

Anwendung der Festelektrolytzellen PtRh-Luft || stabilisiertes ZrO₂ || Eisenschmelze-festes Eisen und Ir–H₂O, H₂ || stabilisiertes ZrO₂ || Eisenschmelze–festes Eisen zur Bestimmung der Sauerstoffaktivität in molybdän-, wolfram-, niob- oder tantalhaltigen Eisenschmelzen bei 1600 °C. Ermittlung der Wirkungskoeffizienten der Elemente Molybdän, Wolfram, Niob und Tantal für die Beeinflussung der Sauerstoffaktivität aus dem Vergleich der elektrochemisch gemessenen Sauerstoffaktivitäten und der durch die Analyse bestimmten Sauerstoffgehalte der Schmelzen. Zusammenstellung aller von den Verfassern bisher durch EMK-Messungen ermittelten Wirkungsparameter e^X_O in Eisenschmelzen.     

Ergebnisse aus Untersuchungen zur Korrosionskinetik feuerfester Stoffe mit Hilfe der rotierenden Scheibe

Theoretische Grundlagen zum Stoffübergang von der für die Untersuchung der Korrosionskinetik feuerfester Stoffe eingesetzten rotierenden Scheibe in ein flüssiges Medium bei freier und erzwungener Konvektion. Ermittlung der Auflösung von dichtem Magnesiumoxid bei unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten in Schlacken des Systems CaO–FeO_n–SiO₂–MgO bei 1400 °C. Ableitung allgemeiner Gesetzmäßigkeiten aus den Versuchsergebnissen. Einfluß der Schlackenzusammensetzung auf den Verschleiß. Vergleich des Auflösungsverhaltens von dichten Magnesiumoxidscheiben mit dem von Proben aus betrieblich eingesetzten Magnesitsteinen. Erörterung des Prüfverfahrens und Darstellung seiner Vor- und Nachteile. Betriebliche Verwendbarkeit der mit ihm ermittelten Ergebnisse.     

Zum Einfluß von Temperatur und Beanspruchungsgeschwindigkeit auf die Rißzähigkeit von Baustählen mit unterschiedlicher Festigkeit

Untersuchungen an zwei territisch perlitischen Stählen und an einem bainitischen Stahl mit Streckgrenzenwerten zwischen 330 N/mm² und 630 N/mm². Ermittlung der Rißzähigkeit K_lc in Abhängigkeit von der Temperatur bei Beanspruchungsgeschwindigkeiten zwischen dem quasistatischen Versuch und schlagartiger Beanspruchung. Meßtechnische Voraussetzungen für die Durchführung von Bruchmechanikversuchen bei hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten. Ermittlung der kritischen Rißaufweitung δ_c und Vergleich der an kleinen 1 CT-Proben ermittelten K_lc-Werte mit den Ergebnissen von 2 CT-Proben. Unterschiede zwischen den aus instrumentierten Kerbschlagversuchen ermittelten Ergebnissen und den an instrumentierten CT-Proben gemessenen K_ld-Werten. Darstellung der Rißzähigkeit K_lc in Abhängigkeit von der im Kerbgrund berechneten Dehngrenze.     

Nichtmetallische Einschlüsse und Überrollungslebensdauer

Überrollversuche mit je 20 Wälzlagern aus elf Schmelzen von Stahl 100 Cr 6. Beobachtung einer Korrelation zwischen dem Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen (Reinheitsgrad) und der Lebensdauer. Erörterung des Mechanismus der Pittingbildung. Einfluß von anderen Werkstoffeigenschaften (außer dem Reinheitsgrad), der Werkstoffanstrengung und der durch die Überrollung veränderten Eigenspannungen auf die Lebensdauer. Beurteilung des Gültigkeitsbereiches der ermittelten Korrelation im Hinblick auf das Zusammenwirken dieser Einflüsse.     

Abhängigkeit der inneren Rückspannung von den Kriechbedingungen bei Reinkupfer und bei den Stählen X 6 CrNi 18 11 und X 8 CrNiMoNb 16 16

Am Beispiel der austenitischen Stähle X 8 CrNiMoNb 1616 und X 6 CrNi 1811 sowie des reinen Metalls SF-Cu, das aus Vergleichszwecken herangezogen wurde, ist die Abhängigkeit der quasi-stationären inneren Rückspannung bei Zeitstandbeanspruchung von den Kriechbedingungen untersucht worden. Die Messungen der inneren Rückspannungen erfolgten anhand von strain transient dip tests. Ermittelt wurden die Abhängigkeiten der quasi-stationären inneren Rückspannung im sekundären Kriech-bereich von der Lastspannung σ und der Temperatur T. Festgestellt wurde hierbei, daß mit zunehmender Lastspannung, bei konstanter Temperatur, die innere Rückspannung σ_i ebenfalls zunahm; das Verhältnis σ_i/σ nahm jedoch ab. Die Zunahme der Temperatur bei konstanter Spannung bewirkte hingegen eine deutliche Abnahme sowohl der inneren Rückspannung als auch des Verhältnisses σ_i/σ. Die stationäre Kriechgeschwindigkeit wurde als Funktion der effektiven Spannung σ_eff aufgefaßt. Bei allen Untersuchungswerkstoffen läßt sich diese Abhängigkeit durch eine Potenzfunktion der effektiven Spannung gut erfassen. Die effektiven Spannungsexponenten sind werkstoffabhängig. Als Näherung kann bei den technischen Werkstoffen der werkstoffunabhängige Exponent 4 herangezogen werden. Beim reinen Metall ist diese Näherung nicht zulässig. Ausgehend von der ermittelten Potenzfunktion wurde die Spannungsabhängigkeit der inneren Rückspannung formuliert. Hiermit wurden die experimentell ermittelten Zusammenhänge gut erfaßt.     

Kinetik der Entkohlung von α- und γ-Eisen in H2O-H2-Gemischen und der Aufkohlung in CO-H2-Gemischen

Widerstandsmessungen des zeitlichen Ablaufs der Entkohlung von Eisen in H₂O-H₂-Gemischen bei Temperaturen zwischen 600 und 1000 °C und der Aufkohlung in CO-H₂-Gemischen. Geschwindigkeitsgesetz, Temperaturabhängigkeit und Mechanismus der Reaktion {CO} + {H₂} ? [C] + {H₂O}. Einflüsse von Diffusion und Transport in der Gasphase auf die Entkohlung in H₂O-H₂-Gemischen.     

Diffusion von Silizium in schmelzflüssigen Kalk-Kieselsäure-Tonerde-Schlacken

Ermittlung der Diffusionskoeffizienten von Silizium in flüssigen Schlacken in Abhängigkeit vom Kalk-Kieselsäure-Verhältnis und vom Tonerdegehalt für 15 bis 60% SiO₂ und 15 bis 40% Al₂O₃ in der Schlacke und Temperaturen von 1500 bis 1600°C. Aus der Aktivierungsenergie der Diffusion Rückschlüsse auf den Aufbau der Schlacken und auf den Diffusionsmechanismus. Aussagen zum Einfluβ von Kalk und Tonerde auf die Beständigkeit des Kieselsäuregitters. Vergleich der Diffusionskoeffizienten von Silizium und Kalzium in der flüssigen Schlacke.     

Mechanismus und Kinetik von Reduktionsreaktionen

Beschreibung des für die Untersuchungen verwendeten, als ?Derivatograph? bezeichneten Gerätes zur gleichzeitigen Messung von Temperatur, Enthalpieänderung, Gewichtsänderung, Geschwindigkeit der Gewichtsänderung und der Gaszusammensetzung. Reaktionsablauf der Reduktion von Co₃O₄, Fe₃O₄, Fe₂O₃ mit festem Kohlenstoff, Wasserstoff und Kohlenmonoxyd im Derivatographen. Stufenweiser Sauerstoffabbau von Magnetit und Hämatit und Geschwindigkeit der Reaktionen in den einzelnen Reaktionsstufen. Beobachtung einer Oxydphase FeO · Fe₃O₄. Ermittlung der Aktivierungsenergien der Reduktionsvorgänge. Mechanismus der unterhalb 570 °C ablaufenden indirekten Reduktion und der Direktreduktion oberhalb 1000 °C unter Berücksichtigung der ermittelten Sauerstoffabbaugeschwindigkeiten des festen Kohlenstoffes und des Kohlenmonoxyds.     

Die Verdampfung des Eisens und seiner Begleitelemente Kupfer und Mangan beim Schwebeschmelzen unter vermindertem Druck

Beschreibung einer Schwebeschmelzanlage für das tiegelfreie Schmelzen von Metallen unter kontrollierter Gasatmosphäre. Untersuchung der Verdampfung des Eisens und der Begleitelemente Kupfer und Mangan aus Proben des Stahles X 5 CrNi 18 9 in eine Argonatmosphäre bei Drücken zwischen 760 und 5 · 10^?2 Torr und Schmelztemperaturen zwischen 1760 und 1930 °C. Deutung der Versuchsergebnisse anhand eines Ansatzes von E. T. Turkdogan für die Diffusion von Metalldampf durch eine laminare Strömungsgrenzschicht. Vergleich der Ergebnisse für die Verdampfung unter vermindertem Druck in der Schwebeschmelzanlage und im Vakuuminduktionsofen und Schlußfolgerungen für die Einstellung optimaler Bedingungen zur Entfernung von Kupfer aus Stahlschmelzen.     

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.     

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 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.     

Besonderheiten der Thermodynamik und Kinetik der Eisenoxidreduktion mit Kohlenmonoxid und Wasserstoff

Untersuchung der Eisenoxidreduktion mit einem Gasaus CO und H₂ nach Umsetzung von CH₄ mit CO₂. Aussagen überdie Veränderung des Reduktionsgrades. Ermittlung der Gasausnutzung von Wasserstoff und des Kohlenmonoxid. Behandlung des Temperatureinflusses auf den Kohlenstoffgehalt des Eisenschwamms. Erörterung über die Verringerung des Schwefel- und des Arsengehaltes parallel zur Eisenoxidreduktion.     

Kohlenstoff- und Stickstoffaufnahme durch hoch kalkbasische Schlacken bei Gegenwart von Eisenschmelzen im Graphittiegel

Reichweite der reduzierenden Wirkung des elementaren Kohlenstoffs auf CaO-CaF₂-SiO₂- sowie CaO-CaF₂-Al₂O₃-Schlacken in Gegenwart von Eisenschmelzen. Zusammenhang zwischen entschwefelnder Wirkung, Manganverteilung, sowie Kohlenstoff- und Stickstoffaufnahme durch solche Schlacken. Sehr verschiedene Wirkung von Kieselsäure und Tonerde. Reduktion der Kieselsäure und der Tonerde aus diesen Schlacken durch den Kohlenstoff. Verschiedene Arten des Auftretens des Stickstoffs in den Schlackenproben je nach Zusammensetzung und Reduktionsgrad. Auflösung des Kohlenstoffs in den Schlacken und Beziehungen zum Sättigungsgrad der Eisenschmelzen an Kohlenstoff. Verhalten des Kohlenstoffinhaltes der erstarrten Schlackenproben gegenüber wässerigen Lösungen. Erste Vorstellungen über Ort und Reihenfolge der Reaktionen bei der Kohlenstoff- und Stickstoffaufnahme durch die Schlacken. Zugesetztes Silizium als Reduktionsmittel bei der Kohlenstoff- und Stickstoffaufnahme durch CaO-A₂O₃-CaF₂-Schlacken. Hinweise auf die bei hochbasischen Schlacken überraschend starke, in Hochofenschlacken demgegenüber verschwindend geringe Bildung von Zyaniden.     

Kinetik und Mechanismus der Oxydation und Reduktion von Wüstit in Wasserdampf-Wasserstoff-Gemischen

Deuterium-Austausch zwischen Wasserdampf und Wasserstoff an der Wüstitoberfläche. Widerstandsmessungen zur Untersuchung der Sauerstoffübertragung. Nachweis der Teilschritte H₂O = OH(ad) + H(ad) und OH(ad) = O(ad) + H(ad) bei der Sauerstoffübertragung. Geschwindigkeitsgleichungen der Teilschritte. Abhängigkeit von Druck, Sauerstoffaktivität und Temperatur. Kontrolle der Reaktionsgeschwindigkeit durch die Teilreaktionen.     

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.     

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.     

Elektrochemische Untersuchungen metallurgischer Reaktionen mit festen Oxyden und Phosphaten als Elektrolyte

Elektrische Spannungen zwischen Roheisenschmelzen und verschiedenen oxydischen Ofenzustellungen. Thermospannungen in oxydischen Stoffen und ihre Halbleitereigenschaften. Untersuchungen über die Löslichkeit von Wüstit und Hämatit in der CaF₂-Phase des stabilisierten Zirkonoxyds. Röntgenuntersuchungen und Dichtemessungen zur Aufklärung der Fehlordnung im stabilisierten Zirkonoxyd und des Einbaumechanismus von Wüstit und Hämatit. Entwicklung einer Elektrode aus stabilisiertem Zirkonoxyd zur Messung des Sauerstoffpotentials von Eisenschmelzen. Messung der thermodynamischen Größen für die Auflösung von Sauerstoff in den Metallschmelzen Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer, Silber, Zinn und Blei. Messung der Aktivitätskoeffizienten f^O_O, f^S_O, f^P_O, f^C_O, f^Co_O, f^Ni_O, f^Cr_O, und f^V_O, in Eisenschmelzen und f^O_O, f^S_O, f^C_O, f^Co_O, f^Ni_O, für Kobalt- und Nickelschmelzen. Messung der Aktivität von FeO in den Systemen FeO–MnO und FeO–MgO bei 800 bis 1000 °C. Messung der Gleichgewichte zwischen den Mischkristallen aus FeO–MnO und Fe₃O₄–Mn₃O₄ bei 700 bis 900 °C. Ermittlung der Phosphoraktivität in Eisenschmelzen mit dem Festelektrolyten 4 CaO · P₂O₅ + CaO zwischen 0,06 und 20% P.