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 Stukturumwandlung bei der Reduktion von Hämatit in Magnetit

Untersuchung des Mechanismus und der Kinetik der Reduktion von Hämatit zu Magnetit mit Kohlenmonoxid-Kohlendioxid-Gemischen als Reduktionsgas. Ermittlung von Aussagen über den alleinigen Ablauf der chemischen Reaktion an feinverteiltem Fe₂O₃-Pulver mit einem Teilchendurchmesser kleiner als 4000 Å. Erörterung der Ergebnisse bei gleichzeitigem Ablaufen von chemischer Reaktion und Diffusion. Ermittlung der Aktivierungsenergien. Aussagen über die Texturveränderungen bei der Reduktion und über die kristallographische Reversibilität bei Reduktion und Oxidation.     

Beitrag zur Thermodynamik der Kieselsäurereduktion

Beschreibung von Laboratoriumsversuchen zur Reduktion flüssiger Schlacken des Systems CaO–MgO–SiO₂–Al₂O₃ mit Gehalten von 28,5 bis 38,5% SiO₂ im Graphittiegel in Gegenwart von kohlenstoffgesättigtem Eisen bei 1600 °C. Ermittlung der Gleichgewichtsverteilungskonstante des Siliciums zwischen kohlenstoffgesättigten Eisenschmelzen und kieselsäurehaltigen Schlacken bei unbewegter Schmelze. Aussagen über die Aktivität der Kieselsäure in der Schlacke des Systems CaO–MgO–SiO₂–Al₂O₃.     

Einfluß des Schwefels auf die Reduktion der Kieselsäure aus Ca-Mg-Al-Silikaten bei Gegenwart von Eisenschmelzen im Graphittiegel

Bedeutung der Kieselsäurereduktion bei kleiner Schlackenmenge im Hochofen. Umlauf von Schwefel und Silizium im Hochofen über die Gasphase infolge des Auftretens gasförmiger Siliziumsulfide. Unterschied des Ablaufes der Reaktionen zwischen anfangs schwefelreichen und schwefelarmen Eisenschmelzen mit den gleichen CaO-SiO₂-Schlacken im Graphittiegel über Reaktionszeiten bis zu 6 h bei 1550 °C. Einfluß des zunehmenden Basengrades der CaO-SiO₂-Schlacken durch die Kieselsäurereduktion auf ihr Fließverhalten und die Vorgänge nach der Erstarrung. Wirkung von zugesetztem Kalziumsulfid auf die Reduktion der Kieselsäure aus CaO-SiO₂-, CaO-Al₂O₃(10%)-SiO₂-und CaO-MgO(10%)-Al₂O₃(10%)-SiO₂-Schlacken verschiedenen Basengrades. Vorteil kleiner Eisenmengen bei solchen Versuchen.     

Aktivität des Eiseni(ll)-oxids in Schlacken

Elektrochemische Aktivitätsbestimmung des Eisen(ll)-oxids in den Systemen FeO–SiO₂, FeO–MnO–SiO₂ und FeO–CaO–SiO₂ im Temperaturbereich von 1250 bis 1350 °C durch Messung der Sauerstoffaktivität einer mit der flüssigen Schlacke im Gleichgewicht stehenden Silberschmelze mit Hilfe eines ZrO₂(CaO)-Festelektrolyten. Ermittlung der freien Standardenthalpie der Reaktion Fe(γ) + 1/2 O₂ (g) = FeO (I). Erörterung über das Oxydationsvermögen von Schlacken sowie über die Möglichkeiten zur Berechnung der Basizität von Schlacken.     

Reaktionen hochlegierter Eisen-Chrom-Schmelzen mit kieselsäurehaltigen feuerfesten Stoffen

Laboratoriumsmäßige Untersuchung der Reduktion von reiner Kieselsäure, Schamottestein A III und Mullitstein in Eisenschmelzen mit Massengehalten an Chrom bis 15% und an Aluminium von 0,5% im Temperaturbereich von 1550 bis 1680 °C bei Drehgeschwindigkeiten der zylindrischen Probekörper von 0 bis 570 U/min. Ermittlung des Zeitgesetzes der Reduktion reiner Kieselsäure in hochlegierten Eisen-Chrom-Schmelzen. Vergleich mit dem Verhalten gegenüber Eisen-Mangan-Schmelzen. Untersuchung des Einflusses von Aluminium auf die Reaktion des Chroms mit Kieselsäure. Angaben über die Reaktionsprodukte von Schamottestein A III in Eisen-Chrom-Schmelzen und den zeitlichen Ablauf der Reaktionen. Erörterung des Reaktionsablaufs bei Mullitstein.     

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.     

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.     

Entsphosphorung von kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen mit Calciumcarbid und Calciumcarbid-Calciumfluorid-Schlacken

Für die bei einer Entphosphorung von Eisenschmelzen mit CaC₂ auftretenden Sättigungszustände des Zustandsdiagramms Fe—C—Ca—P wurden in der Eisenecke mit den für Eisenschmelzen interessierenden technischen Gehalten an P und C folgende sättigende Phasen ermittelt zu: Calcium, Calciumcarbid, Calciumphosphid, Calciumcarbophosphid und Graphit. Aufgrund der gefundenen Versuchsergebnisse führen die geringen P-Gehalte im Bereich der Calcium- und der Calciumcarbidsättigung zunächst zu erhöhten Ca-Werten, ehe im Bereich der Calciumphosphid- und Calciumcarbophosphidsättigung die P-Werte mit steigenden Ca-Gehalten durch ihre Verknüpfung über das Löslichkeitsprodukt abnehmen. Bei der Behandlung von P-haltigen Eisen-Kohlenstoff-Schmelzen mit CaC₂—CaF₂-Schlacken wird die Entphosphorung ebenfalls über in Lösung gegangenes Ca und die Bildung von Calciumphosphid geregelt. Die Entphosphorung ist stark abhängig vom C-Gehalt im Eisen und zeigt nach den eigenen Ergebnissen ein Maximum bei ca. 0,85 Gew.-% C. Jedoch wird durch das verstärkte Auftreten des Calciumcarbophosphids bei höheren Kohlenstoffgehalten auch bei Graphitsättigung der Eisenschmelze noch ein deutlicher P-Abbau bei steigenden Ca-Gehalten gewährleistet. Insgesamt führt die Entphosphorungsbehandlung mit CaC₂—CaF₂-Schlakken zu Abbauergebnissen, die einer Verschiebung der im reinen System Fe—C—Ca—P gefundenen Sättigungszustände zu um den Faktor 2 niedrigeren Werten gleichkommen.     

Der Einfluß von Zusatzelementen auf die Aktivität des Schwefels in kohlenstofffreiem und kohlenstoffhaltigem Eisen bei 1550°C

Direkte Ermittlungen des Einflusses von Aluminium, Kohlenstoff, Chrom, Mangan, Zinn, Phosphor und Silizium auf die Schwefelaktivität im flüssigen Eisen bei 1550°C über schwefelhaltige Blei- und Bleidampfphasen. Darstellung der Aktivitätskoeffizienten des Schwefels für die Systeme Fe–S–X und Fe–S–X₁–X₂. Aussagen zur Änderung der Schwefellöslichkeit in kohlenstoffgesättigtem Eisen durch Siliziumzugabe. Vergleich der Versuchsergebnisse mit Ergebnissen nach anderen Auswertungsverfahren zur Berechnung von Aktivitätskoeffizienten in Vielstoffsystemen.     

Bruchmechanische Überprüfung der Integrität des Primärkühlmittel-Eintrittsstutzens eines Druckwasser-Reaktordruckbehälters unter Zugrundelegung eines Kühlmittelverlust-Störfalles

Sicherheitstechnische Beurteilung eines Primärkühlmittel-Eintrittsstutzens mit Oberflächenrissen bei Eintritt eines Kühlmittelverlust-Störfalles. Voraussagen über kritische Rißgrößen während der Einspeisung von Kühlwasser. Bruchmechanische Berechnung unter Zugrundelegung des wahren Spannungsprofils sowie eines kontinuierlichen Umfangsrisses. Berücksichtigung der Bruchzähigkeit K_1c des Werkstoffes entsprechend dem Temperaturgradienten über die Wanddicke. Ermittlung von K_l-Faktoren mit Hilfe eines Computerprogrammes für verschiedene Stutzenquerschnitte in Abhängigkeit von der Rißtiefe und mit den für bestimmte Zeitintervalle erhaltenen Spannungsprofilen. Vergleich des Verlaufs der K-Faktoren mit dem Verlauf der Bruchzähigkeit.     

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.     

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.     

Der Leitungsmechanismus im Aluminiumoxyd bei hohen Temperaturen

Schrifttumsangaben über die Ionen- und Elektronenleitung im Al₂O₃ bei Temperaturen über 1000 °C. Versuche zur Bestimmung der Anionenleitung im Al₂O₃ bei Temperaturen zwischen 1600 und 1700 °C. Messungen der Thermokräfte für die Metallpaarungen Al–Fe, Al–Mo und Al–PtRh_{6 % Rh}. Überführungsmessungen zur Festlegung des Kationenleitungsanteiles. Diskussion der Anteile der im Al₂O₃ bei hohen Temperaturen auftretenden Ladungsträger. Beobachtungen zum Leitungsmechanismus der festen Kieselsäure bei 1600 °C.     

Die Ursache für die drastische Steigerung des Beizabtrages bei Emaillierstahlblechen durch Schwefelwasserstoff

An Reinsteisen in Schwefelsäure wurden eine hohe Wasserstoffüberspannung und ein verhältnismäßig niedriger Beizabtrag gefunden. Durch Einleiten von H₂S in die Säure erniedrigte sich die Überspannung erheblich, und der Beizabtrag wurde erhöht. Im Gegensatz dazu zeigte ein übliches Emaillierstahlblech keine Wasserstoffüberspannung; hier genügte offenbar der aus dem Stahlblech entstehende naszierende Schwefelwasserstoff, um den Beizabtrag gegenüber Reinsteisen zu erhöhen. Diese Wirkung des Schwefelwasserstoffes beruht auf der Beseitigung des atomaren, an der Blechoberfläche adsorbierten und den Säureangriff hemmenden Wasserstoffes. H₂S wird dadurch nicht verbraucht, sondern reichert sich im Gegenteil durch die Stahlauflösung in der Säure an bis zu einer Grenze, die durch die Verflüchtigung gegeben ist. Es handelt sich also um eine Autokatalyse. Der wahrscheinliche Reaktionsmechanismus wird diskutiert. Diese Zusammenhänge erklären die in vorangehenden Arbeiten gemachten Beobachtungen über die starke Erhöhung der Beizabträge durch Schwefelwasserstoff bzw. Sulfide. Die bekannte Grenze für das Cu/S-Verhältnis = 2 nach T. P. Hoare und D. J. Havenhand hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit von einfachen Stählen läßt sich nach den vorliegenden Befunden einfach erklären. Auf die Doppelrolle des Sulfidschwefels beim Beizen (beizfördernd bzw. beizhemmend als Inhibitor) wird kurz eingegangen.     

Untersuchungen zur Schmelzreduktion beim Aufblasen von Kohlenmonoxid auf Eisenoxidschmelzen

Im Rahmen der Untersuchungen zu den grundlegenden Vorgängen bei der Schmelzreduktion wurden die Komplexe Reduktionsgrad, Reduktionsgeschwindigkeit, Bildung von Reaktionsschichten, die den Stofftransport hemmen, Phasentrennung der Reaktionsprodukte und Reaktionsordnung näher behandelt. Eisenoxidschlacken werden durch aufgeblasenes Kohlenmonoxid bei 1 550°C reduziert. Bei diesen Versuchen findet der Kontakt zwischen den flüssigen Oxiden und dem Reduktionsgas an der Schmelzoberfläche statt. Hohe Gasmengen bewirken verbesserte Stoffumsätze. Durch eine notwendige Vorgabe an Al₂O₃, experimentell bedingt durch die FeO-Aggressivität auf das Tiegelmaterial, scheiden sich während der Reduktion Reaktionsschichten, die den Stofftransport hemmen, in Form von Spinellen aus. Im gleichen Sinne wirken CO_n-haltige Schäume. Aus den Versuchsergebnissen ist abzuleiten, daß die Reduktion von flüssigen Oxiden durch Kohlenmonoxid keinem einheitlichen Reaktionsgesetz gehorcht. Wesentliche Einflußgröße ist die Blasrate. Der Ablauf der Versuche ist durch eine Abdeckelung der Blasmulde gekennzeichnet. Der Stoffumsatz erfolgt nun über die oberflächennahe Spinellschicht sowie über Kanäle zwischen den Spinellen.     

Untersuchungen zur Schmelzreduktion von Eisenoxidschmelzen durch eingeblasenes bzw. durchgeblasenes Kohlenmonoxid sowie durch festen Kohlenstoff

Eisenoxidschlacken werden durch unterschiedliche Reduktionsmittel bei 1550°C reduziert. Die Untersuchungen zum Reduktionsverhalten mittels Kohlenmonoxid unterteilen sich in Einblas- und Durchblasversuche. Ferner erfolgt ein Angebot von festem Kohlenstoff. Im Rahmen dieser Untersuchungen werden die Komplexe Reduktionsgrad, Reduktionsgeschwindigkeit, Bildung von Reaktionsschichten, die den Stofftransport hemmen, sowie Phasentrennung der Reaktionsprodukte behandelt. Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die Einblas- bzw. Durchblasversuche im Vergleich zu früher vorgestellten Aufblasversuchen bei jeweils gleichen Blasraten und Versuchszeiten insgesamt höhere Reduktionsgeschwindigkeiten erzielen. Darüber hinaus ergeben sich bei den Versuchen mit festem Kohlenstoff noch ungleich höhere Werte für die erreichten Endreduktionsgrade und Reduktionsgeschwindigkeiten. Allen Versuchen gemeinsam ist das unerwünschte Ausscheiden von festen Spinellen aufgrund einer notwendigen Vorgabe an Al₂O₃ bzw. MgO, experimentell bedingt durch die FeO-Aggressivität gegenüber dem Tiegelmaterial. Im gleichen negativen Sinne wirken CO_n-Schäume oder -Dispersionen. Die Reduktion von flüssigen Oxiden durch ein- und durchgeblasenes Kohlenmonoxid sowie festen Kohlenstoff gehorcht keinem einheitlichen Reaktionsgesetz. Instationäre Verhältnisse lassen keine Aussage über Reaktionsordnungen zu.     

Die elektrische Leitfähigkeit und Thermokraft von reinem und mit Calciumoxid stabilisiertem Zirkonoxid bei Temperaturen zwischen 1000 und 1700 °C und Sauerstoffpartialdrücken zwischen 1 und 10−16 atm

Schrifttumsübersicht zur elektrischen Leitfähigkeit und Thermokraft von reinem und stabilisiertem Zirkonoxid. Beschreibung der Versuchsapparaturen zur Messung der elektrischen Leitfähigkeit und Thermokraft der Zirkonoxidproben. Erörterung der Ergebnisse der Gleich- und Wechselstrommessungen der elektrischen Leitfähigkeit von reinem und mit Calciumoxid dotiertem Zirkonoxid bei einem Molenbruch von X_CaO = 0,13 zwischen 1000 und 1650 °C bei unterschiedlichen Sauerstoffpartialdrücken zwischen 1 atm und 10^?16. Kritische Aussagen über die Ergebnisse der Thermokraftmessungen an reinem und mit Calciumoxid dotiertem Zirkonoxid in Abhängigkeit von der Temperatur und dem Sauerstoffpartialdruck der Atmosphäre.     

Der Einfluß von Tonerde auf die Reduktion der Kieselsäure in Mangan,Silicium und Aluminium enthaltenden Eisenschmelzen

Gleichzeitige gravimetrische und elektrochemische Untersuchung der Reduktion der Kieselsäure in Eisenschmelzen mit niedrigen Sauerstoffgehalten. Erörterung der Gleichgewichte und kinetischen Vorgänge bei der Reduktion der Kieselsäure, ihrer Verschlackung und der Bildung von Deckschichten. Aussagen über die Wachstumsformen von Korund.     

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.