Dissolution kinetics of CaO and MgO in converter steelmaking slags

Titel in Übersetzung: Auflösungskinetik von CaO und MgO in Konverterschlacken

Elizaveta Cheremisina

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Die Beschreibung der Auflösungskinetik von reinem CaO, Kalk und dolomitischem Kalk mit variablen Gehalten von Magnesiumoxid in Stahlwerksschlacken ist Inhalt dieser Arbeit. Die experimentelle Untersuchung der Diffusion erfolgte dabei in einer nicht stationären Strömung im Temperaturbereich von 1300 – 1600 °C. Die Experimente wurden dabei in einem stehenden Regime bei erzwungener Konvektion der Probe durchgeführt. Im Rahmen eines K1-MET Projektes – einem Mitglied von COMET Competence Centers for Excellent Technologies, ist dafür eine standardisierte Methode zur Untersuchung der Auflösungskinetik von Kalk und dolomitischem Kalk in Konverterschlacke entwickelt worden. Zur Kontrolle und kontinuierlichen Verbesserung des Stahlwerksprozesses ist es wichtig die limitierenden Schritte der Kalkauflösung zwischen der Interaktionsfläche zwischen Metallbad und Schlacke zu kennen. Zur Beschreibung der Kinetik des metallurgischen Prozesses wurden physikalisch-mathematische Methoden und fundamentale Gesetze der physikalischen Chemie verwendet. Mittels der Massenerhaltungsgleichungen der aufzulösenden Substanzen wurden die Massentransferkoeffizienten experimentell bestimmt. Sie erlauben eine Abschätzung des konjugierten Massentransfers oder von chemischen Reaktionen. Reines CaO löst sich schneller verglichen mit industriellen Kalksorten. Die berechnete Aktivierungsenergie für die Auflösung von reinem CaO und Kalk in der Schlacke ist kleiner 200 kJ/mol. Dies zeigt, dass die Diffusion der limitierende Prozessschritt ist. Daraus konnte eine lineare Abhängigkeit zwischen Kalkauflösung und der Sättigungskonzentration von CaO in der Schlacke abgeleitet werden. Es konnte festgestellt werden, dass eine Abnahme der Löslichkeit von Kalk mit einem Anstieg des MgO-Anteils erfolgt. Dies resultiert aufgrund der Bildung von hochschmelzenden chemischen Verbindungen (Сa2SiO4, (Mg, Fe)2SiO4) sowie auf MgO-basierten Lösungen wie (Mg, Fe)O auf der Oberfläche und im Inneren des Probenkörpers. Die schwerlöslichen Verbindungen bilden eine Deckschicht an der Grenzfläche zwischen Schlacke und Kalk aus, welche die Kalkauflösung hemmt. Unter Verwendung nicht stationärer linearer und räumlicher Diffusionsmodelle wurden auf Basis experimenteller Daten die Diffusionskoeffizienten und die Aktivierungsenergie der Diffusion kalkuliert. Der limitierende Schritt der Kalkauflösung in der Schlacke ist die Diffusion von MgO. Dies ist speziell bei Schlackensystemen mit einem hohen FeO-Gehalt beobachtet worden. Dikalzium- und Trikalzium-Silikate sowie Magnesiawüstite umhüllen das unaufgelöste Kalkpartikel. Dadurch bildet sich eine feste Deckschicht, welche die weitere Kalkauflösung hemmt und somit eine Festkörperdiffusion stattfindet.
Titel in ÜbersetzungAuflösungskinetik von CaO und MgO in Konverterschlacken
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Preis, Wolfgang, Beurteiler B (intern)
  • Schenk, Johannes, Beurteiler A (intern)
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Bibliographische Notiz

nicht gesperrt

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