Evaluating the dissolution behavior of secondary additives in various slag systems

Das Recycling von feuerfesten Materialien hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen, da es das Potenzial bietet, Rohstoffe zu schonen, den Energieverbrauch während der Kalzinierungsprozesse zu reduzieren, CO2-Emissionen zu minimieren sowie Deponievolumen und Umweltbelastungen zu verringern. Gebrauchte feuerfeste Materialien werden typischerweise in zwei Hauptkategorien nach Partikelgröße sortiert: Fraktionen größer als 80 mm und Fraktionen kleiner als 80 mm. Die grobe Fraktion (>80 mm) wird in der Regel von Schlackenablagerungen und metallischen Rückständen gereinigt und direkt zur Herstellung neuer feuerfester Produkte wiederverwendet, wodurch sie zu den Zielen der Kreislaufwirtschaft beiträgt. Im Gegensatz dazu enthält die feine Fraktion (<80 mm), die bis zu 40 % des recycelten Materialstroms ausmachen kann, häufig Verunreinigungen, die ihre Eignung für eine hochwertige Wiederverwendung beeinträchtigen. Daher wird diese feine Fraktion häufig entsorgt oder in minderwertigen Anwendungen verwendet. Die Entwicklung von Methoden zur Nutzung dieser bislang wenig genutzten Fraktion bietet eine wichtige Chance zur Verbesserung der Nachhaltigkeit und Effizienz des feuerfesten Recyclings. Um diese Herausforderung zu bewältigen, werden diese feinen Materialien als sekundäre metallurgische Additive wiederverwendet. Im Vergleich zu traditionellen Additiven wie dolomitischem Kalk oder vorverschmolzenen Schlacken tragen diese recycelten Materialien nicht nur wertvolle chemische Eigenschaften bei, sondern weisen auch einen deutlich geringeren CO2-Fußabdruck in der Stahlproduktion auf. Trotz dieser Vorteile stellt die grundlegende Rolle feuerfester Materialien als nicht lösliche Bestandteile in der Schlacke eine wissenschaftliche Herausforderung dar. Diese Masterarbeit hat zum Ziel, das Auflösungsverhalten von Al2O3- und MgO-haltigen feuerfesten Recyclingmaterialien in zwei verschiedenen Konverterschlacken (probenahme vor und nach der Desoxidation des flüssigen Stahls mit metallischem Aluminium) sowie in einer Smelterschlacke zu bewerten. In der Studie werden ihre Auflösungsraten und ihre Leistung mit Benchmark-Additiven verglichen, um ihre Eignung als sekundäre metallurgische Additive zu beurteilen und sowohl zur wissenschaftlichen Forschung als auch zu industriellen Anwendungen beizutragen. Angesichts der heterogenen Natur und des Verunreinigungsgehalts sekundärer Additive sowie des Bedarfs an industriell skalierbaren Ergebnissen wurde ein statisches Auflösungsexperiment mit dispergierten losen Partikeln gewählt. Die Ergebnisse zeigten, dass sekundäre Additive vergleichbare oder höhere Auflösungsraten als primäre Additive aufwiesen. Einflussfaktoren wie Schlackenviskosität, Dichte und Basizität spielten eine entscheidende Rolle bei der Steuerung des Auflösungsverhaltens. Eine niedrigere Basizität der Schlacke und eine höhere Viskosität führten zu einer verringerten Auflösungseffizienz, was mit diffusionskontrollierten Mechanismen übereinstimmt. Diese Erkenntnisse liefern wertvolle Einblicke in die Machbarkeit der Nutzung von feuerfesten Recyclingmaterialien als sekundäre metallurgische Additive und bieten sowohl ökologische als auch betriebliche Vorteile, während sie wichtige Prozessparameter hervorheben, die ihr Auflösungsverhalten in industriellen Stahlherstellungsanwendungen beeinflussen.