Anwendung der Double Hot Thermocouple Technique zur Charakterisierung von Schlacken

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitMasterarbeit

Organisationseinheiten

Abstract

Mit Hilfe der Double Hot Thermocouple Technique (DHTT) können betriebsnahe Bedingungen simuliert werden, welche beim Strangguss von Stahl in der Kokille auftreten. Dafür wird ein Schlackenfilm zwischen zwei auf unterschiedliche Temperaturen aufgeheizte, schlaufenförmige Thermoelemente aufgespannt. Dies ermöglicht eine Untersuchung des Kristallisationsverhaltens von transparenten Schlacken in Abhängigkeit unterschiedlicher Temperaturgradienten. In dieser Arbeit wurde einer der beiden schlaufenförmigen Heizdrähte durch einen H-förmigen ersetzt, damit ein dünner 3mm langer Schlackenfilm aufgezogen werden konnte, um sowohl transparente, aber auch durchscheinende Proben analysieren zu können. Die Kristallisation von zwei Schlacken wurde untersucht, ausgewertet und die Ergebnisse graphisch so dargestellt, dass ein Vergleich des Kristallisationsverhaltens dieser Schlacken möglich war. Die erste Versuchsreihe wurde mit einer kongruent schmelzenden 3K2O∙11GeO2-Schlacke durchgeführt, deren Schmelzphase transparent, jedoch die auftretenden Kristalle opak waren. Die zweite wurde mit einer inkongruent schmelzenden, synthetischen, Fluor-freien Schlacke durchgeführt, welche nur im Bereich der Aufzieheinrichtung annähernd transparent erschien, der Rest jedoch nur durchscheinend. Um isotherme Versuche durchführen zu können, wurde der H-förmige Heizdraht für die 3K2O∙11GeO2-Schlacke auf 1150°C und für die F-freie Schlacke auf 1300°C erhitzt und bei dieser Temperatur gehalten. Der Ofenraum mit der Aufziehvorrichtung wurde im ersten Versuch auf 600°C, für weitere Versuche auf 700°C, 800°C und 900°C erhitzt. Pro Temperatur wurden 3 Versuche durchgeführt. Ab dem Zeitpunkt des Aufspannens des Schlackenfilms wurde eine 10-minütige Bildaufzeichung gestartet. Zur Datenauswertung wurden daraus 30 Bilder ausgewählt und in einem Bildbearbeitungsprogramm der Bereich, in welchem keine Kristallisation stattfinden konnte, rot und die kristalline Fläche blau eingefärbt. Diese farbcodierten Bilder wurden in Schichten einer definierten Breite von 0,1mm unterteilt, einzeln ausgeschnitten und in einem weiteren Programm die Anzahl an Pixel des blauen, kristallinen Bereiches als prozentueller Anteil der Gesamtfläche, wo Kristallisation theoretisch stattfinden könnte, berechnet. Um das Kristallisationsverhalten unterschiedlicher Schlacken miteinander vergleichen zu können, wurden drei Darstellungsmethoden entwickelt. Bei Methode 1 wurde die maximale Kristallinität je Schicht und Temperaturgradient bestimmt und in einem Diagramm als absolute Kristallinität in Abhängigkeit von der Position im Schlackenfilm je Temperaturgradient aufgetragen. Für Methode 2 wurden die mittleren absoluten Zeitwerte auf 100% normiert und ein Diagramm als Kristallinität über der relativen Zeit für jeden Abschnitt jedes Temperaturprofils erstellt. Daraus wurde die absolute Kristallinität in Prozent nach 95%, 50% und 0,5% der verstrichenen relativen Versuchszeit abgelesen und in Abhängigkeit der Position im Schlackenfilm dargestellt. Bei Methode 3 wurden statt der Zeitwerte die mittleren absoluten Kristallinitätswerte auf 100% normiert und der Zeitpunkt in Sekunden nach der 95%, 50% und 0,5% der jeweiligen Schicht kristallisiert waren abgelesen und erneut in Abhängigkeit der Position im Schlackenfilm dargestellt. Bei einem Vergleich der drei Darstellungsmethoden miteinander, wäre Methode 2 am wenigsten geeignet. Diese Methode ist von der gewählten Endzeit und dem Zeitpunkt, wo die Kristallisation schon weitgehend abgeschlossen ist, abhängig. Hingegen erweist sich Methode 3 zusammen mit Methode 1 als sehr zweckmäßig, um das Kristallisationsverhalten unterschiedlicher Schlacken miteinander zu vergleichen.

Details

Titel in ÜbersetzungApplication of the Double Hot Thermocouple Technique for the characterization of slags
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung18 Dez 2015
StatusVeröffentlicht - 2015