M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 1

Mechanismen der Siliziumaufnahme

von Roheisenschmelzen während

stationärer und instationärer

Betriebszustände

Dr.-Ing. Michael Fischer

Institut für Metallurgie

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 2

Metallurgie des Hochofenverfahrens

Ziel der Arbeit

Metallurgie der Siliziumaufnahme im Roheisen

Übersicht der Experimente und Probenorte

- Tiegelversuche am Institut für Metallurgie

- Proben aus dem Versuchshochofen in Luleå

Zusammenfassung

Inhalt

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 3

Metallurgie des

Hochofenverfahrens

- Möllerung aus klassiertem

Koks und Eisenträgern

- Einbringung in Schichten

- Einblasen von Heißwind

- Gegenstromreaktor

- Reduktion von Eisenoxiden

- Bildung einer kohäsiven Zone

- Vier Reaktionsprodukte:

- Gichtgas

- Gichtstaub

- Roheisen

- Schlacke

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 4

Metallurgie des Hochofenverfahrens

Ziel der Arbeit

Metallurgie der Siliziumaufnahme im Roheisen

Übersicht der Experimente und Probenorte

- Tiegelversuche am Institut für Metallurgie

- Proben aus dem Versuchshochofen in Luleå

Zusammenfassung

Inhalt

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 5

Prozess verstehen

Prozess stabilisieren/kontrollieren

Einsparpotential

Ziel der Arbeit

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 6

Metallurgie des Hochofenverfahrens

Ziel der Arbeit

Metallurgie der Siliziumaufnahme im Roheisen

Übersicht der Experimente und Probenorte

- Tiegelversuche am Institut für Metallurgie

- Proben aus dem Versuchshochofen in Luleå

Zusammenfassung

Inhalt

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 7

Silizium wird über die Einsatzstoffe und Aschen eingetragen

Reaktionen des SiO2 mit Kohlenstoffmonoxid in Höhe der Blasformebene:

(SiO2)+ {CO} ⇌ {SiO} + {CO2}

Rückreaktion des Suboxides:

{SiO} + 2C ⇌ SiC + {CO}

{SiO} + [C] ⇌ [Si] + {CO}

Flüssig – Flüssig Übergang im Gestell

(SiO2) + 2[C] ⇌ [Si] + 2{CO}

Metallurgie der Siliziumaufnahme im Roheisen

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 8

Aktivität von Siliziumdioxid

SiO2-Aktivität

Aktivität HOSL

Aktivität Kohlenasche

Aktivitätsdiagramm von SiO2 im Dreistoffsystem CaO – SiO2 – AlO bei

1600°C nach Rein und Chipman [Rei65]

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 9

Metallurgie des Hochofenverfahrens

Ziel der Arbeit

Metallurgie der Siliziumaufnahme im Roheisen

Übersicht der Experimente und Probenorte

- Tiegelversuche am Institut für Metallurgie

- Proben aus dem Versuchshochofen in Luleå

Zusammenfassung

Inhalt

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 10

Übersicht der Experimente und Probenorte

Vakuuminduktionsofen Clausthal:

Halteversuche zur Darstellung von

Reaktionsmechanismen:

1) flüssig - flüssig

2) gasförmig – flüssig

Versuchshochofen Luleå:

1) Auswertung Koksproben

2) Auswertung Fe-Proben

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 11

Versuchsaufbau Vakuuminduktionsofen

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 12

Probenvorbereitung Gestell

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 13

Halteversuch Roheisen/Schlacke

Ab 1600 °C deutliche

Änderung

Bei 1500 °C leichte

Änderung

Bei 1400 °C keine

Änderung

M.Sc. Michael Fischer

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Simulation der „kohäsiven Zone“

M.Sc. Michael Fischer

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Siliziumgradient im Roheisen

t = 1 Std.

T = 1600 °C

Schlacke: SiO2

Analyseverfahren:

EDX-Analysen

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Institut für Metallurgie 16

Halteversuche Schlacke/Roheisen

B1=1 Synthetisches Pulver

B2=1 Synthetische Schlacke

B=0,01 Koksasche

B≈0 SiO2

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Halteversuche Schlacke/Roheisen

Die Basizitätseinstellung

der HOSL trägt kaum zu

einer Veränderung der

Aufsilizierung bei einem

Stillstand bei

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Institut für Metallurgie 18

Metallurgie des Hochofenverfahrens

Ziel der Arbeit

Metallurgie der Siliziumaufnahme im Roheisen

Übersicht der Experimente und Probenorte

- Tiegelversuche am Institut für Metallurgie

- Proben aus dem Versuchshochofen in Luleå

Zusammenfassung

Inhalt

M.Sc. Michael Fischer

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Fe-Probe 1 (Pellet, Olivin gebunden)Einbettmasse

Pelletoberfläche

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Institut für Metallurgie 20

Fe-Probe 1 Linescan

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 21

Fe-Probe 2 Linescan

M.Sc. Michael Fischer

Institut für Metallurgie 22

Fe-Probe 3 Linescan

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Metallurgie des Hochofenverfahrens

Ziel der Arbeit

Metallurgie der Siliziumaufnahme im Roheisen

Übersicht der Experimente und Probenorte

- Tiegelversuche am Institut für Metallurgie

- Proben aus dem Versuchshochofen in Luleå

Zusammenfassung

Inhalt

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Zusammenfassung

1. Gestellreaktion vernachlässigbar

2. Fester Möller nicht reaktiv

3. Siliziumaufnahme in kohäsiver Zone

{SiO} + [C] ⇌ [Si] + {CO}

- SiO Angebotsstrom

- Volumen kohäsive Zone

- Abschmelzzeit des Eisens

4. Ergebnisse werden im Betrieb getestet