Das LD-Verfahren wurde in 1949 in Linz, Österreich, entwickelt. Ein rascher Anstieg der Rohstahlproduktion mit diesem Verfahren erfolgte in den 1960er Jahren und 1971 wurden bereits damit mehr als die Hälfte der weltweit Stahlherstellung produziert. Durch das LD-Verfahren kam es weltweit zu einem Anstieg der jährlichen Stahlproduktion von damals 0,2 auf 1,8 Milliarden Tonnen Auf die klassische integrierte Stahlerzeugungsroute bestehend aus Hochofen und LD-Konverter entfallen heute mehr als 70% der weltweiten Rohstahlproduktion. Prognosen bis zum Jahr 2050 gehen davon aus, dass für die primäre Stahlherstellung der Hauptprozessroute weiterhin über die Rohstahlproduktion mit dem LD-Konverter sein wird.

In einer früheren Arbeit zur Kalkauflösung und Schlackenbildung wurden in einem 330 Tonnen Konverter bei Ternium BR in Brasilien, der auch in dieser vorliegenden Arbeit für Versuche im Industriemaßstab verwendet wird, der Einfluss mehrere Prozessparameter untersucht. Dabei wurde es festgestellt, dass Korrelation zwischen Mischenergie des Metallbades, die durch den vertikalen Sauerstoffstrahl der Blaselanze und dem Inertgasrühren durch die Bodenspülung in das Bad eingebracht wird, und der Entkohlungsreaktionen nicht befriedigend ist.

Zahlreiche Berichte hinsichtlich Rührwirkung des Stahlbades infolge des vertikalen Aufblasens und Bodenspülen mit Inertgas stehen in der Literatur zur Verfügung. Es wurden mehrere mathematische Beziehungen zur Berechnung der Rührleistung vorgeschlagen. Die Ergebnisse aus experimentellen Bedingungen wurden auf empirische Ansätze umgelegt, die aber nicht allgemeingültig sind. Die Rührwirkung hat einen erheblichen Einfluss auf die Produktivität, Kosten and Qualität des Prozesses. Für deren Bewertung ist die Ermittlung der Vermischungszeit mit einem Wasser-Kaltmodellen eine gute experimentelle Methodik.

In dieser vorliegenden Arbeit wurden Untersuchungen im Labor an einem Kaltmodell mit Wasser durchgeführt, um die Vermischungszeit und Stoffübergangsrate zu untersuchen. Es wurden verschiedene Anordnungen der Bodenspüler und Variationen der Gasbeaufschlagung der Spüler validiert und optimiert. Die bevorzugten Konfigurationen wurden im industriellen Maßstab untersucht, wozu mehr als 1750 Versuchsschmelzen an einem 330 Tonnen Konverter durchgeführt wurden.

Mit dieser Forschungsarbeit wurden neue, modifizierte dimensionslose Kennahlen eingeführt. Es wurden die originalen Kennzahlen mit zusätzlichen Parameter ergänzt, wodurch eine vollständige Ähnlichkeit zwischen Kaltmodell und Industrieanlage hergeleitet werden konnte. Zum ersten Mal wurden in einer Ähnlichkeitsstudie für das Design ein neues LD Kaltmodell angewandt, in dem die Wechselwirkung zwischen der Überschallströmung eine Mehrlochdüse, der Schlackenphasen und dem Bodenspülen abgebildet wurde.

Die in den Laborversuchen angewandten Methoden wurden aus der Literatur mit Modifikationen übernommen und es wurden auch neue entwickelt, um die Vermischungszeit, Stoffübergangsrate, Strahleindringtiefe sowie die Reaktionszone (Fläche und Steigung) im Kaltmodell der LD-Konverters zu ermitteln.

Die Experimente im industriellen Maßstab spielten eine wesentliche Role zur Validierung der Laborversuche. Diese lieferten Erkenntnisse für sieben verschiedene Bodenspülkonfigurationen.

Trotz des Einflusses vieler anderer Parameter und Variablen im industriellen Umfeld lieferten die durchgeführten Tests wesentliche Prozessdaten für die statistische Analyse durch maschinelles Lernen.