Investigation of calcium aluminate-based mould slag compositions

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Im Rahmen dieser Forschungsarbeit sollte eine Gießpulverzusammensetzung zum Vergießen aluminiumlegierter Stähle erarbeitet werden, deren Viskosität bei 1300 °C 0,25 Pa·s nicht übersteigt und deren Liquidustemperatur unter 1250 °C liegt. Weiters sollte der SiO2 Gehalt 10 Gew.% nicht übersteigen. Basierend auf einer Literaturstudie sollte die Verwendung von B2O3 vermieden werden. Zur Erreichung des Zieles wurden calciumaluminatische Schlacken unter Zugabe von SiO2, Na2O, Li2O, CaF2, MgO, K2O, TiO2, SrO untersucht. Für eine Abschätzung der Liquidustemperatur und der Viskosität wurde die Software FactSage verwende. Basierend auf deren Ergebnissen wurden ausgewählte Zusammensetzungen realisiert, bei 1400 °C geschmolzen und durch Ausgießen auf eine Stahlplatte auf Raumtemperatur abgeschreckt. Im Anschluss wurden die Proben mittels simultaner Thermoanalyse, Röntgendiffraktometrie, Mikroskopie und Rheometer untersucht. Außerdem wurde einzelne Versuche mittels „Furnace Crystallization Test“, „Inclined Plane Test“, Single Hot Thermocouple Technique“ und Abschrecken der Schlacke auf 900 °C durchgeführt. Aus den Untersuchungen folgt, dass bei diesem Schlackentyp der Austausch von CaO durch SrO durch den vergleichsweise größeren Ionenradius des Sr+ Ions zu einem Anstieg der Viskosität führt. Ein Anstieg der Liquidustemperatur konnte ebenfalls verzeichnet werden. Eine Erhöhung des MgO Gehaltes auf Kosten des CaO Gehaltes führte zur Bildung einer zusätzlichen, hochschmelzenden Phase, bei der es sich möglicherweise um Periklas (MgO) handelt. Bis zu einem gewissen Gehalt wirkt CaF2 als Netzwerkwandler. Eine geringe Erhöhung des CaF2 Gehaltes senkt daher die Viskosität. Darüber hinaus kann CaF2 aber als Netzwerkbildner wirken unter Bildung von Al-F-Al Bindungen durch Dipol-Dipol Wechselwirkungen und somit die Viskosität erhöhen. Ein Minimum der Liquidustemperatur wurde bei einem Gehalt von 10,95 Mol% CaF2 erreicht. Li2O wirkt in Schlacken ebenfalls als Netzwerkwandler. Durch seinen geringen Ionenradius und in Bezug auf seine Masse geringes molares wirkt es effektiv auf die Senkung der Viskosität. Der mittels FactSage berechnete Trend, dass die Liquidustemperatur mit steigendem LiO2 Gehalt zunimmt, konnte anhand der Versuche nicht bestätigt werden. Das beste Ergebnis konnte mit Zusammensetzung 21 erzielt werden. Das vollständige Aufschmelzen der Probe in der STA entsprach mit 1236 °C den Anforderungen. Die zugehörige Viskosität von 0,283 Pa·s ist allerdings zu hoch. Höhere LiO2 Gehalte könnten diese möglicherweise erniedrigen.

Details

Titel in ÜbersetzungUntersuchung der Zusammensetzungen von CaO-Al2O3-basierende Kokillenschlacke
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung28 Juni 2019
StatusVeröffentlicht - 2019