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T1 - Thermochemische Berechnungen und experimentelle Untersuchungen zur Lösungskorrosion feuerfester Baustoffe

AU - Reiter, Viktoria

N1 - nicht gesperrt

PY - 2008

Y1 - 2008

N2 - Der Verschleiß feuerfester Baustoffe in metallurgischen Aggregaten erfolgt durch die Wechselwirkung von thermischen, mechanischen und chemischen Einflüssen. Die maßgeblichen Mechanismen des chemischen Verschleißes keramisch gebundener feuerfester Baustoffe sind die Infiltration und die Lösung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Beitrag thermochemischer Berechnungen mit dem Programm FactSage zur Beschreibung der Lösungskorrosion feuerfester Baustoffe durch Schlacken der Nichteisenmetallindustrie (fayalitisch, calciumferritisch, eisen-calciumsilikatisch) und des Elektrolichtbogenofens. Zunächst wurden die in den metallurgischen Aggregaten vorherrschenden Korrosionsbedingungen bestimmt und die Schlacken in Hinblick auf ihren Phasenbestand und ihr Aufschmelzverhalten charakterisiert. Danach wurde die Löslichkeit verschiedener Feuerfestkomponenten, geformter und ungeformter feuerfester Baustoffe bestimmt um ihre Korrosionsbeständigkeit in den verschiedenen Schlacken zu bewerten. Das Lösungsverhalten wurde durch die Löslichkeit, die Menge an gelöstem Feuerfestmaterial in 100 g Schlacke und die potentiellen Reaktionsprodukte an der Grenzfläche Feuerfest/Schlacke beschrieben. Sowohl die direkte als auch die indirekte Lösung, welche über die Bildung von Reaktionsprodukten an der Grenzfläche Feuerfest/Schlacke abläuft, wurden in den Berechnungen berücksichtigt. Die direkte Lösung ist maßgeblich in der betrieblichen Praxis und ihre Lösungsrate liegt deutlich über jener der indirekten. Zur Evaluierung der berechneten Ergebnisse wurden Korrosionsstudien aus der Literatur herangezogen und die Löslichkeit von MgO in fayalitischen Schlacken wurde experimentell bestimmt. Da die berechneten und experimentell bestimmten Ergebnisse gut korrelieren, ist der Einsatz thermochemischer Gleichgewichtsberechnungen gerechtfertigt und thermochemische Simulationen haben sich zu einem brauchbaren Werkzeug zur Beschreibung der Lösungskorrosion etabliert. Es wurde gezeigt, dass die Lösungskorrosion von einer Vielzahl an Variablen beeinflusst wird, unter anderem von den Eigenschaften der Schlacke (z.B. Basizität, Zusammensetzung) und von den vorherrschenden Prozessbedingungen (z.B. Temperatur, Atmosphäre). Um den chemischen Verschleiß zu verringern muss daher sowohl an der Produktauswahl und -entwicklung als auch an den Prozessbedingungen (z.B. Schlackenfahrweise, Sauerstoffpartialdruck) angesetzt werden.

AB - Der Verschleiß feuerfester Baustoffe in metallurgischen Aggregaten erfolgt durch die Wechselwirkung von thermischen, mechanischen und chemischen Einflüssen. Die maßgeblichen Mechanismen des chemischen Verschleißes keramisch gebundener feuerfester Baustoffe sind die Infiltration und die Lösung. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Beitrag thermochemischer Berechnungen mit dem Programm FactSage zur Beschreibung der Lösungskorrosion feuerfester Baustoffe durch Schlacken der Nichteisenmetallindustrie (fayalitisch, calciumferritisch, eisen-calciumsilikatisch) und des Elektrolichtbogenofens. Zunächst wurden die in den metallurgischen Aggregaten vorherrschenden Korrosionsbedingungen bestimmt und die Schlacken in Hinblick auf ihren Phasenbestand und ihr Aufschmelzverhalten charakterisiert. Danach wurde die Löslichkeit verschiedener Feuerfestkomponenten, geformter und ungeformter feuerfester Baustoffe bestimmt um ihre Korrosionsbeständigkeit in den verschiedenen Schlacken zu bewerten. Das Lösungsverhalten wurde durch die Löslichkeit, die Menge an gelöstem Feuerfestmaterial in 100 g Schlacke und die potentiellen Reaktionsprodukte an der Grenzfläche Feuerfest/Schlacke beschrieben. Sowohl die direkte als auch die indirekte Lösung, welche über die Bildung von Reaktionsprodukten an der Grenzfläche Feuerfest/Schlacke abläuft, wurden in den Berechnungen berücksichtigt. Die direkte Lösung ist maßgeblich in der betrieblichen Praxis und ihre Lösungsrate liegt deutlich über jener der indirekten. Zur Evaluierung der berechneten Ergebnisse wurden Korrosionsstudien aus der Literatur herangezogen und die Löslichkeit von MgO in fayalitischen Schlacken wurde experimentell bestimmt. Da die berechneten und experimentell bestimmten Ergebnisse gut korrelieren, ist der Einsatz thermochemischer Gleichgewichtsberechnungen gerechtfertigt und thermochemische Simulationen haben sich zu einem brauchbaren Werkzeug zur Beschreibung der Lösungskorrosion etabliert. Es wurde gezeigt, dass die Lösungskorrosion von einer Vielzahl an Variablen beeinflusst wird, unter anderem von den Eigenschaften der Schlacke (z.B. Basizität, Zusammensetzung) und von den vorherrschenden Prozessbedingungen (z.B. Temperatur, Atmosphäre). Um den chemischen Verschleiß zu verringern muss daher sowohl an der Produktauswahl und -entwicklung als auch an den Prozessbedingungen (z.B. Schlackenfahrweise, Sauerstoffpartialdruck) angesetzt werden.

KW - refractory

KW - melt corrosion dissolution

KW - thermochemical calculations

KW - slags of the non ferrous metals industry

KW - fayalite slag

KW - calciumferrite slag

KW - ferrous-calciumsilicate slag

KW - electric arc furnace slag

KW - Feuerfeste Baustoffe

KW - chemischer Verschleiß

KW - Lösungskorrosion

KW - thermochemische Berechnungen

KW - Schlacken der Nichteisenmetallindustrie

KW - Fayalitische Schlacken

KW - calciumferritische Schlacken

KW - Eisen-calciumsilikatische Schlacken

KW - Elektrolichtbogenofenschlacken

M3 - Dissertation

ER -