TY - BOOK

T1 - Über die Roheisenraffination der schäumenden Emulsion im LD-Tiegel

AU - Mitas, Bernhard

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Der wesentliche Anteil der weltweiten Rohstahlherstellung erfolgt über die Linz-Donawitz(LD)-Route. Dabei wird der LD-Konverter seit nunmehr 70 Jahren erfolgreich zum Entkohlen des Roheisens eingesetzt. Trotz der wirtschaftlichen Bedeutung des Prozesses und der damit verbundenen Aufmerksamkeit in der montanistischen Wissenschaft ist der Bereich, in welchem die Entkohlung stattfindet, nicht vollständig geklärt. Während manche Forscher von einer überwiegenden Entkohlung durch die Schaumschlacke ausgehen, schreiben andere dem Brennfleck die meiste Entkohlungsarbeit zu. Einigkeit herrscht nur bei Beginn und Ende des Prozesses. An diesen Zeitpunkten wird der Emulsionsentkohlung eine untergeordnete Bedeutung zugeschrieben. Es gibt keine Modelle, welche die Emulsionsentstehung und die darin ablaufenden Reaktionen mit hinreichender Genauigkeit darstellen. Bisherige stehen im Widerspruch mit physikalischen Grenzen; so übersteigt beispielsweise das einhüllende Volumen der aus dem Roheisen austretenden Teilströmung in manchen Ansätzen das Konvertervolumen bei quasistationären Verhältnissen. Um die Raffinationsarbeit der Schlacke-Eisen-Emulsion im LD-Konverter physikalisch plausibel zu bewerten, liegt der Fokus dieser Dissertation darauf, ein neues Modell zu entwickeln und die dafür notwendigen Voraussetzungen, wie z. B. die Ergründung und Modellierung emulsionsursächlicher Phänomene zu schaffen. Die systematische Modellierung wurde sauerstoffstromabwärts vollzogen. Nach Beschreibung der Sauerstoffströmung in der Düse folgt die Beschreibung der Strömung außerhalb der Düse. Die Auswirkungen des durch Wechselwirkungen von Düsensauerstoff und Umgebung gebildeten Gasstrahls mit dem Roheisen werden beschrieben. Zusätzlich zu einem mathematischen Modell zur Vorhersage der Flüssigkeitseindellung wird in der Arbeit ein weiteres Modell zur Analyse der scherungsursächlichen Tropfenablösung präsentiert. Die Modellierung der ausgeworfenen Tropfengrößenverteilung und das Verhalten von Eisentropfen in der Schlacke werden anhand von im Rahmen dieser Arbeit veröffentlichten Artikel diskutiert. Das Tropfengrößenverteilungsmodell hat gezeigt, dass wesentlich größere Tropfen entstehen als für Modellrechnungen bisher verwendet wurden. Das Mikro- und Makrokinetikmodell verdeutlicht, dass den großen, bisher unberücksichtigten Tropfen ein wesentlicher Anteil der Gesamtraffination zufällt. Rechnungen am Schaumschlackenmodell ergaben, dass der Anteil der Emulsionsentkohlung bei den meisten Konvertern 25 % nicht übersteigt; andernfalls kommt es zum Auswurf von Schmelze und Schlacke. Die entwickelten Modelle erlauben es, die effizientesten Blasparameter (Lanzenstellung, Vordruck) für die Raffination zu ergründen und können so zur Prozessoptimierung genutzt werden.

AB - Der wesentliche Anteil der weltweiten Rohstahlherstellung erfolgt über die Linz-Donawitz(LD)-Route. Dabei wird der LD-Konverter seit nunmehr 70 Jahren erfolgreich zum Entkohlen des Roheisens eingesetzt. Trotz der wirtschaftlichen Bedeutung des Prozesses und der damit verbundenen Aufmerksamkeit in der montanistischen Wissenschaft ist der Bereich, in welchem die Entkohlung stattfindet, nicht vollständig geklärt. Während manche Forscher von einer überwiegenden Entkohlung durch die Schaumschlacke ausgehen, schreiben andere dem Brennfleck die meiste Entkohlungsarbeit zu. Einigkeit herrscht nur bei Beginn und Ende des Prozesses. An diesen Zeitpunkten wird der Emulsionsentkohlung eine untergeordnete Bedeutung zugeschrieben. Es gibt keine Modelle, welche die Emulsionsentstehung und die darin ablaufenden Reaktionen mit hinreichender Genauigkeit darstellen. Bisherige stehen im Widerspruch mit physikalischen Grenzen; so übersteigt beispielsweise das einhüllende Volumen der aus dem Roheisen austretenden Teilströmung in manchen Ansätzen das Konvertervolumen bei quasistationären Verhältnissen. Um die Raffinationsarbeit der Schlacke-Eisen-Emulsion im LD-Konverter physikalisch plausibel zu bewerten, liegt der Fokus dieser Dissertation darauf, ein neues Modell zu entwickeln und die dafür notwendigen Voraussetzungen, wie z. B. die Ergründung und Modellierung emulsionsursächlicher Phänomene zu schaffen. Die systematische Modellierung wurde sauerstoffstromabwärts vollzogen. Nach Beschreibung der Sauerstoffströmung in der Düse folgt die Beschreibung der Strömung außerhalb der Düse. Die Auswirkungen des durch Wechselwirkungen von Düsensauerstoff und Umgebung gebildeten Gasstrahls mit dem Roheisen werden beschrieben. Zusätzlich zu einem mathematischen Modell zur Vorhersage der Flüssigkeitseindellung wird in der Arbeit ein weiteres Modell zur Analyse der scherungsursächlichen Tropfenablösung präsentiert. Die Modellierung der ausgeworfenen Tropfengrößenverteilung und das Verhalten von Eisentropfen in der Schlacke werden anhand von im Rahmen dieser Arbeit veröffentlichten Artikel diskutiert. Das Tropfengrößenverteilungsmodell hat gezeigt, dass wesentlich größere Tropfen entstehen als für Modellrechnungen bisher verwendet wurden. Das Mikro- und Makrokinetikmodell verdeutlicht, dass den großen, bisher unberücksichtigten Tropfen ein wesentlicher Anteil der Gesamtraffination zufällt. Rechnungen am Schaumschlackenmodell ergaben, dass der Anteil der Emulsionsentkohlung bei den meisten Konvertern 25 % nicht übersteigt; andernfalls kommt es zum Auswurf von Schmelze und Schlacke. Die entwickelten Modelle erlauben es, die effizientesten Blasparameter (Lanzenstellung, Vordruck) für die Raffination zu ergründen und können so zur Prozessoptimierung genutzt werden.

KW - LD

KW - BOF

KW - basic oxygen furnance

KW - foamy emulsion

KW - modeling

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KW - steelmaking

KW - LD

KW - BOF

KW - Emulsionsfrischen

KW - Rohstahlerzeugung

KW - Modellierung

KW - Schaumschlacke

KW - Konverter

KW - LD-Tiegel

KW - LD-Konverter

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.051

DO - 10.34901/mul.pub.2024.051

M3 - Dissertation

ER -