TY - THES

T1 - Charakterisierung des Kristallisationsverhaltens einer Gießschlacke und zugehöriger Schlackenfilme

AU - Dobrowsky, Martina

N1 - gesperrt bis 24-04-2017

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Beim Strangguss von Stahl kommt es zu Wechselwirkungen zwischen Feuerfestmaterial, flüssigem Stahl und Gießschlacke. Durch die Aufnahme von Fremdoxiden aus dem Feuerfestmaterial und dem flüssigen Stahl verändert sich die chemische Zusammensetzung der Schlacke. Deshalb wurde in dieser Arbeit das Kristallisationsverhalten eines Gießpulvers mit der internen Bezeichnung E-2011-015GP im Originalzustand und nach Zusätzen von TiO2, MnO, ZrO2 bzw. Al2O3 zu je 1%, 2%, 5% und 10% und das der zugehörigen Schlackenfilme mit den internen Bezeichnungen E-2011-015SF, E-2011-016SF und E-2011-017SF untersucht. Dafür standen Heiztischmikroskopie (HTM), Simultanthermoanalyse (STA), Tiegelkristallisationsversuche (TKV), Auflichtmikroskopie, Rasterelektronen-mikroskopie (REM) und Röntgendiffraktometrie (RDA) zur Verfügung. Die Originalschlacke und die Schlacke mit einem Zusatz von 1% bzw. 2% TiO2 wurden außerdem mittels Single Hot Thermocouple Technique (SHTT) zur Bestimmung des kristallinen Anteils in Abhängigkeit der Zeit analysiert. Durch in-situ Beobachtungen mit dem HTM und der SHTT konnten nicht nur die Temperaturen der ersten Kristallisation bestimmt werden, sondern auch die Kristallform. Es zeigte sich, dass sowohl Originalschlacke als auch die Schlacke mit den Zusätzen großteils nadelig und in weiterer Folge dendritisch kristallisierten. Unterschiede ließen sich vorallem bei höheren Gehalten feststellen. Proben mit Zusätzen von 10% ZrO2 und 10% MnO wurden nicht mit dem HTM untersucht, da sich das ZrO2 nicht mehr auflösen ließ, weil es über der Löslichkeitsgrenze lag. Durch steigende Gehalte an MnO verlor die Schlacke an Transparenz. Im Fall von TiO2-Zusatz bildeten sich zapfenförmige Kristalle aus, während Al2O3 eher kubisch und säulenförmig kristallisierte. Diese kubische und zapfenförmige Kristallisation konnte auch bei den Schlackenfilmen beobachtet werden, wobei sich anschließend – wie bei allen Proben – dendritisches Wachstum zeigte. Mineralogische Untersuchungen bestätigten diese Ergebnisse und ermöglichten die Bestimmung der Phasenparagenese, wobei als Hauptphasen dendritischer Cuspidin (Ca4Si2O7F2) und glasig erstarrte Restschmelze identifiziert wurden. Zusätzlich bildeten sich noch Pyrolusit (ß-MnO2) bei 5% MnO-Zusatz, Perovskit (CaTiO3) bei 10% TiO2-Zusatz und Orthoklas (K[AlSi3O8]) ab 2% Al2O3-Zusatz aus. Die Untersuchungen mittels Simultanthermoanalyse und Tiegelkristallisationsversuchen zeigten tendenziell eine gute Übereinstimmung, auch wenn das teilweise Abdampfen von Alkalien und Fluoriden aufgrund des gewählten Temperaturprogramms in der STA zu höheren Kristallisationstemperaturen führte. Sowohl MnO als auch Al2O3 und TiO2 wiesen mit steigenden Gehalten ein Absinken der Kristallisationstemperatur auf, während ZrO2 eine Erhöhung bewirkte. Die Bestimmung des kristallinen Anteils in Abhängigkeit der Zeit erfolgte für die Originalschlacke und Proben mit 1% bzw. 2% TiO2 in TTT- und CCT-Versuchen und resultierte in einer längeren Kristallisationsdauer mit steigendem TiO2-Gehalt. Die Schlackenfilme wurden mit dem Heiztischmikroskop, der Simultanthermoanalyse und den Tiegelkristallisationsversuchen untersucht. Es zeigten sich sowohl ein ähnliches Kristallisationsverhalten als auch nur geringe Unterschiede der Kristallisationstemperaturen innerhalb dieser Schlackenfilm-Serie. Allerdings unterschieden sie sich signifikant von der Originalschlacke in der Ausbildung der ersten Kristalle, da die Schlackenfilme kubisch und zapfenförmig kristallisierten, während die Originalschlacke Säulen und Nadeln ausbildete. Außerdem wiesen die Schlackenfilme geringere Kristallisationstemperaturen auf. Zusammen mit der chemischen Analyse zeigen diese Ergebnisse, dass sich die Schlacken-zusammensetzung durch Reaktionen mit dem Stahlbad und dem Feuerfestmaterial veränderte, was die Bedeutung dieser Untersuchungen unterstreicht.

AB - Beim Strangguss von Stahl kommt es zu Wechselwirkungen zwischen Feuerfestmaterial, flüssigem Stahl und Gießschlacke. Durch die Aufnahme von Fremdoxiden aus dem Feuerfestmaterial und dem flüssigen Stahl verändert sich die chemische Zusammensetzung der Schlacke. Deshalb wurde in dieser Arbeit das Kristallisationsverhalten eines Gießpulvers mit der internen Bezeichnung E-2011-015GP im Originalzustand und nach Zusätzen von TiO2, MnO, ZrO2 bzw. Al2O3 zu je 1%, 2%, 5% und 10% und das der zugehörigen Schlackenfilme mit den internen Bezeichnungen E-2011-015SF, E-2011-016SF und E-2011-017SF untersucht. Dafür standen Heiztischmikroskopie (HTM), Simultanthermoanalyse (STA), Tiegelkristallisationsversuche (TKV), Auflichtmikroskopie, Rasterelektronen-mikroskopie (REM) und Röntgendiffraktometrie (RDA) zur Verfügung. Die Originalschlacke und die Schlacke mit einem Zusatz von 1% bzw. 2% TiO2 wurden außerdem mittels Single Hot Thermocouple Technique (SHTT) zur Bestimmung des kristallinen Anteils in Abhängigkeit der Zeit analysiert. Durch in-situ Beobachtungen mit dem HTM und der SHTT konnten nicht nur die Temperaturen der ersten Kristallisation bestimmt werden, sondern auch die Kristallform. Es zeigte sich, dass sowohl Originalschlacke als auch die Schlacke mit den Zusätzen großteils nadelig und in weiterer Folge dendritisch kristallisierten. Unterschiede ließen sich vorallem bei höheren Gehalten feststellen. Proben mit Zusätzen von 10% ZrO2 und 10% MnO wurden nicht mit dem HTM untersucht, da sich das ZrO2 nicht mehr auflösen ließ, weil es über der Löslichkeitsgrenze lag. Durch steigende Gehalte an MnO verlor die Schlacke an Transparenz. Im Fall von TiO2-Zusatz bildeten sich zapfenförmige Kristalle aus, während Al2O3 eher kubisch und säulenförmig kristallisierte. Diese kubische und zapfenförmige Kristallisation konnte auch bei den Schlackenfilmen beobachtet werden, wobei sich anschließend – wie bei allen Proben – dendritisches Wachstum zeigte. Mineralogische Untersuchungen bestätigten diese Ergebnisse und ermöglichten die Bestimmung der Phasenparagenese, wobei als Hauptphasen dendritischer Cuspidin (Ca4Si2O7F2) und glasig erstarrte Restschmelze identifiziert wurden. Zusätzlich bildeten sich noch Pyrolusit (ß-MnO2) bei 5% MnO-Zusatz, Perovskit (CaTiO3) bei 10% TiO2-Zusatz und Orthoklas (K[AlSi3O8]) ab 2% Al2O3-Zusatz aus. Die Untersuchungen mittels Simultanthermoanalyse und Tiegelkristallisationsversuchen zeigten tendenziell eine gute Übereinstimmung, auch wenn das teilweise Abdampfen von Alkalien und Fluoriden aufgrund des gewählten Temperaturprogramms in der STA zu höheren Kristallisationstemperaturen führte. Sowohl MnO als auch Al2O3 und TiO2 wiesen mit steigenden Gehalten ein Absinken der Kristallisationstemperatur auf, während ZrO2 eine Erhöhung bewirkte. Die Bestimmung des kristallinen Anteils in Abhängigkeit der Zeit erfolgte für die Originalschlacke und Proben mit 1% bzw. 2% TiO2 in TTT- und CCT-Versuchen und resultierte in einer längeren Kristallisationsdauer mit steigendem TiO2-Gehalt. Die Schlackenfilme wurden mit dem Heiztischmikroskop, der Simultanthermoanalyse und den Tiegelkristallisationsversuchen untersucht. Es zeigten sich sowohl ein ähnliches Kristallisationsverhalten als auch nur geringe Unterschiede der Kristallisationstemperaturen innerhalb dieser Schlackenfilm-Serie. Allerdings unterschieden sie sich signifikant von der Originalschlacke in der Ausbildung der ersten Kristalle, da die Schlackenfilme kubisch und zapfenförmig kristallisierten, während die Originalschlacke Säulen und Nadeln ausbildete. Außerdem wiesen die Schlackenfilme geringere Kristallisationstemperaturen auf. Zusammen mit der chemischen Analyse zeigen diese Ergebnisse, dass sich die Schlacken-zusammensetzung durch Reaktionen mit dem Stahlbad und dem Feuerfestmaterial veränderte, was die Bedeutung dieser Untersuchungen unterstreicht.

KW - mold powders

KW - continuous casting of steel

KW - crystallization

KW - TiO2

KW - MnO

KW - ZrO2

KW - Al2O3

KW - hot stage microscopy

KW - simultaneous differential analysis

KW - single hot thermocouple technique

KW - Gießpulver

KW - Strangguss

KW - Kristallisation

KW - TiO2

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KW - ZrO2

KW - Al2O3

KW - Heiztischmikroskopie

KW - Simultanthermoanalyse

KW - Single Hot Thermocouple Technique

M3 - Diplomarbeit

ER -