TY - THES

T1 - Viskositätsbestimmung von nicht newtonschen Schmelzen

AU - Ablasser, Magdalena

N1 - gesperrt bis 12-05-2023

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Dem Viskositätsverhalten von Schlacken und Gießpulver kommt in der Metallurgie eine Schlüsselrolle zu. In der Schlackenmetallurgie beeinflusst die Viskosität die Reaktivität der Schlacke und damit auch die Effizienz metallurgischer Prozesse. Bei Gießpulvern kann über eine optimale Viskosität die Schmierwirkung in der Kokille und damit die Qualität des Halbzeuges gesteuert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es den Einfluss von Feststoffpartikeln auf das rheologische Verhalten von Schmelzen zu untersuchen. Daher wurde der Einfluss von ZrO2-Feststoffpartikeln auf das Viskositätsverhalten einer Hochofenschlacke analysiert sowie die rheologische Charakterisierung eines Gießpulvers unter Variation von SiO2, CaO und Al2O3 durchgeführt. Mit Hilfe der Ergebnisse sowie der Thermodynamikdatenbank FactSage und Viskositätsmodellen aus der Literatur wurden Näherungen für zukünftige Vorhersagen entwickelt. Für die praktischen Messungen wurde ein Hochtemperaturrheometer, das nach dem Prinzip der koaxiale Zylinder arbeitet, verwendet. Das Gerät wurde mit zwei Arten der Krafteinwirkung auf die Probe (rotierend und oszillierend) betrieben. Zudem kamen unterschiedliche Temperaturführungen (stufenweises Aufheizen sowie Abkühlen mit konstanter Kühlrate) und Scherraten zum Einsatz. Die ZrO2 Zugabe in der Hochofenschlacke wurde mit 1, 3, 6, 10, 15 und 20 Vol.% festgelegt. Die Maximaltemperatur betrug 1450°C. Die Ergebnisse aus den unterschiedlichen Messungen wurden im Anschluss verglichen und das rheologische Verhalten in Abhängigkeit des Feststoffgehaltes charakterisiert. Zudem konnte mit den Daten ein Modell zur Abschätzung des Fließverhaltens der Hochofenschlacke in Abhängigkeit des Feststoffgehaltes, der Viskosität der Teilschmelze sowie der Temperatur bestimmt werden. Bei den Untersuchungen des Gießpulvers wurde ausgehend von einer Originalzusammensetzung der SiO2-Gehalt (um 2 bzw. 5 Gew.%), der Al2O3-Gehalt (um 5 bzw. 10 Gew.%) sowie der CaO-Gehalt (um 2 bzw. 5% Gew.%) unabhängig erhöht. Zudem wurde bei einer Probe sowohl der Al2O3- als auch der CaO-Gehalt um je 5 Gew.% vergrößert. Die Messungen erfolgten wiederum unter rotierender sowie oszillierender Krafteinwirkung. Die Temperatur wurde stufenweise bis 1400°C erhöht bzw. mit konstanter Abkühlrate (5°C/min) von 1400°C gesenkt. Die Oxide zeigten entsprechend ihrer Netzwerkeigenschaften charakteristische Einflüsse auf die Viskosität. Für Vergleichszwecke wurden mit Hilfe der Thermodynamik-Software FactSage, der Gleichung nach Marsh sowie dem Viskositätsprogramm in FactSage die Viskositäten bestimmt und den Messergebnissen gegenübergestellt.

AB - Dem Viskositätsverhalten von Schlacken und Gießpulver kommt in der Metallurgie eine Schlüsselrolle zu. In der Schlackenmetallurgie beeinflusst die Viskosität die Reaktivität der Schlacke und damit auch die Effizienz metallurgischer Prozesse. Bei Gießpulvern kann über eine optimale Viskosität die Schmierwirkung in der Kokille und damit die Qualität des Halbzeuges gesteuert werden. Das Ziel dieser Arbeit ist es den Einfluss von Feststoffpartikeln auf das rheologische Verhalten von Schmelzen zu untersuchen. Daher wurde der Einfluss von ZrO2-Feststoffpartikeln auf das Viskositätsverhalten einer Hochofenschlacke analysiert sowie die rheologische Charakterisierung eines Gießpulvers unter Variation von SiO2, CaO und Al2O3 durchgeführt. Mit Hilfe der Ergebnisse sowie der Thermodynamikdatenbank FactSage und Viskositätsmodellen aus der Literatur wurden Näherungen für zukünftige Vorhersagen entwickelt. Für die praktischen Messungen wurde ein Hochtemperaturrheometer, das nach dem Prinzip der koaxiale Zylinder arbeitet, verwendet. Das Gerät wurde mit zwei Arten der Krafteinwirkung auf die Probe (rotierend und oszillierend) betrieben. Zudem kamen unterschiedliche Temperaturführungen (stufenweises Aufheizen sowie Abkühlen mit konstanter Kühlrate) und Scherraten zum Einsatz. Die ZrO2 Zugabe in der Hochofenschlacke wurde mit 1, 3, 6, 10, 15 und 20 Vol.% festgelegt. Die Maximaltemperatur betrug 1450°C. Die Ergebnisse aus den unterschiedlichen Messungen wurden im Anschluss verglichen und das rheologische Verhalten in Abhängigkeit des Feststoffgehaltes charakterisiert. Zudem konnte mit den Daten ein Modell zur Abschätzung des Fließverhaltens der Hochofenschlacke in Abhängigkeit des Feststoffgehaltes, der Viskosität der Teilschmelze sowie der Temperatur bestimmt werden. Bei den Untersuchungen des Gießpulvers wurde ausgehend von einer Originalzusammensetzung der SiO2-Gehalt (um 2 bzw. 5 Gew.%), der Al2O3-Gehalt (um 5 bzw. 10 Gew.%) sowie der CaO-Gehalt (um 2 bzw. 5% Gew.%) unabhängig erhöht. Zudem wurde bei einer Probe sowohl der Al2O3- als auch der CaO-Gehalt um je 5 Gew.% vergrößert. Die Messungen erfolgten wiederum unter rotierender sowie oszillierender Krafteinwirkung. Die Temperatur wurde stufenweise bis 1400°C erhöht bzw. mit konstanter Abkühlrate (5°C/min) von 1400°C gesenkt. Die Oxide zeigten entsprechend ihrer Netzwerkeigenschaften charakteristische Einflüsse auf die Viskosität. Für Vergleichszwecke wurden mit Hilfe der Thermodynamik-Software FactSage, der Gleichung nach Marsh sowie dem Viskositätsprogramm in FactSage die Viskositäten bestimmt und den Messergebnissen gegenübergestellt.

KW - Rheologie

KW - nicht newtonsche Schmelzen

KW - Hochofenschlacke

KW - Gießpulver

KW - Rheology

KW - non-Newtonian fluids

KW - blast furnace slag

KW - casting fluxes

M3 - Masterarbeit

ER -