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Lehrstuhl für Gesteinshüttenkunde

Forschungsthemen

06.09.2011

Schmelzkorrosion feuerfester Baustoffe in metallurgischen Aggregaten

Feuerfeste Baustoffe werden verwendet um Industrieöfen (zB Konverter, Glasswanne, Zementdrehrohrofen) zuzustellen. Im Einsatz sind feuerfeste Baustoffe hohen Temperaturen (bis zu 1650 °C), mechanischen Beanspruchungen (Erosion, Abrasion) und dem Angriff korrosiver Medien (Gas, Metallschmelze, Schlacke) in metallurgischen Aggregaten ausgesetzt. Der Gesamtverschleiß feuerfester Baustoffe erfolgt durch das komplexe Zusammenwirken thermischer, chemischer und mechanischer Einflüsse.

Die Forschungsgruppe „Schmelzkorrosion feuerfester Baustoffe in metallurgischen Aggregaten“ beschäftigt sich mit der Beschreibung der chemischen Korrosionsmechanismen. In porösen, keramisch gebundenen Produkten erfolgt die Schmelzkorrosion über die Infiltration der Schlacke in den feuerfesten Baustoff und die Lösung der Feuerfestkomponenten in der Schlacke. Der durch die Lösung verursachte Ionenstrom j kann mit Hilfe des 1. Fick’schen Gesetz beschrieben werden:

D Diffusionskoeffizient
CS Sättigungskonzentration
C0 Anfangskonzentration in der Schlacke
d Grenzschichtdicke

Zur Beschreibung der Lösungskorrosion von feuerfesten Baustoffen in metallurgischen Schlacken ist demnach ein umfassendes Verständnis der Eigenschaften des feuerfesten Baustoffes, der Eigenschaften der Schlacke und der im Prozess vorherrschenden Bedingungen erforderlich. Um den Verschleiß zu minimieren, muss sowohl an der Produktentwicklung aber auch an den Korrosionsbedingungen (zB Schlackenchemie) angesetzt werden. Die Untersuchungen umfassen daher die Charakterisierung unterschiedlicher metallurgischer Schlacken (zB Pfanne, Konverter, EAF) und die Beschreibung unterschiedlicher Gleichgewichte Feuerfest/Schlacke.

Die Hauptziele des Forschungsschwerpunktes sind

  • Beschreibung der Korrosionsmechanismen in unterschiedlichen metallurgischen Aggregaten
  • Erstellung und Evaluierung von Korrosionsmodellen
  • Ausarbeitung von Maßnahmen zur Verringerung der Korrosion: Prozessbedingungen, Zustellkonzept, Produktauswahl, Produktentwicklung.

Vorgangsweise

Die Untersuchungen umfassen die Charakterisierung von Schlacke und verschiedenen Gleichgewichten Feuerfest/Schlacke mit Hilfe thermochemischer (FactSage), mineralogischer (XRD, SEM, EDX) und analytischer Methoden.

Charakterisierung metallurgischer Schlacken

  • Phasenzusammensetzung in Abhängigkeit der Temperatur und Atmosphäre
  • Schmelzverhalten (Solidus- und Liquidustemperatur, Schmelzphasenmenge)
  • Eigenschaften der Schlacke (zB Viskosität, Diffusionskoeffizient)

Charakterisierung von Gleichgewichten Feuerfest/Schlacke

  • Beschreibung der Korrosionsbedingungen (zB Schlackenchemie, Temperatur)
  • Post-mortem Untersuchungen von Ausbauproben und Verschleißuntersuchungen im Labormaßstab (Tiegeltest, Rotorverschlackungstest, Induktionstiegelofentest)
  • Beschreibung des Lösungsverhaltens des feuerfesten Baustoffs in der Schlacke in Abhängigkeit der Prozessbedingungen (zB Phasen an der Grenzfläche, Sättigungskonzentration)

 

 

Quellenangabe

F. Melcher, V. Reiter, H. Harmuth: Investigation of refractory/slag equilibria in steel ladles. Präsentiert bei: Calphad XXXVI, Pennsylvania State University, 2007.

Kontakt: Franz Melcher, Viktoria Reiter