Description
Das Buch behandelt die thermodynamischen und verfahrenstechnischen Grundlagen der Stahlherstellung. Die Art der Darstellung ist neu. Zwar wird die bewhrte stoffliche Grundlage der Metallurgie durchgehend beibehalten. Stets werden jedoch die stofflichen Ablufe mit den sie begleitenden physikalischen Vorgngen der Strmung und der Bewegungsgesetze von Teilchen, Tropfen und Blasen verknpft, um zu einer quantitativen Beschreibung bis hin zu komplexen Reaktionsablufen metallurgischer Prozesse zu gelangen. Besonderer Wert ist auf eine grndliche Darstellung des Stoffbergangs auf der Grundlage der Grenzschichttheorie und auf eine systematische Beschreibung der Reaktortheorie metallurgischer Systeme gelegt. Ein eigenes Kapitel ist der Kinetik des Einschmelzens gewidmet. Das als Lehrbuch abgefate Buch soll damit dem Studierenden eine zeitgeme Grundlage der Metallurgie vermitteln. Die Darstellung ist in erster Linie auf das quantitative Verstndnis der chemischen und physikalischen Vorgnge gerichtet. Damit gibt das Buch zugleich dem Anlagenbauer, dem Entwicklungsingenieur und dem Betriebsmetallurgen eine vertiefte Basis fr Planungen. 1 Allgemeines – Definition des Begriffs Stahl – Ziel der Stahlherstellung.- 2 Thermodynamische Grundlagen.- 2.1 bersicht ber die wichtigsten bei der Raffination ablaufenden Reaktionen.- 2.2 Aktivitten in metallischen Mehrstoffsystemen.- 2.3 Struktur der Schlacken.- 2.4 Gasgleichgewichte.- 2.5 Oxidationsgleichgewichte.- 2.5.1 Das System Eisen-Sauerstoff.- 2.5.2 Zweistoffsysteme von Schlacken der Oxidationsreaktionen.- 2.5.2.1 Das System FeO-MnO.- 2.5.2.2 Das System FeO-SiO2.- 2.5.2.3 Das System FeO-Fe2O3-CaO.- 2.5.2.4 Das System FeO-Fe2O3-MgO.- 2.5.2.5 Die Systeme CaO-SiO2 und CaO-P2O5.- 2.5.3 Das Dreistoffsystem CaO-FeOn-SiO2 und die zugehrigen Metall-Schlacke-Gleichgewichte.- 2.5.4 Das System CaO-FeOn-P2O5 und das Entphosphorungsgleichgewicht.- 2.6 Desoxidationsgleichgewichte.- 2.6.1 Einfache Desoxidationsgleichgewichte.- 2.6.2 Bildung komplexer Oxide.- 2.7 Gleichgewichte der Entschwefelung.- 2.7.1 Lslichkeitsprodukte der Sulfide.- 2.7.2 Entschwefelung mit festen Entschwefelungsmitteln.- 2.7.3 Entschwefelung mit kalkbasischen Schlacken.- 2.8 Gleichgewichte mit alkalihaltigen Schlacken.- 2.9 Calciummetallurgie.- 3 Stoffbertragung.- 3.1 Formen schmelzmetallurgischer Reaktionen.- 3.1.1 Einfhrung und Grundbegriffe.- 3.1.2 Reaktionstypen.- 3.1.2.1 Konsekutivreaktionen.- 3.1.2.2 Doppelte Umsetzungen.- 3.1.2.3 Reaktionen mit Verzweigungen.- 3.2 Transportvorgnge.- 3.2.1 Einfhrung und Grundbegriffe.- 3.2.2 Grenzschichten.- 3.2.3 Stoffbergang bei reibungsfreier Strmung.- 3.2.4 Strmung und Stoffbergang bei Strmung mit Reibung, Strmung laminar.- 3.2.4.1 Gleichung der Strmungsgrenzschicht bei laminarer erzwungener Strmung.- 3.2.4.2 Gleichung der Diffusionsgrenzschicht bei laminarer erzwungener Strmung.- 3.2.4.3 Lsung der Grenzschichtgleichungen.- 3.2.5 Nherungsweise Berechnung der Grenzschichtgleichungen mit Hilfe der Integralprofilmethode.- 3.2.5.1 Grenzschicht an der lngs angestrmten Platte.- 3.2.5.2 Strmungs- und Konzentrationsgrenzschichten an einer flssig-flssig-Phasengrenze.- 3.2.6 Strmung und Stoffbergang bei Strmung mit Reibung, Strmung turbulent.- 3.2.6.1 Begriff der Turbulenz.- 3.2.6.2 Reynoldssche Schubspannung.- 3.2.6.3 Prandtlscher Mischungsweg.- 3.2.6.4 Turbulenter Stofftransport.- 3.2.7 Turbulenter Impuls- und Stofftransport an freien Oberflchen.- 3.2.8 Einflu grenzflchenaktiver Stoffe auf den Stoffbergang.- 3.2.9 Stoffbergang mit Fllungsreaktion an einer Phasengrenze.- 4 Kinetik schmelzmetallurgischer Reaktionen.- 4.1 Einfhrung.- 4.2 Metall-Gas-Reaktionen.- 4.2.1 Reaktion zwischen flssigem Eisen und Stickstoff.- 4.2.1.1 Aufstellung des Reaktionsschemas.- 4.2.1.2 Stofftransport in der Gasphase.- 4.2.1.3 Stofftransport in der Schmelze.- 4.2.1.4 Phasengrenzreaktion bei reinen Eisen-Stickstoff-Schmelzen.- 4.2.1.5 Einflu von Sauerstoff und Schwefel auf den Stickstoffbergang.- 4.2.2 Reaktion zwischen flssigem Eisen und Wasserstoff.- 4.2.3 Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion in flssigem Eisen.- 4.2.3.1 Oxidation des Kohlenstoffs an einer freien Oberflche der Metallschmelze mit einem gasfrmigen Oxidationsmittel.- 4.2.3.2 Oxidation von flssigem Eisen durch Sauerstoff.- 4.2.3.3 Kohlenmonoxidreaktion.- 4.3 Metall-Schlacke-Reaktionen.- 4.3.1 Reaktionen ohne Beteiligung von Kohlenstoff.- 4.3.1.1 Transportbestimmte Reaktionen.- 4.3.1.2 Phasengrenzreaktion.- 4.3.2 Reaktionen mit Beteiligung von Kohlenstoff.- 4.4 Auflsung fester Stoffe.- 4.4.1 Auflsung dichter Stoffe.- 4.4.1.1 Der Ausbau der Atome aus dem Kristall.- 4.4.1.2 Transportbestimmte Auflsung.- 4.4.2 Auflsung porser Stoffe.- 4.4.3 Auflsung von Kalk in silicatischen Schlacken.- 5 Bewegungsgesetze von festen Teilchen, Tropfen und Gasblasen in Mehrphasensystemen.- 5.1 Einfhrung.- 5.2 Bewegung fester Teilchen.- 5.3 Bewegung von Gasblasen.- 5.3.1 Blasenentstehung.- 5.3.2 Widerstandsgesetze fr Gasblasen.- 5.3.3 Blasenzerfall.- 5.4 Bewegung von Tropfen.- 5.5 Bewegungsgesetze von Teilchensuspensionen und Blasenschwrmen.- 5.5.1 Bewegung von Partikelwolken begrenzter Hhe.- 5.5.2 Blasensulen.- 5.5.2.1 Allgemeines.- 5.5.2.2 Blasensulen im Konverter.- 5.5.2.3 Blasensulen in der Pfanne.- 5.6 Verhalten feststoffbeladener Gasstrahlen.- 5.6.1 Zustandsdiagramm der pneumatischen Frderung.- 5.6.2 Hydrodynamisches Verhalten feststoffbeladener Gasstrahlen.- 5.6.2.1 Typen von Gas-Feststoff-Strahlen.- 5.6.2.2 Verhalten gekoppelter Gas-Feststoff-Strahlen beim Eindringen in Schmelzen.- 5.6.3 Eindringen von Teilchen in Schmelzen.- 5.6.3.1 Einfhrung.- 5.6.3.2 Eindringen eines Einzelteilchens.- 5.6.3.3 Weiteres Verhalten der Teilchen in der Schmelze, Eindringen eines Teilchenschwarms.- 5.7 Emulgierung.- 5.7.1 Bedingung der Tropfenbildung.- 5.7.2 Geschwindigkeit der Phasengrenze Schlacke-Metall.- 5.7.3 Menge der emulgierten Tropfen.- 6 Stoffbergang in metallurgischen Systemen.- 6.1 Einfhrung.- 6.2 Verschlei von feuerfestem Material.- 6.3 Blasengerhrte Grenzflche.- 6.3.1 Modellvorstellungen.- 6.3.2 Experimentelle Ergebnisse.- 6.4 Grundstzliches zum Stoffbergang an Teilchen, Tropfen und Blasen.- 6.5 Wachstum und Auflsung kleiner Teilchen in Schmelzen.- 6.6 Wechselwirkung zwischen Teilchen und Grenzflchen. Teilchenkoagulation und Teilchenabscheidung.- 6.7 Teilchenabscheidung durch Rhren.- 6.8 Stoffbergang an festen Teilchen bei hheren Reynoldszahlen.- 6.9 Stoffbergang an Teilchen mit Bercksichtigung von Diffusion im Teilchen.- 6.10 Stoffbergang zwischen Schmelzen und Tropfen.- 6.11 Stoffbergang zwischen Gasblasen und Schmelzen.- 7 Reaktortheorie.- 7.1 Begriff der Reaktortheorie.- 7.2 Makrokinetik in homogenen Systemen.- 7.2.1 Vorbemerkung.- 7.2.2 Makrokinetik in nichtemulgierten Systemen.- 7.2.2.1 Permanenter Phasenkontakt.- 7.2.2.2 Transitorischer Phasenkontakt.- 7.2.3 Makrokinetik in emulgierten Systemen.- 7.2.3.1 Permanenter Phasenkontakt.- 7.2.3.2 Transitorischer Phasenkontakt.- 7.2.4 Folgerungen.- 7.3 Stoffumstze in dispergierten Systemen.- 7.3.1 Regeln fr die Bestimmung der Stoffumstze an Teilchen, Tropfen und Blasen.- 7.3.2 Metall-Schlacke-Reaktionen im Sauerstoffkonverter.- 7.3.2.1 Reaktionssystem Sauerstoffkonverter.- 7.3.2.2 Teilchengrenverteilung, Menge und Verweilzeit der in der Schlacke emulgierten Eisentropfen.- 7.3.2.3 Entphosphorungsreaktion.- 7.3.2.4 Einflu vernderter Parameter.- 7.3.3 Entschwefelung von Roheisen durch Einblasen von Kalk oder Calciumcarbid.- 7.3.3.1 Reaktionstechnische Analyse der Entschwefelung mit Kalk.- 7.3.3.2 Entschwefelung mit Calciumcarbid.- 7.4 Entkohlungsreaktion.- 7.5 Mischung.- 7.5.1 Einfhrung.- 7.5.2 Mischungsmodelle.- 7.5.2.1 Modell der turbulenten Umlaufstrmung.- 7.5.2.2 Einfaches Umlaufmodell.- 7.5.2.3 Tank-in-Reihe-Modell.- 7.5.2.4 Zwei-Tank-Modell.- 7.5.2.5 Kombiniertes Umlauf- und Zwei-Tank-Modell.- 7.5.2.6 Verallgemeinertes Teilvolumenmodell.- 7.5.3 Mischung im Konverter.- 8 Kinetik des Einschmelzens.- 8.1 Einschmelzen mit direkter bertragung der Wrme von der Heizquelle auf das Einschmelzgut.- 8.1.1 Aufgabenstellung.- 8.1.2 Vorwrmperiode.- 8.1.3 Schmelzperiode.- 8.2 Einschmelzen des Wrmguts in der eigenen Schmelze.- 8.2.1 Einfhrung.- 8.2.2 Einschmelzen ohne Bercksichtigung der Wrmeleitung im Festkrper.- 8.2.2.1 Isothermes Schmelzen eines auf Schmelztemperatur befindlichen Feststoffs in schwach berhitztem Bad.- 8.2.2.2 Adiabatisches Schmelzen eines auf Schmeltemperatur befindlichen Feststoffs in schwach berhitztem Bad.- 8.2.2.3 Isothermes Schmelzen eines auf Schmelztemperatur befindlichen Feststoffs in stark berhitztem Bad.- 8.2.2.4 Isothermes und adiabatisches Schmelzen eines kalten Einsatzstoffs mit der Wrmeleitzahl) ?? = 0.- 8.2.2.5 Isothermes Schmelzen eines kalten Einsatzstoffs mit der Wrmeleitzahl) ?? = ?.- 8.2.3 Einschmelzen mit Bercksichtigung der Wrmeleitung im Feststoff.- 8.2.4 Experimentelle Ergebnisse.- 8.3 Schmelzen von reinem Eisen in flssigen Eisen-Kohlenstofflegierungen.- 8.4 Prozemodell des Einschmelzens.
