Fragenkatalog Kapitel 5

Question 1

Wo in der Prozessroute der Stahlerzeugung ist die Sekundärmetallurgie (Pfannenmetallurgie) angeordnet?

Answer 1

Die Prozesse der Sekundärmetallurgie erstrecken sich zwischen dem Konverter- oder Elektroofenabstich bis zur Erstarrung in der Kokille.

Question 2

Nennen Sie einige Aggregate, die in der Pfannenmetallurgie verwendet werden!

Answer 2

Pfannenofen, VOD (Vacuum Oxygen Decarburization),

Pfannenstandentgasung sowie Aggregate zu den Verfahren:
RH(OB)/DH (Ruhrstahl-Heraeus/Dortmund-Hörde), VD (Vacuum Degassing), VAD (Vacuum Arc Degassing), CAS(OB) (Composition Adjustment by Sealed Argon Bubbling (Oxygen Blowing)), ASEA-SKF, LF (Ladle Furnace), TN (Thyssen Niederrhein)

Question 3

Nennen Sie chemische Behandlungsmethoden in der Pfannenmetallurgie!

Answer 3

Entgasung (Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff), Tiefentkohlung, Tiefentschwefelung, Legierung

Question 4

Nennen Sie physikalische Behandlungsmethoden in der Pfannenmetallurgie!

Answer 4

Einstellen der Gießtemperatur, Einstellen des Reinheitsgrades,

Separation von Desoxidationsprodukten, Homogenisierung der Stahlschmelze durch Spülbehandlung

Question 5

Nennen Sie die Methoden der Pfannenmetallurgie
(Reaktionen)

Answer 5

Vakuummetallurgie, Gasreaktionen, Fällung/Ausscheidungsmethoden, Schlackenreaktionen, Heizen, Kühlen, Spülbehandlung, Legieren (Zugabe durch Bunker, Drähte, Gas/Pulverinjektion)

Question 6

Nennen Sie die wesentlichen Ziele der Pfannenmetallurgie!

Answer 6

Verbesserung und Stabilisierung der Stahlqualität, Leistungssteigerung und Erhöhung der Effektivität der Schmelzen und/oder Frischaggregate durch Verlagerung der metallurgischen Reaktionen in nachgeschaltete Aggregate (Pfannenbehandlung), Erzeugung neuartiger Stähle mit z.T. extrem niedrigen Gehalten an unerwünschten Begleitelementen

Question 7

Geben Sie die Reaktionsgleichungen für chemisches Heizen mit Aluminium an! Wie hoch ist der Temperaturanstieg?

Answer 7

2*Al + 3 O = Al2O3
1 Mass.-% Al => Erhöhung der Temperatur um 34 K

Question 8

Was bedeutet Stahlreinheit? Was sind Verunreinigungen in Stahl?

Answer 8

Der Reinheitsgrad eines Stahls wird durch die Zahl, Größe und Zusammensetzung, Gestaltung, Menge und Verteilung nicht-metallische Einschlüsse beschrieben.
Oxide (auch Silikate sowie Aluminate und Spinelle), Nitride, Sulfide: teilweise auch Karbide

Question 9

Geben Sie mindestens vier Desoxidationsreaktionen an

Answer 9

a) 2 Al + 3 O = Al2O3
b) Si + 2 O = SiO2
c) Mn + O = MnO
d) C + O = CO

Question 10

Geben Sie Reaktionen für die Entschwefelung in der Pfannenmetallurgie mit CaO an!

Answer 10

5(CaO) + 2 Al + 3 S = 3(CaS) + (2 CaO*Al2O3)
oder
(CaO) + S + 2/3 Al = (CaS) + 1/3 Al2O3

Question 11

Geben Sie einige Beispiele für die Entschwefelung in der Pfannenmetallurgie an
VERFAHREN

Answer 11

Schlackenreaktionsverfahren, Injektionsverfahren (CAS, TN, LF, ASEA-SKF, SCAT)

Question 12

Was ist das Vacher-Hamilton-Gleichgewicht? Geben Sie die Werte für 1600 °C an!

Answer 12

Vacher-Hamilton-Gesetz:
C + O = CO
%C * %O = 0,0025 * P(CO)
bei 1600°C

Question 13

Wie kann die Schmelze in der Pfanne gerührt werden?

Answer 13

Spülgas, Induktionsrühren, mechanisches Rühren

Question 14

Nennen Sie sechs Funktionen der Schlacke in der Pfannenmetallurgie!

Answer 14

Schutz der Schmelze vor Atmosphäre (Sauerstoff, Stickstoff und Wasserdampf), Abdecken, Absorption von Einschlüssen, Verhindern der Reoxidation, Schlackenreaktionen (Desoxidation), Aufnahme von Oxiden, Aufnahme von Sulfiden, Abbinden der Abfallprodukte der Pfannenbehandlung, Verringerung des Strahlungs-/Wärmeverlustes der Schmelze/Pfanne, Entschwefelung

Question 15

Welche Bedeutung haben C2S (C3S, C3P, C4P) in der Schlackendarstellung?

Answer 15

C2S bedeutet: 2CaO * SiO2
C3S bedeutet: 3CaO * SiO2
C3P bedeutet: 3CaO * P2O5
C4P bedeutet: 4CaO * P2O5

Question 16

Wie lautet die Definition der Aktivität in der Thermodynamik?

Answer 16

Die Aktivität ist die chemische Wirksamkeit eines Stoffes:
Aktivität = chem. Wirksamkeit im Lösungszustand / chem. Wirksamkeit im Standardzustand. Hervorgerufen werden unterschiedliche chem. Wirksamkeiten durch Wechselwirkung mit anderen gelösten Stoffen.
Durch diese Wechselwirkungen der in Schmelze und Schlacke gelösten Stoffe entspricht die Aktivität eines Stoffes meist nicht der Konzentration dieses Stoffes. Zur Berechnung thermodynamischer Gleichgewichtszustände ist daher die Berücksichtigung der Aktivität notwendig.
a(i) = d(i)*c(i)

lg(f(i)) = lg(f(i)^0) + summe(e(i)^j)xC(j) + summe(r(i)^j)x (C(j)^2) +…..

mit:
f=Aktivitätskoeffizienten des reinen Stoffes
e=Wechelwirkungsparameter 1. Ordnung
r = Wechselwirkungsparameter 2. Ordnung

Question 17

Wie können die Elemente bzw. Verbindungen S, C, O, H, Al2O3 und Cu aus dem Stahl entfernt werden?

Answer 17

S: Sekundärmetallurgische Entschwefelung (z.B. kalkreiche Schlacken);
C: Entkohlung durch Pfannenmetallurgie (z.B. RH, VOD);
O: Desoxidation;
H: Entgasung in der Pfanne;
Al2O3: in Schlacke durch Spülbehandlung;
Cu: nicht möglich (geringfügig durch Abdampfen).

Question 18

Wie kann die Schmelze in der Pfanne beheizt werden?

Answer 18

elektrisch (Induktion, Lichtbogen, Widerstand); chemisch (Oxidation von Al)

Question 19

Wie kann die benötigte Gießtemperatur der Schmelze genau eingestellt werden?

Answer 19

In situ (=An Ort und Stelle) Messung von T durch Temperatursonde; Einstellung durchelektrisches/chemisches Heizen.

Question 20

Was ist das Sieverts’sche Quadratwurzel-Gesetz?

Answer 20

[%N] = K’(W) * wurzel(p(N2))