Hans-Jürgen Engell

The Blast Furnace Process

As a vessel for reducing and smelting iron ores, the blast furnace has already demonstrated the creative genius and originality of its concept. if only by the fact that the principle of the process has scarcely required any modification over a period of one hundred years.

Electrochemical Sensing of Carbon, Oxygen and Silicon in Iron Melts

Activities of carbon and oxygen in Fe-O-C-Xn melts (Xn = Cr, Mn, Si) and of silicon in Fe-C-Si melts were determined in-situ by emf measurements. Electrochemical probes were developed and tested, based on ZrO2 and ThO2 solid electrolytes for C and O sensing, and based on molten silicate electrolytes for Si sensing. The probes can be immediately immersed into the metal bath at a response time of 20 to 30 s and 30 to 60 s, respectively. Accurate C and O activities were obtained from the emf measurements with ZrO2 and ThO2 electrolyte probes up to carbon saturation when a controlled pco is maintained. A reproducible emf vs silicon activity relationship resulted from measurements with a silicate electrolyte probe in carbon-saturated Fe-C-Si melts up to 1.8 wt% Si. The present results are based on laboratory-scale experiments. Further efforts are thought to be promising to develop these probes to an industrial standard.

Techniques for the Reduction of Iron Ores, Apart from the Blast Furnace

The reduction of iron ores to the metal is the basis of steel manufacture. The reduction is carried out mainly in blast furnaces, which produce up to 7000 tons Fe a day in the form of molten pig iron, at a very moderate cost for the conversion. The blast furnace may be regarded as a piece of equipment which has almost reached perfection. It is suitable for handling almost all naturally occurring iron ores, and its product, the molten pig iron, can be used directly without further treatment in the existing processes for steel manufacture. World production of pig iron is now, as ever, sharply increasing (Fig. 144).

Results of Experimental Investigations of the Kinetics of Reduction

The determination of the progress with time of the reduction of oxides depends in every case on measuring the progress of oxygen removal from the oxides or measuring the value of some quantity which is uniquely determined by the extent of oxygen removal. Methods of investigation entailing discontinuous working — in which, for example, the oxide specimen is removed from the reactor after a certain time, is cooled and examined (e.g., weighed) — are justified only in special cases, and will be mentioned here only in passing. The desideratum is continuous observation of the chosen quantity, because in a discontinuous method the course of the reaction is disturbed, and changes in the test material — by its being heated up and cooled, and by being taken out of the reaction gas into the atmosphere — are bound to occur.

Gas Flow and Heat Transfer in Granular Materials

There are numerous possible technological processes for carrying out the reduction of ores by gases containing CO or H2. All conceivable processes are characterized by the common endeavour to achieve in the smallest possible volume the most rapid and complete chemical conversion and heat transfer possible. A uniform circulation of the reducing gases round the ore pieces offers the best conditions. The following sections deal with gas flow in ore charges, with the region of stability for various types of gas flow, and with heat transfer. According to Wicke and Brotz 305), in general, the possible states of a granular material through which a fluid is flowing are those shown in Table 9; from left to right in this table, the states shown correspond to increasing fluid velocity or decreasing grain size. Those of particular importance in the reduction of ores are: a) the static bed, or packed column; b) the fluidized bed; c) particulate fluidization (or fluidized dust).

Über die Reduktion von Mischoxyden

Wustit (Fe1-y O) bildet mit Mangan(II)oxyd (MnO) und Magnesiumoxyd (MgO) luckenlose Mischkristallreihen [38–40]. Die Sauerstoffdrucke dieser Mischoxyde im Gleichgewicht mit der zugehorigen Metallphase sind uber Gasgleichgewichte bestimmt worden [41–43]. Die voneinander verschiedenen Gitterkonstanten des reinen Wustits und Mangan(II)oxyds sowie die stetige Abhangigkeit der Gitterkonstanten des Mischoxyds von seiner Zusammensetzung gestatten eine einfache Analyse der Mischkristalle auf rontgenographischem Wege [38, 39].

Über die Reduktion von Wüstit und Magnetit

Die Existenzgebiete der Eisenoxyde zeigt Abb. 1 [10, 11]. Danach ist der Wustit uber einen verhaltnismasig grosen Konzentrations- und Temperaturbereich stabil. Er schmilzt je nach Zusammensetzung zwischen 1370 und 1425°C. Unterhalb 570°C zerfallt der Wustit in α-Eisen und Magnetit (vgl. [12]). Die stochiometrische Zusammensetzung FeO fallt nicht in den Stabilitatsbereich, sondern der Wustit weist stets einen Fehlbetrag an Eisen auf. Sein Kristallgitter entspricht dem NaCl-Typ [13]. Eisen- und Sauerstoffionen bilden je ein kubisch-flachenzentriertes Teilgitter. Das Eisenteilgitter enthalt entsprechend der Abweichung von der Stochiometrie eine bestimmte Anzahl von Leerstellen. Diese Fehlordnung des Wustits wird durch die Schreibweise Fe1-y O berucksichtigt. y bedeutet darin den Molenbruch der Leerstellen im Kationengitter. Die Elektroneutralitat des Gitters wird durch das Auftreten von zwei dreiwertigen Eisenionen je Leerstelle gewahrt. Dabei kann die dritte positive Ladung zwischen den Eisenionen ausgetauscht und als Defektelektron beschrieben werden. Die Leerstellenkonzentration steigt bei einer Temperatur von 1000° C von ungefahr 5% an der Phasengrenze Eisen/Wustit auf uber 12% an der Phasengrenze Wustit/Magnetit. Auf den Abb. 2 und 3 [1, 14] sind die Zustandsdiagramme der Systeme Eisen-Sauerstoff-Wasserstoff und Eisen-Sauerstoff-Kohlenstoff wiedergegeben. Sie enthalten die nach H.- J. Engell [11] berechneten Kurven gleicher Leerstellenkonzentration.

Elektrochemisches Verhalten und Passivität von Eisen in Salzlösungen

Es wurden Stromdichte-Potential-Kurven in wasrigen Losungen von Kalzium- und Natriumnitrat, Kalziumchlorid, Ammoniumsulfat und Natriumperchlorat aufgenommen. Fur die Messungen wurde ein elektronischer Potentiostat verwendet. Eine gleichbleibende Versuchstemperatur wurde durch einen Thermostat erreicht. Die Durchfuhrung aller Versuche erfolgte unter leichter Umwalzung der Losung, die durch einen gleichmasigen Strom von reinem Stickstoff luftfrei gehalten wurde.

Untersuchungen des Ablaufs der Spannungsrißkorrosion an Weicheisen

Die chemische Zusammensetzung der untersuchten Stahle ist in Tab. 1 angegeben. Um eine moglichst ubersichtliche Spannungsverteilung in den Proben zu erhalten, wurden die Versuche an Zugproben durchgefuhrt, deren Form und Abmessungen aus Abb. 7, linkes Teilbild, ersichtlich sind. Die Proben wurden jeweils bei 930°C 20 min im Vakuum gehalten und auserhalb des Ofens im Vakuum abgekuhlt (Normalisierungsgluhen). Ausgenommen von dieser Warmebehandlung sind lediglich die entkohlten und grobkorngegluhten Weicheisenproben.

Die Kinetik der Spannungsrißkorrosion an Weicheisen

Das Ausmessen der Bilder eines der Filme, die nach dem im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Verfahren aufgenommen wurden, ergibt den in Abb. 21 dargestellten zeitlichen Verlauf des Eindringens eines Risses. Man erkennt, das die Geschwindigkeit des Riswachstums mit der Rislange, also mit abnehmendem Probenquerschnitt und zunehmender Spannung im Restquerschnitt, ansteigt.