DE1773027A1

DE1773027A1 - Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes in Metallschmelzen

Info

Publication number: DE1773027A1
Application number: DE19681773027
Authority: DE
Inventors: Dieter Doering; Klaus-Herbert Dr-Ing Ulrich
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1968-03-22
Filing date: 1968-03-22
Publication date: 1972-03-02
Also published as: US3661725A; FR2004501A1; GB1211957A; FR2004501B1; NL6903679A; LU58221A1; BE730069A

Description

Fried» Krupp Gesellschaft mit beschränkter Haftung

in IiJs a en

Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes in Metallschmelzen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalte3 in Metallschmelzen. Die bisher "bekannten Verfahren, die diesem Zweck dienen, sind in ihrer Anwendung "beim Frischen durch Verblasen dar Schmelzen mit Luft oder technisch reinem Bauerstoff nicht befriedigend, weil die Ergebnisse nicht genau und die eintretende Verzögerung des Verblasens zu groß istt Die ,'Jrfindung bezweckt ein Verfahren zur Bestimmung des Kohlenatoffgehaltes in Metallschmelzen zu schaffen, das von diesen Mangeln frei ist.

Dieser Zweck wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß mittels einer an sich bekannten elektrochemischen Messung das Sauerstoffpotential dar Schmelze, aua dionem und der Temperatur die Sauersboffaktivltab und aus deren Beziehung zur Kohlenstoffaktivität; die letzteres and hieraus der Kohlenstoffgehalt der Schmelze bestimmt wird,

Beim Verblasen beinpielswaiy^ girier Rohoiijerischmalze im Sauerstoff-Aufblaskonverter werden dia Begleitelemonte Kohlenstoff, Silizium, Mangan und Phosphor durch Qxydabion mit dem aufgeblasenen Sauerstoff mehr oder weniger '/oll« tändig aus der Metallphase entfernt. Der Kohlenstoff wird hierbei in die Gasphase überführt^ Silizium, Mangan und Phosphor werden in einer Schlacke abgebunden. ^Le Reaktionen hai dieser Oxydation laufen nicht nur an d^v Phrujenjtwi.^ (fria-Me ball bzw. Schlacke-Ms ball im sogenannter, Bi'-mnfi-io.k ab, sondern auch innerhalb der Metallschirm L se „ Aua dioaDm 'l-rurala iat die Sauerstoff aktiv! tat im Metallbau von liatLuß auf den Raffination· ablauf. In Abhängigkeit von dor Τ.-'ϋ<ιρ··π·αΙ;ιΐΓ, dnm Gehalt an Begleitelementen, der Schlacke»; bfl^uhai-umhait und der Schlakkenmengs sowie von den iJlaabed.iri^un.-'jon nbnl.Lt sich öin be-3timmt93 Sauerstoff potential ir; lev .'iuhmel^a 3 in.

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Oa die Begleitelemente Silicium und Hangan zu einem großen Teil während der ersten Blasminuten verschlackt werden und der Einfluß des Phosphors auf die Sauerstoffaktivität bei den vorliegenden Gehalten praktisch vernachlässigbar ist, wird im weiteren Verlauf des Verblasens die Sauerstoffaktivität ausschließlich vom Kohlenstoffgehalt und der Temperatur abhängen. Die Ermittlung der Sauerstoffaktivität erfolgt dadurch, daß zunächst das Sauers toffpotential nach einer an sich bekannten elektrochemischen Methode mit Hilfe von Festleiterelektrolyten bestimmt wird. Hierbei kann man beispielsweise als Festleiterelektrolyten ZrO2 verwenden, das mit etwa 15 Mol-^:;£ GaO dotiert wurde. Wird an der einen Elektrode der Festleiterzelle ein bekanntes Sauerstoffpotential, ζ. B. Luft mit Po2 = 0>21 atm vorgegeben und die SMK der Zelle gemessen, so läßt sich aus dem vorgegebenen Sauerstoffpotential und der SMK mit Hilfe der Nermsfachen Beziehung

, & 02

2 . a · l·· . : = ( t_ion «d ₀₂.

das unbekannte Hauerstoffpotential der Schmelze an der zweiten Elektrode berechnen. In der Formel bedeutet:

ζ die Ladungszahl der Ladungsträger im Elek

trolyten

13 die fflLK

F die Faradaykonstante

M 'O2 daa vorgegebene Sauerstoffpotential

,U- "O2 das gesuchte Sauerstoffpotential

tion die Übnrführungηzahl der Ionen.

Aus dem ao ermi t fco L tan 5jauerstof fpo tential in der Schmelze läßt aicjh bei gleichzeitig bekannter Temperatur die entsprechende Säuernboffaktivität nach folgenden Formeln ber rechneηι

2 0 9 8 1 ü / 0 5 6 I* BAD ORIGINAL

Λ 3

Unter der Voraussetzung, daß die ÜberführungsEahl der Ionen im Elektrolyten annähernd gleich 1 ist, und als Vergleichspotential Luft mit 0,21 atm Sauerstoff verwendet wird, gilt für den Sauerstoffpartialdruck der Schmelze:

InVFo₀ (Schmelze) = ζ · P « E . 1 , _n _{0Λ (ολ} \ *- . ώ—ι—m— *** "η¹ J-¹¹ υ j <c ι \<~ ι

Hierbei sind: R = Gaskonstante

T =e absolute Temperatur

Die Lösung von Sauerstoff in Metallschmelzen erfolgt nach der Reaktionsgleichung:

1 ^r ~1

Die Gleichgewichtskonstante dieser Reaktion, K, ist:

/ 1

K » &s c «= exp / τ?

Hiertai sind: a_Q « Säuerstoffaktivität

/St₁ G⁰ β- freie Bildungsenthalpie der Lösung von 1 mol Sauerstoff im entsprechenden Metall lazw. Legierung

Gleichung (3) in Gleichung (2) eingesetzt ergibt für die Sauerstoffaktivität a_oi

(4)

^{ln a}o - - (_z . ρ . s + ¹ Δ GO) + 1 In 0,21

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Mit den gemessenen Werten für die MK (E) und die Temperatur (T) und den z. B. für Eisenschmelzen "bekannten Werten für die freie Bildungsenthalpie Δ G⁰ kann die Sauerstoff aktivität a₀ "berechnet werden. Da die Sauerstoffaktivität, z_o B. in Stahlschmelzen, bei Kohlenstoffgehalten kleiner 1 $ eine charakteristische Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt zeigt, kann mit Hilfe von einmal aufgenommenen Eichkurven der Kohlenstovffgehalt "bei späteren Messungen bestimmt werden.

Die Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes, z. B. einer Stahlschmelze, kann kontinuierlich während des Blasens oder diskontinuierlich mit einer Meßlanze zu bestimmten Zeitpunkten erfolgen. Eine größere Verzögerung des Blaseprozesses tritt auch bei der letzteren Messung nicht ein, wenn die Messung gleichzeitig mit der üblichen Temperaturmessung erfolgt.

Fig. 1 zeigt schematisch eine zur kontinuierlichen Bestimmung des Kohlenstoffgehaites nach der Erfindung benutzbare Vorrichtung.

Der Konverter ist mit 1, die Sauerstofflanze mit 2, die Metallschmelze mit 3 und die Schlacke mit 4 bezeichnet. In den Konverter 1 ist ein Thermoelement 5 mit dem Meßgerät 6 zur Temperaturmessung eingebaut und außerdem eine Festleiterelektrode 7 mit vorgegebenen Sauerstoffpotential, ζ. B. Luft, sowie eine zweite Elektrode 8, die aus einem Eisenstab bestehen kann, eingeführt. Die beiden Elektroden 7 und 8 sind über ein Gerät 9 zur Messung der SMK verbunden.

In den Pig. 4 2 und 3 sind für Messungen an 4 Stahlroheisenschmelzen bzw. 4 Thomasroheisenschmelzen in einem Sauerstoffaufblaskonverter Eichkurven aufgenomen worden. Auf der Ordinate ist der nach einem herkömmlichen Verfahren bestimmte

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Kohlenstoffgehalt und auf der Abszisse die aus der gemessenen SMK und Temperatur errechnete Sauerstoffaktivität aufgetragen. Unter 1 °ß> Kohlenstoff ergibt sich für alle Schmelzen die geschilderte charakteristische Abhängigkeit. Bei späteren Schmelzen wird gemäß der Erfindung nur noch die Sauerstoffaktivität aus den Meßwerten SMK und Temperatur berechnet und aus den Eichkurven der zugehörige Kohlenstoffgehalt der Schmelze abgel/esen. Die bei Gehalten unter 1 '/o erreichten Meßgenauigkeiten genügen den normalen Erfordernissen.

Patentanspruch:

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Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Bestimmen des Kohlenstoffgehaltes in Metallschmelzen mitte^l einer an sich bekannten elektrochemischen Messung des Sauerstoffpotentials der Schmelze, aus dem die "bei Bekanntsein der Temperatur die Sauerstoff aktivi ta t^uäus deren Beziehung zur Kohfenstoffaktivität die letztere und hieraus der Kohlenstoffgehalt
der Schmelze ermittelt wird.

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