Solubility of Zn and Pb in liquid iron and their partition between liquid iron and selected steelmaking salg systems

摘要

The use of Zn- and Pb-contaminated scrap in steelmaking has led to a significant increase of the zinc and lead contents in dusts and sludges, especially produced in the electric arc furnace melting shops. To understand the behaviour of Zn and Pb, fundamental research on the thermodynamics and kinetics of zinc and lead reactions under steelmaking conditions is helpful. In the first part of the present work, the solubilities of lead and zinc in iron are discussed. Furthermore, the influence of several alloying elements, such as carbon, oxygen, sulfur and chromium on the dissolution behaviour of Zn and Pb was examined and compared with former studies. Measurements of the solubility of lead in liquid iron were made at elevated temperatures in the systems Fe-Pb-O, Fe-Pb-C and Fe-Pb-Cr under argon in a gas-tight Tammann furnace. An increase of lead solubility was found with increasing temperature and increasing oxygen content. On the other hand, higher contents of carbon and chromium led to lower solubilities of lead in liquid iron. In the second part, the partition ratios of zinc and lead between liquid iron and various selected slag compositions were investigated. It is shown that zinc partition is determined by oxygen activity and slag basicity. In SiO_2-saturated slags, the partition ratio of zinc is considerably higher than in CaO-saturated slags. In comparison, the partition ratio of lead is significantly lower under the same experimental conditions.%Die Ruckfuhrung von zink- und bleihaltigem Schrott in Stahlerzeugungsprozesse fuhrt zu einem erheblichen Anstieg der Zink- und Bleigehalte in den Stauben und Schlammen inbesondere der Elektrostahlwerke. Um zur Losung des Problems beizutragen, sind grundlegende thermodynamische und kinetische Untersuchungen uber das Verhalten von Zink und Blei bei der Erzeugung von Roheisen und Stahl notwendig. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit werden die Loslichkeiten von Zink und Blei in Eisenschmelzen sowie der Einfluss einiger ausgewahlter Legierungselemente wie Kohlenstoff, Sauerstoff, Schwefel und Chrom diskutiert und mit fruheren Untersuchungen verglichen. In eigenen Versuchen wird die Bleiloslichkeit in Eisenschmelzen in den Systemen Fe-Pb-O, Fe-Pb-C und Fe-Pb-Cr in einem gasdichten Tammann-Ofen in Argonatmosphare untersucht. Dabei wurde ein Anstieg der Bleiloslichkeit mit Steigen-den Temperaturen und Sauerstoffgehaiten festgestellt. Dagegen erniedrigen die Elemente Kohlenstoff und Chrom die Bleiloslichkeit. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Verteilung von Zink und Blei zwischen Schlacken unterschiedlicher Zusammensetzung und Sattigung und Eisenschmelzen untersucht. Die Verteilung des Zinks wird bei konstanter Temperatur durch die Sauerstoffaktivitat und die Basizotat der Schlacke beeinflusst. Die Zinkverteilung ist dabei in SiO_2-gesattigten Schlacken deutlich hoher als in kalkgesattigten Schlacken. Dagegen liegt die Verteilung des Bleis unter gleichen Versuchsbedingungen generell deutlich niedriger als die des Zinks.