Chemie der Stahlerzeugung im Basissauerstoffkonverter (LD-Verfahren)

Grundlagen des LD-Verfahrens (Basic Oxygen Steelmaking – BOS)

Weltweit dominantes Primärstahlerzeugungsverfahren: Roheisen (HM) → Rohstahl. Gefäß = Konverter. Integrierte Hüttenwerke. Sauerstoff (O₂) durch Lanze von oben geblasen → Oxidation von Kohlenstoff (C). Heute: Mischblasung (seit Ende 1970er): begrenzt neutrales Gas (Ar oder N₂) durch Konverterboden → effizientes Rühren.

Prozesscharakteristika

1. Autogen: Keine externe Wärme. Oxidationsreaktionen liefern Energie für Schmelzen von Zuschlagstoffen/Schrott und Zieltemperatur.
2. Hohe Reaktionsgeschwindigkeiten: Große Reaktionsflächen. O₂-Einblasung → Gas-Metall-Schlacke-Emulsion (Tropfen aus Bad durch O₂-Strahl) → riesige Grenzfläche → hohe Veredelungsraten.

Verunreinigungen gelöst im Schmelze → Reaktion mit gelöstem O₂. C-Oxidation bei hohen Temperaturen → überwiegend CO. Verunreinigungen (C, Si, Mn, P) werden oxidiert. Oxide: CO, CO₂ (gasförmig, Abgas), SiO₂, MnO, FeO (in Schlacke gelöst). Flüssige Schlacke entzieht P und S.

Reaktionskategorien

1. Sauerstoffaufnahme im Metall: O₂(g)=2O; (FeO)=Fe+O; (Fe₂O₃)=2(FeO)+O; CO₂(g)=CO(g)+O
2. Oxidation der Badbestandteile: C+O=CO(g); Fe+O=(FeO); Si+2O=(SiO₂); Mn+O=(MnO); 2P+5O=(P₂O₅)
3. Oxidation in der Schlacke: 2(FeO)+½O₂(g)=(Fe₂O₃); 2(FeO)+CO₂(g)=(Fe₂O₃)+CO
4. Flussmittelreaktionen: MgO(s)=(MgO); CaO(s)=(CaO)
5. Gasphasenreaktion: CO(g)+½O₂(g)=CO₂

Prozessdynamik und Konverterbauart

Extrem schnelle Kinetik, Reaktionen an multiplen Orten. Überschallstrahl–Bad-Interaktion + C-O-Reaktion (Gasbildung) bestimmen Dynamik. Veredelung typisch 12–15 min. Erfordert dynamisches Prozessverständnis für Qualitäts-/Produktivitätsregelung.

Konverter: Zylindrischer Körper, gerundeter Boden, konischer Oberteil (25–30° Halberwinkel) für Gasführung. Auf Trunnionen gelagert (Kippen: Beschicken, Proben, Abstich, Schlackenabstich). Magnesiakohlenstoff-Ausmauerung (qualitäts-/dickengestuft nach Verschleiß). Volumen ~1 m³/t Rohstahl. Schlacke 100–120 kg/t → Freiraum >80 % (platz für Emulsion). Boden: 6–8 poröse Elemente für Ar (Badmischung, Schlacke-Metall-Reaktionen). Abstichloch seitlich unten, Schlackenabstich gegenüber.

Beladung und Betriebszyklus

Roheisen ~1.300–1.400 °C. Wärmeüberschuss → Kühlmittel: Schrott, Eisenerz, Kalkstein (CaCO₃). Gebrannter Kalk (CaO) als Flussmittel (hohe Basizität für P-Entfernung). Reihenfolge: Kalk (Teil als Aufprallschutz), Schrott, Roheisen. Restlicher Kalk verteilt während Blasens. Dolomit (CaO·MgO) für MgO (vermindert Feuerfestauflösung). Mengen über Ladungsmodell (Stoff-/Wärmebilanz, Input-/Output-Zusammensetzung, Temperaturen).

Oxidation durch Tonnensauerstoff über Lanze mit 3–6 Laval-Düsen (Mach 2,0–2,1, angewinkelt). Lanzenspitze 1,8–2,5 m über ruhigem Bad (großer Konverter). Lanzenhöhe = Stellgröße.

Typischer Tap-to-Tap-Zyklus

1. Beschicken: Kalk, Schrott, Roheisen.
2. Konverter aufrichten, Lanze auf Starthöhe (2,2–2,5 m), Blasbeginn.
3. Erste Blashälfte: Restkalk, Eisenerz, Dolomit, Zusätze. Feuchtehaltige Zusätze spät vermeiden (H₂ im Stahl).
4. Hochlanzenbetrieb 3–4 min bis Schlacke genügend FeO für CaO-Lösung.
5. Lanze stufenweise absenken (3–5 Stufen) für benötigte Veredelungsraten.
6. Bei 80–90 % Blasdauer (O₂-Menge): Probe + Temperaturmessung → Restblasung mit Trimmzugaben.
7. Probe: manuell (Blasstopp, Kippen, Löffel) oder Sublanze (in-blow).
8. Blasende → Kippen auf Abstichseite (Stahl), dann Schlackenseite. Moderne Praxis: Restschlacke, Konverter aufrichten, MgO, Schlackenspritzen mit hochviskosem N₂ (Ausmauerungsschutz).
9. Regelmäßige Ausmauerungsprüfung (manuell/Laserscanner) → Ausbesserung (Gunnen). Nächste Charge.

Reaktionsverlauf und Dynamik

Entkarburisierung (C-Oxidation)

Wichtigste Reaktion. Drei Phasen:

1. Anfang: Langsam, O₂ reagiert vorwiegend mit Si.
2. Hauptphase: Hoher C-Gehalt, Rate durch O₂-Zufuhr gesteuert (konstant ~0,3 %/min → ~600 kg/min bei 200 t).
3. Endphase: C ~0,3 % → Rate fällt (C-Massenübergang limitierend). O₂ reagiert mit Fe → FeO. CO-Flamme erlischt bei C ~0,1 %.

Siliciumoxidation

Günstig: niedrige Temperatur, niedrige SiO₂-Aktivität in Schlacke. Basische Schlacke begünstigt. Si → <0,005 % in 3–5 min. Exotherm → Hauptwärmequelle. Bestimmt Kühlmittelmenge, Schlackenvolumen → Entphosphorung, Ausbeute. Faustregel: mehr Schlacke → weniger P, aber geringere Ausbeute.

Eisenoxidation

Zentral für: FeO-Gehalt Schlacke/O₂ im Stahl, Fe-Verlust in Schlacke (Produktivität), Oxidationspotenzial Schlacke, FeO löst CaO in Schlacke.

Manganoxidation

Komplex. Obenblasung: Mn → MnO früh, dann Reversion ins Bad nach Si-Oxidation, am Ende bei Überschuss O₂ wieder Reduktion. Unten-/Kombiblasung: ähnlich, aber höherer Rest-Mn.

Phosphoroxidation (Entphosphorung)

Oxidierende Bedingungen begünstigen. Reaktion an Metall-Schlacke-Grenzfläche. Günstig: niedrige Badtemperatur, hohe Basizität (CaO/SiO₂), hohes FeO, flüssige Schlacke, gutes Rühren. P-Verlauf: Abnahme zu Beginn, Reversion in Hauptentkarburisierungsphase (FeO-Abnahme), Endabnahme. Rühren + Flussmittel (Flussspat) → bessere CaO-Lösung → hohe Basizität/Flüssigkeit → P-Entfernung.

Schwefelreaktion

Im BOS wenig effektiv (stark oxidierend). Verteilungsverhältnis (S in Schlacke/S im Metall) ~4–8 (Sekundärmetallurgie: 300–500). ~10–20 % S → SO₂ (Gas). Rest: S + CaO = CaS + FeO (Schlacke-Metall). Begünstigt: hohe Basizität, niedriges Fe in Schlacke. S im Stahl stark abhängig von S in Roheisen/Schrott.

Mehrskalige Prozessdynamik

Phasen: Metallbad, Schlacke, Gas. Reaktionsorte: Feinverteilte Tropfen/Blasen in Schlacke-Metall-Gas-Emulsion. Längenskalen → Zeitskalen: Bad 12–15 min, Tropfen ~1 min. Dynamikverständnis aus Beobachtungen, Pilotanlagen, Experimenten, Modellierung.

Typische Roheisenzusammensetzung

C 4,5 %, Si 0,3–0,5 %, Mn 0,2–0,7 %, P 0,1–0,18 %, S 0,02–0,03 %, 1.350 °C. S kaum entfernbar (nur in reduziertem Zustand mit flüssigem Fe). Hauptreaktionen: [Si]+{O₂}=(SiO₂); [Mn]+½{O₂}=(MnO); [C]+½{O₂}={CO}; 2[P]+5/2{O₂}=(P₂O₅); Fe(l)+½O₂(g)=(FeO).

Gleichzeitige C- und Si-Entfernung

Bemerkenswert: Erhebliche C-Entfernung vor Si-Abfall auf sehr niedrige Werte. CO-Flamme schießt kurz nach Blasbeginn hoch. Gegensatz zu Bessemer/OBM (Bodenblasung): dort Flamme erst nach Si-Abfall. Thermodynamisch: Si vor C (niedrige Anfangstemperatur, niedrige SiO₂-Aktivität in basischer Schlacke, CO-Partialdruck ~0,1 MPa). Beispiel: a(SiO₂)=0,001 → pO₂ im Gleichgewicht mit 4,5 % C und 0,5 % Si: 1–1,7 MPa vs. 1–1,9 MPa. Dynamikanalyse komplex.

Prozesscharakteristika

• Extrem schnelle Raten: Spitzenentkarburisierung ~0,3 %/min. Drei Perioden: Anlauf, konstant (C 3,5–4,0 %), Abfall ab kritischem C (0,2–0,5 %).
• Irreproduzierbarkeit: Identische Blasen → unterschiedliches Verhalten (Überschlappen/Slopping, trockene Schlacke/Spitting). Weniger mit Bodenblasung (Ar), weniger Schrott als Kühlmittel.
• O₂-Rate proportional zur Spitzenentkarburisierungsrate. Lanzenhöhe senken ≈ O₂-Rate erhöhen (Laborversuche).
• Konzentrationsgradienten im Bad bei reiner Obenblasung (MEFOS-Versuche). Verschwinden bei minimaler Inertgas-Bodenblasung.
• Metalltropfen in Schlacke: 10–25 % Badmasse, <1–2 mm, fortgeschrittener Veredelungszustand.
• Schlacke-Metall-Gas-Emulsion: Ab ~1/3 Blasdauer >2 m Höhe (Lanzenspitze eingetaucht). Kann überlaufen (Slopping). Kollabiert am Ende (kritisches C) → transitorisch, benötigt kontinuierliche Gasbildung.
• Gleichzeitige Oxidation C, Mn, P mit Si zu Beginn (gegen thermodynamische Erwartung). Mn/P durch Schlackeaktivitäten erklärbar. C erfordert Hypothese: Bulk-Zusammensetzung ≠ Reaktionsort-Zusammensetzung.
• Mn/P-Reversion in Mittelphase (korreliert mit FeO-Gehalt). CaO-Lösung fast bis Ende. C bestimmt Gesamtdynamik.

Reaktionsorte im Konverter

O₂-Molekül an Strahlaufprallzone: (1) Reaktion mit C → CO/CO₂; (2) Lösung als [O] → Diffusion → Reaktion mit anderen Elementen; (3) Reaktion mit Fe → FeO → in Schlacke → Reaktion anderswo. Jeder Pfad → Veredelung an verschiedenen Orten → bei Vermischung Gesamtveredelung.

C-O-Reaktion heterogen: mind. 1 Massenübergangsschritt limitierend. C-Diffusion in Metall zur Grenzfläche. O₂-Gas, gelöstes O₂, FeO in Schlacke als O-Quellen möglich.

Reaktionsorte (Schema):

1. Gasporen im Feuerfest (gelöstes O₂ + C → CO)
2. Feste Partikel im Bad (heterogene Nukleation CO)
3. Schlacke-Metall-Grenzfläche (heterogene Nukleation)
4. Homogene Nukleation im Bad (nur bei extremer CO-Übersättigung)
5. Direkt an Aufprallzone
6. FeO unter Bad-Oberfläche entlang Grenzfläche → Emulsion
7. FeO → Schlackephase
8. Tropfen in Emulsion: FeO + C → CO (heterogen an Grenzfläche, Blasenübergabe, homogen im Tropfen)
9. Tropfen in Freibord: Reaktion mit Gas (O₂/CO₂)

Dominante Mechanismen

• Orte 1+2 unwichtig (Konzentrationsgradient verschwindet bei 1 % Bodenblasung).
• Aufprallzone: Temp. >2.120 °C, hohe Reaktionsraten, kleine Fläche, hohes O₂-Angebot. Soluten diffundieren zur Grenzfläche, Wärme leitet in Metall. Frisches Metall wird herangeführt, nach außen geschoben. Aufprallfläche "ausgehungert" an Soluten → Fe-Oxidation. Bei 5 % C: ~25 % O₂ für C (CO/CO₂) hier. Berechnungen: ~40 % (metallseitiger Massenübergang nicht limitierend). Einmal als Hauptmechanismus angesehen (Hot-Zone-Theorie).
• Emulsion (Orte 4,6,8) = Hauptreaktionszone. Tropfen: enorme spezifische Oberfläche. Bei ausreichend FeO: vollständige Veredelung in Zehnersekunden. 3 mm Tropfen mit 4,5 % C → 3.000-faches Volumen CO → emulgiert Schlacke. Emulsionsbildung, Tropfengenerierung, Verweilzeit → Gesamtdynamik. Gasphasenreaktionen nur in ersten Minuten (vor geschlossener Schlackeschicht).

Tropfenverhalten und Verweilzeit

• Größen: 0,05–3 mm (Probenahmen). Große Flüssigbrocken vernachlässigbare Verweilzeit.
• Große Tropfenmengen in schaumiger Schlacke (hochphosphorhaltiges Roheisen, Proben aus Abstichloch).
• Tropfen in fortgeschrittener Veredelung (manche fast C-frei) bei noch erheblichem Bad-C. Anteil ~25 % Badmasse → ~40.000 m² Oberfläche (bei 1 mm Ø).
• Emulsionstheorie: Veredelung primär in Emulsion, Bad durch zurückfallende Tropfen (Verdünnung).
• Hohe O₂-Übersättigung in Tropfen → Hypothese: feine Tropfen durch homogene CO-Nukleation/Platzen. Blasenhaftung, hohle Tropfen beobachtet.
• Magnetisch levitierte/fallende Tropfen-Versuche: Hoch C → Oberflächenreaktion (CO-Brennen); mittleres C → Suboberflächen-Nukleation (kleine Tropfen ausgeworfen); niedriges C → Platzen (tiefe Nukleation, O₂-Übersättigung ~5 MPa).
• Radioaktiver Goldtracer: max. Verweilzeit fortgeschrittener Tropfen ~2 min. Freifall: Sekunden. Erklärung: CO-Blasen halten Tropfen schwimmend (Röntgen: Tropfen steigt bei Entkarburisierungsbeginn an Oberfläche, bleibt bis CO-Austritt).
• Zwei Theorien: (1) "Aufgeblähter Tropfen" (homogene CO-Bildung im Tropfen → niedrige Scheindichte), (2) Heterogene Blasen an Grenzfläche halten Tropfen. Röntgen: nicht eindeutig unterscheidbar. Keine Nukleationsbarriere → Grenzflächennukleation wahrscheinlich.
• Hohes C: max. CO-Übersättigung an Tropfenoberfläche → Blase verweilt an Grenzfläche → Tropfen schwimmt. Sinkendes C: sporadische Nukleation → Phasen ohne Blase → O₂ löst sich, diffundiert ein → Übersättigungsmaximum wandert nach innen (Suboberfläche → Tiefe). Suboberflächen-Nukleation (kleine Tropfen ausgeworfen) → tiefe Nukleation (Platzen). Stöcharakter.
• Gleichzeitig: Scheindichte ohne Blasen hoch → Tropfen fällt in Bad. Kritisches C: f(Tropfengröße, Oxidationspotenzial Schlacke/FeO-Massenübergang, stochastische Nukleation). Empirische Vorhersage fehlt. Levitationsversuche bestätigen Reihenfolge (aber EM-Rühren verändert Massenübergang).
• Im Konverter: Tropfenoberfläche durch Blasen gestört. Zwei Effekte: (1) Blase bedeckt Fläche → kein Massenübergang Schlacke→Tropfen; (2) Blasenbildung/-ablösung rührt lokal → verstärkter Massenübergang. Indirekte Schätzungen: FeO-Massenübergangskoeffizient 10⁻⁵–10⁻⁴ m/s (P-Übertrag, Einzeltropfen, Hochtemperatur).

Badmischung und Bodenblasung

Schlacke gut durchgerührt (Gasstrahl, Gasdurchsatz). Metallbad bei reiner Obenblasung schlecht durchmischt: Mischzeit t95 (95 % Homogenität) 150–180 s (OBM Bodenblasung: 10–20 s). Folge: veredelte Tropfen fallen oben zurück, Wärme in Schlacke → heiße Tropfen. Schichtung durch langsamen Schrottauflösung am Boden möglich.

Lange Mischzeiten → irreproduzierbare Mischzeiten → irreproduzierbares Blasverhalten (ohne Bodenblasung). Großer Wirbel mit hohem C aus Boden → plötzliche Entkarburisierungssteigerung → Instabilitäten. Standard: Inertgasbodenblasung zur Mischzeitverkürzung.

Bodenblasrate + Porenposition beeinflussen Dynamik → Quantifizierung nötig für Vorhersagemodelle. Einzeler t95 unzureichend (verschiedene Mischkurven → gleiche t90, verschiedene t95). Kompromiss: Zweiparametermodell (t90, t95) → Bad als zwei durchströmte Rührkessel (STR) mit Metallau tausch. Unterer: Schrottauflösung. Oberer: übrige Phänomene. Parameter: Reaktorgrößenverhältnis, Austauschrate → Anpassung an Mischzeiten unter verschiedenen Betriebsbedingungen.

Schlackenbildung und Flussmittellösung

Flussmittel (Kalk, Dolomit) früh zugesetzt → lösen mit Oxiden zu flüssiger Schlacke. Lösungsgeschwindigkeit stark beeinflusst Schlacke-Metall-Reaktionen.

• Blasbeginn: Hohe Lanze → initiale Schlacke reich an SiO₂/FeO. Große Flussmittelzugaben.
• Lanze absenken → Schlacke schäumt ab ~1/3 Blasdauer (FeO-Reduktion + CO-Bildung). CaO löst sich, aktives Schlackengewicht steigt.
• Ab ~3/4 Blasdauer: FeO steigt (Entkarburisierungsrate sinkt).

Stahltemperatur: 1.350 → 1.650 °C. Schlacke ~50 °C heißer. Abschlag: ungelöster Kalk in flüssiger Schlacke (Dikalciumssilikat 2CaO·SiO₂ als festes, anhaftendes Produkt bei Stahltemperaturen → Lösungshemmung). MgO im Flussmittel schwächt Schicht → frühere MgO-Zugabe beschleunigt Schlackenbildung.

Ziel: flüssige, hochbasische Schlacke (CaO/SiO₂ >3) für CO-Handling und P-Entfernung. Phasendiagramm CaO-SiO₂-FeO: bei 1.350 °C max. CaO/SiO₂ ~1,6–1,7. MgO/Al₂O₃ (Auslaufschlacke) → marginale Verbesserung. Endschlacke 1.650 °C, 25–30 % FeO: max. CaO/SiO₂ <3. Analysen zeigen oft ungelösten Kalk. Kalkpartikel passivieren in silikatischer Schlacke (2CaO·SiO₂ an Oberfläche → diffusionshemmend). Langes Verweilen → Sintern → reaktionsträge.

Hoher FeO bricht anhaftende Schicht auf → Praxis: Hochlanzenbetrieb erste 3–4 min (FeO 25–35 %+). Effekt auf CaO-Löslichkeit marginal, aber Schichtbruch → weitere Lösung. Flussspat (CaF₂) effizienter, aber modern oft unüblich.

Prozessablauf und Reaktionsdynamik (Zusammenfassung)

Konverterinhalt in Regionen: (1) Metallbad (unterer/oberer Teil mit Austausch), (2) O₂-Strahl/Aufprallzone, (3) Schlacke (meist Emulsion). Drei Blasphasen:

1. Initial: Blankes Bad mit Kalkinseln/Auslaufschlacke. O₂-Strahl oxidiert Oberflächenschicht → CO, SiO₂, MnO, P₂O₅, viel FeO. Nicht ganzes O₂ verbraucht → Abgas: hohes CO₂/CO, Rest-O₂. Tropfen in Gasphase → Veredelung im Flug (thermodynamische Reihenfolge: Si, Mn, C, P). Flugzeit ~1 s → teilweise Si-Reaktion. Kleinere Tropfen → weiter. Restliche Badoberfläche: geringe Reaktion (kleinere Fläche).
2. Übergang: Tropfen fallen zurück → Oxide + Flussmittel → flüssige Schlacke. FeO aus Aufprallzone erleichtert Lösung. Dünne Schlackeschicht → große Tropfen fallen durch vor C-Reaktion. Kleine, C-reiche Tropfen → frühe Entkarburisierung → CO → Emulsionsbeginn. Niedrige Flamme.
3. Hauptphase (Emulsion): Si im Bad ausreichend niedrig → Entkarburisierung in Tropfen vor Rückfall. Tropfen schwimmen in Emulsion bis kritisches C. Schlacke: FeO-Massenübergang limitierend (solange C hoch). Kritisches C erreicht → Blasen enden → Tropfen fällt. Emulsion baut rasant auf → 2. Phase. Große Flamme. Lanze in Emulsion eingetaucht.

Fast alle Tropfen in Emulsion → Gasphasenreaktionen vernachlässigbar. Ruhende Tropfen in Schlacke: Verweilzeit Sekunden (ohne Entkarburisierung). Operator muss schnell Entkarburisierung starten (FeO hochhalten). FeO hoch → flüssige Schlacke rechtzeitig vor Spitzenentkarburisierung (Gasentweichung, sonst Slopping).

FeO-Bilanz: Generierung (Aufprallzone) vs. Verbrauch (Tropfen). Generierung schwach lanzenhöhenabhängig. Hohe Lanze → weniger Tropfen (geringere Strahlkraft) → schneller FeO-Anstieg. "Weicher Blasbeginn" (3–4 min) = Standard.

Optimales Absenken → hohe Tropfengenerierung, bad bereits entsiliciert → heftige Entkarburisierung bis niedrige C-Werte. Tropfen unterschiedlichen Alters/Größen → unterschiedliche Veredelung. Fallbeginn bei charakteristischem C (f(Größe, FeO, Temp)). Letzte Tropfenphase: hohes O₂-Potenzial an Grenzfläche → P-Entfernung (günstige Bedingungen). Fallende Tropfen → scheinbare Veredelung oberer Bad → durch Mischung Gesamtbad. Tropfenveredelung 0,5–2 min → C, Mn, P im Bulk fallen, obwohl Si noch messbar.

Selbstkorrigierende Rate: Weniger Tropfen → Badpegel steigt → effektive Lanzenhöhe sinkt → Tropfengenerierung steigt. Ein Grund für konstante Rate in Mittelphase. Aber: C in neu eintretenden Tropfen fällt → Verweilzeit sinkt → Operator muss Lanze progressiv weiter absenken.

Endphase: Bad C-arm → Rate durch C-Diffusion im Tropfen limitiert (bereits beim Eintritt). Geringe CO-Bildung → Tropfen fallen schnell (Sekunden) → Emulsion kollabiert trotz minimaler Lanzenhöhe. FeO steigt stark an (über C-O-Gleichgewicht). Operator erhöht Ar-Rühren → Tropfengenerierung ohne zusätzliches O₂.

Phosphorentfernung – operative Steuerung

Kritisch bei hohem P im Roheisen (~0,2 %) → Nachblasen. Endschlacke: hohes FeO, hohe Basizität → thermodynamisch günstig. Aber: Schlackenregime muss über gesamte Blase gemanagt werden.

Thermodynamik: 2P + 5/2 O₂(g) = P₂O₅(l) oder ionisch: P + 5/4 O₂(g) + 3/2 (O)²⁻ = (PO₄)³⁻. Gleichgewichtskonstante + Raoult-Aktivitätskoeffizient (f(Schlackenzusammensetzung)) ODER Phosphatkapazität (empirisch korreliert). Partikulardrücke → % in Metall/FeO-Aktivität (thermodynamische Daten).

Partitionskoeffizient P (Schlacke/Metall) berechenbar bei bekannter Schlackenanalyse während Blasens.

• Anfang: Hohes C, Si vorhanden → niedriges O₂-Potenzial an Grenzfläche → keine hohe Entphosphorung im Bulk. Aber: Tropfen hochveredelt in 1–2 min → hohes O₂-Potenzial an Tropfengrenzfläche. Hoher Partitionskoeffizient (FeO hoch durch Weichblasung, niedrige Temp, CaO noch nicht ganz gelöst). Viele Tropfen → hohe Entphosphorungsrate.
• Mittelphase: Nach Weichblasung Lanze absenken → FeO fällt stark, bleibt niedrig bis Emulsionskollaps. Schlacke "trocken". Partitionskoeffizient ungünstig → P-Reversion ins Bad. Je niedriger FeO, desto höhere Reversion. Erhöht Last auf Endphase (niedrige Raten).
• Ende: Schlacke günstig (hohes FeO, hohe Basizität), aber Temp. stark gestiegen. Rate nicht hoch (wenig Tropfen, kleine Fläche, langsame Reaktionen).

Starkes Ar-Rühren in Endphase (und kurz nach Blasende) hilft begrenzt. Höchste Chance für effiziente Gesamtentphosphorung: Mittelphase. Prämatues Lanzeabsenken → sehr niedriges FeO (<12–15 %) → starke Reversion. Sehr niedriges FeO senkt auch Entkarburisierung. Sehr hohes FeO → Slopping.

FeO-Erhöhung in Mittelphase: Lanze etwas höher als Normal, Absenken verzögern (Emulsionskontrolle), verteilter Eisenerzzusatz.

Zusammenfassung der BOS-Chemie

Thermodynamik: O₂ reagiert bevorzugt mit gelöstem Si → SiO₂ (auf Metalloberfläche). Kinetik: Teil reagiert mit C, Fe. CO-Bildung instantan bei Zündung. Gebrannter Kalk neutralisiert saure Schlacke (FeₓOᵧ + SiO₂). Hauptreaktionen: O₂-Lösung in Metall, Entkarburisierung über gelöstes O₂, Oxidation von Fe, [Si], [Mn], [P], [V], [Ti]. Feste/flüssige Oxide + Kalk → flüssige Schlacke. Intensive CO-Bildung → Metalltropfen in Schlacke → Schaum. Schlacke = Emulsion (Schlacke + Metalltropfen, durch Gasblasen geschäumt). Günstiger Reaktionsort: erheblicher C-Anteil in Tropfen (Majorität in Aufprallzone). Rest-O₂ verbrennt Fe → FeₓOᵧ. O₂ dringt in Tropfen → Reaktion mit CO. Gesamtsystem Schlacke-Gas = Schaum → steigt schnell zum Konus. O₂-Zufuhr/Reaktionsraten anpassen → kein Überschlappen. Slopping häufig trotz 9-fachem Innenvolumen vs. inaktivem Bad+Schlacke.