8/8/2019 A M Ssbauer Study of Electric Arc Furnace Salgs (2)

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A M ssbauer Stud y of ElectricStee lmaking B as ic S lagsE . R A M O U S , G . P R I N C I P I , M . M A G R I N I A N D A . T1 Z 1A N IM 0 s s b a u e r m e a s u r e m e n t s h a v e b e e n m a d e o n p o w d e r s a m p l es o f b a si c sl ag s f r o m as t e e lm a k i n g e l e c t ri c f u r n a c e . T h e s a m p l e s w e r e t a k e n d u r i n g o x y g e n b l o w i n g . Ap r e v a l e n c e is f o u n d o f d i v a le n t i r o n in " m i x e d o x i d e " f o r m a n d i n t h e s il ic a te p h a s e. T h ea b i l it y o f M 0 s s b a u e r s p e c t r o s c o p y t o c h a r a c t e r i z e s u c h h e t e r o g e n e o u s m a t e r ia l s a n d t oc o r r e l a t e t h e d i s t r i b u t i o n o f f e r r o u s i o n s b e t w e e n t h e o x i d e a n d t h e s i l i c a t e w i t h t h e c o m -p o s i t i o n o f t h e s la g s is d e m o n s t r a t e d .

THE s l a g s f o r m e d d u r i n g t h e m a n u f a c t u r e o f s t e e l i nt h e b a s ic e l e c tr i c f u r n a c e a r e o f a v e r y c o m p l e x c o m -p o s i t i o n a n d c o n s t i t u t i o n . T h e s e s la g s a r e o n l y p a r t l yd e r i v e d f r o m t h e f u s i o n o f t h e n o n m e t a l l i c m a t e r i a l sp r e s e n t i n th e s c r a p ; t h e y d e r i v e fa r m o r e f r o m t h el i m e a n d s i l i c a a d d e d i n o r d e r t o e n a b l e t h e f o r m a t i o no f a s l a g w i th o p p o r t u n e p h y s i c o c h e m i c a l c h a r a c t er i s -t ics .T h e m e t a l - s l a g - g a s p r o c e s s e s t h a t t a k e p l a c e d u r i n g

s t e e l m a k i n g h a v e b e e n a m p l y s t u d i e d w i t h t h e r m o -d y n a m i c m e t h o d s . ~-3 T h e s e p r e s e n t u s w i t h i n d i c a t i o n sf o r c h o o s i n g t h e m o s t f a v o r a b l e r a n g e o f s l a g c o m -p o s i t i o n f o r t h e f u l f i l m e n t o f m e t a l l u r g i ca l r e -q u i r e m e n ts . H o w e v e r , t he t h e r m o d y n a m i c a p p r o a c ha l w a y s r e f e r s t o c o n d i t i o n s o f e q u i l i b r i u m , a n d g i v e sn o i n d i c a t i o n a b o u t t h e c o u r s e o f t h e p r o c e s se s i n d i f-f e r e n t s i t u a t i o n s , a s o c c u r s v e r y o f t e n i n i n d u s t r i a lp r a c t i c e .W i t h r e g a r d t o t h i s a d e e p e r k n o w l e d g e o f t h e c o n -s t i t u t i o n o f t h e s l a g s i s n e c e s s a r y , s o a s t o b e a b l e t oc o r r e l a t e i t w i t h t h e i r p h y s i c o c h e m i c a l p r o p e r t i e s a n dw i t h t h e i r b e h a v i o r . A s i t i s s o m e w h a t d i f f i c u l t t o e x -a m i n e d i r e c t l y t h e s l a g s i n t h e m o l t e n s t a t e , g e n e r a l l yt h is t y p e o f s t u d y i s p e r f o r m e d o n s o li d s a m p l e s o b -t a i n e d v i a q u e n c h i n g f r o m t h e m o l t e n s t a t e . E x a m i n a -t i o n s o f m i n e r a l o g i c a l t y p e u p o n s u c h s a m p l e s h a v ep r o d u c e d e v i d e n c e t h a t t h e s la g s c a n b e m a d e u p o fa n e n s a m b l e o f h e t e r o g e n e o u s p h a s e s . 4,5I n o r d e r t o d e s c ri b e t h e r e a c ti v i ty a n d b e h a v i o r o ft h e s e s l a g s , o n e h a s h a d t o r e s o r t t o s e m i e m p i r i c a lp a r a m e t e r s s u c h a s t h e " b a s i c i t y " , t h e" b a s e - e x c e s s '6 ,7 a n d t h e " f r e e o x y g e n m o l e n u m b e r "o f t h e i o n i c t h e o r y , s F r o m t h e t e c h n o l o g i c a l p o i n t o fv i e w , p e r h a p s t h e m o s t i n t e r e s t i n g c h a r a c t e r i s t i c o f t h es la g s is t h e i r o x i d i z in g p o w e r e x p r e s s e d b y t h e " a c t i v i t yo f t h e F e O " ; t h e in f l u en c e o f t he c o m p o s i t i o n o n

s u c h a p a r a m e t e r i s re p r e s e n t e d i n w e ll k n o w n t e r n a r yd i a g r a m s w h e r e t h e s l a g i s d e s c r i b e d a s b e l o n g i n g t ot h e s i m p l i f i e d s y s t e m ( C a O - M g O ) - ( S i O 2 +A I 2 0 3 ) - " F e O " . 9 T h e s e d i a g r a m s b r i n g t o l i g h t h o w t h e" a c t i v i t y o f th e F e O " is s t r o n g l y d e p e n d e n t u p o n t h ec o m p o s i t i o n o f t h e s l a g , s i n c e e v i d e n t l y , i f t h i s i s

E . R A M O U S , P r o f e s s o r, G . P R I N C I P I , M . M A G R I N I , a n d A .T I Z I A N I , A s s o c i a t e P r o f e s s o r s , a r e w i t h l s t i t u t o d i C h i m i c a I n d u s -t r i a le , Un ive r s i t~ t d i P a dova , P a dova , I t a ly .M a n u s c r i p t s u b m i t t e d J u l y 1 8 , 1 98 0 .

v a r i e d , t h e s t r u c t u r a l s i t u a t i o n c a n c h a n g e n o t a b l y a n dh e n c e t h e b e h a v i o r o f t h e i r o n i o n s c a n c h a n g er e m a r k a b l y .I n o r d e r t o c l a ri f y th i s p r o b l e m t h e f o l l o w i n ga s p e ct s r e m a i n t o b e l o o k e d a t m o r e c l o s el y :a ) t h e t y p e o f i r o n i o n e f f e c t i v e l y p r e s e n t a n d t h ei n f l u e n c e o f t h e c o m p o s i t i o n a n d o f t h e d e g r e e o f o x i -da t ion on the Fe2+ /Fe 3+ ra t io ;b ) t h e s t r u c t u r a l s i t u a t i o n o f t h e d i f f e r e n t i r o n i o n s :w h e t h e r a s s o c i a t e d w i t h " a c i d " c o m p o n e n t s ( s i l i c a )a n d w i t h w h a t c o o r d i n a t i o n , o r w i t h " b a s i c " c o m -p o n e n t s ( l i m e , m a g n e s i u m o x i d e , a n d s o f o r t h ) .F o r t h is t y p e o f i n v e s t i g a t io n t o b e c a r r i e d o u t o ns a m p l e s o b t a i n e d b y q u e n c h i n g , w e a p p l i e d M O s s-b a u e r E f f e c t S p e c t r o s c o p y ( M E S ) w h i c h i s a b le t os u p p l y d e t a i l e d i n f o r m a t i o n d i r e c t l y , w i t h o u t a n ym a n i p u l a t i o n o f t h e s a m p l e s , a b o u t t h e s u r r o u n d i n g so f t h e i r o n a t o m s . T h i s t e c h n i q u e h a s a l r e a d y b e e na p p l i e d t o s i m i la r p r o b l e m s , a l t h o u g h c o n c e r n i n g l es sc o m p l e x m a t e r i a l s , s u c h a s t h e s t u d y o f t h e d i s t r i b u -t i o n o f f e r r o u s a n d f e r r ic io n s i n t e t r a h e d r a l a n d o c -t a h e d r a l s i t e s i n t h e s t r u c t u r e o f v i t r e o u s a n d c r y s t a l -l i n e s i li c a te s a n d p h o s p h a t e s 1~ a n d i n t h e s t r u c t u r e so f t h e v a r i o u s t y p e s o f i r o n o x i d e s . ~4

E X P E R I M E N T A L P R O C E D U R E SS l a g s am p l e s w e r e t a k e n d u r i n g t h e v a r i o u s p h a s e sa n d p a r t i c u l a r ly d u r i n g t h e b l o w i n g o f t h e o x y g e n o fh e a t s o f c a r b o n s t e e l s i n a 4 0 t o n e l e c t r i c f u r n a c e .T h e s e s a m p l e s w e r e t h e n c o o l e d r a p i d l y b y p o u r i n gt h e m o n t o a w a t e r - c o o l e d s t e el p l a te .T h e s p e c t r a o f p o w d e r s g r o u n d i n a m o r t a r w e r eo b t a i n e d a t r o o m t e m p e r a t u r e i n t r a n s m i s s i o n g e o m -e t r y u si n g a c o n v e n t i o n a l s p e c t r o m e t e r w i t h c o n s t a n ta c c e l e r a ti o n , c o u p l e d t o a m u i t i c h a n n e l a n a l y s e r

o p e r a t i n g i n t i m e m o d e . T h e a n a l y s is o f t h e s p e c t r aw a s p e r f o r m e d w i t h a b e s t f i t c o m p u t e r p r o g r a m b a s e do n t h e l e a s t - s q u a r e m e t h o d .

R E S U L T SI n T a b l e I t h e c o m p o s i t i o n s o f t h e s a m p l e s e x a m i n e da r e s h o w n . S a m p l e s f r o m d i f f e r e n t h e a t s w e r e m a r k e dw i t h a l e t t e r . S a m p l e s n u m b e r 1 r e f e r t o s la g s t a k e n a tt h e s t a r t o f b l o w i n g , s a m p l e s n u m b e r 2 ar e i n t e r-m e d i a t e a n d s a m p l e s n u m b e r 3 w e r e t a k e n a t t h e e n do f b l o w i n g . N a t u r a l l y , g i v en th e m o d e s t a m o u n t o f

M E T A L L U R G I C A L T R A N S A C T I O N S BISSN 0360-2141 / 81/0611 -04035 00.75/0

9 1 98 1 A M E R I C A N S O C I E T Y F O R M E T A L S A N DT H E M E T A L L U R G I C A L S O C I E T Y O F A I M E V O L U M E 1 2 B, J U N E 1 9 8 1 -- 4 0 3

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T a b l e I . C h e m i c a l A n a l y s is o f t h e S t u d i e d S l a g sCaO +

Slag SiO2 Fe203 MgO MnOA t 29 12.0 37 8A 2 21 14.0 40 9A 3 18 18.0 48 9 (.0~B l 28 10.0 40 4 ' C )B 2 26.5 10.5 47 5B 3 25.5 11.0 46 5C I 12.5 13.3 58 6 f.OC 3 5.5 20.1 44 11 t---zD I 17.5 12.0 51 5D 3 15 16.0 60 9 C3E I 9.7 19.5 49 4 r_3E 3 12.5 16.5 56 8F 3 12.5 14.8 54 7

s a m p l e t a k e n w i t h r e s p e c t t o t h e o v e r a l l q u a n t i t y o fs l a g i n t h e f u r n a c e , t h e s e s a m p l e s c a n n o t b e c o n -s i d e re d a s r e p r e s e n t a t i v e o f t h e t y p i c a l c o m p o s i t i o n o ft h e e n t i r e s l a g . W e i n t e n d t o e x a m i n e p o s s i b l e h e t e r o -g e n e i t y o f s l a g s i n s i d e t h e f u r n a c e i n a s u b s e q u e n tw o r k .

A s c a n b e n o t e d f r o m t h e t a b u l a t e d v a l u e s , f o r t h em o s t p a r t o n e i s d e a l i n g w i t h c o m p o s i t i o n s t h a t s t a yw i t h i n t h e l i m i t s f o r o x i d i z e d s l a g s f r o m t h e b a s i ce l e c t r ic f u r n a c e . S e v e r a l s l ag s w i t h c o m p o s i t i o n s t h a ta r e u n u s u a l d u e t o t h e h i g h s i l i c a c o n t e n t a r e a l s o i n -s e r t e d i n t o t h e s e r ie s w i t h t h e a i m o f w i d e n i n g t h er a n g e o f c o m p o s i t i o n s c o n s i d e r e d .

F i g u r e s 1 a n d 2 s h o w s o m e t y p i c a l s p e c t r a o f s l a g se x a m i n e d a n d i n T a b l e I I a r e r e p o r t e d t h e M O s s b a u e rp a r a m e t e r s c o r r e s p o n d i n g t o t h e b e s t f i t f o r a l l t h es a m p l e s .D I S C U S S I O N

I n t e r p r e t a t i o n o f t h e S p e c t raM o s t o f t h e s p e c t r a h a v e th e a p p e a r a n c e o f a nu n r e s o l v e d d o u b l e t , b u t t h e p r o f i l e a n a l y si s w i t h t h e

b e s t f i t c o m p u t e r p r o g r a m l e ad s t o c o n s i d e r a v a r i et y

1 . 8 8 E? oOe ~ q1 .8 7 ~_ ~ |

0 o oo ,,o g1 . 86 ~ ~1761 . 8 5

o oo

~ - - 7 F e 2 *F e 3 +

2 . 1 8! |

2 . 1 6 F o Xo~176 :2 . 1 4 b o ~

I : ~2 . 1 2 ~ .I ] F e 2 +

1 . 6 6 ~ F 'a "1 . 6 5 , :

o o o1 . 6 4 ~ *1 . 6 3 o

r - - l _ _ F e r ~ +i f - - I q F e 3 +

A 1

A

A3

I I I - - i- 2 0 2 4V E L. ( M M / S )

Fig. l--MOssbauer spectra of slags A, with the appearance ofunresolved doublets.

o f c o m p o n e n t s . E a c h o f t h e m i s c h a r a c t e r i z e d b y i tsM O s s b a u e r p a r a m e t e r s : t h e i s o m e r s h i f t ( I S ) w h i c h i sp r o p o r t i o n a l t o t h e e l e c t r o n d e n s i t y a t t h e n u c l e u s a n df o r e x a m p l e d i f f e r s f r o m f e r r o u s a n d f e r r ic s ta t es , a n dt h e q u a d r u p o l e s p l i t t i n g ( Q S ) w h i c h i s n o n z e r o f o rc e r t a in e l e c t r o n i c c o n f i g u r a t i o n s a n d a l s o w h e n t h ei r o n a t o m s s i t a t a s i t e o f n o n c u b i c s y m m e t r y . T h e

T a b l e I I . M 6 s s b a u e r P a r a m e t e r s o f t h e S t u d i e d S l a g s .Slag Fe 3. Fe 2 -slhcate Fe2+-oxide

1S QS/2 Area pct IS QS/2 Area pct IS QS/ 2 Area pctA~ .16 .33 8 1.13 1.24 48 .93 .88 44A 2 .40 .30 14 .95 1.08 16 1.05 .60 70A 3 ,55 .43 17 .71 1.25 12 1.00 .54 71B~ -- -- -- 1.03 1.02 39 1.06 .62 61B 2 .17 - - 7.5 1.00 1.06 46 1.08 .64 46.5B 3 .16 -- 8 1.00 1.06 49 1.08 .65 43C~ .26 .30 10 .86 1.27 9 1.03 .70 81C3 -- -- -- .78 1.32 6 1.00 .70 94D I .05 -- 10 .79 1.30 15 1.06 .69 75D 3 .32 .40 9 .82 1.30 10 1.01 .73 81E I .30 .38 4 .80 1.32 3 1.10 .76 80E 3 .58 .50 26 .70 1.22 24 1,03 .50 50F 3 .43 .52 24 .72 1.28 15 .99 .60 61

Isomer shifts are referred to ct-Fe centroid. Slag E 1 has a magnetic com ponent (about 13 pct) due to presence of metallic iron. IS and QS inm m / s .

404--VOLUM E 12B, JUNE 1981 METALL URGICA L TRANSAC TIONS B

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(DIOCOI - -Z

0o

3.453.403.35

1.391.381.37

oo

e

Oo~oo

oo o

o o E~ o ~ 1

o oo~o oo

I I F e 2 +~ . ] I F e 3 +

o

o oo o E~ ~ 3

o

c o o o

0o ~ 1 7 6~oo

I ' - I +l I F e 2

I I F e 3 +

I I I I-2 0 2 4VEL. (MM/S)

Fig. 2--M6ssbauer spectra of slags E, the former with a weakmagnetic compon ent due to the presence of metallic iron, and the . ' +latter with an high Fe 3 content.

b e s t i n t e r p r e t a t i o n i s o b t a i n e d i m p o s i n g a s m o d e lt h r ee c o m p o n e n t s :1 ) a s i n g l e t o r a d o u b l e t w i t h s m a l l Q S a n d w i t h a nI S b e t w e e n 0 .1 5 a n d 0 . 55 m m / s i n c lu s iv e ;2 ) a d o u b l e t w i t h a h i g h e r I S , a b o u t 1 m m / s a n dw i t h Q S b e t w e e n 1 .1 a n d 1 . 7 6 m m / s i n c l u s iv e ;3 ) a d o u b l e t w i t h a n I S v e r y s i m i l a r t o th e p r e v i o u sv a l u e a n d h i g h e r Q S , b e t w e e n 2 . 0 a n d 2 . 5 m m / sinc lus ive .T h e l a st c o m p o n e n t c a n b e e a si ly a t t r i b u t e d , w h e t h e rf o r t h e v a l u e o f t h e I S o r f o r t h a t o f t h e Q S t o t h eF e E+ i n t h e " s i l i c a t e g l a s s " p h a s e . T h e v a l u e s f o r b o t ht h e p a r a m e t e r s d r a w c l o se t o t h o s e a t t r i b u t e d t o F e 2+i n a n o c t a h e d r a l s i te i n g l a s se s ( S i O 2 - C a O - N a 2 0 ) . 1~T h e s e c o n d c o m p o n e n t i s a ls o a t t r i b u t a b l e t o F e E+a s r e g a r d s th e v a l u e o f t h e I S . H o w e v e r , t h e Q S v a l u e

i s f a r l e s s t h a n t h o s e i n d i c a t e d f o r t h e s a m e i o n i nv i t r e o u s p h a s e s . O n t h e o t h e r h a n d , t h e Q S i s s i g n i f i -c a n t l y h i g h e r w i t h r e s p e c t t o t h e t y p i c a l v a l u e sr e p o r t e d f o r t h e s i m p l e i r o n o x i d e , t h e " w u s t i t e " .H o w e v e r , f o r t h i s t y p e o f s l a g t h e p r e s e n c e h a s b e e nv e r i f i e d o f a p h a s e o f " m i x e d o x i d e s " i n d i c a t e d a sR O 4 a n d m a d e u p o f s o l id s o l u t i o n s ( F e O - M n O -M g O - C a O ) . B y a tt r ib u t i ng t h e s ec o n d c o m p o n e n t t ot h e " m i x e d o x i d e " p h a s e o n e c a n j u st i f y b o t h t h ev a l u e o f t h e I S , c o r r e s p o n d i n g t o t h a t o f t h e F e 2+, a n dt h e Q S v a lu e g re a t er t h a n o f n o r m a l " w u s t i t e " , g i ve nt h a t i n o u r c a s e t h e i r o n i o n l i e s i n a m o r e a s y m m e t r i c

s i t e i n t h e l a t t i c e b e c a u s e o f t h e i n s e r t i o n o f o t h e rc a t i o n s .W e m a y o b s e r v e f r o m T a b l e [ I t h a t t h i s i s t h e c o m -p o n e n t w i t h t h e l e s s s p r e a d M O s s b a u e r p a r a m e t e r sa n d , i n a d d i t i o n , t h a t i t s r e l a t i v e a r e a i s t h e g r e a t e s tf o r a l l s p e c t r a . T h i s i n d i c a t e s t h a t t h e i r o n a t o m sp r i n c i p a l l y b e l o n g t o t h e " m i x e d o x i d e s " p h a s e .T h e f i r s t c o m p o n e n t i s m o r e d i f f i c u l t t o i n t e r p r e t .T h e I S v a l u e s , t o o l o w f o r t h e F e 2+ i ron , g ive ind ica -t i o n t h a t w e a r e d e a l i n g u n d o u b t e d l y w i t h t h e F e 3+i r o n . W h a t i s n o t c l e a r l y i d e n t i f i a b l e , h o w e v e r , i s t h el a t t i c e s i t u a t i o n o f t h i s i o n w h i c h a l s o d i f f e r s w i d e l y i nt h e v a r i o u s s a m p l e s , g i v e n t h a t s p l i t t i n g v a r i e s f r o m0 . 0 t o 1 . 0 m m / s . I n m o s t o f t h e sa m p l e s t h e c o n t r i b u -t i o n o f t h i s c o m p o n e n t t o t h e s p e c t r u m i s l o w e r t h a n10 pc t .

C o r r e l a t io n s B e t w e e n M E S D a t aa n d C o m p o s i t i o nT h e c o m p u t e r a n a l y s i s o f t h e M E S s p e c t r a a l s o s u p -p l ie s a n e s t i m a t i o n o f t h e c o n t r i b u t i o n s g i v e n t o t h es p e c t r u m b y t h e v a r i o u s c o m p o n e n t s ( s e e T a b l e I I ) .A s a f i r s t a p p r o x i m a t i o n t h e p e r c e n t a g e c o n t r i b u t i o n s

c a n b e c o n s i d e r e d p r o p o r t i o n a l t o t h e c o n c e n t r a t i o no f t h e v a r i o u s f o r m s o f i r o n i o n s p r e s e n t i n t h e s l a g s( a p p r o x i m a t i o n f o r t h i n a b s o r b e r s ) .E x a m i n i n g t h e c o r r e l a t io n s b e t w e e n t h e se q u a n t i t ie sa n d t h e c o m p a r i s o n o f t h e s l a g s i t i s n e c e s s a r y t o b e a ri n m i n d t h a t : i ) o u r s a m p l e s w e r e t a k e n d u r i n g s t ee l -m a k i n g f r o m a n i n d u s t r i a l f u r n a c e ; h e n c e t h e yd e s c r i b e t h e c o n s t i t u t i o n o f t h e s l a g e x i s t i n g a t t h a tm o m e n t a n d i n t h a t p a r t i c u l a r s i t u a t i o n t h a t , n a t u r a l l y ,i s n o t n e c e s s a r l y a n e q u i l i b r i u m s i t u a t i o n ; i i ) t h e" d e g r e e o f o x i d a t i o n " o f t h e b a th a n d o f t h e sl agi t s e l f c e r t a i n l y i n f l u e n c e t h e c o n s t i t u t i o n o f t h e s l a g s ;h o w e v e r , t h e e x t e n t o f t h i s i n f l u e n c e i s n o t q u a n t i f i -a b l e i n o u r s a m p l e - t a k i n g c o n d i t i o n s . O n e c a n o n l ys t a t e t h a t e v e n i n o u r s a m p l e s t h e o v e r a l l c o n t e n t o f" i r o n o x i d e s " i s h ig h e r i n s la g s a t t h e e n d o f b l o w i n g ,a s i s n o r m a l l y t h e c a s e .F o r t h e s e a n d o t h e r r e a s o n s , i t s e e m s t o u s t h a t t h ec o r r e l a t i o n s o b t a i n e d , w h i c h w e r e i n c i d e n t a ll y s u r p ri s -i n g ly g o o d , f o r t h e q u a n t i t a t i v e d a t a o f t h e M E S s p ec -t r a a n d t h e c o m p o s i t i o n o f t h e s la g s a r e o f s i g ni f i-c a n c e l e s s o n t h e q u a n t i t a t i v e s i d e , t h a n a s q u a l i t a t i v er e p r e s e n t a t i o n s o f t h e i n t e r a c t i o n t e n d e n c i e s o f t h ev a r i o u s c h e m i c a l s p e c i e s p r e s e n t i n t h e s l a g s .F r o m t h e d i a g r a m i n F i g . 3 o n e c a n i n f a c t n o t et h a t t h e p e r c e n t a g e o f F e : p r e s e n t a s s i li c at e ( p c t F e Of r o m a n a l y s i s x p c t F e 2+ - s i li c a te f r o m M E S ) c o r -re l a t e s ve r y we l l t o the s i l i c a con t en t in th e s l ags ; a sw a s f o r e s e e a b l e , o n l y t h e t w o h i g h F e 3+ s a m p l e sd e v i a t e d f r o m t h e o v e r a l l b e h a v i o r . O n t h e c o n t r a r y ,a n a n a l o g o u s c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e F e : f r a c t i o n sp r e s e n t a s m i x e d o x i d e a n d t h e b a s i c c o m p o n e n t s o ft h e s la g s ( C a O , C a O + M g O , C a O + M g O + M n O )w a s n o t v e r i f i e d . I t i s p o s s i b l e t o j u s t i f y b o t h r e s u l t sb y t a k i n g i n t o c o n s i d e r a t i o n t h e f a c t t h a t p r a c t i c a l lya ll t h e s a m p l e s e x a m i n e d s t a y w i t h in t h e z o n e o f t h et e r n a r y s y st e m C a O - S i O : " F e O " w i th sa t u r a ti o n inl i m e a n d o r c a l c i u m s i l i c a t e s ) I n s u c h c o n d i t i o n s t h e r ec a n n o t b e a d i r e c t c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e c o n c e n t r a -

METALL URGICAL TRANSA CTIONS B VOLUME 12B, JUNE 1981--405

8/8/2019 A M Ssbauer Study of Electric Arc Furnace Salgs (2)

4/5

62 +% F e s l I5

4

3

2

1

0 9

_

-

I I I0 1 0 2 0 3 0~ o S I 0 29 2 + . .F i g . 3 - - B e h a v i o r o f F e - s l h c a t e p+ er ce nt a s f u n c t i o n o f s i l ic a c o n -t e n t i n t h e s l a g s : O s l a g s w i t h F e 3 > 2 0 p c t ; 9 s l a g s w i t h F e 3 2 5 . H e r e o n e i s d e a l i n g w i t h B ro f b e t w e e n 1 a n d 2 in c l u s i v e , w h e r e t h e F e 2 ion ap-p o r t i o n s i t s e l f b e t w e e n s i li c at e a n d " m i x e d o x i d e " .

2 ) 1 0 < w t p c t S i O 2 < 2 0 . S l ag s w i t h a n i n t e r m e d i a t ebas ic i ty r a t io , 3 < B , < 4 : t he F e 2 o f th e ox ide do esn o t s e e m t o r e l a t e t o t h e s i l i c a c o n t e n t ; o n e i s d e a l i n gw i t h s l a g s s a t u r a t e d w i t h a m o l t e n c a l c i u m s i l i c a t e ,wh ich d i s s o lves l e s s Fe 2 t h a n i n t h e p r e c e d i n g c a s e .3 ) w t p c t S i O 2 < 1 0. H i g h b a s i c i t y s l ag s , p r o b -a b l y s a t u r a t e d i n l i m e , w h e r e t h e F e 2 is p r e v a l e n t l yp r e se n t as " m i x e d o x i d e " .I t s t a n d s o u t t h a t t h e F e 2+ p c t v a l u e s f o r e a c h r a n g eo f Br a r e p r a c t i c a ll y i n d e p e n d e n t f r o m t h e s il ic a c o n -t e n t : t h i s m e a n s t h a t i n o u r b a s i c s l ag s t h e C a 9 c o n -t e n t , c l o s e o r o v e r t h e s a t u r a t i o n , i s t h e p a r a m e t e r o fm a j o r i n f l u e n c e o n t h e a p p o r t i o n o f f e r r o u s i o n b e -t w e e n t h e " m i x e d o x i d e s " a n d t h e " s i l i c a t e p h a s e " .T h e F e E + / F e ~ T r a t i o c a n a l s o b e w e l l c o r r e l a t e d t ot h e " F e O a c t i v i t y " o b t a i n e d f r o m E l l i o t ' s d i a g r a m , 9a s i s s h o w n i n F i g . 6 . T h e d e c r e a s i n g b e h a v i o r c a n b ejus t i f i ed con s ide r ing tha t t he Fe2~T pc t inc re a s e s w i ths i li c a c o n t e n t ( s ee F i g . 3 ) a n d t h a t i n h i g h C a 9 s l ag san inc rea s e in s i l i c a r i s e s the FeO ac t iv i ty .

N a t u r a l l y t h e s e g o o d c o r r e l a t i o n s b e t w e e n c o m p o s i -t i o n o f t h e s l a g s a n d M E S d a t a a r e a n i n d i r e c t c o n f i r -1 6

2 *F e o x

1 2 8 _ - - 9 9 9

4 1 . 7 .I ] J [0 2 4 6 C a 9 8

so~F i g . 4 - - B e h a v i o r o f t h e F e 2 + - o x id e / F e2 + - s il i c at e r a ti o a s f u n c t i o n o ft h e b a s i c i t y o f t h e s l a g s : O s l a g s w i t h F e 3 + > 2 0 p c t ; 9 s l a g s w i t hF e 3 + < 2 0 p c t .

% 2 "F e o x2 0

1 5

a ~ B r % 3 + 4F e s i i 1 - - 3 %

0 [

I

0

: ~

B r - 1 + 2% 1 / ' 3 ~

o 9 9

I 11 0 2 0 3 0% , ~ 0 2

+ . . 9F i g . 5 - - S u m m a r i z i n g r e p r e s e n t a t i o n o f t h e F e 2 d i s t r i b u t i o n b e -t w e e n " m i x e d o x i d e s " a n d " s i l i c a t e " p h a s e s 9 T h e e f f e c t o f l i m es a t u r a t i o n i s ev i d e n t .

4 0 6 - -V O L U M E 12 B, J U N E 1981 M E T A L L U R G I C A L T R A N S A C T I O N S B

8/8/2019 A M Ssbauer Study of Electric Arc Furnace Salgs (2)

5/5

1 52+F e o x2+-F e s i I

1 0 -

5 - -

I t. 1 . 2 . 3

a F e o+ . + . .Fig. 6--Behavior of Fe2 -Oxlde/Fe2 -sdlcate ratio as function of"FeO activity".

m a t i o n o f t h e c o r r e c t n e s s o f o u r i n t e r p r e t a t i o n o f t h eM O s s b a u e r s p e c t r a .F i n a l l y i t m a y b e n o t e d t h a t i n a l l t h e d i a g r a m sp r e v i o u s l y c o n s i d e r e d t h e t w o s l ag s i n w h i c h t h e M E S

m e a s u r e m e n t s v e r i f ie d a h i g h f e r r i c i o n c o n t e n td e p a r t e d f r o m t h e g e n e r a l b e h a v i o r . T h i s l e a d s o n e t ob e l ie v e t h a t t h e c o r r e l a t i o n s d e s c r i b e d a b o v e r e f e r t oo x i d a t i o n c o n d i t i o n s o f t h e s l a g s w h i c h s t r o n g l y f a v o rt h e f o r m a t i o n o f t h e f e r r o u s i o n .W h e n m o r e d r a s ti c c o n d i t io n s o f o x i d a t i o n a r er e a c h e d d u r i n g t h e b l o w i n g w h i c h l e a d s t o t h e f o r m a -t i o n o f c o n s i d e r a b l e q u a n t i t i e s o f f e r r i c i o n , t h e s i t u a -t i o n o f t h e i r o n i o n s i n th e s l ag c h a n g e s a p p r e c i a b l y .I n o r d e r t o c l a r i f y t h is a s p e c t a n d i n p a r t i c u l a r t h e i n -t e r a c t i o n o f t h e f e r r ic io n w i t h t h e o t h e r c o m p o n e n t so f t h e s l a g , i t w o u l d b e n e c e s s a r y t o e x a m i n e a g r e a t e rn u m b e r o f s l a gs o f a h i g h F e 3 c o n t e n t . T h e s e o c c u rh o w e v e r v e r y i n f r e q u e n t l y i n t h e p r a c t i ca l c o n d i t i o n so f s t e e l m a k i n g t o w h i c h o u r s a m p l e s r e f e r .

C O N C L U S I O N ST h e a p p l i c a t i o n o f M E S t o t h e s t u d y o f s l ag s o f

b a s i c e l e c t r i c f u r n a c e h a s m a d e i t p o s s i b l e t o e s t a b l i s ht h a t :

1 ) i n su c h s l a g s t h e i ro n i s p re se n t a s Fe 2+ wi thm o d e s t a m o u n t s o f F e3 +;2 ) t h e F e 2 i o n d i s t r i b u t e s i t s e l f b e t w e e n a " m i x e do x i d e s " p h a s e a n d a " s i l i c a t e " p h a s e ;3 ) i t i s a l s o p o s s i b l e t o d e t e r m i n e t h e q u a n t i t i e s o ft h e s p e c i e s o f i r o n a n d t o c o r r e l a t e t h e m t o t h ev a r i o u s p a r a m e t e r s o f t h e sl ag c o m p o s i t i o n .

A C K N O W L E D G M E N T ST h e a u t h o r s a r e i n d e b t e d t o A c c i a i e r i e A v e g , V i c e n z a ,I t a l y , a n d i n p a r t i c u l a r t o I n g . A l g h i s i f o r t h e c a r e i n

t a k i n g t h e e x a m i n e d s a m p l e s .

R E F E R E N C E S1. C. Bodsworth and H. B. Bell: P h y s i c a l C h e m i s t r y o f I r o n

a n d S t e e l M a n u f a c t u r e , chapt. 12, Longman, 1965.2. R. G. Ward: A n I n t r o d u c t i o n t o t h e P h y s i ca l C h e m i s t r y o fI r o n a n d S t e e l m a k i n g , chapt. 5, Arnold Publ., London,1962.3. F. D. Richardson: P h y s i c a l C h e m i s t r y o f M e l t s i nM e t a l l u r g y , vol. 1, chapts. 7 and 8, Academic Press,London-N.Y., 1974.4. G. TrOmel und E. G0rI: S tah l E i s e n , 1963, vol. 17, pp.1035-51.5. F. Bardenhe uer, H. von Ende, and P. G. OberhOser: A r k i v ,1968, vol. 39, pp. 571-76.6. N. J. Grant and J. Chipman: T r a n s . A I M E , 1946, vol. 167,p. 134.7. H. L. Bishop, H. N. Lander, N. J. Grant, and J. Chipman:T r a n s . A I M E , 1956, vol. 206, p. 862.8. J. Matsushita: J . J pn . Ins t . Me t . , 1950, vol. 13, p. 14.9. J. F. Elliot: T r a n s . A I M E , 1955, vol. 203, p. 485.10. von G. Toma ndl , G. H. Frischat, and H. J. Oel: G las te c h .B e r . , 1967, vol. 40, pp. 293-98.11. R. A. Levy, C. H. P. Lupi s and P. A. Flinn: P h y s . C h e m .Glasses, 1976, vol. 17, pp. 94-103.12. K. Hirao, N. Soga, and M. Kunugi: J. A m . C e r a m . S o c . ,1979, vol. 62, pp. 109-10.13. N. lwamoto, Y. Tsunawaki, H. Nakagawa, T. Yoshimura,and N. Wakabayashi: T r ans . J. We ld . R e s . I n s t . , 1976, vol.5, pp. 101-05.14. H. Shechter, P. Hillma n, and M. Ron: J . A p p l . P h y s . ,1966, vol. 37, pp. 3043-47.

METALL URGIC AL TRANSACTI ONS B VOLUME 12B, JUNE 1981--407