Die Schlacke schwimmt auf dem spezifisch schwereren Roheisen und schützt dieses so vor einer Oxidation durch die eingeblasene Heißluft. Der Kohlenstoff, der im flüssigen Eisen im Überschuss gelöst ist, reduziert auch oxidische Bestandteile der Schlacke, z. B. Mangan Mn, Silizium Si, Phosphor P und Schwefel S, wobei ebenfalls Kohlenstoffmonoxid frei wird. Diese vier Stoffe, auch Eisenbegleiter genannt, spielen im Roheisen und auch später im Stahl eine enorm wichtige Rolle. Roheisen enthält 3 bis 4% Kohlenstoff. Es ist deshalb spröde und nicht schmiedbar. In nachfolgenden Umwandlungsverfahren wird Stahl gewonnen, der höchstens 2% C hat. Im Kupolofen entsteht Gusseisen (Grauguss), ein für den Maschinenbau wichtiger Werkstoff. Lexikon Beschickung = Der Hochofen wird in regelmäßigen Zeitabständen durch die Gicht befüllt mit einem Gemisch von Erz, Koks und Zuschlägen. Gangart = Begleitmaterialien. Möller = Bezeichnung für das Gemenge aus Erz und Zuschlägen. Schlacke = Hochofenschlacke; ein Nebenerzeugnis des Hochofens.
Hochofenprozess | online-edu.de
Die Reduktion ist eine chemische Reaktion, bei welcher der im Erz gebundene Sauerstoff entfernt wird. Die Reduktionsmittel dafür sind der glühende Koks und das Kohlenstoffmonoxid CO, das bei der Verbrennung des Kokses entsteht. Um überhaupt die Reduktion der Eisenerze in Gang zu bringen, müssen zunächst die dafür nötigen Reduktionsgase vorhanden sein. Sie werden im unteren Bereich des Hochofens bei der Verbrennung des im Koks enthaltenen Kohlenstoffs mit dem Sauerstoff des Heißwinds erzeugt. Dabei wird die Heißluft von unten in den Ofen eingeblasen. Sie reagiert mit dem Koks und bildet die Gichtgase, die im Hochofen nach oben strömen. Die Einsatzstoffe Erz, Möller und Koks laufen dem Gasstrom von oben nach unten entgegen. Reduziert werden kann auf direktem und indirektem Weg. Bei der direkten Reduktion reagiert das Eisenerz direkt mit dem Kohlenstoff aus dem Koks. Die indirekte Reduktion erfolgt mit Kohlenstoffmonoxid CO. Bei Temperaturen zwischen 1200 °C und 1400 °C tropft zunächst das reduzierte, metallische Roheisen aus den Lagen der Beschickung in den Unterofen.
Ablauf des Hochofenprozesses Der Hochofen (Bild 3) wird von oben mit Eisenerz, Koks und Zuschlägen (u. a. Kalkstein) so beschickt, dass sich im Hochofen Schichten von Koks und Eisenerz abwechseln. Die Luft, die den ebenfalls notwendigen Sauerstoff enthält, wird vorgewärmt und von unten eingeblasen. Sie steigt nach oben, während die oben eingefüllten Feststoffe nach unten sinken, es entsteht also ein stofflicher Gegenstrom, der für eine gute Durchmischung der Ausgangsstoffe sorgt. Im Zusammenhang damit steht der thermische Gegenstrom. Der Hochofen lässt sich in mehrere Abschnitte einteilen, in denen bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Reaktionen ablaufen (Bild 4). Die Temperatur im Hochofen nimmt von oben nach unten zu, weil der unten eingeblasene Luftsauerstoff mit Koks in einer stark exothermen Reaktion zu Kohlenstoffdioxid reagiert. Diese Reaktion liefert die notwendige thermische Energie für den Ablauf des Hochofenprozesses. Unten im Hochofen entstehen Temperaturen von ca.
Einbetten ließe sich die Sendung zum Beispiel in der Unterrichtseinheit "Brückenbau", in deren Verlauf die Frage der Baumaterialien erörtert wird. Im Rahmen von Materialprüfungen kann der Unterschied in der Belastbarkeit zwischen Stahl und Gusseisen verdeutlicht werden. An die Schüler können (ergänzend zu den oben aufgeführten) folgende Arbeitsaufträge vergeben werden:
- Nenne in Stichworten die Arbeitsschritte für den Bau eines Rennofens. - Nenne die Arbeitsschritte für den Betrieb eines Rennofens. - Beschreibe die Aufarbeitungsschritte für das im Rennofen entstandene Produkt. - Nenne die zum Betrieb eines Hochofens notwendigen Rohstoffe
- Nenne die Verfahrensschritte, die vom Eisenerz zum Gusseisen führen. - Nenne die Verfahrensschritte, die vom Gusseisen zum Stahl führen. - Nenne die Verfahrensschritte, denen Stahl in der Weiterverarbeitung unterzogen werden kann. - Vergleiche die Eigenschaften von Gusseisen und Stahl. Hausaufgabe:
1. Nenne je drei verschiedene Alltagsprodukte aus Gusseisen und aus Stahl.
Die Reaktion lauft aufgrund dieser thermodynamischen Voraussetzung vollständig ab. Das CO2 reagiert dabei vollständig zu CO. CO2 + C 2 CO. Bei dieser Redoxreaktion handelt es sich um eine sogenannten Synproportionierung. a) Nachdem das Kohlenstoffmonooxid gebildet wurde, reagiert es mit dem restlichen Koks in einer stark exothermen Reaktion zu Kohlenstoffdioxid. Diese Reaktion liefert die Energie, die notwendig ist, um Eisenoxid thermisch zu zersetzen. Bei der thermischen Zersetzung von Eisenoxid bildet sich Eisen und Sauerstoff
b) Das Kohlenstoffmonooxid ist das Reduktionsmittel im Hochofenprozess und reduziert in einer exothermen das Eisenoxid, wobei Roheisen entsteht. Neben dem Kohlenstoffmonooxid fungiert auch Kohlenstoff (Koks) als Reduktionsmittel (diese Reduktion läuft an den Schichtgrenzen ab). Die Reduktion des Eisenoxids verläuft dabei über mehrere Zwischenstufen, die in den unterschiedlichen Zonen des Hochofens ablaufen
a) Das durch die Reduktion entstehende Roheisen ist (aufgrund der hohen Temperaturen) flüssig und sammelt sich im unteren Bereich des Hochofens an, wo es entnommen werden kann (auch als "abgestochen" bezeichnet).
Wie funktioniert ein Hochofen? - Hamburger Abendblatt
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- Chemie: Arbeitsmaterialien Oxidation, Reduktion, Redoxreaktionen - 4teachers.de
Eisen und Hochofen
Zur Geschichte
Eisen ist das erste Element der 8. Nebengruppe des Periodensystems. Der Name
ist entweder auf das urkeltische Wort "isorai" oder auf das indogermanische
Wort "eison" (glänzend) zurückzuführen. Das Elementsymbol Fe kommt vom lat. ferrum! Kurz einige Daten zur Geschichte der Eisengewinnung. -
ca. 1500 v.
Chr. w urde Eisenschwamm (Eisenluppe)
mittels Holzkohle als Reduktionsmittel erzeugt. ab 1300 n.
Chr. wurde bereits flüssiges Roheisen erzeugt und in Schmiedeeisen
umgewandelt. 1735 gab es den ers ten mit Koks
beheizten Hochofen. 1864 wurde
Stahl im Siemens Martin Ofen erzeugt. ab 1950 wurde die direkte Eisenreduktion industriell genutzt. 1980 betrug die Welt - Rohstahlerzeugung rund 800 Mio. T / Jahr
Eigenschaften
Fe ist ein silberweißes, glänzendes und reaktionsfreudiges Schwermetall und
tritt in 3 Modifikationen auf. a - Eisen ist bis zum Curiepunkt (760 C°)
ferromagnetisch. c
- und d
- Eisen paramagnetisch. Kohlenstoffhaltiges Eisen ist permanent magnetisierbar.
Die Kalkschlacke folgt nach. Das erschmolzene Roheisen und die spezifisch leichtere auf dem Roheisen schwimmend Schlacke sammeln sich im Hochofengestell. Der nächste Beitrag befasst sich mit der Hochofenchemie. ______________________________ Hier eine Skizze für Aufgabenblätter:
Der Hochofen arbeitet mit 1900 Grad, um aus dem Eisenerz das Eisen herauszuschmelzen. Um diese Temperatur zu erreichen, wird Koks (und nicht Kohle) als Brennstoff eingesetzt und das Feuer im Ofeninneren mit 1200 bis 1300 Grad heißer Luft angefacht. Als weitere Komponente wird Kalkstein zugegeben; er bindet Verunreinigungen. Der Hochofen wird von oben beschickt, so daß sich abwechselnd Schichten aus Koks und Eisenerz bilden. Im unteren Bereich des Ofens herrscht die höchste Temperatur. Am Boden sammelt sich das flüssige Eisen, auf dem die Schlacke schwimmt. Etwa alle zwei, drei Stunden wird der Ofen "abgestochen": Zunächst läßt man die Schlacke abfließen, anschließend das etwa 1450 Grad heiße, gelbglühende Roheisen. Die giftigen Abgase (Gichtgase) steigen nach oben, werden zu einer Gasreinigung geführt und erwärmen die Zuluft für die Öfen. (
hi)
Fr, 08. 10. 2004, 00. 00 Uhr
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