Eisengewinnung im Hochofen

Einleitung

Eisen ist heutzutage eines der am meisten genutzten Metalle der Welt.
Leider ist der Eisengehalt in Gesteinen sehr gering, obwohl Eisen eines der
häufigsten Stoffe der Erde ist. Es lohnt sich erst das Eisen aus Eisenerz
zu gewinnen, wenn der Gehalt mindestens 20% beträgt. Durch den Hochofen
wird es ermöglicht, Eisenerze zu Roheisen zu reduzieren und von
Begleitstoffen, der sogenannten Gangart, zu trennen.


Beschreibung der Hochofenanlage

Ein Hochofen ist ca. 30 Meter hoch, zylinderförmig und hat einen
Durchmesser von 12 Metern. An den Hochofen schließt sich ein Winderhitzer
an.


Die Vorbereitung zur Eisengewinnung

Mit dem Förderband werden abwechselnd Schichten von zerkleinerten
Eisenerzen + Zuschläge (Kalk oder Sand) und Koks in die obere Öffnung des
Hochofens geschüttet. Mit dem Winderhitzer wird Luft auf 1300°C erhitzt und
anschließend in das Innere des Hochofens gepreßt.


Vorgänge im Hochofen

Die hinzugefügte, heiße Luft führt zur Verbrennung der untersten
Koksschicht. Der im Koks enthaltene Kohlenstoff reagiert mit dem Sauerstoff
zu Kohlenstoffmonoxid. Dieser Vorgang ist exotherm.

Kohlenstoff + Sauerstoff ( Kohlenstoffmonoxid; exotherm

Dadurch steigt die Temperatur bis zu 1600°C an. Das Kohlenstoffmonoxid
steigt in die darüber liegende Eisenerzschicht auf und wirkt gegenüber dem
Eisenoxid als Reduktionsmittel.

Eisenoxid + Kohlenstoffmonoxid ( Eisen + Kohlenstoffdioxid; exotherm

Das entstandene Kohlenstoffdioxid gelangt in die nächste Koksschicht und
wird dort wieder zu Kohlenstoffmonoxid reduziert.

Kohlenstoffdioxid + Kohlenstoff ( Kohlenstoffmonoxid; endotherm

Aus den Verunreinigungen des Eisenoxids, der Gangart, und den Zuschlägen,
die zusätzlich in den Hochofen gegeben wurden, bildet sich flüssige
Schlacke. Das flüssige Eisen sammelt sich im unteren Teil des Hochofens und
wird von der spezifisch leichteren Schlacke vor erneuter Oxidation
geschützt. Alle 4 bis 6 Stunden wird das flüssige, 1000°C heiße Roheisen,
genau wie die Schlacke, abgegossen.

Das heiße Gemisch aus Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid und Stickstoff
wärmt die oberen Schichten vor und verlässt als Gichtgas den Hochofen. Das
Gichtgas wird zur Reinigung in einen speziellen Konverter abgeführt und ein
Teil davon als Luftzufuhr in den Winderhitzer gegeben.

Der Hochofen wird ohne Unterbrechung betrieben, das heißt, dass ständig
Eisenerz + Zuschläge und Koks oben in den Hochofen nachgefüllt werden,
während unten das flüssige Roheisen und die flüssige Schlacke abgegossen
wird.


Eisenveredelung (Stahlherstellung)

Im Roheisen ist 4% Kohlenstoff enthalten. Es ist spröde, brüchig und
schmilzt plötzlich, ohne vorher zu erweichen. Deshalb kann man mit Roheisen
nicht schmieden. Durch die Verringerung dieses Kohlenstoffgehaltes auf ca.
1% entsteht Stahl, der elastischer und damit leichter zu schmieden ist als
Eisen.


Für die Eisenveredelung gibt es besondere Verfahren

Zum Einen wurde das LD - Verfahren entwickelt, wobei das flüssige Roheisen
in einen Konverter gegossen wird und Sauerstoff und Schrott zur besseren
Verarbeitung hinzugefügt werden.

Zusätzlich wurde das Elektrostahl - Verfahren erfunden. Zwischen zwei
Graphit- Elektroden wird ein Lichtbogen erzeugt, durch dessen freiwerdende
Wärme der Ofeninhalt zum Schmelzen gebracht wird.


Autoren:
Heiko Bertsch und Sebastian Bade
Klasse 9D / Mai '96