Anorganische Chemie ist eine frei verfügbare Einführung in die anorganische Chemie. Details zum Buch finden Sie im Editorial....


Hochofen zur Eisenerzeugung

Autor: Hans Lohninger

Hochöfen zur Eisenherstellung sind ca. 45 m hoch bei einem Durchmesser von 18-20 m an der breitesten Stelle. Da sich das Volumen des Füllguts im Zuge des Prozesses im Hochofens ändert, sind Hochöfen nicht zylindrisch sondern "tonnenförmig" konstruiert. So kann der Ausdehnung des Materials bei der Wanderung durch den Hochofen (von oben nach unten) Rechnung getragen werden. Im unteren Teil des Hochofens nimmt der Durchmesser wieder ab, da die Schmelze weniger Volumen benötigt.

Beschickt wird der Hochofen von oben abwechselnd mit Schichten von Koks und Eisenerz. Am unteren Ende des Hochofens wird der Koks durch Einblasen von mit Sauerstoff angereicherter und auf ca. 1000°C vorgewärmter Luft ("Wind") verbrannt. Das entstehende Kohlenmonoxid steigt auf (der Hochofen zieht wie ein Schornstein) und reduziert das darüber geschichtete Eisenoxid in mehreren Stufen zu Eisen. Die Reduktionsstufe hängt von der Temperatur ab. In den obersten Schichten bei ca. 500°C wird Fe2O3 zu Fe3O4 reduziert, einige Meter darunter, bei rund 700°C wird Fe3O4 zu FeO reduziert, das in der Zone bei ca. 1200°C schließlich zu Eisen reduziert wird. In der Zwischenzone, bei Temperaturen von 800°C bis 1100°C reagiert das aufsteigende CO2 mit Koks zu Kohlenmonoxid (Boudouard-Gleichgewicht) und steht damit in den darüber liegenden Schichten zur Reduktion zur Verfügung.

Wichtig ist es, bei der kontinuierlichen Beschickung des Hochofens, je nach Gangart des eingesetzten Erzes eine passende Beimengung von "Zuschlägen" dazu zu geben, die eine Verschlackung der Gangart zu leicht schmelzbaren Calcium-Aluminium-Silikaten ermöglichen. Bei Gangarten die kalkhaltig sind, wird Feldspat oder Tonschiefer zugegeben, bei Tonerde- oder Kieselsäure-hältigen Gangarten wird Dolomit oder Kalkstein zugeschlagen.

Der Schmelzpunkt des reduzierten Eisens wird durch Lösung von Kohlenstoff im Eisen von 1536°C auf ca. 1150°C bis 1200°C herabgesetzt (siehe Fe-C-Phasendiagramm), so dass es durch den glühenden Koks tropft und sich am unteren Ende des Hochofens sammelt. Über dem flüssigen Eisen schwimmt die leichtere, flüssige Schlacke. Beide werden durch Öffnungen in unterschiedlichen Höhen regelmäßig abgestochen. Die schwimmende Schlacke hat zusätzlich die Funktion, das flüssige Eisen vor der Oxidation durch die eingeblasene Luft zu schützen. Das abgestochene Roheisen (enthält ca. 4% Kohlenstoff) wird idealerweise gleich im angrenzenden Stahlwerk noch in flüssiger Form weiterverarbeitet, die Schlacke wird zur Zementproduktion und im Straßenbau eingesetzt.

Am oberen Ende des Hochofens entweicht ein Gemisch aus N2, CO2, CO, H2 und CH4 ("Gichtgas") das als Heizgas (Brennwert ca. 4000 kJ/m3) für die Vorwärmung der eingeblasenen Luft und andere Zwecke eingesetzt wird.




Last Update: 2013-08-08