Elemente und Moleküle, Schulbuch

104 5 GRoSSteCHNISCHe CHeMIe Alternativen zum Hochofen Der Nachteil des Hochofens ist die notwendige Verwendung von Hüttenkoks. Er wird aus Kohle durch Erhitzen auf ca. 1200 °C erzeugt. Dabei zersetzt sich die Kohle, ver - dampfbare Verbindungen entweichen als Kohlegas und Kohleteer. Übrig bleibt ein poröses Skelett, das hauptsächlich aus Grafit besteht. Dieser Koks muss genügend druckfest sein, um im Hochofen Verwendung zu finden. Nur ein kleiner Teil der Stein- kohle, der entsprechend teuer ist, liefert Koks von genügender Qualität, also Hüt- tenkoks. Die Koksherstellung kostet außerdem viel Energie und belastet die Umwelt beträchtlich. Daher sind Verfahren in Entwicklung, Roheisen ohne den teuren Hüt - tenkoks zu erzeugen. Eine viel versprechende österreichische Entwicklung ist das Corex-Verfahren (Abb. 104.1). Im Einschmelzvergaser wird Kohle mit reinem Sauerstoff zur Reaktion gebracht, wobei bei Temperaturen um 2000 °C ein Reduktionsgas gebildet wird. Dieses strömt durch einen Heißzyklon, in dem es von Staub gereinigt wird, in den Reduktionsofen. In diesem Ofen reduziert das Gas das eingesetzte Eisenerz zu Eisenschwamm (dh. poröses metallisches Eisen). Im Einschmelzvergaser wird dieser aufgeschmolzen und sammelt sich unter der ebenfalls gebildeten Schlacke an. Das Roheisen wird periodisch „abgestochen“. Das entstandene Gichtgas besteht zu einem hohen Pro- zentsatz aus Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff und weist extrem niedrige Staub- und Schwefeldioxidwerte auf. Es kann daher für Heizzwecke, zur Erzeugung elekt- rischer Energie sowie als Rohstoff in der chemischen Industrie eingesetzt werden. Stahl Zur Stahlerzeugung werden dem Roheisen Kohlenstoff und die unerwünschten Be - gleitelemente durch Oxidation entzogen. Dies nennt man Frischen . Es erfolgt heute fast ausschließlich nach dem in Österreich 1949 entwickelten LD-Verfahren , das nach den Stahlerzeugungsstandorten Linz und Donawitz benannt wurde. LD-Verfahren Das Roheisen kommt in einen Konverter , der bis zu 300 t Roheisen fasst (Abb. 104.2). Dann setzt man Schrott und als Zuschlag gebrannten Kalk zu. Mit einem wasserge- kühlten Rohr (Lanze) bläst man reinen Sauerstoff mit 8–10 bar Druck auf die Schmel - ze. Der Kohlenstoff verbrennt zu Kohlenstoffmonoxid, das entweder aufgefangen wird und als Heizgas Verwendung findet oder an der Konvertermündung mit Luft zu Kohlenstoffdioxid weiterverbrennt. Auch die Begleitelemente Mangan, Silicium und Phosphor verbrennen. Ihre Oxide reagieren mit dem zugesetzten Calciumoxid zu Schlacke. Das Calciumoxid ermöglicht auch den Entzug von Schwefel aus dem Eisen, da dieser bei basischen Bedingungen ebenfalls leichter oxidierbar ist als Ei- sen. Eisen ist, solange die Begleitelemente vorhanden sind, vor Oxidation weitge- hend geschützt. Trotzdem lässt sich die Entstehung von Eisenoxid nicht ganz ver- hindern. Dieses entweicht mit den Abgasen aus dem Konverter als feiner, lungengängiger Staub, der sehr gesundheitsschädlich ist. Daher sind in LD-Stahl- werken elektrische Entstaubungsanlagen notwendig. Sie befreien das Abgas prak- tisch vollständig vom Staub (von 130 g/m 3 auf 0,05 g/m 3 ). Die Aufblaszeit beträgt 20–25 Minuten. In dieser Zeit steigt durch die exothermen Reaktionen die Temperatur stark an. Dies ist zT notwendig, da auch der Schmelz - punkt des Eisens durch den Kohlenstoffentzug steigt. Um zu hohe Temperaturen zu vermeiden, wird Schrott zugesetzt. Er verbraucht Schmelzwärme. Der Rost im Schrott dient auch als Sauerstoffträger und nimmt an den Reaktionen teil. Man setzt ca. 75 % Roheisen und 25 % Schrott ein. Eine Variante des LD-Verfahrens für sehr phosphorreiches Roheisen ist das belgische LD-AC-Verfahren. Dabei wird in den ersten zwei Dritteln der Blaszeit Calcium- oxidstaub mit dem Sauerstoff aufgeblasen, wodurch eine sehr phosphatreiche Schlacke entsteht, die als Phosphatrohstoff verwendet werden kann. MÖLLER KOHLE Schlacke ROHEISEN Fe CO/H 2 Reduktionsofen Gichtgas Einschmelz- vergaser O 2 Heiß- zyklon Roheisen Schrott Sauerstoff Rohstahl Schlacke Füllen Blasen Stahl abgießen Schlacke abgießen Konverter Abb. 104.2: Schema des LD-Verfahrens Abb. 104.1: Schema des Corex-Verfahrens Nur zu Prüfzweck n – Eigentum des Verlags öbv