Big Bang HTL 2, Schulbuch

138 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) Diese stark exotherme Reaktion erwärmt den Hochofen dort auf fast 2 000 °C, nach oben nimmt die Temperatur langsam auf etwa 300 °C ab. Das Kohlenmonoxid steigt auf und rea- giert als eigentliches Reduktionsmittel mit dem Erz. Es ent- stehen Eisen und Kohlendioxid (Reduktionszone). Fe 2 O 3 + 3CO ® 2Fe + 3CO 2 Das CO 2 reagiert dann mit Koks gleich wieder zu Kohlenmo- noxid. Diese Gleichgewichtsreaktion wird Boudouard-Gleich- gewicht genannt. C + CO 2 2CO Da die Reaktion zum CO endotherm ist, liegt bei Temperatu- ren über 1000 °C dieses Gleichgewicht fast völlig auf der rechten Seite. Das gebildete Eisen vermischt sich mit dem Kohlenstoff des Koks (Kohlungszone), dadurch sinkt der Schmelzpunkt und das flüssige Roheisen sammelt sich auf- grund seiner hohen Dichte in Hochofen ganz unten. Auch der Kalk wandert von oben in die heißen Bereiche des Hochofens hinunter und zerfällt dort zu Branntkalk und Kohlendioxid: CaCO 3 ® CaO + CO 2 Das basische Kalziumoxid reagiert mit den vorwiegend sau- ren Verunreinigungen im Erz und bildet die Schlacke . Die flüssige Schlacke rinnt auch nach unten, schwimmt aber aufgrund der geringeren Dichte auf dem Roheisen. Sie bil- det dadurch auch eine Schutzschicht gegenüber der direkt darüber eingeblasenen Luft. Diese würde bei den hohen Temperaturen ja sofort mit dem Eisen reagieren. Sowohl Roheisen als auch Schlacke werden in regelmäßigen Ab- ständen aus dem Hochofen entnommen. Diesen Vorgang nennt man Abstechen . F8 Abb. 10.7: Hochofen inkl. Stoffströmen Wichtig für den kontinuierlichen Betrieb des Hochofens sind die Stoffströme wie sie in Abb. 10.7 dargestellt sind. Den Hochofen verlässt also oben das sogenannte Gichtgas , das vor allem aus Stickstoff, Kohlenmonoxid und Kohlen- dioxid besteht. Es kann noch weiterverbrannt werden (CO zu CO 2 ) und die dabei gewonnene Energie wird genutzt um die Luft für den Hochofen vorzuwärmen. Dies geschieht in den sogenannten Winderhitzern. Die unten abgezogene Hochofenschlacke kann als Zusatz bei der Zementherstellung verwendet werden. Durch Einbla- sen von Pressluft können Mineralfasern hergestellt werden, die als Isoliermaterial, ähnlich der bekannten Steinwolle, zum Einsatz kommen. Das Hauptprodukt des Hochofens ist natürlich das Rohei- sen, ein – wenn man es abkühlen würde – schwarzes und sprödes Material. Diese Eigenschaften sind auf den bis zu 5% enthaltenen Kohlenstoff, aber auch andere Verunreini- gungen wie Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor zu- rückzuführen. Roheisen lässt sich weder schmieden noch schweißen, es kann nur als Gusseisen direkt in Form ge- bracht werden. Eine Weiterentwicklung des Hochofenprozesses aus den 1970er Jahren ist das Corex-Verfahren . Dabei handelt es sich um einen zweistufigen Prozess, bei dem die Reduktion und das Einschmelzen des Eisens räumlich getrennt werden. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass es nicht mit Koks sondern mit normaler Kohle betrieben werden kann. Durch die Ver- brennung der Kohle entsteht Kohlenmonoxid und Wasser- stoffgas, das im zweiten Prozessteil das Eisenerz zum Eisen- schwamm reduziert. Der Eisenschwamm wird wiederum im Verbrennungskessel aufgeschmolzen. Ein Nachteil des Corex-Verfahrens ist, dass es nur durch energetische Verwer- tung des anfallenden Abgases wirtschaftlich betrieben wer- den kann. Die ist im Werk selbst oft nicht möglich. ( F9 ) Wird Eisen in geringen Mengen, z. B. zum Verbinden von Eisenbahnschienen, benötigt, kann es vor Ort mit Hilfe des Thermit-Verfahrens hergestellt werden. Dabei dient das un- edle Aluminium als Reduktionsmittel (siehe Versuch 10.1). Abb. 10.8: Vergleich Hochofen/Corex Verfahren Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv