Elemente und Moleküle, Maturatraining

68 Aufgabe 39 Stahlhart Fragestellung: Weltweit steigt die Stahlproduktion noch immer an. Die Menschheit kann von dem Material nicht genug bekommen. Informationen über die Eisen– und Stahlproduktion geben die Möglichkeit über das Faktum Stahlproduktion zu diskutieren. Bücher: „Elemente“ – Seiten 120–123 „ELMO“ – Seiten 102–105 Wichtige Begriffe: Erze, Reduktion, Reduktionsmittel, Koks, Hochofen, Corex-Verfahren, LD-Stahl-Verfahren, Elektrostahl- Verfahren Fragen und Aufgaben: 1. Bei Berichten über die Eisenerzeugung hört man oft, das Eisen wird im Hochofenprozess aus dem Erz herausge- schmolzen. Nehmen Sie zur Aussage in diesem Satz Stellung. 2. Erläutern Sie die Funktionsweise des Hochofens (als Erz soll Fe 2 O 3 Verwendung finden). 3. Welche Prozesse im Hochofen sind Schmelzprozesse? Welche Prozesse sind Redoxprozesse? Definieren Sie dabei die Begriffe Reduktion und Oxidation. Begründen Sie Ihre Schlüsse mit Oxidationszahlen. 4. Erläutern sie anhand der jeweiligen Redoxreaktionen, bei welchem Stoff es sich um das Reduktionsmittel und bei welchem es sich um das Oxidationsmittel handelt. 5. Nur etwa 10 % der weltweiten Steinkohlevorräte eignen sich zur Produktion von Hüttenkoks, der daher entspre- chend teuer ist. Welche Eigenschaften muss Hüttenkoks haben? Weshalb ist man schon seit über 30 Jahren auf der Suche nach alternativen zum Hochofen? Was geschieht beim Hochofenprozess selbst um Koks zu sparen? REF REP TRA TRA REF 1. Schmelzen von Eisenerz (also Eisenoxid) führt zu geschmolzenem (also flüssigem) Eisenoxid, aber nicht zu Eisen. Zur Me- tallerzeugung ist eine Redoxreakton erforderlich, der eigentliche Vorgang bei der Eisenerzeugung ist nicht das Schmelzen sondern die Reduktion. 2. Eisenproduktion im Hochofen siehe el–S–120 bis 123; elmo–S–102 bis 105 3. Schmelzprozesse im Hochofen: Schmelzen des reduzierten Eisens, Schmelzen der gebildeten Schlacke. 4. Redoxprozesse: Reduktion von Eisenerz durch CO, Regeneration von CO in der Koksschicht, Bildung des CO aus Koks und Heißwind. +3 +2 0 +4 +4 0 +2 0 0 +2-2 Fe 2 O 3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO 2 CO 2 + C 2 CO 2C + O 2 2 CO OM RM RM OM OM RM OM/RM RM OM OM/RM 5. Hüttenkoks muss druckfest sein, daher kann er nur aus sehr kohlenstoffreicher Kohle gewonnen werden. Druckfestigkeit wegen der hohen Gewichtsbelastung durch Koks und Möller im Hochofen, zu wenig druckfester Koks zerbröselt und verhindert den Gaszug im Hochofen. Alternative Verfahren (COREX) arbeiten mit getrennter Reduktionsgasherstellung und Erzreduktion und können mit jeder Kohle betrieben werden (billigerer Betriebsstoff). Sie haben sich bisher aber nicht durchgesetzt. Zum Kokssparen kann man dem Heißwind Erdgas oder auch schweres Heizöl zusetzen. Auch das Winderhitzen selbst ist eine Methode zum Kokssparen, da dadurch weniger Koks zum Erreichen der Betriebstemperatur benötigt wird wie es bei kalter Luft nötig wäre. Lösungen der Fragen und Aufgaben: el: Elemente, mo: Moleküle, elmo: Info-Box Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv