Herstellung von Eisen und Stahl - Chemieunterricht

4 Antworten

Eisenherstellung:

Ein Hochofen wird mit Eisenerz, Koks und Kalk zur Schlackenbildung von oben über den Gicht beschickt, Von der Seite wird vorgewärmte Luft aus den Winderhitzern eingeblasen. Der Koks reagiert mit den Sauerstoff der Luft zu Kohlendioxid und zwar nach der Formel C + O2 ergibt CO2.

Dieses Kohlendioxid wird durch den Kohlenstoff des Kokses zu Kohlenmonoxid reduziert und zwar nach der Formel CO2  + C ergibt 2CO.

Ein Teil des Kohlenmonoxides ist im Gichtgas enthalten, welches zur Vorwärmung der Verbrennungsluft in den Winderhitzern dient.

Der andere Teil des Kohlenmonoxides dient zur Reduktion des Eisenerzes.

3 Fe2O3  + CO ergibt 2 Fe3O4 + CO2

wobei wieder Kohlendioxid entsteht, welches wieder durch den Kohlenstoff des Kokses nach der o.g. Formel zu Kohlenmonoxid reduziert wird.

Fe3O4  + CO ergibt 3 FeO +CO2

Auch hier entsteht wieder Kohlendioxid, welches wieder durch den Kohlenstoff des Kokses nach der o.g. Formel zu Kohlenmonoxid reduziert wird.

3FeO + 3CO ergibt  3Fe + 3CO2

und auch hier wird das entstehende Kohlendioxid durch den Kohlenstoff des Kokses zu Kohlenmonoxid reduziert.

Ein Teil des entstehenden Eisen nimmt dabei Kohlenstoff auf, wodurch der Schmelzpunkt von 1600°C auf 1200°C sinkt und dadurch das Roheisen im Hochofen flüssig bleibt.

Fe + C ergibt FeC

Der Kalk reagiert mit den tauben Gestein im Erz zur Schlacke, also er bindet das taube Gestein der Erze, wobei die Schlacke entsteht. 

Stahlherstellung:

Entweder im Konverter aus Roheisen, in dem man unter einer Inertgasatmosphäre, durch die Schmelze Sauerstoff hindurch bläst. Dadurch wird zuerst das Eisen oxidiert und dann durch das entstehende Eisenoxid der Kohlenstoff verbrannt, der dann als Kohlendioxid aus der Schmelze entweicht und diese durchperlt. Die Inertgasatmosphäre verhindert daß die Schmelze mit dem Stickstoff aus der Luft in Verbindung kommt, da sonst der Stahl versprödet, Zudem wird der Schmelze auch Eisenerz und Kalk sowie Schrott zugegeben, Der Kalk reagiert mit den Eisenbegleitern zur Schlacke.

oder aus Schrott im Lichtbogenofen unter einer Inertgasatmosphäre, die verhindert daß die Schmelze mit dem Stickstoff aus der Luft in Verbindung komm, da sonst der Stahl versprödet.

Eisenherstellung

Ein Hochofen wird mit Eisenerz,Koks und Kalk zur Schlackenbildung von oben über den Gicht beschickt, Von der Seite wird vorgewärmte Luft aus den Winderhitzern eingeblasen. Der Koks reagiert 

mit den Sauerstoff der Luft zu Kohlendioxid und zwar nach der FormelC + 

O2 ergibt CO2.

Dieses Kohlendioxid wird durch den Kohlenstoff des Kokses zu Kohlenmonoxid reduziert und zwar nach der Formel

CO2 + C ergibt 2CO.

Ein Teil des Kohlenmonoxides ist im Gichtgas enthalten, welches zur Vorwärmung der Verbrennungsluft in den Winderhitzern dient. Der andere Teil des Kohlenmonoxides dient zur Reduktion des Eisenerzes.

3 Fe2O3 + CO ergibt 2 Fe3O4 + CO2

wobei wieder Kohlendioxid entsteht, welches wieder durch den Kohlenstoff des Kokses nach der o.g. Formel zu Kohlenmonoxid reduziert wird.

Fe3O4 + CO ergibt 3 FeO + CO2

Auch hier entsteht wieder Kohlendioxid, welches wieder durch den Kohlenstoff des Kokses nach der o.g. Formel zu Kohlenmonoxid reduziert wird.

3FeO + 3CO ergibt 3Fe + 3CO2

und auch hier wird das entstehende Kohlendioxid durch den Kohlenstoff des Kokses zu Kohlenmonoxid reduziert.

Im Temperaturbereich von 900 bis 1600 °C findet zusätzlich eine „direkte Reduktion“ mit Kohlenstoff statt:

3 Fe2O3 + C ergibt 2 Fe3O4 + CO

Fe3O4 + C ergibt 3 FeO + CO

CO2 + C ergibt 2CO

Auch die Eisenbegleiter Mangan Silizium und Phosphor werden in den Prozess mit einbezogen und reduziert, wobei Wärme verbraucht wird:

MnO + C ergibt Mn + CO

SiO2 + 2C ergibt Si + 2 CO

P2O5 + 5C ergibt 2P + 5 CO

Gleichzeitig nimmt das bereits reduzierte Eisen in der Kohlungszone bei etwa 1100 bis 1200 °C Kohlenstoff entweder direkt aus dem glühenden Koks oder aus dem Kohlenmonoxidgas auf, wodurch 

der Schmelzpunkt von 1600°C auf auf 1300°C bis 1400°C absinkt und dadurch das Roheisen im Hochofen flüssig bleibt.

3 Fe + C ergibt Fe3C

3Fe + 2 CO ergibt Fe3C + CO

Der Kalk reagiert mit den tauben Gestein im Erz zur Schlacke, also er bindet das taube Gestein der Erze, wobei die Schlacke entsteht.

In den Winderhitzern wird durch das Gichtgas die Verbrennungsluft auf 1200°C vorgewärmt.

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