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Der Hochofenprozess

Hochofenprozess mit Aufbau, Ablauf, den chemischen Reaktionen und einem besonderen Augenmerk auf Redoxreaktionen.

Präsentation/Referat

Elisabeth Lisa Atapin

Deutschland

Gymnasium

Chemie

Der Hochofenprozess Elisabeth Atapin Gliederung 1. Aufbau 2. Abläufe 3. Chemische Vorgänge 4. Redoxreaktion 5. Quellen a Roheisen Schlacke Aufbau 30 - -50m hoher Schachtofen Gicht Vorwärmzone 200 bis 400 °C Hochofen von einer Stahlkonstruktion verdeckt Reduktionszone 400 bis 900 °C (Gerüst) Schacht Gerüst trägt Hilfseinrichtungen z.B. Motoren und Kohlungszone Pumpen Kohlensack 900 bis 1400 "C Rast Heißwind- Hochofen besteht im Wesentlichen aus einem leitung Schlacke Gestell Schmelzzone Metallmantel mit Kühleinrichtungen und Wänden 1400 bis 1600 "C Roheisen Abstich aus feuerfesten Steinen http: Hochofen: Aufbau Temperaturzonen www.lehrerfreund.de/medien/tec_artikel_bilder/roheisen-stahl-hochofen.png Abläufe aus Eisenerzen Roheisen gewonnen Eisenerz hauptsächlich Eisenoxid Eisenerz reduziert, Sauerstoff entfernt Energieträger: Koks Reduktionsmittel für den Schmelzprozess: Koks, Kohlenstoffmonoxid Entstehung von Reduktionsgasen bei der Verbrennung des im Koks enthaltenen Kohlenstoffs mit dem Sauerstoff des Heißwinds Notwendig für Reduktion von Eisenerz www.erih.de/fileadmin/_processed_/8/c/csm_Uckange_7ca03c9570.jpg Heißluft von unten in den Ofen eingeblasen reagiert mit Koks und bildet Gichtgase, welche nach oben strömen Einsatzstoffe Erz, Möller und Koks laufen dem Gasstrom von oben nach unten entgegen stofflicher Gegenstrom gute Durchmischung Zuschlagstoffe wie Quarzsand und Kalk, um die Schlackebildung zu erleichtern und die 11 Schmelztemperatur herabzusetzen erschmolzene Roheisen und auf dem Roheisen schwimmend Schlacke sammeln sich im Hochofengestell Chemische Vorgänge C +02->CO2 Vorwärmzone 200 bis 400 °C In der Umgebung der eingeblasenen Heißluft reagiert der Kohlenstoff des Kokses mit dem Luftsauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Reduktionszone stark exothermen Reaktion 400 bis 900 °C Fe,03 + 3 CO liefert die notwendige thermische Energie für den Ablauf >2Fe+3C0, Temperaturen von ca. 2000°C Roheisen verflüssigt sich Kohlungszone 900 bis 1400 °C CO2 + C 2 CO CO2 + C 11 CO + CO C + O2 CO2 Kohlenstoffdioxid strömt nach oben und reagiert mit dem Koks, dabei bildet sich das L 3 Fe + C Fe. C Reduktionsmittel Kohlenstoffdioxid. Schmelzzone endotherme Reaktion 1400 bis 1600 °C Roheisen Komproportionierung http:// Jehrerfreund.de Chemische Vorgänge www.lehrerfreund.de/medien/_assets_bilde r/tec_lehrerfreund/Technologie/Hochofen/ Hochofen_Chemische_Vorgaenge_klein.jpg Fe3O4 + 4 CO3 Fe+4CO2 zunehmender Temperatur steil steigender Anteil an Kohlenstoffmonoxid im Prozessgas Kohlenstoffmonoxid wirkt als Reduktionsmittel auf das Eisenerz Bildung von Eisen und Kohlenstoffdioxid. indirekte Reduktion Fe2O3 + 3 C 2 Fe + 3 CO Eisenerz reagiert direkt mit dem Kohlenstoff aus dem Koks direkte Reduktion Temperatur von bis zu 1000 °C reicht nicht aus, das Eisen zu schmelzen Material sinkt im Hochofen nach unten von 1100 bis 1200 C beginnt der Möller zu weich zu werden regelmäßiger Abstich für Hochofenschlacke und flüssigen Eisen flüssige Eisen und die Schlacke sammelt sich im Gestell 3 Fe+C->FegC In diesem Zustand das Eisen den Kohlenstoff vom Koks aufnehmen. Hochofen arbeitet in kontinuierlicher Arbeitsweise redox Redoxreaktion Vereinfacht: Reduktion Eisenoxid + Kohlenstoff Eisen + Kohlenstoffdioxid Oxidation Reduktionsmittel: Kohlenstoff Oxidationsmittel: Eisenoxid redox Redoxreaktion Kohlungszone: Oxidation: Reduktion C° - 4e CIV Kohlenstoff + Sauerstoff Kohlenstoffdioxid Reduktion: 2 O° + 4 e 20-11 Redox-Reaktion: Oxidation C° (s) +0°2(g) CIVO-"2((g) Reduktionsmittel: Kohlenstoff Oxidationsmittel: Sauerstoff redox Redoxreaktion Kohlungszone: Reduktion Kohlenstoffdioxid + Kohlenstoff Kohlenstoffmonooxid + Kohlenstoffmonooxic Reduktionsmittel: Kohlenstoff Oxidationsmittel: Kohlenstoffdioxid Oxidation Oxidation: Reduktion: Redox-Reaktion: C°-2e - C" CIV + 2e C" C'VO2 (g) + (°(s) 2 C"O(g) redox Redoxreaktion Reduktionszone : Reduktion Eisenoxid + Kohlenstoffmonooxio Eisen + Kohlenstoffdioxid (in Eisenerz) Reduktionsmittel: Kohlenstoffmonooxid Oxidationsmittel: Eisenoxid Oxidation Oxidation: Reduktion: Redox-Reaktion: 3 Fe° - 8 e 3 Fe8/3 4 CVI + 8 e 4 CIV - -1 -3 Fe° + 4 CVIO2 redox Redoxreaktion Reduktionszone : Reduktion Eisenoxid + Kohlenstoff Eisen + Kohlenstoffdioxid (in Eisenerz) Reduktionsmittel: Kohlenstoff Oxidationsmittel: Eisenoxid Oxidation Oxidation: Reduktion: Redox-Reaktion: 3C0-6e 3 C" 2 Felll + 6e > 2 Fe° 3 C"O (g) + 2 Fe° (s) Quellen https://www.lehrerfreund.de/technik/1s/Vom-Roheisen-zum-Stahl-Hochofen-1/4093 https://www.lehrerfreund.de/technik/1s/Vom-Roheisen-zum-Stahl-Hochofen-2/4091 https://studyflix.de/chemie/hochofenprozess-1594 https://hoffmeister.it/chemie/11-redoxreaktionen_metallgewinnung_und_energiediagramm.pdf https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie-abitur/artikel/der-hochofenprozess-herstellung-von-eisen-und- stahl https://www.youtube.com/watch?v=ePsbtTUPI2A . https://www.chemie-sek1.de/wp-content/uploads/UR3UE4Info2-H%c3%bcttenwerkHochofenStahlherstellung.pdf https://ccea.org.uk/downloads/docs/Support/Factfile/2019/CCEA%2OGCSE%20Chemistry%20U2.2%20Redox%2C% 2ORusting%20And%2OIron.pdf

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Elisabeth Lisa Atapin

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