Vom Eisenerz zum Roheisen:
Der Hochofen
- Vorgänge in der Beschickungssäule
Vorgänge in der Beschickungssäule:
(von oben nach unten):
In der Vorwärmzone wird das Beschickungsmaterial zunächst getrocknet und auf 400 °C vorgewärmt.
Anschließend laufen zwei unterschiedliche Reduktionsvorgänge ab. Diese sind entsprechend dem Boudouard-Gleichgewicht temperaturabhängig und damit abhängig von der Verfügbarkeit eines geeigneten Reduktionsmittels.
Im kälteren Teil steht nach dem Boudouard-Gleichgewicht
bis etwa
Mit zunehmender Temperatur steigt der Anteil an Kohlenstoffmonoxid
im Prozessgas steil an. Er beträgt bei 700 °C
etwa 50 %, bei 800 °C
etwa 85 % und bei 900 °C
nahezu 100 % (Boudouard-Gleichgewicht).
Damit spielt hier Kohlenstoffmonoxid die weit überwiegende Rolle
als Reduktionsmittel.
Das Kohlenstoffmonoxid reagiert mit dem Eisenerz und bildet bei diesen hohen Temperaturen Eisen und Kohlenstoffdioxid. Neben dieser Gasreaktion, die auch als indirekte Reduktion bezeichnet wird, gibt es auch den Begriff der direkten Reduktion. Hierbei reagiert das Eisenerz direkt mit dem Kohlenstoff aus dem Koks.
Die Temperatur von bis zu 1000 °C reicht nicht aus, das Eisen zu schmelzen. Die Beschickung sinkt im Hochofen weiter nach unten. In der Erweichungszone bei Temperaturen von 1100 bis 1200 °C beginnt der Möller zu erweichen. Mit steigender Temperatur tropfen die flüssigen Bestandteile ab. Im Gestell des Hochofens sammeln sich das flüssige Eisen und die Schlacke. Hier nimmt das Eisen Kohlenstoff vom Koks auf.
Bei Temperaturen über 1200 Grad Celsius wird auch die aus der Gangart und den Zuschlägen bestehende Schlacke flüssig.
Der Kohlenstoff, welcher im flüssigen Eisen im Überschuss gelöst ist, ist in der Lage, oxidische Bestandteile der Schlacke, z. B. Mangan, Silizium, Phosphor und Schwefel, zu reduzieren und im Roheisenbad zu lösen. Dabei entsteht zwangsläufig auch Kohlenstoffmonoxid.
Die Hauptmenge des Eisens wird in der Schmelzzone bei Temperaturen zwischen 1400 °C und 1600 °C flüssig. Die Schlacke schwimmt auf dem spezifisch schwereren Roheisen und schützt dieses so vor einer Oxidation durch die eingeblasene Luft.
