Fragenkatalog Kapitel 2

Question 1

Nennen Sie die Hauptbestandteile des Koksofengas

Answer 1

H2, CH4, CO

Question 2

Was für eine Art von Aggregat ist der Hochofen?

Answer 2

Der Hochofen ist ein kontinuierlich im Gegenstrom arbeitender Schachtofen.
Der Möller, besteht aus Eisenerzträgern (Sinter, Pellets sowie Stückerz) und den Zuschlägen, wird abwechselnd mit Koks in gleichmäßigen Schichten an der Gicht aufgegeben. Die aufsteigenden heißen Gase geben ihre Wärme an das nach unten sinkende Einsatzmaterial ab, reduziert und schmelzen es auf.

Question 3

Nennen Sie alle Inputstoffe eines Hochofens

Answer 3

Eisenerzträger: Sinter, Pellets, Stückerz
Koks
Zuschläge z.B. Kalkstein, Dolomit, Kies,…
Heißwind
Zusätzliche Sauerstoffanreicherung des Heißwindes
Alternative Reduktionsmittel z.B. Kohle, Erdöl, Erdgas, Plastik

Question 4

Nennen Sie alle Output-Stoffe eines Hochofens

Answer 4

Roheisen
Schlacke
Gichtgas
Gichtstaub

Question 5

Was ist die typische Temperatur des Heißwindes?

Answer 5

Heißwindtemperatur ca. 1000°C-1200°C

Question 6

Woraus besteht die Möllerung einer Hochofens?

Answer 6

Möller = Eisenerzträger + Zuschlag (z.B. Kalkstein, Dolomit)

Question 7

Was geschieht in der Wirbelzone?

Answer 7

In der Wirbelzone reagiert der über den Heißwind eingebrachten Sauerstoff mit dem in der Wirbelzone vorliegenden Kokskohlenstoff nach folgenden Reaktionen:

C (Koks) + 0,5 O2 = CO (Vergasung);
C (Koks) + O2 = CO2 (Verbrennung);
CO2 + C (Koks) =2 CO (Boudouard-Reaktion).

Die Verbrennungs- und Vergasungsreaktionen finden bei Injektion von Ersatzreduktionsmitteln ebenfalls mit den statt.
In der Wirbelzone wird die komplette Energie generiert, die zum Betrieb eines Hochofens nötig ist.

Question 8

Was ist die “kohäsive Zone”?

Answer 8

Die kohäsive Zone kennzeichnet den Bereich, in dem die Eisenerze erweichen und abschmelzen. Das flüssige Eisen tropft durch den glühenden Koks nach unten.

Question 9

Was sind “Koksfenster”?

Answer 9

Durch die schichtartige Begichtung des Hochofens bilden sich in der kegelförmigen kohäsiven Zonen die so genannten Koksfenster aus. Da der Koks nicht erweicht, können die aufsteigenden Gase durch diese Koksfenster aufsteigen. Sie sind somit unabdingbar für den Betrieb eines Hochofens, da nur so die Durchgasbarkeit gewährleistet ist.

Question 10

Benennen Sie die chemischen Formeln der folgenden Reaktionen:
a) Kontakt zwischen Koks und Heißwind
b) Kontakt zwischen Koks mit dem primären Reaktionsgas

Answer 10

a) C (Koks) + O2 = CO2 (Verbrennung)
b) CO2 + C (Koks) = 2 CO (Boudouard Reaktion)

Question 11

Was ist Gichtgas? Nennen Sie die typische Zusammensetzung von Gichtgas

Answer 11

Mit Gichtgas wird das Abgas bezeichnet, das den Hochofen an der Gicht verlässt. Das Gichtgas enthält folgende Komponenten:
N2 = 54-56 Vol-%
CO = 20-22 Vol-%
CO2 = 20-22 Vol-%
H2 = 1-4 Vol-%
H2O = Rest

Question 12

Was geschieht mit den Eisenerzträgern beim Absinken von der Gicht bis zum Abstichloch des Hochofens

Answer 12

Die Eisenerzträger werden beim Absinken in den Hochofenaufgeheizt, reduziert und schmelzen auf.

Question 13

Nennen Sie die chemische Formeln für die folgenden Reaktionen:
a) Reduktion von Hämatit zu Magnetit durch CO
b) Reduktion von Magnetit zu Wüstenit
c) Reduktion von Wüstenit zu Eisen durch Co

Answer 13

a) 3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2
b) Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2
c) FeO + Co = Fe + CO2

Question 14

Was versteht man unter Kohlenstaub-Injektion?

Answer 14

Im Hochofen kann Feinkohle mit Lanzen in den Blasformen eingeblasen werden, um einen Teil des Kokses zu ersetzen. Die Einblaskohle wird in der Wirbelzone des Hochofens zu dem Reduktionsgas Kohlenmonoxid umgesetzt.

Question 15

Nennen Sie die Zusammensetzung von Roheisen

Answer 15

C =4,2-5 Mass-%
Fe = ca. 93 Mass-%

Si = bis 1 Mass-%
Mn = 0,8-4 Mass-%
P = 0-0,3 Mass-%
S = 0-0,004 Mass-%

Question 16

Nennen Sie die Aufgaben des Kokses im Hochofen

Answer 16

Erzeugung und Regeneration des Reduktionsgases
Wärme- und Energieerzeugung
Staubfilter
Stützgerüst
Aufkohlung
Gewährleistung der Durchgasbarkeit des Hochofens

Question 17

Was ist die Aufgabe von Schlacke im Hochofen

Answer 17

Abtrennung der Gangart der Erze (z.B. SiO2, Al2O3)
Aufnahme von im Roheisen löslichen Verunreinigungen S, Si sowie im Hochofen unerwünschte Kreislaufstoffe, wie z.B. Alkalien

Question 18

Was ist der Unterschied zwischen Direkter und Indirekter Reduktion? Wo liegen ungefähr dessen Temperaturgrenzen zwischen den beiden Reduktionsarten?

Answer 18

Bei der direkten Reduktion wird das verbrauchte Reduktionsgas oberhalb von 1000K durch die Boudouard-Reaktion regeneriert. Die Boudouard-Reaktion ist stark endotherm, so dass die direkte Reduktion Wärme verbraucht.

FexOy + CO = Fex Oy-1 + CO2 (Reaktion)
+
C + CO2 = 2 CO (Boudouard)
=>
FexOy + C = FexOy-1 + CO

Bei der indirekten Reduktion wird Eisenoxid durch das Reduktionsgas unterhalb von 1000K reduziert. Die indirekte Reduktion ist schwach exotherm und verbraucht das Reduktionsgas.

FexOy + yCO = xFe + y*CO2

Question 19

Was ist die “Basizität” bei der Beschreibung von Schlacke?

Answer 19

Die Basizität beschreibt das Verhältnis von basischen zu sauren Schlackenkomponenten unter Einbeziehung ihrer Effektivität. Man unterscheidet zwischen:

B1= %CaO/%SiO2 für Schlacken mit niedrigem Phosphatgehalt

B2 = (%CaO + 1,4% *MgO)/(%SiO2 + 0,84 * %P2O5) für Schlacken mit hoher Konzentration von MgO und P2O5

B3 = (%CaO + %MgO)/%SiO2 + (%Al2O3) Für den Kalziumaluminatyp der Schlacke der bei der Stahlauffrischung im Pfannenofen verwendet wird.

Eine basische Schlacke hat einen eng begrenzten, zumeist hohen Schmelzbereich. Sie verhindert eine gleichmäßig gute Gasverteilung und läuft schwer und zähflüssig aus dem Hochofen. Aufgrund des eingeschränkten Schmelzbereichs dieser Schlacken werden sie als kurze Schlacken bezeichnet. Durch ihren ohne Kalkanteil können sie viel Schwefel abbinden.

die sauren Schlacken haben einen niedrigeren Schmelzpunkt als die basischen. Sie laufen leicht und dünnflüssig aus dem Ofen, wenn sie überhitzt sind, besitzen jedoch ein geringeres Entschwefelungspotential und erstarrt glasig.

Question 20

Wie gelangt das Schwefel in den Hochofenprozess? Mit welchen Mitteln wird verhindert, dass Schwefel vollständig im Metall gelöst wird?

Answer 20

Schwefel wird z.T. als Begleitelement mit dem Möller eingetragen. Allerdings erfolgt der größte Schwefeleintrag mit der Einblaskohle und besonders mit dem Koks. Der Hochofenkoks enthält bis zu 1 Gew.% Schwefel.

Bei der Verwendung reiner CaO-reichen Schlacke kann verhindert werden, dass der Schwefel sich vollständig im Roheisen löst, so dass etwa 90% des eingetragenen Schwefels in der schlacke gebunden werden.

Question 21

Mit welchem mittel wird die Entschwefelung nach dem Abstich durchgeführt?

Answer 21

Roheisenentschwefelung kann nach dem Hochofenabstich durchgeführt werden mit
- Kalziumoxid (CaO)
- Soda (Na2CO3)
- Magnesium (Mg)
- Kalziumcarbid (CaC2)
Als Behandlungsgefäße können Torpedopfannen, Roheisenmischer und Pfannen dienen. Die hohen [C]- und [Si]-Gehalte des Roheisens unterstützen die Entschwefelungsreaktion durch starke Anhebung der Schwefel Aktivität

Question 22

Was ist der so genannte “Tote Mann” in einem Hochofen und was geschieht in diesem Bereich?

Answer 22

Der Tote Mann ist der ruhende, lose geschüttete Koks in der Mitte des unteren Hochofens. Dieser Bereich wird nicht von Gas durchströmt der verzehr des Kokses erfolgt ausschließlich durch die Aufkohlung des herabtropfenden Eisens. Um ein gleichmäßiges Abfließen der Schmelzphasen (Roheisen und Schlacke) zu gewährleisten, muss die Koksschüttung auch in diesem Bereich noch eine ausreichende Permeabilität besitzen.