Hochofen

In einem Hochofen wird Eisen gewonnen. Dabei wird Eisenoxid mit Kohlenstoff zu Eisen reduziert.

Erklärung

Das Metall Eisen ist eins der wichtigsten Gebrauchsmaterialien weltweit. Reines Eisen ist sehr weich. Deshalb verwendet man Eisenlegierungen, wie Stahl oder Gusseisen. Unter anderem sind Nägel, Schraubenzieher, Schienen oder auch Töpfe aus Eisenlegierungen.

Leider kommt Eisen in der Natur fast nur in Gesteinen als Verbindung (Sulfit, Oxid, Hydroxid) vor. Deshalb muss es gewonnen werden. Dazu werden Eisenerze in Eisenoxid umgewandelt und dann im Hochofen mit Kohlenstoff reduziert.

Also so:

Aufbau Hochofen

Ein Hochofen kann bis zu 75 Meter hoch sein und einen Durchmesser von 12 Metern haben. Diese riesigen Öfen sind deshalb im Ruhrgebiet von weitem zu sehen. Sie bestehen aus feuerfestem Gestein und drumherum fließt Kühlwasser.

So ein Hochofen kann 10 Jahre dauerhaft laufen und pro Tag 12.000 Tonnen Roheisen produzieren. Also das Gewicht von 12.000 Autos.

Prozesse im Hochofen

Was genau in welchem Bereich des Hochofens abläuft siehst du in der Animation:

Der Hochofen wird von oben mit Eisenoxid, Koks und Zuschlägen befüllt. Koks ist Kohlenstoff und Zuschläge sind kalkhaltige Gesteine. Sie bilden nach der Reaktion die Schlacke, die auf dem Roheisen schwimmt.

Vorwärmzone

Im oberen Teil des Hochofen wird das Gemisch bei 200 °C getrocknet und vorgeheizt. Diese Zone nennt man deshalb Vörwärmzone.

Reduktionszone

Darunter ist die Reduktionszone mit ca. 900 °C. Hier entzieht Kohlenstoffmonooxid dem Eisenoxid den Sauerstoff und es bildet sich Eisen.

Schmelzzone

Das Kohlenstoffmonooxid für die Reaktion entsteht bei der Reaktion von Koks mit Sauerstoff. Das passiert weiter unten in der Schmelzzone. Hier wird heiße Luft eingeblasen, damit genug Sauerstoff da ist. Durch die Reaktion entsteht eine Temperatur von 2.000 °C .

Die Schmelszone heißt so, weil hier das Eisen flüssig wird (ab 1.400 °C). Es tropft durch den glühenden Koks. Dadurch löst sich ein bisschen Kohlenstoff im Eisen.

Ganz unten sammelt sich das flüssige Eisen und darüber die Schlacke. Die Schlacke schützt das Eisen vor einer Oxidation zum Eisenoxid und kann leicht abgetrennt werden.

Insgesamt sinken also die festen Ausgangsstoffe nach unten. Die gasförmigen Stoffe und die Wärme steigt nach oben.

Stahlherstellung

Stahl ist eine Eisenlegierung mit weniger als 2,1 % Kohlenstoff. Roheisen hat ungefähr 5 % Kohlenstoff. Auch weitere Metall sind mit dem Eisen vermischt, wodurch es brüchig wird.

Bei der Stahlherstellung wird deshalb Sauerstoff auf das Roheisen geleitet. Dadurch bilden sich Oxide. Die können entweichen oder abgetrennt werden. Übrig bleibt Stahl, den man gut bearbeiten kann.