Zuschläge entfernen unerwünschte Beimengungen

Die Beimengungen (Gangarten) im Eisenerz müssen, durch die Zugabe von Zuschlägen, als Schlacke entfernt werden. Ist das Eisenerz kieselsäurehaltig verwendet man Kalkstein, bei kalkhaltigen Beimengungen benötigt man Feldspat.

Die Zuschläge sorgen dafür, dass die unerwünschten Beimengungen im Erz in leicht schmelzbare Schlacke überführt werden. Kalk ist einer der wichtigsten Zuschläge, er verbindet sich mit nicht schmelzenden Silikaten und bildet Kalziumsilikat. Kalziumsilikat ist leicht schmelzbar und bildet mit den anderen Verunreinigungen eine Schlacke die auf dem geschmolzenen Metall schwimmt.

Die Verbrennung von Koks reduziert das Eisenerz

Für die Funktion des Hochofens ist es wichtig, dass die Schichten von Koks und Möller immer aufeinander folgen. Dieser Aufbau wird Möllersäule genannt.

Koks besteht fast vollständig aus reinem Kohlenstoff der mit dem Sauerstoff aus der Luft zu Kohlendioxid reagiert. In einer weiteren Reaktion kann das Kohlendioxid wiederum mit Kohlenstoff aus dem Koks zu Kohlenmonoxid reagieren.

  1. C + O2 -> CO2
  2. CO2+ C -> 2 CO

 

Im unteren Teil des Ofens steigt die Temperatur dadurch auf 1600°C. Das heiße Kohlenmonoxid steigt im Ofen auf und reduziert das in den höher liegenden Schichten enthaltene Eisenoxid zu metallischem Eisen.

  1. Fe2O3+ 3 CO -> 3 CO2+ 2 Fe

Das entstandene Kohlendioxid reagiert in der nächsten Koksschicht nach Reaktion 2 wieder zu Kohlenmonoxid und kann dann erneut als Reduktionsmittel wirken.

In den höheren Schichten sind die Temperaturen niedriger. Dort zerfällt das Kohlenmonoxid nach dem Chemischen Gleichgewicht (2) wieder zu Kohlendioxid und feinem Kohlenstoffstaub. Dieses Gleichgewicht zwischen Kohlendioxid und Kohlenmonoxid nennt man auch Boudouard-Gleichgewicht.

Der beim Zerfall von Kohlenmonoxid gebildete Kohlenstoffstaub ist ebenfalls in der Lage Eisenoxid zu Eisen zu reduzieren. Er löst sich allerdings auch im flüssigen Eisen auf und senkt damit den Schmelzpunkt auf 1100 bis 1200°C ab (reines Eisen: 1539°C).

Das flüssige Eisen läuft im Hochofen nach unten und sammelt sich dort unter der flüssigen Schlacke. Im Gegensatz dazu steigen die Gase weiter nach oben und wärmen im oberen Ofenbereich (Gicht) die frischen Ausgangsmaterialien vor, bevor sie als Gichtgas aus dem Hochofen entweichen.

Roheisen kann unterschiedliche Eigenschaften haben

Die Zusammensetzung von Roheisen ist immer ähnlich. Es besteht zu 92 Prozent aus Eisen, etwa drei bis vier Prozent Kohlenstoff sowie wechselnden Mengen Silizium (0,5 bis 3%), Mangan (0,5 bis 6%), Phosphor (0,1 bis 2%) und Spuren von Schwefel (0,01 bis 0,05%).

Eisen mit einem Siliziumgehalt von mehr als zwei Prozent und weniger als 0,2 Prozent Mangananteil wird bei langsamer Abkühlung zu grauem Roheisen. Graues Roheisen hat seinen Namen vom als Graphit ausgeschiedenen Kohlenstoff.

Weißes Roheisen erhält man dagegen bei rascher Abkühlung und bei höheren Mangan Anteilen von mindestens vier Prozent. Gleichzeitig sollte der Siliziumgehalt geringer als 0,5 Prozent sein. Der Kohlenstoff bildet hier, aufgrund der Abkühlgeschwindigkeit, mit dem Eisen hauptsächlich Eisencarbid (Fe3C). Der höhere Mangananteil wirkt gleichzeitig der Bildung von Graphit entgegen.

Graues, siliziumhaltiges Roheisen wird meistens zu Gusseisen weiterverarbeitet, während das manganhaltige weiße Roheisen vorzugsweise zur Erzeugung von Stahl dient.