Produkte des Hochofenprozesses

Roheisen wird durch Reduktion von oxidischen Eisenerzen mit Koks gewonnen. Um eine Verschlackung der Gangart zu erreichen, werden Zuschlagstoffe (Zuschlage) zugesetzt. Die Art der Zuschlage richtet sich nach der chemischen Zusammensetzung der Gangart. Unter der Gangart versteht man die das Erz begleitenden metallischen und nichtmetalli – schen Minerale. Saure Erze werden mit basischen Zuschlagen versetzt und umgekehrt. Ist die Gangart А120з – und Si02-haltig, kommen als Zuschlage basische Kalkkomponenten, wie z. B. Kalkstein, Branntkalk, Loschkalk oder Dolomit, in Frage. Bei CaO-haltigen Gangarten werden tonerde – und kieselsaurehaltige (also saure) Zuschlage, wie z. B. Feld – spat, Quarz, Flussspat oder Tonschiefer, eingesetzt. Der Reaktionsapparat fur die Herstel – lung von Roheisen ist der Hochofen. Damit eine hinreichende Verschlackung gewahrleis – tet ist, werden die Eisenerze mit den Zuschlagstoffen gemischt und der Hochofen abwech – selnd mit Schichten aus Koks und Eisenerz/Zuschlagen von oben beschickt. In den unteren Teil des Hochofens wird heiBe Luft geblasen (HeiBwind, 900…1300°C). Auf diese Weise verbrennt der Koks und erzeugt die erforderliche Reaktionstemperatur (bis 2300°C). In den sehr heiBen unteren Bereichen des Hochofens kann die Reduktion der Eisenerze (wegen der unterschiedlichen Zusammensetzung allgemein als Fe(O) formuliert, Gl. 8-1) direkt durch den Koks (C) erfolgen, meist ist jedoch Kohlenmonoxid CO das Reduktionsmittel. Das bei dieser Reduktion (Gl. 8-1) gebildete C02 reagiert mit dem heiBen Koks gemaB Gl. (8-2) unter Warmeverbrauch wieder zu CO (Boudouard-Gleichgewicht).

Fe(O) + CO —► Fe + C02 (8-1)

C02 + C — 2 СО ЛН – +173 kJ/mol (8-2)

Ein Teil des sich bildenden amorphen Kohlenstoffs wird vom Roheisen aufgenommen. Das als Hauptprodukt des Hochofenprozesses anfallende Roheisen enthalt 2,5…4% Kohlen – stoff sowie wechselnde Mengen Silicium (0,5…3%), Mangan (0,5…6%), Phosphor (0…2%) und Spuren von Schwefel (0,01…0,05%). Mit steigendem C-Gehalt sinkt seine Zahigkeit und wachsen seine Harte und Sprodigkeit.

Eisen ist nur walz – und schmiedbar, wenn der Kohlenstoffgehalt weniger als 2,06% be – tragt. Roheisen (C-Gehalt > 2%) ist wegen seines hohen Kohlenstoffgehalts sehr sprode und erweicht beim Erhitzen plotzlich. Es kann deshalb nur vergossen werden. Etwa 90% des Roheisens werden auf metallurgischem Wege in Stahl (C-Gehalt < 2,06%) umgewan – delt, der Rest wird zu Gusseisen verarbeitet.

Eiseiilegierungen mit einem C-Gehalt > 2 % werden als Gusseisen bezeichnet.

Das Nebenprodukt des Hochofenprozesses, die Schlacke, ist fur die Bauindustrie gleich – falls von groJier Bedeutung. Sie besteht vor allem aus Calcium-(G1. 8-3) und Aluminium – silicaten.

Si02 + CaC03 —► CaSi03 + C02 (8-3)

Hochofenschlacke besitzt etwa folgende Zusammensetzung (auf Oxide bezogen): 30…50% CaO, 27…40% Si02, 5…15% A1203, weiterhin MgO, FeO, MnO und CaS. Ihre Eigen – schaften und damit ihre Verwendungsmoglichkeiten andem sich mit der Art der Abkuh – lung.

Bei langsamer Abkuhlung der Schlacke kommt es zu einer Auskristallisation der Bestand- teile und es bilden sich heterogene feste Gemische. Grobere Stiicke der festen Schlacke (Stuckschlacke, Betonschlacke) werden als Schotter im Straben – und Gleisbau oder als Splitt im Betonbau verwendet. Durch Vergieben der Schmelze in spezielle Formen (Guss – schlacke) und langsames Erstarren werden rauflachige Schlackenpflastersteine hergestellt.

Erfolgt eine schnelle Abkuhlung (Abschrecken) der fliissigen Schlacke in Wasser, wird eine vollstandige Kristallisation verhindert. Man erhalt eine granulierte, amorphen Hoch­ofenschlacke („Hiittensand“), die latent-hydraulische Eigenschaften besitzt. Sie wird fur die Herstellung von Zementen verwendet. Huttensand besitzt einen Wassergehalt bis zu 30%. Erfolgt die Abkuhlung unter Zugabe eines Unterschusses an Wasser, bildet sich ein geschaumtes Produkt, die Schaumschlacke (Hiittenbims). Hiittenbims besitzt warmedam – mende Eigenschaften und wird fur die Herstellung von Leichtbeton verwendet. Blast man schlieblich Wasserdampf in einen dtinnen Strahl fliissiger, herabfliebender Hochofenschla­cke, erhalt man Schlackenwolle. Sie besteht aus auberst feinen, der Glaswolle ahnlichen Faden und wird fur die Warme – und Schalldammung eingesetzt.