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Paket 1 Stahlherstellung Prozessgrundlagen 1
Paket 1 Stahlherstellung Prozessgrundlagen 1
Verfahren der Direktreduktion stellen in Verbindung mit dem Einschmelzen des direkt reduzierten Eiseins zu Stahl im Elektrolichtbogenofen eine Alternative zur Erzeugungsroute Hochofen/Oxygenstahlkonverter dar. Die Grundlage aller Direktreduktionsverfahren ist...
Die Direktreduktionsverfahren lassen sich nach Art des Reduktionsmittels unterteilen in....
Nennen Sie zwei Gasreduktionverfahren und Erläutern Sie die Art der erforderlichen Erzeinsätze
1. Midres- Verfahren (Marktführer)
2. HyL III- Prozess
Beide sind auf stückigen Erzeinsatz angewiesen
Erläutern Sie das Prozessschema des Midres Verfahren
In einem Schachtofen werden stückige Eisenerze nach dem Gegenstromprinzip mit einem wasserstoffreichen Reduktionsgasgemisch (ca. 55% H2) zu teigigem Direkt Reduced Iron ( DRI) reduziert. Die Reduktionsgaserzeugung erfolgt in einem Gasreformer durch Spaltung von Erdgas
Bei Mirdex-Anlagen erfolgt die Gasumsetzung mit dem CO2 gehalt des Gichtgases nach folgender Reaktionsgleichung:
Nach welcher Reaktionsgleichung erfolgt im katalytischen Gasreformer des HyL III Verfahren die Spaltung des Ergases (CH4) mit Wasserdampft (H2O)?
CH4 + H20 = CO + 3H2
Das HyL ZR Verfahren gilt als Weiterentwicklung des Gasreduktionsverfahren HyL III. Erklären Sie, wofür das ZR steht
ZR steht für Zero Reformer.
Prinzip: Die Umsetzung des Erdgases erfolgt nach partieller Oxidation im Schacht am heißen Eisenschwamm, wodurch ein Gasreformer entfallen kann
Erklären Sie das Prinzip DANAREX- Verfahren
Beim danarex Verfahren handelt es sich um ein Gasreduktionsverfahren im Schachtofenprozess, bei dem ohne Gasreformer gearbeitet wird. Es erfolgt ein "Auto-Reforming" des heißen Erdgases oder des durch kohlevergasung erzeugten Sythesegases am heißen DRI im Schacht, nachdem das Gas mit Sauerstoff partiell oxidiert wurde.
Nennen Sie drei Gasreduktionsverfahren mit direkten Feinerzeinsatz
Erklären Sie Fior Verfahren
BIld
Erkären Sie den prinzipiellen Unterschied des Finmet- Verfahren gegenüber dem Fior Verfahren und nennen Sie die wensentlichen Vorteile im FInmet Prozess
Das Finmet Verfahren ist eine Weiterentwicklung der FIor Prozesses. Die prinzipiellen baulichen EInrichtungen der Fior Anlage wir z.b die Wirbelschichtreaktioren, die Reduktionsgaserzeugung und die Brikettierung sind im FInment Prozess beiehalten. Wesentliche Verbesserungen zeigt der Finmet Prozess im Bereich der Gasrückführung zur Verlängerung der Standzeiten der Wirbelschichten. Bei FInmet wird in der ersten Stufe das Erz durch rückgeführtes heißes Prozessgas aus der Reduktionsstufe vorgewärmt, Fior verwendet dazu Erdagas. Bei Finmet werden höhere Co-Gehalte im Reduktiongas gefahren, um die Wärmebilanz ui verbessen und Kohlenstoffgehalte im HBI von bis zu 3% einzustellen. Die H2 Gehalte im Reduktionsgas sind im Vergleich zu Fior geringer, da der Co Anteil nicht aufoxidiert und ausgewaschen wird, sondern lediglich der bei der Ergasspaltung entstehende Co2- Anteil
Erklären Sie Circored Verfahren
Beim Circored Verfahren werden Feinerze ( Korngrößer < 1,0mm) zweistufig in einer Zirkulierenden Wirbelschicht (1.Stufe) und anschließend in einer stationären Wirbelschicht (2.Stufe) mit Wasserstoff zu DRI reduziert.
Betriebtemperaturen: Erste Stufe = 630 Crad; zweite Stude Reduktionsstufe = 680 Crad, Betriebdruck = 4 Bar
70% Reduktion erfolgt in der ersten Stufe während einer relativ kurzen Verweilzeit von 20 min., die Endreduktion in der zweiten Stufe bis zu einer Metallisierung von 93-95% erforder eine Verweilzeit von 3-3,5 stunden
Bei welchen der genannten Verfahren handelt es sich um Feststoffreduktionsverfahren(Kohlreduktionsverfahren)?
Erkären Sie Drehrohrverfahren zur Feststoffreduktion
Hauptaggregat in ein Drehrohrofen, Hier erfolgt die Reduktion. Regulierung der Reaktionstemperaturen erfolgt über Mantelbrenner; Kühlung der DRI erfolgt in einer Kühltrommel
Erklären Sie Drehherdverfahren zu Feststoffreduktion
Hauptaggregat ist ein Drehherd: Hier werden die Eisenerzpellets durch Temperaturzonen von 1300 Crad geführt und im festen Zustand reduziert.
Erklären Sie Primus Verfahren zur Feststoffreduktion
Hauptaggregat ist ein Etagenofen mit einem zylindrischen Ofenraum, der in übereinanderliegende Kammern unterteilt ist. In den Böden aus feuerfesten Formsteinen sind im Außen oder Innenradius Öffnungen vorgesehen, die den Materialtransport von einer Etage zur heweils darunterliegenden ermöglichen. Zur Reduktion werden die Einsatzstoffe auf der obersten Etage aufgegeben und von oben nach unten durch den Ofen transportiert. der Ofen wird durch in die Seitenwand eingebrachte Brenner beheizt. Die Abgase durchströmen den Ofen überlicherweise im Gegenstrom. Mit den metalloxidhaltigen Einsatzstoffen wird festes Reduktionmittel (Kohle) in den Ofen eingebracht, eine Vermischung beider Stoffe erfolgt erst im ofen.
Was versteht man unter "Schmerzreduktion"
Zu den zwei großindustriell genutzten Schmelzreduktionsverfahren gehören..
Vor der Umwandlung von Roheisen zu Stahl kann eine Behandlung des Roheisens zur Verringung unerwünschter Begleitelemente wir Schwefel Silicium und Phosphor durchgeführt werden. Geben Sie zwei Zusätze an, die der Roheisenschmelze hinzugegeben werden, um eine Entschwefelung durchzuführen
Vor der Umwandlung von Roheisen zu Stahl kann eine Behandlung des Roheisens zur Verringung unerwünschter Begleitelemente wir Schwefel Silicium und Phosphor durchgeführt werden. Geben Sie zwei Zusätze an, die der Roheisenschmelze hinzugegeben werden, um eine Entschwefelung durchzuführen
In welche drei Hauptgruppen lassen sich die Ausgangsstoffe für die Roheisen- und Stahlerzeugung zusammenfassen?
Eisen liegt in der Natur nicht rein, sondern nur in Form welcher am häufigsten vorkommenden chemischen Verbindung vor
Die EIsenverbindungen treten nicht für sich allein auf, sondern immer mit weiteren Verunreinigungen, der Gangart, vermischt. Wann spricht man vom "basischem erz" und wann vom "saurem Erz"?
Enthält die Gangart überwiedeng Kalk (CaCO3), ist das Erz "basisch", bei Überwiegen der Kieselsäure (SiO2) ist das Erz "sauer"
Welches der genannten Eisenerze hat den höchsten Eisenanteil
Was sind neben dem Kostenaspekt die grundsätulichen vier Qualitätskritereien für die Verwendung der Eisenerze in den Hochofenbetrieben der Stahlunternehmen?
1. Menge und Art der Eisenanteile
2. Metallurgische Eigenschaften
3. Reduzierbarkeit
4. Menge und Art unerwünschten Begleitelemente
Für die Beurteilung von Eisenerzen sind letztlich die betriebswirtschaftlichen Aspekte, von der Gewinnung bis zur Umwandlung zu Roheisen oder DRI (Direkt Reduced Iron), entscheidend. Nennen Sie die fünf kostentechnischen Hauptaaspekte.
1. Eisengehalt im Erz
2. Mineralohische Beimengungen
3. Körnungsband
4. Größe der Lagerstätte, Erzförderkosten
5. Transportkosten von der Lagerstätte zur Verhüttung
Was ist im Eisenhüttenwesen unter Aufbereitung der Erze gemeint?
Gangart-Reduzierung der Eisenerze
Nennen sie zwei Erzaufbereitungsverfahren
1. Schaum-Schwimm-Aufbereitung
2. Magnetabscheidung
Erklären Sie das Prinzip Schaum-Schwimm-Verfahren
Bei dem Schaum-Schwimm Verfahren wird die unterschiedliche Benetzbarkeit genutzt: Die Eisenmineralien und Gangart werden getrennt, indem in einer wässrigen Lösung bei ZUgabe bestimmter Substanzen die Eisenmineralien beim Einleiten von Luft aufschwimmen und auf der Oberfläche leicht abgeschöpft werden können.
Erklären Sie Prinzip Magnetscheingungs-Verfahren
Bei dem Magnetscheidung Verfahren zur Erzaufbereitung werden die Erzteilchen, infolge induzierter magnetischer Kräfte in einem Magnetfeld zu einen der Pole bewegt und werden dort abgeschieden.
Was ist im Eisenhüttenwesen unter "Vorbereitung" der Erze gemeint?
Aus Prozesstechnischen und betriebwirtschaftlichen Aspekten muss der Hochofen mit Erzen von gleichmäßigen chemisch-physikalischen Eigenschaften beschickt werden. Hierfür werden grobe Erze gebrochen. gemahlen und gesiebt. Feine Erze werden stückig gemacht. Diese Vorgänge werden als "Vorbereitung" der Erze bezeichnet.
Bei der Erzauf- und vorbereitung fallen Feinerze an. Diese müssen für einen EInsatz im Hochofen stückig gemacht werden. Nennen Sie zwei wichtigsten Verfahren zum Stückmachen von Eisenerzen
Erklären Sie das Prinzip der Sinterung im Rahmen der Eisenerzvorbereitung
Durch das Sintern werden die Erze stückig gemacht. Die Sinterung(Sintern=Zusammenbacken) wird in Bandsinteranlagen durchgeführt. Hierbei wird eine Mischung aus angefeuchtetem Feinerz (Korngröße größer 0,1mm zusammen mit Koksgrus, ZUschlägen und Sinterrückgut (Feinsinter, der für den Hochofeneinsatz nicht geeignet ist) in einem Brennerofen mit Gas entzündet; die freigesetzte Wärme führt zum Zusammenbacken der Sintermischung
Erklären Sie das Prinzip Pelletierens
Beim Pelletieren werden Feinerze und Konzentrate mit Korngrößen von weit unter 1mm zu Kügelchen von eta 10-15 mm geformt . Hierfür wird die Erzmischung angefeuchtet und mit einem Bindemittel vermischt. In Drehtrommeln oder auf Drehtellern werden dann diese Grünpellets geformt, getrocknet und bei Temperaturen über 1000 Crad in entsprechenden Öfen gebrannt (z.B Schachttofen)
Stahlschrott ist am Einsatz für die Weltrohstahlerzeugung zu ca. 30% beteiligt. Er gilt als wichtiger Rohstoff für die Stahlerzeugung. Aus welchen drei Hauptbereichen wird Stahlschrott bezogen?
1. Kreislaufschrott
2. Neuschrott aus der Stahlverarbeitenden Industrie
3. alt oder Sammelschrott
Reduktionmittel für die Erzverarbeitung im Hochofen sind...
Der Koks erfüllt beim Hochofenprozess mehrere Aufgaben. Nennen Sie diese
1. Koks als Reduktionmittel
2. Koks als Wärmelieferant
3. Koks als Träger der gesamten Hochofen-SChüttsäule
4. Koks als Unterstützer der Durchgasung
Nennen Sie die Eigenschaftskenngrößen des KOkses,die vor dem EInsatz im Hochofen geprüft werden müssen.
1. Festigkeit
2. Korngröße
3. CSR-Wert ( Coke Strengt after reaction with CO2)
4. CRI-Wer (Coke Reactiity Index)
5. Anteile an Asche, Schwefel, Alkalien und Wasser müssen so niedrig wie möglich sein
Was ist mit Zuschlägen im Rahmen des Hochofenprozesses gemeint?
Die am Hochofenprozess beteiligten Stoffe wir Gangart, Erze und Koksasche besitzen sehr hohe Schmerztemperaturen (je nach Bestandteilen bis 2000 Crad). Durch Zugabe der "Zuschläge" in Form von z.b Kalk oder Kalkstein, Kalkhydrat, Olivin, Dolomit wird der Schmelzpunkt der Gangart auf bis zu 1300 Crad gesenkt und eine dünnflüssige Schlacke Produziert
Im Hochofenprozess werden Temperaturen bis zu 2500 Crad erreicht. Die Hochofenkomponenten werden hierfür mit feuerfesten Werkstoffen ausgekleidet. Um welche Werkstoffverbindungen handelt es sich hierbei? Nennen Sie ein Beispiel
Nichtmetallische, aus Metalloxiden bestehende, grobkeramische Werkstoffe( HOchtemperaturfestigkeit mind. 1800 Crad)
Beispiele: Silika, Schamotte, Mullit, Korund
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Cartes-fiches
In welche drei Hauptgruppen lassen sich die Ausgangsstoffe für die Roheisen- und Stahlerzeugung zusammenfassen?
Eisen liegt in der Natur nicht rein, sondern nur in Form welcher am häufigsten vorkommenden chemischen Verbindung vor
Die EIsenverbindungen treten nicht für sich allein auf, sondern immer mit weiteren Verunreinigungen, der Gangart, vermischt. Wann spricht man vom "basischem erz" und wann vom "saurem Erz"?
Enthält die Gangart überwiedeng Kalk (CaCO3), ist das Erz "basisch", bei Überwiegen der Kieselsäure (SiO2) ist das Erz "sauer"
Welches der genannten Eisenerze hat den höchsten Eisenanteil
Was sind neben dem Kostenaspekt die grundsätulichen vier Qualitätskritereien für die Verwendung der Eisenerze in den Hochofenbetrieben der Stahlunternehmen?
1. Menge und Art der Eisenanteile
2. Metallurgische Eigenschaften
3. Reduzierbarkeit
4. Menge und Art unerwünschten Begleitelemente
Für die Beurteilung von Eisenerzen sind letztlich die betriebswirtschaftlichen Aspekte, von der Gewinnung bis zur Umwandlung zu Roheisen oder DRI (Direkt Reduced Iron), entscheidend. Nennen Sie die fünf kostentechnischen Hauptaaspekte.
1. Eisengehalt im Erz
2. Mineralohische Beimengungen
3. Körnungsband
4. Größe der Lagerstätte, Erzförderkosten
5. Transportkosten von der Lagerstätte zur Verhüttung
Was ist im Eisenhüttenwesen unter Aufbereitung der Erze gemeint?
Gangart-Reduzierung der Eisenerze
Nennen sie zwei Erzaufbereitungsverfahren
1. Schaum-Schwimm-Aufbereitung
2. Magnetabscheidung
Erklären Sie das Prinzip Schaum-Schwimm-Verfahren
Bei dem Schaum-Schwimm Verfahren wird die unterschiedliche Benetzbarkeit genutzt: Die Eisenmineralien und Gangart werden getrennt, indem in einer wässrigen Lösung bei ZUgabe bestimmter Substanzen die Eisenmineralien beim Einleiten von Luft aufschwimmen und auf der Oberfläche leicht abgeschöpft werden können.
Erklären Sie Prinzip Magnetscheingungs-Verfahren
Bei dem Magnetscheidung Verfahren zur Erzaufbereitung werden die Erzteilchen, infolge induzierter magnetischer Kräfte in einem Magnetfeld zu einen der Pole bewegt und werden dort abgeschieden.
Was ist im Eisenhüttenwesen unter "Vorbereitung" der Erze gemeint?
Aus Prozesstechnischen und betriebwirtschaftlichen Aspekten muss der Hochofen mit Erzen von gleichmäßigen chemisch-physikalischen Eigenschaften beschickt werden. Hierfür werden grobe Erze gebrochen. gemahlen und gesiebt. Feine Erze werden stückig gemacht. Diese Vorgänge werden als "Vorbereitung" der Erze bezeichnet.
Bei der Erzauf- und vorbereitung fallen Feinerze an. Diese müssen für einen EInsatz im Hochofen stückig gemacht werden. Nennen Sie zwei wichtigsten Verfahren zum Stückmachen von Eisenerzen
Erklären Sie das Prinzip der Sinterung im Rahmen der Eisenerzvorbereitung
Durch das Sintern werden die Erze stückig gemacht. Die Sinterung(Sintern=Zusammenbacken) wird in Bandsinteranlagen durchgeführt. Hierbei wird eine Mischung aus angefeuchtetem Feinerz (Korngröße größer 0,1mm zusammen mit Koksgrus, ZUschlägen und Sinterrückgut (Feinsinter, der für den Hochofeneinsatz nicht geeignet ist) in einem Brennerofen mit Gas entzündet; die freigesetzte Wärme führt zum Zusammenbacken der Sintermischung
Erklären Sie das Prinzip Pelletierens
Beim Pelletieren werden Feinerze und Konzentrate mit Korngrößen von weit unter 1mm zu Kügelchen von eta 10-15 mm geformt . Hierfür wird die Erzmischung angefeuchtet und mit einem Bindemittel vermischt. In Drehtrommeln oder auf Drehtellern werden dann diese Grünpellets geformt, getrocknet und bei Temperaturen über 1000 Crad in entsprechenden Öfen gebrannt (z.B Schachttofen)
Stahlschrott ist am Einsatz für die Weltrohstahlerzeugung zu ca. 30% beteiligt. Er gilt als wichtiger Rohstoff für die Stahlerzeugung. Aus welchen drei Hauptbereichen wird Stahlschrott bezogen?
1. Kreislaufschrott
2. Neuschrott aus der Stahlverarbeitenden Industrie
3. alt oder Sammelschrott
Reduktionmittel für die Erzverarbeitung im Hochofen sind...
Der Koks erfüllt beim Hochofenprozess mehrere Aufgaben. Nennen Sie diese
1. Koks als Reduktionmittel
2. Koks als Wärmelieferant
3. Koks als Träger der gesamten Hochofen-SChüttsäule
4. Koks als Unterstützer der Durchgasung
Nennen Sie die Eigenschaftskenngrößen des KOkses,die vor dem EInsatz im Hochofen geprüft werden müssen.
1. Festigkeit
2. Korngröße
3. CSR-Wert ( Coke Strengt after reaction with CO2)
4. CRI-Wer (Coke Reactiity Index)
5. Anteile an Asche, Schwefel, Alkalien und Wasser müssen so niedrig wie möglich sein
Was ist mit Zuschlägen im Rahmen des Hochofenprozesses gemeint?
Die am Hochofenprozess beteiligten Stoffe wir Gangart, Erze und Koksasche besitzen sehr hohe Schmerztemperaturen (je nach Bestandteilen bis 2000 Crad). Durch Zugabe der "Zuschläge" in Form von z.b Kalk oder Kalkstein, Kalkhydrat, Olivin, Dolomit wird der Schmelzpunkt der Gangart auf bis zu 1300 Crad gesenkt und eine dünnflüssige Schlacke Produziert
Im Hochofenprozess werden Temperaturen bis zu 2500 Crad erreicht. Die Hochofenkomponenten werden hierfür mit feuerfesten Werkstoffen ausgekleidet. Um welche Werkstoffverbindungen handelt es sich hierbei? Nennen Sie ein Beispiel
Nichtmetallische, aus Metalloxiden bestehende, grobkeramische Werkstoffe( HOchtemperaturfestigkeit mind. 1800 Crad)
Beispiele: Silika, Schamotte, Mullit, Korund
Nennen und erklären Sie die zwei prinzipiellen Prozesswege zur Herstellung von Stahl
1. Hochofen Konverter:
Erzeugung von zunächst flüssigem Roheisen aus Erzen, dass im KOnverter unter geringen Schrottzusätzen zu flüssigem Rohstahl gefrischt wird
2. Lichtbogenofen:
Erzeugung des flüssigen Rohstahls aus festen metallischen Einsatzstoffen (Schrott) im KOnverter oder Lichtbogenofen
Nennen Sie die sieben Haupkomponenten eines Hochofenwerkes.
1. Hochofen
2. Gasreinigung
3. Gießhalle
4. Bunker- und Begichtungseinrichtungen
5. Winderhitzer und Windzuführung
6. Gichtgasabzug und entstaubung
7. Transporteinrichtungen
Skizzieren Sie schematisch einen Hochofen und benennen Sie alle relevanten Baugruppen
.
Nennen Sie die wichtigsten chemischen Reaktionen im Hochofenprozess zur Roheisenherstellung
1. Koksvergasung
2. Gasumsetzung
3. Reduktion der Eisenerze
4. Nebenreaktionen/Schlackenbildung
5. Aufweichen und Schmelzen
Beschrieben Sie den Reduktionprozess im Hochofen anhand der entsprechenden checmischen Reaktionsgleichungen
Bild.
Wir hoch ist der Kohlenstoffgehalt des Roheisens?
In welche zwei Erzeugnistypen werden Roheisensorten unterschieden?
a) ROheisen für Gusserzeugnisse
b) Roheisen für Stahlerzeugnisse. Roheisen für Stahlerzeugung wird weiter unterteilt in Stahl- und Thomas-Roheisen
Erklären Sie den Unterschied zwischen Stahlroheisen und THomasroheisen hinsichtlich Phosphorgehalt
In welche Roheisentypen wird Roheisen für die Gusserzeugung eingeteilt?
Gangartanteile und Zuschläge ergeben zusammen
Was wird in der Eisenhüttenkunde mit einer "Ofenreise" bezeichnet?
Mit Ofenreise wird die Betriebsperiode eines Hochofens bezeichnet. Die Periode bezieht sich dabei auf den Zeitraum zwischen zwei "Neuzustellungen" (Neuzustellung= Erneuerung des Feuerfestmauerwerks mit zusätzlichen Modernisierung). Nach der Beitrebnahme des HOchofens dauert eine Ofenreise 15 bis 20 Jahre!
Verfahren der Direktreduktion stellen in Verbindung mit dem Einschmelzen des direkt reduzierten Eiseins zu Stahl im Elektrolichtbogenofen eine Alternative zur Erzeugungsroute Hochofen/Oxygenstahlkonverter dar. Die Grundlage aller Direktreduktionsverfahren ist...
Die Direktreduktionsverfahren lassen sich nach Art des Reduktionsmittels unterteilen in....
Nennen Sie zwei Gasreduktionverfahren und Erläutern Sie die Art der erforderlichen Erzeinsätze
1. Midres- Verfahren (Marktführer)
2. HyL III- Prozess
Beide sind auf stückigen Erzeinsatz angewiesen
Erläutern Sie das Prozessschema des Midres Verfahren
In einem Schachtofen werden stückige Eisenerze nach dem Gegenstromprinzip mit einem wasserstoffreichen Reduktionsgasgemisch (ca. 55% H2) zu teigigem Direkt Reduced Iron ( DRI) reduziert. Die Reduktionsgaserzeugung erfolgt in einem Gasreformer durch Spaltung von Erdgas
Bei Mirdex-Anlagen erfolgt die Gasumsetzung mit dem CO2 gehalt des Gichtgases nach folgender Reaktionsgleichung:
Nach welcher Reaktionsgleichung erfolgt im katalytischen Gasreformer des HyL III Verfahren die Spaltung des Ergases (CH4) mit Wasserdampft (H2O)?
CH4 + H20 = CO + 3H2
Das HyL ZR Verfahren gilt als Weiterentwicklung des Gasreduktionsverfahren HyL III. Erklären Sie, wofür das ZR steht
ZR steht für Zero Reformer.
Prinzip: Die Umsetzung des Erdgases erfolgt nach partieller Oxidation im Schacht am heißen Eisenschwamm, wodurch ein Gasreformer entfallen kann
Erklären Sie das Prinzip DANAREX- Verfahren
Beim danarex Verfahren handelt es sich um ein Gasreduktionsverfahren im Schachtofenprozess, bei dem ohne Gasreformer gearbeitet wird. Es erfolgt ein "Auto-Reforming" des heißen Erdgases oder des durch kohlevergasung erzeugten Sythesegases am heißen DRI im Schacht, nachdem das Gas mit Sauerstoff partiell oxidiert wurde.
Nennen Sie drei Gasreduktionsverfahren mit direkten Feinerzeinsatz
