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Werkstofftechnik 2

Direktreduktionsverfahren

Unter dem Direktreduktionsverfahren versteht man Verfahren bei dem Eisenerz zu einem Eisenschwamm reduziert wird. Dieser Zustand wird erreicht indem man das feste Eisenerz in Reaktion mit einem $\ CO \Text{/}H_2 $- Gemisch bringt und sich daraufhin ein poröses und stückiges Roheisen bildet. Dieser Verfahrensschritt läuft immer im Vorfeld des Schmelzprozesses ab und der Ort der Reaktion ist meistens ein Schachtofen mit einer Prozesstemperatur von bis zu 1.000 °C.

Reaktionsgleichungen beim Direktreduktionsverfahren

Die dabei auftretenden Reaktionsgleichungen haben die Form:

  1.  $ Fe_2O_3 + 3 H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2 O $
  2.  $ Fe_2 O_3 + 3 CO \rightarrow 2Fe + 3 CO_2 $.

Merke

Eine rückwirkende Oxidation des Eisens muss während der Abkühlung vermieden werden. 

Um diese Vorgabe einzuhalten, existieren hauptsächlich zwei Optionen:

  1.  Nach der Reduktion kann eine rückwirkende Oxidation vermieden werden, indem man durch Aufkohlung eine Randschicht des $ Fe_3C $ erzeugt, die diesen Vorgang unterbindet.
  2.  Die Abkühlung findet unter einer Schutzgasatmosphäre statt.

Für eine erfolgreiche Durchführung des Verfahrens muss auch das Ausgangsmaterial bestimmte Kriterien erfüllen. So sollte es nicht mehr als 10 % Gangartanteil besitzen, weil dieses bei dem Direktreduktionsverfahren nicht abgetrennt werden kann. 

Die Vorteile des Endprodukts [Eisenschwamm]:

  • Keine störenden Legierungsanteile
  • Besseres Dosieren aufgrund der Stückform
  • Besseres Einschmelzen aufgrund der Stückform
  • Gleichmäßige Zusammensetzung

Einsatzbereiche des Eisenschwamms:

  • Als Kühlmittel im Konverterbetrieb
  • Umwandlung in Rohstahl durch Lichtbogenofen
  • Als Ersatz von Koks bei Hochofenmöller

Vorteile des Direktreduktionsverfahrens gegenüber dem Hochofenprozess

  • Verzicht auf hochpreisiges Hochofenkoks
  • Geringere Anlagenkosten
  • Anpassungsfähiger Betriebsablauf
  • Anpassungsfähige Produktionsleistung

Merke

Neuere Entwicklungen gehen dahin, dass man versucht die Direktreduktion von Eisenerz und das anschließende Schmelzen des Eisenschwamms zu Rohstahl in einem Prozess zu kombinieren. Diese Kombination nennt man dann Schmelzreduktionsverfahren.