Kapitel 4.5 Direkt- und Schmelzreduktion Flashcards
Was ist ein Direktreduktionsverfahren?
In einem Direktreduktionsverfahren wird Eisenerz mit Hilfe von Reduktionsmitteln wie Gas oder Kohlenstaub unter Umgehung der schmelzflüssigen Phase reduziert.
Erklären Sie das Corex-Verfahren
Das Verfahren besteht aus zwei Bestandteilen: Direktreduktionsstufen im Schachtofen und Einschmelzvergaser. In der Direktreduktionsstufe wird das Eisenerz unter Zuhilfenahme der im Eisenschmelzvergaser erzeugten Gase vorreduziert. Im Eisenschmelzvergaser werden Kohle und etwas Koks auf einem Bett unterstöchiometrisch vergast; die dabei entstehende Energie wird zum Aufschmelzen und Aufkohlen des Eisenerz verwendet.
Erkläre das Midrex-Verfahren
Im Midrex-Verfahren werden Eisenerz und Pellets im Schachtofen, der nach dem Gegenstromprinzip arbeitet, reduziert. Die Reaktionstemperatur beträgt ca. 800-900°C. Im unteren Teil wird das so reduzierte Erz abgekühlt. DAs Reduktionsgas wird mit Hilfe von Reformern aus Erdgas gewonnen.
Nennen und beschreiben sie die Reaktionsgefäße, nach denen die verschiedenen Schmelzreduktionsverfahren unterteilt sind!
- Eisenbadreaktor:
Vorreduziertes Erz wird mit Kohle und Sauerstoff geschmolzen und fertig reduziert. - Einschmelzvergaser:
Reduzierung von Stückerz zu Eisenschwamm im ersten Schritt, Einschmelzen des Eisenschwamms im zweiten Schritt
Unter welcher Verfahrensgruppe ist das COREX-Verfahren einzuordnen?
Schmelzreduktion
Nennen sie die fünf wesentlichen metallurgischen und verfahrenstechnischen Grundlagen des Midrex-Verfahren
Dampfreformer, Kühlen des DRI, Reduktion in fester Phase, Recycling des Topgases, Heißbrikettieranlage, Reduktion im Gegenstromprinzip
Eine Midrexanlage verbraucht pro Tag 500t Pellets. Diese haben einen Gangart- und Schlackenbildneranteil von insgesamt 24%, der Rest besteht aus Hämatit. Berechnen Sie idealisiert den Tagesbedarf dieser Anlage für das Reduktionsgas aus Wasserstoff (H2) und Kohlenmonoxid (CO) im m^3(STP)
Benennen Sie die Reduktionsstufen!
3Fe2O3 + H2 -> 2Fe3O4 + H2O
2Fe3O4 + 2H2 -> 6 FeO + 2H2O
Nettoreaktion: Fe2O3 + H2 -> 2FeO + H2O
FeO + H2 -> Fe + H2O
Analog: CO -> CO”
M(Fe) = 55,85 g/mol
500t*0,76 = 380 t = 380000kg Hämatit
380000 kg = 2375 kmol Hämatit => 2375 kmol Reduktionsgas => 2*2375 kmol FeO
-> 4750 kmol FeO
-> 4750 kmol H2 werden in der dritten Stufe benötigt
-> Es werden insgesamt 7125 kmol Reduktionsgas benötigt (7125 kmol*22,4l/mol = 159671 m^3 Reduktionsgas)
Welche der aufgeführten Gase wirken reduzierend und welche oxidieren?
H2, CO2, CO, H2O
H2, CO2, CO, H2O
Red, Ex, Red, Ox
Beschreiben Sie stichpunktartig die Grundlagen der Direktreduktion anhand der unten aufgeführten Unterpunkte!
-Art und Beschaffenheit der Einsatzstoffen (mind. 2 Antworten)
-Art und Beschaffenheit der Reduktionsmittel (2 Antworten)
-Ausgangsstoffe für die Herstellung der Reduktionsmittel (2 Antworten)
-Produktionsbezeichnungen und Besonderheiten
-Einsatzstoffe:
“rohe” EIsenträger
Pellets (fest)
Stückerz (fest)
Nicht verkohlbare Kohle
-Reduktionsmittel:
CO-Gas und H”-Gas aus dem Reformer
Selbstreduzierender Pellets
-Ausgangsstoffe für die Herstellung von Reduktionsmittel:
Kohlenwasserstoffhaltige Brennstoffe
Erdgas
Gichtgas HO
Abgas Direktreduktionsanlage (CO2)
Kohlevergasung
-Produktbezeichnung:
DRI (Direct Reduced Iron)
HBI (Hot Briquetted Iron)
Hoher metallischer Reinheitsgrad, große Oberfläche -> Neigung zur Selbstentzündung -> Passivierung (Einstäubung mit Kohlenstoff) oder Verringerung der Oberfläche (Brikettierung) notwendig
Zur Erzeugung des Reduktionsgases im Midrexprozess wird Erdgas benutzt. Der Katalysator im Gasreformer ist:
(ankreuzen, was richtig ist)
-Nickel
-Mangan
-Platin
Nickel
Der Betreiber einer Midrexanlage hat eine neue Sorte Eisenerz geliefert bekommen. Die chemische Analyse des Eisenerzes ist unten abgebildet. Berechnen sie den theoretischen Bedarf an Reduktionsgas (STP) pro Tonne Eisenerz bei vollständiger Umsetzung. Das Reduktionsgas enthält 80% CO und H2 und 20% N2. Wie viel metallisches Eisen liegt nach der Reduktion vor?
(in Gew.-%):
Fe2O3: 92,68
SiO2: 6,3
Al2O3: 0,31
CaO: 0,07
MgO: 0,06
P: 0,02
S: 0,01
Na2O: 0,01
K2O: 0,01
Mn: 0,02
TiO2: 0,24
Andere: 0,27
M(Fe)= 55,85 g/mol (55,85 kg/kmol)
M(O)=16 g/mol (16 kg/kmol)
92,68% Fe2O3 => 926,8 kg Fe2O3 = 5,8 kmol Fe2O3
A: Hämatit
Fe2O3 + 3CO (H2) = 2Fe + 3CO2 (H2O)
5,8 kmol Fe2O3 ≡ 17,4 kmol CO (H2) -> 11,6 kmol Fe + 17,4 kmol CO2 (H2O)
Es wird insgesamt 17,4 kmol Reduktionsgas benötigt.
1 mol Gas = 22,4 l (oder 1kmol Gas = 22,4 m^3)
d.h. 17,4 kmol Reduktionsgas -> 17,4 *22,4 = 389,76 m^3
Reduktionsgas Verbrauch -> 389,76/0,8 = 487,2 m^3
Metallisches Eisen: 11,6 kmol = 650 kg
Welcher Verfahrensgruppe ist das HIsmelt-Verfahren zuzuordnen?
Schmelzreduktion, Eisenbadreaktor
Nennen Sie drei Produkte alternativer Eisenerzeugungsverfahren
Eisenschwamm = DRI
Eisenschwamm heißbrikettiert = HBI
Eisenschwamm kaltbrikettiert =CBI
Eisencarbid = iron carbide
Geben Sie Gleichungen zur Berechnungen des Oxidationsgrades und des Reduktionsgrades von Reduktionsgas an!
Oxidationsgrad O=
Reduktionsgas R=
O=((H2O+CO2)*100)/(H2+CO+H2O+CO2)
R= ((H2+CO)*100)/(H2+CO+H2O+CO2)
Geben sie den Unterschied der Direktreduktion gegenüber der Stahlherstellung über die Hochofen- und Konverter-Route an!
Reduktion von Eisenerz mit Reduktionsmittel im festen Zustand, d.h. ohne Erreichen der flüssigen Phase
Einsatz: feinkörnige Erze oder stückige Pellets
Produkt: Eisenschwamm (DRI, Direct Reduced Iron)
Temperaturbereich: 600-1000°C
der Vorteil der Direktreduktion im Vergleich zum Hochofen liegt im Verzicht auf Koks.
Geringe Produktion, kleine Produktionseinheiten, flexibel hinsichtlich Produktion.
