Ein Hochofen ist eine Anlage in Schachtofenbauweise, in der Eisen durch Reduktion von Eisenoxid gewonnen wird.

Der Hochofen wird schichtweise mit zwei wesentlichen Rohstoffen von oben beschickt: dem so genannten Möller und Hochofenkoks. Als Möller (vom altdeutschen Gemisch) wird dabei das Eisenerz (meist in Form von Naturerzen oder als Abbrände vom Rösten sulfidischer oder carbonatischer Eisenerze) bezeichnet, das mit Zuschlagstoffen (z.B. Kalk und Dolomit) (zur Verringerung des Schmelzpunktes der Erze und besserer Verflüssigung des Gemisches) versetzt wird.

Die Rohstoffe werden mit Förderkübeln (Hunte) über einen Schrägaufzug zur Einfüllöffnung (der Gichtglocke) oben am Hochofen befördert, entleert, und über ein Doppelglockenschleusensystem ins Innere gebracht. Bei modernen Hochöfen werden an dieser Stelle mitterweile Förderbänder eingesetzt, die zwei Materialbehälter abwechselnd mit Erzen, Zuschlagstoffen und Koks befüllen.

Am Fuß des Hochofens oxidiert der aus Koks und Sauerstoff aus der Luft gebildete Kohlenstoffmonoxid zu Kohlenstoffdioxid, der dazu notwendige Sauerstoff wird dem Eisenoxid entzogen, das dadurch zu Eisen reduziert wird. Der verflüssigte Hochofeninhalt wird unten am Ofen durch eine Öffnung entnommen; diese Öffnung ist normalerweise mit einer keramischen Masse verschlossen und wird periodisch beim so genannten Abstich angebohrt. Der ausfließende Inhalt wird in der an den Ofen angrenzenden Abstichhalle über ein Rinnensystem im Boden geleitet, und von der aufgrund ihrer geringeren Dichte auf dem Roheisen schwimmende Schlacke getrennt. Die Abscheidevorrichtung wird auch Fuchs genannt, da sie so 'schlau' ist, zwischen dem Eisen und der Schlacke zu unterscheiden. Die meisten Hochöfen besitzen aber zwei Abstichvorrichtungen. Eine für die Schlacke und eine etwas tieferliegende für das flüssige Eisen. Auch hier trennt die Dichte die beiden Stoffe.

Der Prozess im Hochofen wird mittels unten am Hochofen eingeblasener heißer Luft (dem so genannten Wind) in Gang gehalten. Dieser für den Betrieb wichtige Wind wird in Winderhitzern (Cowper) auf Temperatur gebracht. Neben der Funktion der Sauerstoffversorgung sorgt der Wind auch für die Verwirbelung der zugefügten Rohstoffe, die sonst nur am Ofengrund zusammenbacken würden und nicht mehr zu erhitzen wären. Kommt es einmal zu einer Verbackung, wird mit dem Vorgang des Stauchens (kurze Unterbrechung des Windes) versucht diese wieder aufzulösen. Das Stauchen entspricht dem Schüren eines Ofenfeuers, bei dem der Luftzug durch zuviel Asche auf dem Gitter zu erliegen droht. Der Hochofen ist ein Gegenstromreaktor: Während das eingefüllte Material von oben nach unten durch den Reaktor läuft, strömen die entstehenden Reaktionsgase (die Gichtgase) von unten nach oben. Sie werden oben an der Gicht entnommen, von Rauchpartikeln gereinigt und weiterer Verwendung in der chemischen Industrie zugeführt bzw. zur Heißlufterzeugung verbrannt.

Die Außenwand des Hochofens wird über eine Wasserkühlung permanent gekühlt. Früher war das Kühlsystem offen ausgeführt, dass heißt Wasser wurde kalt in die Ofenwand geleitet und wurde dann in einem Kühlturm wieder abgekühlt. Das brachte einen großen Wasser- und Energieverlust mit sich. Die neuen Hochöfen sind mit geschlossenem Kühlkreisläufen ausgestattet. Der „weiße Riese“ in Duisburg hat zum Beispiel fünf verschiedene Kühlkreisläufe, die alle separat in sich geschlossen sind. Wasser, das durch Temperaturschwankungen oder Verlust verloren geht, wird durch spezielles Wasser mit 0,1 °dH ersetzt.

Der eigentliche Hochofen ist meist 25-30 m hoch, die Gesamtanlage bis zu 60 m. Der „weiße Riese“ in Duisburg hat eine Ofenhöhe von 42 m und einen Gestelldurchmesser von 14 m.

Mittlere Hochöfen erreichen 6000 t, große Hochöfen erreichen Tagesleistungen von bis zu 13.000 t Roheisen.

Hochöfen werden kontinuierlich betrieben und sind rund 10 Jahre in Betrieb. Nach dem Ende dieser sogenannten Ofenreise muss der eigentliche Hochofen erneuert werden.

Wichtige grundsätzliche chemische Reaktionsgleichungen:

(1) (Energie liefernde Verbrennung des Koks)

(2) (Erzeugung des gasförmigen Reduktionsmittels Kohlenstoffmonooxid)

(3) (Reduktion des Eisenoxids zu elementarem Eisen)

Reaktion (1) liefert einerseits die Energie für den gesamten Prozess. Da der Sauerstoff in Form eingeblasener, vorgewärmter Luft zugeführt wird, verläuft die Reaktion so heftig, dass Temperaturen bis über 2000 °C erreicht werden. Man kann sich diesen Effekt an einem Grillfeuer klar machen, dessen Kohle heftig weiß aufglüht, wenn man mit einem warmen Föhn darauf bläst. Andererseits liefert die Reaktion das Kohlenstoffdioxid CO₂, das für Reaktion (2) benötigt wird.

Reaktion (2) liefert das giftige Kohlenstoffmonoxid CO, das als eigentliches Reduktionsmittel im Hochofen wirkt. Im Gegensatz zum festen Kohlenstoff kann das gasförmige CO alle Oberflächen der Eisenoxide leicht erreichen und dort reagieren. Diese Reaktion ist eine typische Gleichgewichtsreaktion. Bei hohen Temperaturen liegt das Gleichgewicht rechts, bei niedrigen links.

Reaktion (3) zeigt in zusammengefasster Form die Reduktion des typischen Eisen (III)-Oxids (Roteisenstein, Rost). Tatsächlich verläuft sie über mehrere Zwischenstufen, die in unterschiedlichen Zonen des Hochofens ablaufen:

Es entsteht der stärker eisenhaltige Magnetit (Magneteisenstein)

Es entsteht Eisen (II)-Oxid

Es entsteht metallisches Eisen, das sich unten im Hochofen ansammelt...

Dieser Text wurde mit Hilfe der Wikipedia Seite erstellt.

Hier der Link zum Original dazu http://de.wikipedia.org/wiki/Hochofen