Indirekte Reduktionszone

Ein weiteres Absenken der Eisenerze im Hochofen führt in die Temperaturzone von 400 °C bis 800 °C. In diesem Bereich findet die sogenannte indirekte Reduktion der Erze zu Eisen durch das Kohlenmonoxid statt.

Hochofen-Prozess, chemische Vorgänge, Trocknungszone, Vorwärmzone, Indirekte Reduktion, Direkte, Aufkohlung, Schmelze, Schlacke

Abbildung: Zonen im Hochofen

 

Das Kohlenmonoxidgas (\(CO\)) wird durch Aufnahme des im Eisenoxid enthaltenen Sauerstoffs (\(O\)) dabei zu Kohlendioxid (\(CO_2\)) oxidiert. Die indirekte Reduktion kann in mehrere Zwischenreaktionen gegliedert werden, wobei der Eisengehalt in den Erzen stetig zunimmt und letztlich reines Eisen entsteht. Zunächst wird der schwach eisenhaltige Magnetit (\(Fe_3O_4\)) durch das Kohlenmonoxid (\(CO\)) zu eisenhaltigerem Hämatit (\(Fe_2O_3\)) reduziert. Anschließend folgt die Reduktion des Hämatits zu sogenanntem Wüstit (\(FeO\)), bevor dieser abschließend zu Eisen (\(Fe\)) reduziert wird:

\begin{align}\;\;\;\;\;
\label{indirekt}
3~Fe_2O_3 &~+~ CO  &&\rightarrow~ 2~Fe_3O_4 &&+ ~CO_2 ~~~~~~ \text{(Hämatit} \rightarrow \text{Magnetit)} \\[5px]
Fe_3O_4 &~+~ CO  &&\rightarrow~ 3~FeO &&+ ~CO_2 ~~~~~~ \text{(Magnetit} \rightarrow \text{Wüstit)} \\[5px]
FeO &~+~ CO &&\rightarrow~ Fe &&+ ~CO_2 ~~~~~~ \text{(Wüstit} \rightarrow \text{Eisen)} \\[5px]
\end{align}

Lediglich die letzte Reaktion von Wüstit zu Eisen ist exotherm und liefert Wärme. Die freiwerdende Wärme reicht jedoch als Wärmelieferant für ersten beiden endothermen Reaktionen aus. Die Gesamtbilanz bleibt somit exotherm. Dennoch ist die Temperatur in dieser indirekten Reduktionszone mit 400 °C bis maximal 800 °C zu gering, um das reduzierte Eisen zu schmelzen! Die Konsistenz des Eisens ist deshalb nach wie vor fest. In den ungeschmolzenen Eisenerzen befinden sich somit immer noch nichtreduzierte Eisenoxide. Auch eine ungünstige Aufhäufung der Erze kann an den Kontaktstellen eine Gasdurchströmung erschweren und somit nicht-reduziertes Eisenerz zurücklassen. Spätestens wenn jedoch in den tieferen und heißeren Schichten der Schmelzvorgang eintritt, kann eine nahezu vollständige Reduzierung der Eisenerze erfolgen.