Titel: Ueber die Reduction des oxydirten Eisens mit Kohlenoxyd.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1883, Band 248 (S. 291–293)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj248/ar248121

Ueber die Reduction des oxydirten Eisens mit Kohlenoxyd.

Umfassende Versuche über die Reduction des Eisenoxydes von R. Akermann und Särnström (Berg- und Hüttenmännische Zeitung, 1883 S. 16) ergaben, daſs Eisenoxyd sich sehr leicht zu Magnetit, Fe3O4, reduciren läſst und daſs Eisenoxydul seinen Sauerstoff stärker zurückhält als Magnetit seinen Ueberschuſs an Sauerstoff. Selbst bei 20facher Verdünnung mit Kohlensäure und bei 450° reducirt Kohlenoxyd das Eisenoxyd zu Magnetit; dasselbe geschieht bei 300 bis 350°, wenn das Kohlenoxyd auch nur mit 2,1 Th. Kohlensäure vermischt ist. Erhöht man aber die Temperatur auf 850 bis 950°, so reducirt Kohlenoxyd den Magnetit, auch wenn auf 1 Raumtheil Kohlenoxyd 2,6 Th. Kohlensäure vorhanden sind; ein Gemenge von 3 Th. Kohlensäure auf 1 Th. Kohlenoxyd wirkt aber selbst bei 900° nicht auf den Magnetit ein (vgl. Bell 1882 246 479). Danach kann Bell's Gleichgewichtslage für Magnetit auf alle Mischungen von Kohlenoxyd und Kohlensäure ausgedehnt werden, welche für 100 R.-Th. Kohlenoxyd 300 bis 2000 Th. Kohlensäure enthalten. In einer 2mm dicken Schicht wird alles Eisenoxyd leicht zu Magnetit reducirt, ohne daſs eine weitere Reduction erfolgt, mindestens so lange Kohlenoxyd mit wenigstens 3 Th. Kohlensäure vermischt ist und die Hitze 900° nicht übersteigt. Eisenoxydul läſst sich bei einem Gasverhältnisse von 0,4 und weniger und bei 850° oder etwas mehr Temperatur leicht reduciren; eine vollständige Reduction gelang aber bei keinem Versuch, wenn auch einmal nur etwa 1 Proc. Oxydul übrig blieb, wobei Kohlenoxyd noch mit 40 Proc. Kohlensäure gemengt war. Es scheint fast, daſs die Kohlensäure bei 900° in dieser Beziehung vortheilhaft ist.

Alle Reductionsversuche haben die Annahme anderer Sauerstoffverbindungen des Eisens als die bisher bekannten nicht gerechtfertigt. Versuche, die unter Oxydul reducirten Proben mittels gleicher Mengen Kohlenoxyd und Kohlensäure zu Oxydul zu oxydiren, miſslangen. Wenn auch zur völligen Klarstellung dieser Verhältnisse die Reductionsversuche |292| mit Wasserstoff geschehen müssen, um jede Störung durch Kohlenstoff zu vermeiden, so scheint doch festzustehen, daſs das Oxydul kaum ein bestimmtes Gleichgewichtsverhältniſs bedingen kann, bei welchem die reducirende und oxydirende Einwirkung des Kohlenoxydes und der Kohlensäure einander aufheben. Die Reductionskraft desselben Gasgemenges erhöht sich, wenn die Temperatur von 300 bis 850° steigt; andererseits zeigen auch die Oxydationsversuche, daſs die oxydirende Einwirkung des Gemenges auf metallisches Eisen mit der Temperatur wächst.

Bei einem Versuche hielt man die Temperatur 1½ Stunden lang nur auf etwa 400°, wobei sich so viel Kohlenstoff abschied, daſs die Probe überlief; ging man hingegen schnell auf 850 bis 900°, so lagerte sich nur wenig Kohlenstoff ab, wie dies mit Bell übereinstimmt. War 1 Vol. Kohlenoxyd sogar mit 6,8 Th. Kohlensäure gemengt, so lagerten sich Spuren von Kohlenstoff beim Schmelzpunkt des Zinkes ab, metallisches Eisen war da nicht vorhanden; mithin ist für die Zerlegung des Kohlenoxydes Eisenmetall nicht erforderlich, wie Gruner annimmt (vgl. 1871 202 160. 1872 204 39).

Schon bei 450° kann das Kohlenoxyd mit mindestens 20 Th. Kohlensäure gemengt sein und wirkt doch noch auf das Oxyd reducirend; geht man auf 900°, so verliert das Oxyd sogar in Kohlenoxyd freier Kohlensäure Sauerstoff. Um dem Magnetite bei 850° Sauerstoff zu entziehen, darf das Gas mindestens nicht über 3 Vol. Kohlensäure enthalten; soll dies aber bei 300 bis 350° geschehen, so darf die Kohlensäure nicht 2 Th. übersteigen. Um endlich Oxydul zu erzielen, darf auf 1 Th. Kohlenoxyd nicht mehr wie 0,5 Th. Kohlensäure im Gasgemenge vorkommen.

Hieraus läſst sich nun der geringste Kohlenbedarf eines Hochofens berechnen, wenn es möglich wäre, die Erzreduction ausschlieſslich mit Kohlenoxyd auszuführen. Nach der Formel 3CO + FeO = 2CO + CO2 + Fe müssen für jedes Atom Eisen wenigstens 3 Mol. Kohlenoxyd vorhanden sein. Befindet sich das Erz weiter oben im Ofen im Oxydationsgrade des Magnetits, so dürfen nach der Formel: 9CO + Fe3O4 = 5CO + 4CO2 + 3Fe 5 R.-Th. Kohlenoxyd von höchstens 4 Th. Kohlensäure begleitet sein, während dieselben 5 Th. Kohlenoxyd, soweit die Reduction von Magnetit abhing, doch von mindestens 10 Th. Kohlensäure hätten begleitet sein können. Bestand das Erz von Anfang an aus Oxyd, so bedeutet endlich die Gleichung 6CO + Fe2O3 = 3CO + 3CO2 + 2Fe, daſs die entweichenden Gase, wenn die Endreduction mit Kohlenoxyd erreicht werden soll, mindestens gleiche Raumtheile Kohlenoxyd und Kohlensäure enthalten müssen, während doch Oxyd sich zu Magnetit reduciren läſst mit bis 20 fächern Kohlensäuregehalte. Aus diesen Umständen erhellt am besten, wie ungeheuer die mit der Reduction verbundenen Schwierigkeiten mit den abnehmenden Oxydationsgraden des Eisens wachsen und daſs die Endreduction des Oxyduls vielmehr Kohlenoxyd braucht, als zur theilweisen Reduction höherer Oxydationsstufen nöthig ist. Für alleinige |293| Erzreduction mittels Kohlenoxyd muſs somit auf 1k Eisen durch den Gebläsewind wenigstens 3C : Fe = 0k,643 Kohlenstoff verbrannt werden. Berücksichtigt man noch die vom Roheisen aufgenommenen 4 Proc. Kohlenstoff, so erhält man 0k,657 Kohlenstoff. War das Erz reiner Magnetit, so wurde für je 1k nicht destillirbaren Kohlenstoff höchstens:

(3 × 56 + 4 × 16) : [(9 × 12) × (3 × 12 + 0,04 × 56) : (3 × 12)] = 2k,03

reiner Magnetit aufgegeben; dann wäre der Gehalt der abziehenden Gase an Kohlensäure und Kohlenoxyd dem Volumen nach 0,80 und dem Gewichte nach 1,26. War das Erz aber reines Oxyd, so hatte man:

(2 × 56 + 3 × 16) : [(6 × 12) × (3 × 12 + 0,04 × 56) : (3 × 12)] = 2k,10

Oxyd und die Gasmischung 1,00 bezieh. 1,57.

Soll somit die Reduction nur durch Kohlenoxyd erfolgen, so müssen mit der Gebläseluft mindestens 64k,3 Kohlenstoff auf 100k reducirtes Eisen verbrannt werden. Nun ist wider Erwarten diese Menge in den Hochöfen oft bedeutend geringer, während die Gase nicht an Oxyd reicher sind. Daraus folgt, daſs die Erzreduction im Hochofen nicht bloſs mit Kohlenoxyd erfolgt, sondern auch mit Kohlenstoff. Die Furcht vor Wärmeverlusten bei der Kohlenstoffreduction gegenüber der Oxydreduction hat zu Wege gebracht, daſs der Kohlenverbrauch jetzt in jenem Falle geringer ist, wie er bei der Oxydreduction nie hätte sein können. Die verlorene Wärme ist dort aber durch heiſsere Gebläseluft zu ersetzen, wodurch das Roheisen wieder an Kohlenstoff ärmer und durch die Ueberhitzung an den Formen auch an Silicium reicher wird.

Der Kohlen verbrauch beim Hochofenprozesse hängt hauptsächlich von der Reducirbarkeit der Erze ab und derselbe ist in vielen Fällen, kaum weiter zu vermindern. Nur durch sehr heiſse Gebläseluft mit gleichzeitiger Zuführung von Kohlenoxyd könnte noch Brennstoff erspart werden; dabei müſste dieses Gas aber noch billiger wie im Hochofen selbst darstellbar sein. Das Oxydgas darf dabei nicht, wie Bell will, mit Wasserstoffgas gemengt sein; denn dieses befördert hauptsächlich die Reduction durch Kohlenstoff, welcher die Oxydgaszuführung gerade entgegen wirken würde.

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