Grundlagenwissen Was ist ein Hochofen? Einfach erklärt

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Ein Hochofen ist eine komplette Anlage zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenerz. Er ist ein wichtiger Bestandteil der Stahlherstellung.

Die Stahlherstellung ist ein komplexer Prozess, der in mehreren Schritten abläuft. Der erste Schritt ist die Gewinnung von Roheisen. Dies passiert im sogenannten Hochofenprozess.

Eisenerz, Koks und Zuschläge wie Kalkstein werden in einem Hochofen geschmolzen. Dazu sind sehr hohe Temperaturen nötig. Die Verbrennung von Koks dient als Brennstoff.

Und Koks dient als Reduktionsmittel, um das Eisen aus dem Erz zu lösen. Das Ergebnis ist flüssiges Roheisen. Es weist einen hohen Kohlenstoffgehalt auf.

Das Roheisen wird später zu Stahl weiter verarbeitet.

Bereiche des Hochofens

Die verschiedenen Teile sind folgende:

• Schachtofen: Der Hochofen hat eine hohe, zylindrische Form. Er besteht aus feuerfestem Material.

• Gicht: Der obere Teil des Ofens. Hier wird das Erz eingefüllt.

• Gestell: Der mittlere Teil des Ofens. Hier finden die Hauptreaktionen statt.

• Rennofen: Der untere Teil des Ofens. Hier sammelt sich flüssiges Roheisen.

Wie funktioniert ein Hochofen?

1. Beschickung Oben im Hochofen wird eine Mischung aus Eisenerz, Koks und Zuschlägen (wie Kalkstein) eingefüllt. Diese Schichtfolge wird kontinuierlich nachgefüllt.

2. Heizprozess Im unteren Teil des Hochofens wird heiße Luft eingeblasen. Der Koks verbrennt dabei zu Kohlenstoffdioxid (CO₂).

Außerdem gibt er Wärme ab. Diese hohe Temperatur sorgt dafür, dass das Eisenerz im Ofen schmilzt. So setzen sich dann chemische Reaktionen in Gang.

3. Reduktion Das Kohlenstoffdioxid reagiert weiter mit dem Kohlenstoff im Koks zu Kohlenstoffmonoxid (CO). Das Kohlenstoffmonoxid bindet dann den Sauerstoff aus dem Eisenoxid im Erz. Dadurch entsteht Roheisen und Kohlenstoffdioxid.

4. Abstich Das flüssige Roheisen sammelt sich am Boden des Hochofens. Es wird regelmäßig durch den sogenannten Abstich abgelassen.

Die nichtmetallischen Rückstände werden als Schlacke bezeichnet. Diese Schlacke schwimmt oben auf dem Roheisen. Sie wird ebenfalls abgelassen.

5. Weitere Verarbeitung Das Roheisen wird anschließend in anderen Anlagen weiter verarbeitet, um Stahl herzustellen. Diese Anlagen können Konverter oder Elektroöfen sein.

Die Funktionsweise eines Hochofens im Bild erklärt.

Wie hoch ist die Temperatur?

Es werden sehr hohe Temperaturen erreicht. Das ist nötig, um das Eisenerz zu Roheisen zu reduzieren. Die Temperaturen variieren je nach Zone im Hochofen:

• Trocknungs- und Vorwärmzone (Gichtbereich): 200 bis 400 °C

• Reduktionszone: etwa 1.000 bis 1.200 °C

• Schmelzzone: 1.200 bis 1.600 °C

• Verbrennungszone: bis zu 2.000 C°

Verschiedene Arten

Obwohl das Funktionsprinzip bei allen Hochöfen ähnlich ist, gibt es verschiedene Arten. Sie unterscheiden sich in Design, Größe, Betriebsweise und Zweck.

Die genaue Höhe eines Hochofens hängt von vielen Faktoren ab. Das können die Kapazität, die verwendeten Materialien und die Bauweise des Ofens sein.

Der aktuell weltweit effizienteste Hochofen steht in den Niederlanden.

Klassicher Hochofen: : 30 bis 40 Meter hohe Öfen. Durchmesser bis 15 Meter im Bereich des Gestells. Diese Öfen arbeiten kontinuierlich und produzieren große Mengen Roheisen. Das sind die meisten Hochöfen.

Klein-Hochofen: Geringere Größe und Kapazität als die klassische Bauweise. Diese Öfen sind oft einfacher im Bau und im Betrieb.

Direktreduktionshochofen: Diese Art von Ofen kombiniert die Funktion eines Hochofens mit der Direktreduktionstechnik. Hierbei wird das Eisenerz nicht geschmolzen. Sondern es wird direkt bei niedrigen Temperaturen reduziert. Dadurch braucht diese Ofenart weniger Energie.

Elektrischer Hochofen: Deutlich kleiner als klassische Hochöfen. Diese Öfen nutzen elektrische Energie, um die hohen Temperaturen zu erreichen.

Halbkontinuierlicher Hochofen: Diese Öfen arbeiten nicht dauerhaft. Der Betrieb erfolgt in Chargen. So wird der Ofen in regelmäßigen Abständen befüllt und entleert. Dies ist eine ältere Art an Ofen.

Mikro-Hochofen: Sehr kleine Versionen der Öfen. Diese werden meist zu Forschungszwecken benutzt.

Welche Produkte entstehen bei dem Prozess?

Im Hochofen entsteht Roheisen. Außerdem entsteht Schlacke. Beide Stoffe sind das Ergebnis von chemischen Reaktionen. Diese laufen im Hochofen während der Reduktion des Eisenerzes ab.

Das Roheisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem hohen Kohlenstoffgehalt. Roheisen ist der Ausgangspunkt für die Stahlherstellung. Die weiteren Prozesse sind meist das Sauerstoffaufblasverfahren oder in einem Elektrostahlwerk.

Die Schlacke ist ein Nebenprodukt. Es entsteht aus Verschmutzungen vom Eisenerz und den Zuschlagstoffen (wie Kalkstein). Die Schlacke schwimmt aufgrund ihrer geringeren Dichte auf dem flüssigen Roheisen.

Als weiteres Nebenprodukt entstehen im Hochofenprozess auch Gase. Hauptsächlich Stickstoff, Kohlenmonoxid (CO), Kohlenstoffdioxid (CO₂), und Wasserdampf.

In geringen Mengen entstehen außerdem schwefelhaltige Verbindungen. Diese stammen aus den Verschmutzungen im Koks oder im Erz.

Aus Roheisen wird Stahl

Nachdem das Roheisen gewonnen ist, folgen drei Weitere Schritte in der Stahlherstellung.

• Frischen: Um Roheisen in Stahl umzuwandeln, muss sein Kohlenstoffgehalt reduziert werden. Dies geschieht im sogenannten Konverter. Hier wird Sauerstoff in das flüssige Roheisen eingeblasen. Dadurch wird der überschüssige Kohlenstoff zu Kohlendioxid verbrannt und entweicht. So sinkt der Kohlenstoffgehalt auf unter 2 Prozent. So wird das Material zu Stahl.

• Veredelung: Der entstandene Stahl kann durch das Hinzufügen von Legierungselementen veredelt werden. Das können sein: Nickel, Chrom oder Mangan. Diese Elemente verbessern die Eigenschaften des Stahls. Zum Beispiel seine Härte, Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit.

• Gießen und Walzen: Der flüssige Stahl wird anschließend in Formen gegossen . Dann wird er in Walzwerken zu verschiedenen Produkten weiter verarbeitet. Das können Bleche, Stange oder Drähte sein.

Dekarbonisierung der Stahlindustrie

Die Dekarbonisierung der Stahlindustrie ist wichtig, um die Klimaziele zu erreichen. Die Dekarbonisierung beinhaltet die Reduzierung beziehungsweise Entfernung von Kohlenstoff aus dem Herstellungsprozess von Stahl.

Dies kann auf unterschiedliche Weise geschehen. Zum Beispiel durch den Einsatz erneuerbarer Energiequellen zur Stahlerzeugung. Denn die Stahlproduktion ist eine der energieintensivsten Industrien der Welt.

Vor dem Hintergrund des Klimawandels sind zum Beispiel strombetriebene Hochöfen hoch interessant. Beispielsweise Voestalpine investiert deshalb Milliardensummen. Und auch Thyssenkrupp forscht: Das Unternehmen baut die größte deutsche Direktreduktionsanlage für die Produktion von für CO2-armen Stahl.

Die Stahlindustrie in Deutschland hat sich zum Ziel gesetzt bis 2045 klimaneutral zu produzieren. So soll ein Drittel der gesamten industriellen Emissionen eingespart werden.

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