Die Reduktion der Eisenerze

Inhalt
Thermodynamische Tafeln.- Übersicht.- Abkürzungen und Bezeichnungen.- Tafeln für 17 Verbindungen.- 1. Grundlagen.- 1.1. Gleichgewichte.- 1.1.1. Das System Eisen-Sauerstoff.- 1.1.2. Die Systeme Eisen-Sauerstoff-Wasserstoff und Eisen-Sauerstoff- Kohlenstoff.- 1.1.3. Reduktionsgleichgewichte von Mischkristallen mit Eisenoxyden und von eisenoxydhaltigen Verbindungen.- 1.1.4. Das System FeO-CaO-SiO2 und die Gleichgewichte bei der Erzeugung von Sinter.- 1.2. Grundlagen der Reduktionskinetik.- 1.2.1. Die Erzreduktion als Reaktionsfolge.- 1.2.2. Gasdiffusion in der Strömungsgrenzschicht und den Poren.- 1.2.3. Adsorption.- 1.2.4. Chemisorption.- 1.2.5. Phasengrenzreaktion.- 1.2.6. Keimbildung.- 1.2.7. Transportvorgänge in festen Phasen.- 1.2.7.1. Grundgesetze der Festkörperdiffusion.- 1.2.7.2. Die Stabilität der Oberflächengestalt des Oxyds bei der Reduktion.- 1.2.7.3. Transportvorgänge bei der Reduktion von Mischoxyden und Oxydverbindungen.- 1.2.8. Die direkte Reduktion: Festkörperreaktion zwischen Kohlenstoff und Eisenoxyden.- 2. Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen der Reduktionskinetik.- 2.1. Verfahren und Versuchseinrichtungen zur Messung des Reaktionsablaufs.- 2.1.1. Gravimetrische Meßverfahren.- 2.1.2. Gasanalytische und volumetrische Verfahren.- 2.1.3. Sonderverfahren.- 2.1.4. Herstellung und Untersuchung der Oxydproben.- 2.2. Stoff- und Wärmeübergang durch die Strömungsgrenzschicht.- 2.3. Gas- und Festkörperdiffusion in Schichten der Reaktionsendprodukte.- 2.4. Untersuchungen der Phasengrenzreaktion.- 2.5. Gekoppelter Ablauf von Phasengrenzreaktion und Diffusion.- 2.5.1. Phasengrenzreaktion und Diffusion in den Reaktionsendprodukten.- 2.5.2. Phasengrenzreaktion und Diffusion in reagierenden Schichten.- 2.5.3. Zusammenfassende Betrachtung der Überlagerungen von Phasengrenzreaktion, Gasströmung, Diffusion in reagierenden Schichten und Diffusion in Reaktionsendprodukten.- 2.6. Beobachtungen von Keimbildung und Keimwachstum.- 2.7. Reduktionskinetik von Mischoxyden, Oxydverbindungen und Sinter.- 2.8. Reaktionskinetik der Vergasung von Kohle und Koks.- 3. Gasströmung und Wärmeübergang in körnigen Gütern.- 3.1. Ruhende Schüttgutschicht.- 3.1.1. Strömung in ruhender Schüttgutschicht.- 3.1.1.1. Gleichkornschüttungen.- 3.1.1.2. Mehrkornschüttungen.- 3.1.2. Wärmeübergang in ruhender Schüttgutschicht.- 3.2. Wirbelschicht und Übergang zur Flugstaubwolke.- 3.2.1. Existenzbereich der Wirbelschichten und Flugstaubwolken.- 3.2.2. Besonderheiten der technischen Reaktionsführung in Wirbelschichten.- 4. Technische Durchführungsmöglichkeiten der Eisenerzreduktion (außerhalb des Hochofens).- 4.1. Aufgabenstellung.- 4.1.1. Verfügbare Rohstoffe.- 4.1.1.1. Erze.- 4.1.1.2. Brennstoffe.- 4.1.2. Einteilung der außerhalb des Hochofens arbeitenden Reduktionsverfahren.- 4.1.3. Grenzbetrachtung zum Bedarf an Reduktionsmitteln und Wärme.- 4.1.4. Produkte der außerhalb des Hochofens arbeitenden Reduktionsverfahren und ihre Weiterverarbeitung.- 4.2. Erzreduktion in Flugstaubwolken und Rieselwolken.- 4.2.1. Grenzen des Anwendungsbereichs.- 4.2.1.1. Maximale Reduktionsgeschwindigkeiten.- 4.2.1.2. Günstigste Betriebsdaten und maximale Belastung des Reaktionsraumes.- 4.2.1.2.1. Verbrauch an Reduktionsgas für die chemische Reaktion.- 4.2.1.2.2. Verbrauch an Wärmeträgern.- 4.2.1.2.3. Maximale Belastung des Reaktionsraumes.- 4.2.2. Möglichkeiten einer technischen Durchführung der Erzreduktion in Flugstaubwolken und Rieselwolken.- 4.3. Reduktion in der Wirbelschicht.- 4.3.1. Einsatzmöglichkeiten und Grenzen.- 4.3.2. Verfahrensübersicht.- 4.3.3. Energieverbrauch der Wirbelschichtverfahren und Leistungsvergleich mit dem Hochofen.- 4.4. Reduktion in Retorten.- 4.4.1. Grundlagen des Umsatzes in der Retorte.- 4.4.2. Numerische Berechnung der Reduktion in der Retorte.- 4.4.3. Experimentelle Untersuchung.- 4.4.4. Technische Durchführung der Reduktion in der Retorte.- 4.5. Reduktion im Drehgefäß.- 4.5.1. Arbeitsmöglichkeiten und Problemstellung.- 4.5.2. Reaktionskinetik.- 4.5.3. Vergleich mit dem Experiment.- 4.5.4. Wärmeübergang.- 4.5.5. Vorausbestimmung der Leistung von Drehofenreduktionsanlagen.- 4.5.5.1. Bemessung der Vorwärmzone.- 4.5.5.2. Bemessung der Reduktionszone und der Gesamtanlage.- 4.5.6. Technische Durchführung der Reduktion im Drehofen.- 4.5.6.1. Erzeugung von Eisenschwamm.- 4.5.6.2. Erzeugung von flüssigem Roheisen.- 4.5.6.3. Erzeugung von Rennluppen.- 4.5.6.4. Vorreduktion.- 4.6. Reduktion im Schachtofen (ohne Schmelzung).- 4.6.1. Einsatzbereich.- 4.6.2. Theoretische Grundlagen der Reduktion im Schachtofen mit festem Austrag.- 4.6.2.1. Strömungstheoretische Durchsatzgrenze.- 4.6.2.2. Kinetik der Reduktion im Gegenstrom.- 4.6.2.3. Erste Näherung (rein reaktionskinetische Näherung).- 4.6.2.3.1. Grundsätzliches zu den Rechenbeispielen.- 4.6.2.3.2. Eigenschaften der eingesetzten Stoffe.- 4.6.2.3.3. Rechenbeispiele.- 4.6.2.3.4. Einschränkung der Ergebnisse.- 4.6.2.4. Zweite Näherung (Aufstellen eines mathematischen Modells unter Berücksichtigung des Wärmeübergangs).- 4.6.2.4.1. Temperaturdifferenz zwischen Kern und Oberfläche der Pellets.- 4.6.2.4.2. Reduktion einer (Gleichkorn- bzw. Kugel-) Schüttung im Gegenstrom; Aufstellen der Differentialgleichungen.- 4.6.2.4.3. Lösen der Differentialgleichungen.- 4.6.2.4.4. Ergebnisse des mathematischen Modells.- 4.6.3. Technische Realisierung der Gegenstromreduktion im Schachtofen.- 4.7 Elektroreduktionsverfahren.- 4.7.1. Elektroreduktionsbett mit darüberstehender stückiger Möllersäule.- 4.7.2. Elektroreduktionsbett mit feinkörniger wirbelnder Möllersäule.- 4.7.3. Elektroreduktion mit vorreduziertem Einsatz.- 4.7.4. Sonstige Möglichkeiten der Elektroreduktion.- 4.8. Vorbereitung der Brennstoffe für die Erzreduktion.- 4.8.1. Feste Brennstoffe und Reduktionsmittel.- 4.8.2. Gasförmige Brennstoffe und Reduktionsmittel.- 4.8.2.1. Problemstellung.- 4.8.2.2. Gleichgewichte.- 4.8.2.3. Reaktionsgeschwindigkeiten und technische Realisierung.- 4.8.2.3.1. Endotherme Spaltverfahren.- 4.8.2.3.2. Autotherme Spaltverfahren.- 5. Das Hochofenverfahren.- 5.1. Ansatzpunkte für die physikalisch-chemische Behandlung.- 5.2. Vorbereitung des Möllers.- 5.2.1. Grundzüge der Verfahrenstechnik.- 5.2.1.1. Erzbrech- und Siebanlagen.- 5.2.1.2. Sinteranlagen.- 5.2.1.3. Pelletisierungsanlagen (für Feinsterze).- 5.2.1.4. Sonstige Agglomerierverfahren.- 5.2.2. Anwendung der Reaktionskinetik auf die Möllervorbereitung und betriebliche Ergebnisse.- 5.2.2.1. Sicherung der Gleichmäßigkeit der Durchgasung.- 5.2.2.2. Behandlung der Stückerze.- 5.2.2.2.1. Begrenzung der Erzkörnung nach oben.- 5.2.2.2.2. Begrenzung der Erzkörnung nach unten.- 5.2.2.2.3. Fahrweise der Erzbrech- und Siebanlage.- 5.2.2.3. Behandlung der Feinerze.- 5.2.2.3.1. Züchtung optimal reduktionsgeeigneter Phasen beim Sintervorgang.- 5.2.2.3.2. Selbstgängiger Sinter.- 5.2.2.3.3. Betriebsergebnisse.- 5.2.2.4. Behandlung der Feinsterze.- 5.2.2.4.1. Vorgänge im Pellet während des Brennens.- 5.2.2.4.2. Betriebsergebnisse mit Pellets im Hochofen; Vergleich mit Sinter.- 5.3. Prüfung der Erze für den Hochofen.- 5.3.1. Korngrößenverteilung.- 5.3.2. Mechanische Beständigkeit.- 5.3.3. Dekrepitationsempfindlichkeit.- 5.3.4. Verstaubungsempfindlichkeit.- 5.3.5. Erweichung.- 5.3.6. Reduzierbarkeit.- 5.4. Verhalten von Austauschbrennstoffen im Hochofen.- 5.4.1. Aufgabenstellung.- 5.4.1.1. Heizmittel.- 5.4.1.2. Reduktionsmittel.- 5.4.1.3. Stützgerüst der Beschickung.- 5.4.2. Grundsätzliches zur Vorausberechnung von Hochofenbetriebsdaten bei Austauschbrennstoffen.- 5.4.3. Durchführung der Berechnung.- 5.4.3.1. Vergasung der Austauschbrennstoffe vor den Formen.- 5.4.3.2. Beeinflussung der Reaktionen im Hochofen durch Austauschbrennstoffe, wenn die Formengastemperatur konstant gehalten wird (d. h. Erhöhung der Windtemperatur).- 5.4.3.3. Beeinflussung der Reaktionen im Hochofen durch Austauschbrennstoffe bei konstant gehaltener Windtemperatur (d. h. Absenkung der Formengastemperatur).- 5.4.4. Vergleich mit der…

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