Klausur [pdf] - im IEHK

I E H K – Institut für Eisenhüttenkunde
Klausur
Vertiefungsfach 1
Stahlmetallurgie
Univ. Prof. Dr.-Ing. D. Senk
17.03.2008
Nachname, Vorname: Matrikel-Nr.:
Unterschrift:
Aufgabe Punkte
(max.)
1 8
2 8
3 8
4 8
5 8
6 8
7 8
8 8
9 8
10 8
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Punkte Unterschrift Korrektur
Datum
Summe: Summe nach Einsicht:
Gesamtpunkte
(endgültig)
1

Klausur Vertiefungsfach 1
Stahlmetallurgie
Univ. Prof. Dr.-Ing. Dieter Senk 17.03.2008
1. Aufgabe : Pelletieren und Sintern 8 Punkte
a) Nennen Sie sechs Bestandteile der Sintermischung!
3,0 Punkte
b) Das folgende Bild stellt die Zonen während des Sintervorganges und den Temperaturverlauf
über der Tiefe des Sinterbettes (in diesem Beispiel für den Zeitpunkt
5.8 min nach dem Zünden) dar. Nennen Sie bitte den Namen von jeder Zone und
beschreiben Sie die Reaktionen in jeder Zone.
1
6
2
5
3
4
3,0 Punkte
2

c) Wie groß ist die Körnung von Fertigsinter für den Hochofen?
Wie groß ist die Körnung der Pellets?
1,0 Punkte
d) Wann wird die Durchgasung der Sinterschicht schlechter? (mind. 2 Antworten)
1,0 Punkte
3

2. Aufgabe: Metallurgischer Koks 8 Punkte
a) Zeichnen Sie schematisch den Dilatationsverlauf für eine Anthrazitkohle und eine
Gaskohle und kennzeichnen Sie die wichtigsten Stellen.
4,5 Punkte
b) Was wird unter der Bezeichnung „Löschen“ von Koks verstanden und wozu ist
dies nötig? 1,5 Punkte
c) Welche Löschverfahren gibt es? Geben Sie eine kurze Beschreibung der jeweiligen
Verfahren mit Vor- und Nachteilen im Vergleich.
2,0 Punkte
4

3. Aufgabe: Hochofen 8 Punkte
a) Welche Stoffe werden in den Hochofen chargiert und welche Mengen (in kg)
werden jeweils benötigt, um 1 Tonne Roheisen zu erzeugen ?
3,0 Punkte
b) Welche Bedeutung hat der Stickstoff des Heißwindes für den Hochofenprozess?
0,5 Punkte
c) Zeichnen Sie in die beigefügten Koordinatensysteme jeweils den Verlauf der
Temperatur und die entsprechende Gaszusammensetzung vor den Blasformen
ein.
T [°C]
a max
Entfernung von der Blasformspitze [m]
Gaszusammensetzung [%]
a max
2,0 Punkte
Entfernung von der Blasformspitze [m]
5

d) Wie und warum verändert sich die Temperatur vor den Blasformen, wenn kohlenwasserstoffhaltige
Ersatzreduktionsmittel eingeblasen werden?
1,0 Punkte
e) Mit den Möllerstoffen und dem Koks werden Problemstoffe in den Hochofen
eingebracht, die durch die Bildung von Kreisläufen und Ansätzen einen negativen
Einfluss auf den Ofengang haben.
Um welche Elemente handelt es sich? (mind. 3 Nennungen)
1,5 Punkte
6

4. Aufgabe: Thermodynamik 8 Punkte
a) Welche Bedeutung hat die Gibbs´sche freie Enthalpie in der Eisen- und Stahlmetallurgie?
1,0 Punkte
b) Zeichnen Sie ein Richardson-Jeffes-Diagramm für die Bildung von Oxiden und
skizzieren Sie die Kurven für die Bildung von FeO, SiO2, CaO und CO.
3,0 Punkte
c) Leiten Sie das Sauerstoffpotential in allgemeiner Form, ausgehend von der chemischen
Reaktion zwischen dem reinen Metall [Me] und Sauerstoff, her.
3,0 Punkte
7

c) Nennen Sie 2 ideale thermodynamische Prozesse und die Bedingungen, unter
denen sie ablaufen.
1,0 Punkte
8

5. Aufgabe: Konverter 8 Punkte
a) Im Konverter wird Roheisen zu Stahl gefrischt. Die wichtigsten Elemente und ihre
jeweilige Molmasse sind in der Tabelle dargestellt:
Element: C Si Mn P O2
Mass % im RE 4,20 0,80 0,50 0,40 ---
g/mol 12 28 55 31 32
a) Nennen Sie die Oxidationsreaktionen des Prozesses unter Beachtung der Aggregatzustände.
(mind. 4 Nennungen)
2,0 Punkte
b) Berechnen Sie, welche Menge (in kg) an Sauerstoff pro Tonne Roheisen zur
Entkohlung von 4,20 % auf 0,1 % C erforderlich ist.
3,0 Punkte
c) Die Blasstahlverfahren lassen sich in drei Hauptprozeßvarianten unterteilen.
Nennen Sie diese Verfahren mit jeweils einem Beispiel.
3,0 Punkte
9

6. Aufgabe: Direkt- und Schmelzreduktion 8 Punkte
a) Der Betreiber einer Midrexanlage hat eine neue Sorte Eisenerz geliefert bekommen.
Die chemische Analyse des Eisenerzes ist in der unten abgebildeten Tabelle
aufgeführt. Berechnen Sie den theoretischen Bedarf an Reduktionsgas in m³
(STP) pro Tonne Eisenerz bei vollständiger Umsetzung. Das Reduktionsgas enthält
80 % CO und H2 sowie 20 % N2. Wieviel metallisches Eisen liegt nach einer
vollständigen Reduktion vor?
Chemische Zusammensetzung des Eisenerzes in Gew.-%
Fe2O3 SiO2 Al2O3 CaO MgO P S Na2O K2O Mn TiO2 Andere
92,68 6,3 0,31 0,07 0,06 0,02 0,01 0,01 0,01 0,02 0,24 0,27
5,0 Punkte
10

) Nennen sie die fünf wesentlichen metallurgischen und verfahrenstechnischen
Grundlagen des Midrex-Verfahrens.
c) Unter welcher Verfahrensgruppe ist das COREX-Verfahren einzuordnen?
2,5 Punkte
0,5 Punkte
11

7. Aufgabe: Elektrostahlerzeugung 8 Punkte
a) Warum ist die Endschlacke im Elektrolichtbogenofen meist basisch?
(mind. 2 Nennungen) 1,0 Punkte
b) Nennen Sie Gründe für einen künftigen Anstieg des Elektrostahlanteils an der
Gesamtstahlerzeugung.(mind. 4 Nennungen)
2,0 Punkte
c) Es gibt zwei Bauarten des Elektrolichtbogenofens, nämlich Drehstrom- und
Gleichstrom-Elektrolichtbogenöfen. Für den Gleichstrom-Elektrolichtbogenofen
wird eine Bodenelektrode benötigt. Nennen und zeichnen Sie zwei Typen der
Bodenelektrode!
3,0 Punkte
12

d) Am Ende des Schmelzprozesses im Elektrolichtbogenofen wird die Schmelze in
die Pfanne abgestochen. Um dieses durchzuführen, gibt es mehrere Abstichsysteme.
Nennen und zeichnen Sie zwei Abstichsysteme!
2,0 Punkte
13

8. Aufgabe: Sekundärmetallurgie 8 Punkte
a) Wie viel Al wird benötigt, wenn in einer 380t-Schmelze eine Sauerstoffaktivität
von 600 ppm vorliegt und eine Endsauerstoffaktivität von 20ppm angestrebt
wird? Die Ausbringung des Al soll mit 80 % angenommen werden. Weiterhin
beträgt der Reinheitsgrad des Aluminiums 98 %.
MO = 16 g /mol
MAl = 27 g /mol
5,0 Punkte
c) Wie können die Elemente bzw. Verbindungen [S], [C], [O], [H], (Al203) und [Cu]
aus dem Stahl entfernt werden?
3,0 Punkte
14

9. Aufgabe: Stranggießen 8 Punkte
a) Definieren Sie den Begriff „Erstarrung“ und erklären Sie die Erstarrungsvorgänge
Keimbildung, Wärmeübertragung, Volumenkontraktion und Entmischungen (Mikroseigerungen)!
5,0 Punkte
15

) Eine Rundstranggießanlage hat einen Formatdurchmesser von 230 mm. Im
Gießbetrieb wird der Strang mit einer Gießgeschwindigkeit von 3,0 m/min ausgefördert.
Die aktive Kokillenlänge beträgt 800 mm.
Dicke der erstarrten Schicht in mm
350
300
250
200
150
100
50
0
0 2 4 6 8 10
Quadratwurzel aus der Erstarrungszeit min -1/2
1) Wie dick ist die erstarrte Randschicht am Kokillenausgang?
2) Wie groß ist die metallurgische Länge dieser Anlage?
3,0 Punkte
16

10. Aufgabe: Umweltschutz, Recycling 8 Punkte
c) Welches Gesetz fordert für den Betrieb von Anlagen, die schädliche
Umwelteinwirkungen hervorrufen können, die Erteilung einer Genehmigung?
1,0 Punkte
b) Nennen Sie drei unterschiedliche Schrottsorten und geben Sie für jede eine kurze
Definition an. 3,0 Punkte
c) Neben Schlacken fallen in Eisen- und Stahlerzeugungsverfahren weitere Nebenprodukte
oder Prozessabfälle an, die als Sekundärrohstoffe Verwendung finden.
Nennen Sie vier dieser weiteren Nebenprodukte oder Prozessabfälle.
d) Nennen Sie vier Begleit- oder Schadelemente, die mit dem Schrott in den
Stahlkreislauf geraten können.
2,0 Punkte
2,0 Punkte
17