Basisfachklausur Metallurgie von Eisen und Stahl und Recycling

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1 I E H K Institut für Eisenhüttenkunde Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Basisfachklausur Metallurgie von Eisen und Stahl und Recycling Name, Vorname: Matrikel-Nr.: Unterschrift: Aufgabe Punkte (max.) Summe: Punkte (erreicht) Unterschrift Einsicht Punkte (gesamt) Summe nach Einsicht: 1

2 Basisfachklausur Metallurgie von Eisen und Stahl und Recycling Univ. Prof. Dr.-Ing. Dieter Senk Aufgabe: Pelletieren und Sintern 5 Punkte a) Mit welchen Methoden und Anlagen werden Pellets aus Feinerz hergestellt? (mind. 4 Antworten) b) Nennen Sie 6 charakteristische Zonen in der Sinterschicht auf dem Sinterband während des Sintervorganges! 3,0 Punkte 2

3 2. Aufgabe: Metallurgischer Koks 5 Punkte a) Was sind die flüchtigen Bestandteile der Steinkohle? 0,5 Punkte b) Nennen Sie die Hauptbestandteile des Koksofengases! (mind. 5 Nennungen) 2,5 Punkte c) Mit welchen beiden Methoden kann Heißkoks abgekühlt werden? Geben Sie eine kurze Beschreibung beider Verfahren. 3

4 3. Aufgabe: Hochofen 5 Punkte a) Was ist die Kohäsive Zone im Hochofen? 0,5 Punkte b) Was sind direkte Reduktion und indirekte Reduktion im Hochofen? Wo liegt die ungefähre Temperaturgrenze zwischen den beiden Reduktionsarten? 1,5 Punkte c) Skizzieren Sie das Hochofenprofil (Längsschnitt durch einen Hochofen) und benennen Sie die 5 Ofenteile. 3,0 Punkte 4

5 4. Aufgabe: Thermodynamik 5 Punkte a) Verwenden Sie das Heß sche Gesetz, um die Änderung der Enthalpie der folgenden Reaktion zu berechnen. Mn 3 MnCO ( F ) + C( F ) + O = 2 2( G) Gegeben: 2Mn ( F ) O = 2MnO 2( G) ( G) 3 + H 800K = -767,083 kj/mol C + O = CO H 800K = -394,153 kj/mol ( F ) 2( G) 2( G) MnCO = MnO + CO 3( F ) ( F ) 2( G) H 800K = +111,395 kj/mol b) Nennen Sie je ein Beispiel aus der Eisen- und Stahlmetallurgie für den 1.und 2. Hauptsatz der Thermodynamik! b) Ist beim Vergasen von Kohle die Entropieänderung größer oder kleiner als 0? Warum? 1,0 Punkte 5

6 5. Aufgabe: Stahlkonverter 5 Punkte a) Nennen Sie 4 Einsatz- und 3 Produktstoffe (auch Gase) des Konverterprozesses! 3,5 Punkte b) Was sind die Aufgaben von Kalk bei der Stahlherstellung im Konverter? (mind. 2 Nennungen) 1,0 Punkte a) Wie hoch ist etwa die typische Abstichtemperatur beim Stahl-LD-Konverter? (Nur eine Antwort (Kreuz) ist erlaubt!) 0,5 Punkte 1300 C 1400 C 1700 C 1900 C 2000 C 6

7 6. Aufgabe: Direkt- und Schmelzreduktion 5 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 (STP) pro Tonne Eisenerz bei vollständiger Umsetzung. Das Reduktionsgas enthält 80 % CO und H 2 und 20 % N 2. Wieviel metallisches Eisen liegt bei vollständiger Metallisierung nach der Reduktion vor? Chemische Zusammensetzung des Eisenerzes in Gew.-% Fe 2 O 3 SiO 2 Al 2 O 3 CaO MgO P S Na 2 O K 2 O Mn TiO 2 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 7

8 UUUUU7. Aufgabe: Elektrostahlerzeugung 5 Punkte a) Vier Brenner werden im Elektrolichtbogenofen eingesetzt. Zeichnen Sie übliche Positionen der Brenner in das folgende Bild ein! b) Welche Arten von Energie werden in Elektrolichtbogenöfen eingesetzt? (mind. 2 Nennungen) 1,0 Punkte 8

9 c) Wo brennt der Lichtbogen und wie erfolgt die Energieübertragung bei einem AC-Ofen und bei einem DC-Ofen? 9

10 8. Aufgabe: Sekundärmetallurgie 5 Punkte c) Geben Sie eine Formel an, die die Druckabhängigkeit der Stickstofflöslichkeit in Stahlschmelzen beschreibt. 1,0 Punkte b) Nennen und beschreiben Sie die zwei prinzipiellen Verfahren zur Beheizung von Stahlschmelzen und geben Sie jeweils 2 Vor- und Nachteile an! 3,0 Punkte c) Nennen Sie die wichtigsten zwei Oxide, die die Basizität der Schlacke beschreiben! 1,0 Punkte 10

11 9. Aufgabe: Stranggießen 5 Punkte Eine Stranggießanlage hat die Strangabmaße 1785 mm x 250 mm und eine metallurgische Länge von 35,15 m. Der Strang wird mit 0,75 m/min konstant ausgefördert. Die Anlage ist als Zweistranganlage ausgelegt, beide Stränge werden mit denselben Abmaßen betrieben. Die Dichte des flüssigen Stahls beträgt 7 g/cm³, des festen und heißen Stahls 7,4 g/cm³. a) Welche Größe hat die sogenannte Erstarrungskonstante k? 2,5 Punkte b) Wie hoch ist die Jahresproduktion dieser Anlage, wenn 25 volle Tage Stillstand eingerechnet werden müssen und die Anlage ansonsten produziert? 2,5 Punkte 11

12 10. Aufgabe: Umweltschutz, Recycling 5 Punkte a) Nennen Sie eine Definition des Sustainable Development! 1,0 Punkte b) Nennen Sie vier Potentiale zur Energieeinsparung in der Eisen- und Stahlindustrie! d) Welches Gesetz fordert für den Betrieb von Anlagen, die schädliche Umwelteinwirkungen hervorrufen können, die Erteilung einer Genehmigung? 0,5 Punkte e) Nennen Sie die Grundsätze des Kreislaufwirtschaft- und Abfallgesetzes zum Umgang mit Abfällen und Reststoffen. 1,5 Punkte 12