zum Basisfach Metallurgie von Eisen und Stahl und Recycling Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dieter Senk Lehrstuhl für Metallurgie von Eisen und Stahl 2004
Kapitel 1&2 Eisenerzaufbereitung 1. Erläutern sie die Prozessschritte der Stahlerzeugung mit Eisenerz! 2. Welche Einsatzformen vom Eisenerz sind möglich? 3. Was ist Hämatit und was ist Magnetit? 4. Warum ist die Agglomeration der Eisenerze nützlich? 5. Nennen Sie Ziele und Methoden der Eisenerzaufbereitung! 6. Was ist Sinter? Was sind Pellets? Nennen Sie deren Vorteile! 7. Was sind die Bestandteile der Sinterrohmischung? 8. Wie funktioniert eine Sinteranlage? 9. Was ist ein Saugkasten in einer Sintermaschine? 10. Nennen Sie bitte fünf Zonen auf dem Sinterband während des Sintervorganges? 11. Mit welche Methoden und Anlagen werden Pellets hergestellt? 12. Was ist ein Grünpellet? 13. Was sind die Bindungsmechanismen der Grünpelletherstellung? 14. Mit welchen Methoden kann die Festigkeit von Grünpellets erhöht werden? 15. Wie groß ist die Körnung von Fertigsinter für den Hochofen? Wie groß ist die Körnung der Pellets? 16. Bei welcher Temperatur werden Pellets gehärtet? 17. Was ist Kohle? Was ist Braunkohle? Was ist Koks? 18. Nennen Sie die Stadien des Verkokungsvorganges? 19. Was sind die flüchtigen Bestandteile der Kohle? 20. Wie groß ist ein typisches Koksstück? 21. Wie wird heute Koks erzeugt? 22. Wie lange dauert der Verkokungsvorgang in einem Kammerofen? 23. Nennen Sie die Stadien der Koksbildung geordnet nach den Temperaturbereichen! 24. Mit welchen Methoden kann Heißkoks abgekühlt werden? 25. Nennen Sie die Hauptbestandteile des Koksgases!
Kapitel 3&4 Thermodynamik, Reduktion, Hochofen 1. Nennen Sie die Hauptbestandteile von Koksofengas! 2. Was für eine Art von Aggregat ist der Hochofen? 3. Nennen Sie alle Input-Stoffe eines Hochofens! 4. Nennen Sie alle Output-Stoffe eines Hochofens! 5. Skizzieren Sie einen Hochofen und benennen Sie die Hauptbestandteile! 6. Wie ist ein Hochofen aufgebaut und was ist die typische Temperatur des Heißwindes? 7. Woraus besteht die Möllerung eines Hochofens? 8. Was geschieht in der Wirbelzone? 9. Benennen Sie die chemischen Formeln der folgenden Reaktionen: a. Kontakt zwischen Koks und Heißwind. b. Kontakt zwischen Koks mit dem primären Reaktionsgas. 10. Was ist Gichtgas? Nennen Sie die typische Zusammensetzung von Gichtgas! 11. Was geschieht mit den Eisenerzträgern beim Absinken von der Gicht bis zum Abstichloch des Hochofens? 12. Nennen Sie die chemischen Formeln für die folgenden Reaktionen: a. Reduktion von Hämatit zu Magnetit durch CO. b. Reduktion von Magnetit zu Wüstit durch CO. c. Reduktion von Wüstit zu Eisen durch CO. 13. Was versteht man unter Kohlenstaub-Injektion? 14. Nennen Sie die Zusammensetzung von Roheisen! 15. Nennen Sie die Aufgaben des Kokses im Hochofen! 16. Was sind die Aufgaben der Schlacke im Hochofen? 17. Was ist der Unterschied zwischen direkter Reduktion und indirekter Reduktion? Wo liegt die ungefähre Temperaturgrenze zwischen den beiden Reduktionsarten? 18. Was ist die Basizität bei der Beschreibung von Schlacken? 19. Wie gelangt Schwefel in den Hochofenprozess? Mit welchen Mitteln wird verhindert, dass Schwefel vollständig im heißen Metall in gelöst wird? 20. Mit welchen Mitteln wird die Entschwefelung nach dem Abstich durchgeführt? 21. Skizzieren Sie das Baur-Glaessner-Diagramm und benennen Sie die Phasen!
22. Markieren Sie im Baur-Glaessner-Diagramm den Punkt: 1000 C, CO 2 /CO=0,4 bei p=1 bar! Was geschieht mit einem Stück reinen Eisen unter diesen Bedingungen? 23. Skizzieren Sie das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm zwischen 0 und 7 Gew.-% Kohlenstoff, benennen Sie die Phasen und charakteristischen Temperaturen und markieren Sie den Bereich des flüssigen Roheisens! 24. Zeichnen Sie ein Richardson-Jeffes-Diagramm für die Bildung von Oxiden und Skizzieren Sie die Kurven für die Bildung von FeO, SiO 2, CaO, CO 2 und CO (nach der Boudouard-Reaktion)! 25. Was ist der so genannte Tote Mann in einem Hochofen und was passiert in diesem Bereich?
1. Was bedeutet Direktreduktion? 2. Was ist DRI, HBI und CBI? Kapitel 5(4a) Direkt und Schmelzreduktion 3. Wie hoch ist die weltweite Stahlproduktion durch Direktreduktionsverfahren im Vergleich zur gesamten Weltstahlproduktion? 4. Warum muss heißes DRI nach der Reduktion behandelt werden? 5. Durch welche Maßnahmen kann DRI vor Rückoxidation geschützt werden? 6. Beschreiben sie die Direktreduktion anhand des Midrex-Verfahrens! 7. Welche Reduktionsmaterialien werden im Midrex-Prozess genutzt? 8. Wie wird das Reduktionsgas hergestellt? 9. Was bedeuten Sticking und Plating? 10. Nennen Sie andere Typen von Aggregaten, die zur Direktreduktion eingesetzt werden! 11. Welche sind die Vor- und Nachteile von Direktreduktionsverfahren verglichen mit dem Hochofenprozess (Wirtschaftlich, technologisch, in Hinsicht der Rohstoffe, Produktionskapazität)? 12. Was sind selbstreduzierende Briketts bzw. Pellets? 13. Was ist Schmelzreduktion? 14. Was ist das Produkt des Schmelzreduktionsprozesses? 15. Welche sind die Vor- und Nachteile von Schmelzreduktionsverfahren verglichen mit dem Hochofenprozess (Wirtschaftlich, technologisch, in Hinsicht der Rohstoffe, Produktionskapazität)? 16. Beschreiben sie die Schmelzreduktion anhand des COREX -Verfahren! 17. Beschreiben sie andere Schmelzreduktionsverfahren neben dem COREX - Verfahren! 18. Wie lassen sich das Midrex- und das COREX -Verfahren sinnvoll in einem Werk kombinieren? 19. Zwei neue Stahlwerke sollen errichtet werden. Folgende Randbedingungen sind gegeben: a. 4 Mio. t/a, Flachprodukte für Automobilanwendungen, Mitteleuropa b. 1 Mio. t/a, Langprodukte für hochwertige Anwendungen, Mittlerer Osten. Stellen sie ein Entwurf für jedes Werk auf: Rohstoffe, Aggregate, Materialfluss.
Kapitel 6&7 Stahlerzeugung: Konverter & Lichtbogenofen 1. Was ist die Hauptquelle für Schwefel [S] im Roheisen? 2. Wie kann die Entschwefelung verstärkt werden? 3. Benennen Sie zwei Roheisenentschwefelungsmittel und Anwendungsverfahren! 4. Welche Abstichtemperatur besitzt Roheisen aus dem Hochofen? 5. Welchen Kohlenstoffgehalt besitzt Roheisen? 6. Was sind die Hauptaufgaben des Konverters im Stahlwerk? 7. Benennen Sie die Unterschiede zwischen dem Bessemer- und dem Thomasverfahren! 8. Wie lauten die Unterschiede zwischen Thomas- und LD-Verfahren? 9. Benennen Sie 4 Einsatz- und 4 Produktstoffe oder Gase der Konverterprozesses! 10. Benennen Sie 5 Oxidationsreaktionen im Konverter! 11. Wie hoch ist die Abstichtemperatur beim Konverter? 12. Warum wird ein Schlackerückhaltesystem beim Konverterabstich benötigt? 13. Wie ist der Einfluss von Silizium [Si] auf die Entkohlungsrate? 14. Benennen Sie 4 Hauptbestandteile einer Blaslanze! 15. Was ist die Aufgabe von Kalk bei der Stahlherstellung? 16. Benennen Sie 4 wichtige Messgrößen im Stahlwerk! 17. Was für eine spezielle Anlage wird für die Herstellung von chromhaltigen rostfreien Stählen verwendet? 18. Welch Rolle spielt Schrott bei der Konverterstahlerzeugung? 19. Skizzieren Sie einen Gleichstrom- [DC] und Wechselstromlichtbogenofen [AC]! 20. Benennen Sie 4 Hauptbestandteile eines DC Lichtbogenofens! 21. Wie kann der Verbrauch von Feuerfestmaterial im EAF gesenkt werden? (mehrere Möglichkeiten) 22. Wo brennt der Lichtbogen bei einem a) AC-Ofen b) DC-Ofen? 23. Nennen Sie 4 Maßnahmen zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Lichtbogenofens! 24. Was ist Schaumschlacke und welche Vorteile sollen mit Schaumschlacke im EAF erzielt werden?
Kapitel 8 Sekundärmetallurgie, Pfannenmetallurgie 1. Wo in der Prozessroute der Stahlerzeugung ist die Sekundärmetallurgie (Pfannenmetallurgie) angeordnet? 2. Nennen sie einige Aggregate, die in der Pfannenmetallurgie verwendet werden! 3. Nennen sie chemische Behandlungsmethoden in der Pfannenmetallurgie! 4. Nennen sie physikalische Behandlungsmethoden in der Pfannenmetallurgie! 5. Nennen Sie die Methoden der Pfannenmetallurgie! 6. Nennen Sie die wesentlichen Ziele der Pfannenmetallurgie! 7. Skizzieren Sie einen Vielzweck-Vakuumbehandlungsstand! 8. Was ist ein Pfannenofen? Skizze! 9. Was ist ein Entgasungstank? Skizze! 10. Was ist eine RH-Entgasungsanlage? Skizze! 11. Geben Sie die Reaktionsgleichungen für chemisches Heizen mit Aluminium an! Wie hoch ist der Temperaturanstieg? 12. Was bedeutet Stahlreinheit? Was sind Verunreinigungen im Stahl? 13. Geben sie mindestens vier Desoxidationsreaktionen an! 14. Geben sie Reaktionen für die Entschwefelung in der Pfannenmetallurgie mit CaO an! 15. Geben Sie einige Beispiele für die Entschwefelung in Pfannenmetallurgie an! 16. Zeichen Sie ein Diagramm der Gaslöslichkeit über die Temperatur (sol.- liq.)! 17. Was ist das Vacher-Hamilton-Gleichgewicht? Geben Sie die Werte für 16OO C an! 18. Wie kann die Schmelze in der Pfanne gerührt werden? 19. Nennen Sie sechs Funktionen der Schlacke in der Pfannenmetallurgie! 20. Welche Bedeutung haben C 2 S (C 3 S, C 3 P, C 4 P) in der Schlackendarstellung? 21. Zeichnen Sie das Dreiphasendiagramm CaO-Al 2 O 3 -SiO 2! 22. Wie lautet die Definition der Aktivität in der Thermodynamik! 23. Wie können die Elemente bzw. Verbindungen S, C, O, H, Al 2 0 3 und Cu aus Stahl entfernt werden? 24. Wie kann Schmelze in der Pfanne beheizt werden? 25. Wie kann die benötigte Gießtemperatur der Schmelze genau eingestellt werden?
Kapitel 9 Stranggießen 1. An welcher Stelle ist Stranggießen in der Prozeßkette der Stahlherstellung einzuordnen? 2. Nennen Sie mindesten sechs Bauteile einer Stranggießanlage! 3. Nennen Sie drei Hauptgruppen von Stranggießanlagen! 4. Woraus bestehen die Wände einer Stranggießkokille und warum? 5. Skizzieren Sie eine Stranggußanlage und benennen Sie die wichtigen Bauteile. 6. Nennen Sie drei unterschiedliche Erstarrungsstrukturen. 7. Was ist eine Mikroseigerung? 8. Was ist eine globulitische Ablagerung? 9. Welche Kristallgitter von Eisen treten während der Erstarrung und Abkühlung auf? Nennen Sie Beispiele! 10. Nennen Sie die verschiedenen Formate von Stranggussprodukten (dick, mittel, dünn, lang, lang-dünn)! 11. Wie können Sie die Jahreskapazität einer Stranggießanlage berechnen? 12. Was ist das Wurzel-t -Gesetz der Erstarrung? Geben Sie die Gleichung an? 13. Wie wird die Schmelze während des Gießens gegen Rückoxidation abgesichert? 14. Wie sind die Mechanismen der Bildung von Oszillationsmarken? 15. Was sind die primäre und sekundäre Kühlzonen in einer Stranggießanlage? 16. Wie können Sie das endabmessungsnahe Gießen definieren? 17. Was sind die Haupteigenschaften einer Dünnbrammenstranggießanlage und einem Walzwerk? 18. Was sind Beam-blanks? 19. Wie kann man den Schmelzdurchfluss zwischen dem Verteiler und der Kokille regulieren? 20. Was sind die Aufgaben von Gießpulver (oder Gießschlacke)? 21. Was ist das Bandgießverfahren? 22. Was ist der Unterschied zwischen Einschluss und Ausscheidung? 23. Was ist die Makroseigerung? Kennen Sie deren Mechanismus? 24. Berechnen Sie die Schalendicke in der Kokille nach 0,64 Min.! Gießenskonstante C=20mm.min -0,5. Geben Sie Gleichung und das Ergebnis an! 25. Was ist die maximale metallurgische Länge einer Stranggießanlage?
Kapitel 10, 11, 12 Schlacken, Schrott, Umweltschutz, Nachhaltige Entwicklung 1. Nennen Sie vier Hauptbestandteile der Hochofenschlacke! 2. Nennen Sie vier Hauptbestandteile der Konverterschlacke! 3. Nennen Sie vier Hauptbestandteile von Schlacken der Pfannenmetallurgie! 4. Nennen Sie Netzwerkbilder und wandler von Schlacken! 5. Wie ist die Basizität der Schlacken definiert? 6. Wo liegen die Quellen der CO 2 -Entstehung in der Eisen- und Stahlindustrie? 7. Wie kann die Viskosität von Siliziumbasisschlacken verringert werden? 8. Zeichnen Sie das Dreiphasen-Diagramm CaO-Al 2 O 3 -SiO 2 für eine Temperatur von 1600 C! Kennzeichen Sie die Bereiche der Hochofenschlacke und der Entschwefelungsschlacken der Pfannenmetallurgie! 9. Warum sind Schlacken des Konverterprozesses nicht in der Pfannenmetallurgie einsetzbar? 10. Wie können Schlacken nach der Entfernung von der Schmelze genutzt werden? 11. Was bedeutet Sustainable Development? 12. Geben Sie Beispiele für Umweltschutzmaßnahmen bei der Eisen- und Stahlproduktion? 13. Wie wird Stahlschrott in metallurgischen Prozessen verwendet? 14. Wie kann Stahlschrott in heißem Metall verflüssigt werden (Temperatur unterhalb der Liquidustemperatur des Schrottes)? 15. Was ist Shredder-Leichfraktion? 16. Nennen Sie Bestandteile in Schrott, die bei der Stahlherstellung Probleme verursachen können! 17. Nennen Sie mindestens drei Schrottquellen! 18. Nennen Sie verschiedene Forschungs- und Entwicklungsziele für die Eisenund Stahlproduktion! 19. Was ist Altschrott? 20. Welche Schlackenart wird in der Zement- und Mörtelindustrie verwendet?