Aufgaben: Hochofen, Roheisen und Stahl

Nenne die Ausgangsstoffe, die in den Hochofen gegeben werden (Eisenerz, Koks, Zuschläge).

Im Hochofen entsteht aus Eisenerz Roheisen.

1. a) Nenne das Gas, das als Reduktionsmittel wirkt.

1. b) Gib an, ob es sich um eine Reduktion oder Oxidation des Eisenoxids handelt.

Gib an, ob die Aussage richtig oder falsch ist:

1. a) Stahl enthält weniger Kohlenstoff als Roheisen.

1. b) Roheisen ist sehr elastisch und leicht verformbar.

Im Hochofen reagiert Eisen(III)-oxid mit Kohlenstoffmonoxid:

$\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\,\text{CO} \rightarrow 2\,\text{Fe} + 3\,\text{CO}_2$

1. a) Gib an, welcher Stoff reduziert und welcher oxidiert wird.

1. b) Nenne das Reduktionsmittel.

1. c) Erkläre, wie das Reduktionsmittel im Hochofen aus Koks entsteht.

Ein Hochofen in Duisburg erzeugt täglich $8.000\ \text{t}$ Roheisen. Roheisen enthält etwa $4\ \%$ Kohlenstoff.

1. a) Berechne die Masse Kohlenstoff in einem Tag.

1. b) Erkläre, warum man Roheisen zu Stahl weiterverarbeitet.

1. c) Beschreibe, wie beim Frischen der Kohlenstoffgehalt gesenkt wird.

Die Tabelle zeigt Eigenschaften von Roheisen und Stahl:

1. a) Nenne, wofür man jeweils eher Roheisen und Stahl verwendet.

1. b) Erkläre den Zusammenhang zwischen Kohlenstoffgehalt und Sprödigkeit.

Ein Erz enthält $80\ \%$ Eisen(III)-oxid ($\text{Fe}_2\text{O}_3$). Aus $1{,}0\ \text{t}$ Erz soll Eisen gewonnen werden. Eisen macht in $\text{Fe}_2\text{O}_3$ rund $70\ \%$ der Masse aus.

1. a) Berechne die Masse $\text{Fe}_2\text{O}_3$ in der Tonne Erz.

1. b) Berechne die maximale Masse Eisen.

1. c) Nenne zwei Gründe, warum in der Praxis weniger Eisen erhalten wird.

Im Hochofen läuft ein mehrstufiger Prozess ab: $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$; $\text{CO}_2 + \text{C} \rightarrow 2\,\text{CO}$; $\text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\,\text{CO} \rightarrow 2\,\text{Fe} + 3\,\text{CO}_2$.

1. a) Markiere in jeder Gleichung Oxidation und Reduktion.

1. b) Erkläre, warum Koks gleichzeitig Energielieferant und Reduktionsmittel ist.

1. c) Bewerte die Umweltauswirkung der Stahlproduktion und nenne eine Möglichkeit, Emissionen zu senken (z. B. Wasserstoff statt Koks).

Ein Stahlwerk in NRW will Hochofenroheisen durch Recycling von Stahlschrott im Elektrolichtbogenofen ersetzen.

1. a) Nenne zwei Vorteile des Schrottrecyclings.

1. b) Nenne einen möglichen Nachteil oder eine Grenze.

1. c) Bewerte die Aussage: „Stahl ist ein nachhaltiger Werkstoff.“