Hoogoven

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoogoven 6 van Tata Steel in IJmuiden (2007)
Bioscoopjournaal uit 1961. Ingebruikneming van de vijfde hoogoven van de Koninklijke Hoogovens- en Staalfabrieken te IJmuiden door dhr. Spies, voorzitter van het college van adjunct-directeuren.

Een hoogoven is een installatie waarin ijzererts en koolstof worden gemengd en zo sterk verhit dat via een aantal chemische reacties vloeibaar ijzer ontstaat waarin een zeker percentage koolstof is opgelost, dat vervolgens kan worden afgetapt. De koolstof dient tegelijkertijd als brandstof voor de verhitting en als reductiemiddel van het ijzererts.

Geschiedenis[bewerken]

Voor het tijdperk van de hoogovens maakte men voor het produceren van ijzer gebruik van zogenaamde laagovens. Hierin vond dezelfde reactie plaats, maar was het ontstane ijzer niet zo heet, dat het vloeibaar werd; het lag als een gesinterde massa in de slak en moest door verhitten en hameren verder worden bewerkt en gezuiverd.

In China bestonden hoogovens vanaf ongeveer de 5e eeuw v.Chr.[1], in het Westen vanaf de Hoge Middeleeuwen. In het westen verspreidde de hoogoven zich vanuit de regio rond de Waalse, aan de Maas gelegen stad Namen. In 1491, aan het eind van de 15de eeuw werd de hoogoven in Engeland geïntroduceerd. De brandstof, die in hoogovens werd gebruikt, was steevast houtskool. De succesvolle, door uitputting van de beschikbare hoeveelheid houtskool gedreven vervanging van houtskool door cokes wordt toegeschreven aan Abraham Darby. Deze revolutionaire innovatie dateert van 1709. De efficiëntie van het proces werd verder versterkt door de praktijk om de ingeblazen lucht voor te verwarmen. De Schot James Beaumont Neilson nam hier in 1828 patent op.

De hoogoven onderscheidt zich hierin van de laagoven, dat het doel van de hoogoven het produceren van gesmolten metaal is, dat kan worden afgetapt uit de oven, terwijl het de bedoeling van de laagoven juist is om smelten te voorkomen, zodat de koolstof niet in het ijzer opgelost. Laagovens werden ook kunstmatig aangeblazen met behulp van blaasbalgen, maar de term hoogoven wordt normaal gesproken gereserveerd voor ovens, waar ijzer (of een ander metaal) uit erts wordt geraffineerd. Een hoogoven maakt gebruik van het tegenstrooms-uitwisselingproces, dit in tegenstelling tot een laagoven.

Moderne hoogovens[bewerken]

Moderne hoogovens produceren 8500 tot 12.000 ton ruwijzer per dag.

Bekend zijn de hoogovens in IJmuiden, onderdeel van Tata Steel, of te Gent, van de groep ArcelorMittal.

Werking[bewerken]

Schematische weergave hoogoven; uitleg in tekst

Bovenaan de hoogoven worden afzonderlijke lagen cokes (2,5) en lagen sinter, ijzeroxidepellets & stukerts (1,6) geladen. Een alternatief is om sinter te laden, een gesinterd, sterk en poreus materiaal van ijzererts, cokes, kalk en vloeimiddel. Beneden, aan de blaasmonden, wordt hete lucht (7, ongeveer 1200°C) en poederkool (16) ingeblazen, eventueel verrijkt met zuurstof.

De zuurstof uit de lucht verbrandt de koolstof uit de cokes en poederkool onder vorming van koolstofmonoxide (CO). Het CO gas, dat een temperatuur van ongeveer 2200-2400 °C heeft, stijgt op door de lagen cokes en erts heen. De ijzeroxiden in de sinter, pellets en stukertsen reduceren onder deze omstandigheden tot ijzer, en smelten tot vloeibaar ijzer. Dit vloeibaar ruwijzer sijpelt nu door de cokeslagen naar beneden en verzamelt zich onder in de hoogoven (de zogenaamde haard van de hoogoven).

Wanneer er zich voldoende vloeibaar ruwijzer heeft verzameld in de haard, wordt de hoogoven onderaan opengeboord en stroomt het vloeibaar ruwijzer (9) via het tapgat naar buiten. Daar wordt het opgevangen in mengers (11). Dit zijn treinwagens met een torpedovormig voorraadvat met vuurvaste binnenbekleding. Deze worden getransporteerd naar de staalfabriek voor verdere verwerking. Wanneer al het ruwijzer uit de hoogoven is afgetapt, wordt het tapgat weer dichtgemaakt. Het aftappen duurt ongeveer 90 minuten.

Sinter, pellets en stukertsen bevat naast ijzeroxides ook onzuiverheden waaronder calciumoxide (CaO) en siliciumdioxide (SiO2). Deze materialen smelten ook en vormen de slak (8), die samen met het ruwijzer wordt afgetapt (10) en verwerkt in o.a. de cementindustrie.

Reacties[bewerken]

Hoogoven in productie

De belangrijkste chemische reactievergelijkingen:

(1) \mathrm{C\ + O\ \rightleftharpoons\ CO} (Energie opleverende verbranding van koolstof)
(2) \mathrm{CO_2\ +\ C\ \rightleftharpoons\ 2\ CO} (Vorming van het gasvormige reductiemiddel koolmonoxide, het Boudouard-evenwicht)
(3) \mathrm{Fe_2O_3\ +\ 3 CO\ \rightleftharpoons\ 3 CO_2\ +\ 2 Fe} (Reductie van ijzeroxide tot ijzer)

Voor de productie van 1 ton ijzer in een hoogoven is gemiddeld 0,5 ton cokes nodig en 1,6 ton ijzererts met een ijzergehalte van 60%.

Zie ook[bewerken]

Voetnoten[bewerken]

  1. Temple, Robert K.G., (2007). The Genius of China: 3,000 Years of Science, Discovery, and Invention (3rd edition). London: André Deutsch, pp. 44-5. ISBN 9780233002026