Tag: Eisen

Hochofen

Ein Hochofen dient zur Gewinnung von Roheisen aus Eisenerzen. Dazu wird der Hochofen schichtweise mit einem Gemisch aus Erz, Koks und den sogenannten Zuschlägen beschickt. Letztere haben die Aufgabe, beim Schmelzen des Erzes dessen Erdanteile aufzunehmen. Durch Einblasen von Heißluft wird der Koks zum Teil verbrannt und liefert dabei die notwendige Wärme um das Erz zu schmelzen. Der unverbrannte Teil dient dazu, den Eisenanteil des geschmolzenen Erzes zu metallischem Eisen zu reduzieren, da das Eisen im Erz in gebundener Form meist als Eisenoxide vorliegt. Dabei nimmt das Eisen auch Kohlenstoff aus dem Koks auf. Schließlich sammelt sich das nun flüssige Roheisen am Boden des Hochofens, wo es per Abstich abgelassen wird.

Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm

Das Eisen-Kohlenstoff-Zustandsdiagramm bildet ab, welches Gefüge bei einem Eisenwerkstoff in Abhängigkeit von Temperatur und Kohlenstoffgehalt vorliegt. Dabei trennen mehrere Gefügebegrenzungslinien die Bereiche, in denen ein bestimmtes Gefüge vorliegt, voneinander ab. Es gilt: Sobald eine dieser Begrenzungslinien gequert wird, sei es durch Erwärmung, Abkühlung oder Veränderung des Kohlenstoffgehaltes, stellt sich eine Gefügeänderung im Werkstoff ein.

Abkühlungskurve, Eisen

Die Abkühlungskurve von Eisen, wird auch Abkühlungsverlauf genannt, welche sich aus mehreren Punkten zusammensetzt. 1. Metallschmelze Hierbei bewegen sich die Metallatome frei und regellos durcheinander, wobei diese beim abkühlen in ihrer Bewegung immer langsamer werden. 2. Beginn der Kristallbildung Wird in der Schmelze die Erstarrungstemperatur erreicht, welche bei Eisen bei 1536 °C liegt, beginnt die Zusammenlagerung der Metallatome nach einem Kristallgittertyp. Die Stelle, an der das Kristallwachstum beginnt, wird als Kristallisationskeim bezeichnet. 3. Fortschreitende Kristallbildung Darunter ist zu verstehen, dass die Kristallisationskeime weiter voranschreiten, wobei sich immer mehr Metallatome aus der Restschmelze angliedern. Während des Auskristallisierprozesses bleibt die Temperatur unverändert bei der Erstarrungstemperatur. Das liegt daran, dass die entzogene Wärme für die Kristallbildung benötigt wird. So verläuft die Abkühlungskurve hier waagrecht. Nachdem die Schmelze fast aufgebraucht ist, stoßen die wachsenden Kristalle aneinander. Unregelmäßig begrenzte Kristalle werden als Kristallite oder auch Körner bezeichnet. Metallatome im Grenzbereich können zum Teil nicht in das Kristallgitter eingeordnet werden, wodurch sie zusammen mit Fremdatomen zwischen den einzelnen Körnern eine sogenannte ungeordnete Begrenzungsschicht bilden. Diese wird dann auch Korngrenze genannt. 4. Vollständige Erstarrung Nachdem alle Metallatome ihren festen Platz gefunden haben, ist gleichzeitig die Schmelze vollständig erstarrt. Somit hat sich das Gefüge des Werkstoffes gebildet. Die Resttemperatur des entstandenen, nun festen Metallkörpers nimmt durch Entzug der Wärme stetig ab, wobei die Abkühlungskurve fällt.