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Stahl/Details: Unterschied zwischen den Versionen
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→Herstellung bzw. Gewinnung
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== Herstellung bzw. Gewinnung == | == Herstellung bzw. Gewinnung == | ||
Da Eisen bzw. Stahl nicht in gediegener Form vorkommen muß man das Eisen aus Erzen gewinnen. Dabei gibt es zur Stahlherstellung zwei unterschiedliche hernagehensweisen: | |||
=== Hochofenroute === | |||
Beim Hochofenverfahren wird zuerst Roheisen aus Eisenerz und Koks hergestellt. Außerdem kann zusätzlich Schrott eingesetzt werden. Danach wird durch weitere Verfahren aus Roheisen Stahl hergestellt. Die Roheisenherstellung aus Eisenerz erfolgt gegenwärtig üblicherweise mit einem Hochofen. Das Eisenerz wird zunächst gesintert, um eine geeignete Stückigkeit einzustellen. Der Sinter wird mit Kalkstein zu Möller vermischt und anschließend in den Hochofen gegeben. Durch Verbrennen des Koks entstehen die für die Reaktion nötige Wärme und Kohlenmonoxid, das das Eisenoxid reduziert. Als Ergebnis entstehen Roheisen und Schlacke. Da das Roheisen sehr viel Kohlenstoff enthält, muss es einen weiteren Prozessschritt durchlaufen. Um aus im Hochofen gewonnenem Roheisen Stahl zu erzeugen, müssen die enthaltenen Begleitelemente wie Kohlenstoff, Mangan, Silizium, Phosphor und andere entfernt werden. Das geschieht durch das so genannte Frischen. Durch das Frischen, wird der Kohlenstoff im Roheisen oxidiert und es entsteht flüssiger Stahl. Man unterscheidet zwischen beruhigtem und unberuhigt vergossenen Stahl. Unter Beruhigen versteht man das Binden des in der Schmelze gelösten Sauerstoffs durch Zulegieren von Aluminium oder Silizium. Dies hat Einfluss auf im erkaltenden Stahl entstehende Seigerungen oder Lunker. | |||
=== Direktreduktion === | |||
Der Hochofenprozess hat einige Nachteile neben dem hohen CO2 Austoß ist die Vorbereitung von Eisenerz und Kos aufwendig. Deshalb gibt es Bestrebungen, die Hochofenroute abzulösen. Bisher hat sich aber kein Verfahren gegenüber dem Hochofen etablieren können. Ein Verfahren der Direktreduktion ist der Eisenschwamm. Die Reduktion des Eisenerzes mit den Gasen Kohlenstoffmonoxid und Wasserstoff ergibt ein schwammartiges Produkt mit großem Porenvolumen. Eisenschwamm wird im Elektrolichtbogenofen weiterverarbeitet. Aufgrund seiner Reinheit lassen sich qualitativ höchstwertige Stahlsorten herstellen. Wegen seiner großen Oberfläche ist Eisenschwamm sehr reaktiv. Um ihn vor Oxidation zu schützen, wird er häufig mit Kohlenstoffpartikeln bestäubt. Vor Erfindung des Hochofens konnte Eisen wegen der geringen Ofentemperaturen nur als Eisenschwamm hergestellt werden. Dieser enthielt zwar wenig Kohlenstoff, jedoch noch mindestens 3 % Schlacke und war daher extrem spröde. Um daraus einen verwertbaren Werkstoff zu erzeugen, musste der Eisenschwamm in einem aufwändigen Prozess oberhalb der Schmelztemperatur der Schlacke geschmiedet werden, um die flüssige Schlacke herauszupressen. | |||
=== Thomas-Verfahren === | |||
Das Thomas-Verfahren war ein so genanntes Blas- oder Windfrischverfahren, bei dem durch Bodendüsen des Konverters Luft in das flüssige Roheisen geblasen wurde. Der Oxidationsprozess, der den Kohlenstoffanteil senkt (das „Frischen“), lieferte in diesem Verfahren genug Wärme, um den Stahl flüssig zu halten, eine externe Wärmezufuhr war in den Konvertern deshalb nicht notwendig. Die „Thomasbirne“ war mit einer basisch wirkenden Dolomitstein- oder Dolomit-Teer-Mischung ausgemauert und eignete sich vor allem für das Verarbeiten phosphorreichen Eisens. Der zu Phosphorpentoxid oxidierte Phosphor wurde mit dem als Zuschlag beigefügten Kalkstein verschlackt. | |||
=== Siemens-Martin-Verfahren === | |||
Das Siemens-Martin-Verfahren erzeuft bei Ofentemperaturen von 1800 °C flüssigen Stahl. Als Brennstoff dient Generatorgas oder Öl. Dabei werden die Begleitstoffe oxidiert und entweichen entweder gasförmig (z. B. CO2) oder schwimmen als Schlacke von festen Oxiden auf dem flüssigen Stahl. | |||
Beim Siemens-Martin-Verfahren wird der oxidative Effekt durch die Zugabe eines bestimmten Anteils an Schrott, Roheisenerzen oder Kalk erreicht, die Sauerstoff an die Schmelze abgeben. Üblicherweise wird der Herdofen meist mit der Siemensschen Regenerativfeuerung kombiniert, die in einer darunterliegenden Kammer untergebracht ist. Bei der Regenerativfeuerung werden in Regenerationskammern die gasförmigen Brennstoffe durch die Abgase aus dem Ofen vorgewärmt, um die nötige Temperatur von 1800 °C zu erreichen. Auch die heißen Flammgase haben oxidative Wirkung und werden direkt in die Schmelze geleitet. | |||
=== LD-Verfahren === | |||
Das LD-Verfahren (Linz-Donawitz-Verfahren) ist ein Sauerstoffblasverfahren zum Frischen, also zur Stahlerzeugung durch Umwandlung von kohlenstoffreichem Roheisen in kohlenstoffarmen (Sauerstoffaufblas-)Stahl. | |||
Mit dem LD-Verfahren werden ca. 60 % der Weltrohstahlproduktion hergestellt. Beim LD-Verfahren wird ein Konverter, der so genannte LD-Konverter, mit flüssigem Roheisen und einem Kühlmittel (Schrott oder Eisenschwamm) beschickt. Danach wird Sauerstoff durch eine ausfahrbare wassergekühlte Sauerstofflanze auf die Eisenschmelze geblasen. Die heftig einsetzende Verbrennung (Oxidation) der Eisenbegleiter sorgt für eine Durchwirbelung der Schmelze. Zur besseren Durchmischung wird Argon durch Düsen über den Boden eingeblasen. Die Argonblasen nehmen den in der Schmelze gelösten Wasserstoff (Rucksackverfahren) auf, was die Bildung sogenannter Wasserstofffallen im späteren Werkstück verhindern soll. Während des Frischprozesses nehmen die Gehalte von Kohlenstoff, Silizium, Mangan und Phosphor stetig ab. Die Blasdauer beträgt zwischen 10 und 20 Minuten und wird so gewählt, dass die gewünschte Entkohlung und die Verbrennung der unerwünschten Beimengungen erreicht wird. Die verbrannten Eisenbegleiter entweichen als Gase oder werden durch jetzt zugesetzten Kalk in der flüssigen Schlacke gebunden. Je nach Art des zu erzeugenden Stahls können am Ende des Frischens auch Legierungsstoffe zugesetzt werden. Erst wird das Stahlbad mit einer Temperatur von mehr als 1.600 °C durch das Abstichloch in eine Pfanne abgestochen, danach wird die Schlacke über den Konverterrand abgegossen. | |||
=== Elektrostahlverfahren === | |||
Beim Elektrostahlverfahren wird aus Stahlschrott und weiteren Einsatzstoffen (wie Eisenschwamm) in einem Lichtbogenofen Stahl erschmolzen. Neben dem flüssigen Rohstahl bildet sich aus den nichtmetallischen Einsatzstoffen und Oxiden der Legierungsstoffe eine Schlackenschicht auf der Schmelze. Diese hat die Aufgabe, unerwünschte Bestandteile zu binden und das Stahlbad zu schützen. | |||
== Stahlsorten == | == Stahlsorten == | ||
