Wie Stahl hergestellt wird
Aufgrund der hohen Nachfrage vieler Industriezweige nach Stahlerzeugnissen ist die Stahlerzeugung ein ständig gefragter Prozess in der Stahlindustrie. In den letzten 50 Jahren wurden mit dem technologischen Fortschritt und der Modernisierung der metallurgischen Verfahren große Fortschritte bei der Verringerung der mit der Stahlerzeugung verbundenen Schadstoffemissionen und der Steigerung des finanziellen Nutzens erzielt.
Heute wird immer noch das zweistufige Verfahren zur Herstellung von Eisenlegierungen angewandt, bei dem Roheisen in einem Hochofen oder einem anderen Verfahren erschmolzen und Stahl in Stahlwerken erzeugt wird.
Seit Anfang des 20. Jahrhunderts wird Stahl in Elektrolichtbogenöfen oder in Vakuum-Induktionsöfen geschmolzen.
Woraus wird Stahl hergestellt?
Zur Herstellung von Stahl ist es notwendig, ausgewählten Stahlschrott von Schrottplätzen zu beziehen; in der Regel handelt es sich dabei um Autokarosserien und andere ausgediente Stahlprodukte.
Die Hauptbestandteile des Einsatzmaterials sind:
- stahlschrott,
- flussmittel oder schlackenbildende Stoffe, hauptsächlich Kalk,
- aufkohlungsmittel, z.B. Kohle, Koks, Anthrazit,
- desoxidationsmittel (Aluminium, Mangan, Silizium),
- legierungszusätze,
- schlackentreibmittel.
Der Prozess der Stahlerzeugung kann in drei Stufen unterteilt werden:
- Schmelzen
- Nachbehandlung des Ofens
- Stahlguss.
DieStahlschmelze erfolgt in einem Elektrolichtbogenofen, der eine geringere Energieintensität aufweist und eine wichtige Rolle beim Recycling von Stahlabfällen spielt.
Der Ofen wird von oben mit Körben beschickt, dann wird das Ofengewölbe geschlossen und die Elektroden werden abgesenkt, um den Lichtbogen zu zünden. Das Schmelzen der Charge wird durch die Zufuhr von Wärmeenergie über in den Ofenwänden angeordnete Autogenbrenner weiter unterstützt. Außerdem wird das Metallbad über Düsen am Boden des Ofens mit Inertgas gespült, was den Temperaturausgleich des flüssigen Metalls und die chemischen Reaktionen beschleunigt. Der flüssige Stahl wird dann durch eine Ablauföffnung in die Pfanne abgelassen, wo der nächste wichtige Prozessschritt, die Nachbehandlung des flüssigen Stahls, stattfindet.
Nachbehandlung des flüssigen Stahls: Durch diese Behandlung entsteht Stahl mit einem geringen Gehalt an Verunreinigungen wie Schwefel, Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff oder Phosphor und mit einer geeigneten chemischen Zusammensetzung.
Der Stahlkann in Kokillen nach dem Aufwärts- oder Siphonverfahren oder im Stranggussverfahren (COS) gegossen werden, wodurch sich die Ausbeute erheblich erhöht und Vorformungen entfallen. Beim COS-Verfahren wird der flüssige Stahl in einen wassergekühlten Kristallisator gegossen; zusätzlich wird der Strom durch ein Schutzrohr abgeschirmt, um den Kontakt mit der Luft zu vermeiden. Die äußere Oberfläche des Barrens wird mit Wasser gekühlt, so dass der teilweise abgekühlte Barren von Zieh- und Richtwalzen aufgenommen werden kann. Die fertigen Blöcke werden auf eine bestimmte Länge zugeschnitten und können außerdem nach dem Wiedererwärmen in einem Durchlaufofen zu einem Produkt mit dem gewünschten Endquerschnitt gewalzt werden.
Für die Herstellung von legierten Stählen oder Metalllegierungen mit besonderen Eigenschaften werden sehr häufig Induktionsöfen eingesetzt. Das Ausgangsmaterial ist legierter Stahlschrott und reine Komponenten.
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