Die Herstellung von Stahl

Was braucht man, um Stahl herzustellen? Was sind die Fertigungsschritte?

Eisen, Gusseisen und Stahl werden oft verwechselt, daher ist es wichtig, sie zunächst zu definieren. Eisen ist ein chemisches Element, das in der Zusammensetzung der beiden anderen verwendet wird. Gusseisen und Stahl werden hauptsächlich aus Eisenerz hergestellt, enthalten aber auch andere Bestandteile und werden durch ihren Kohlenstoffgehalt unterschieden: Gusseisen enthält 2,1 bis 6,6-7 % und Stahl 0,03 bis 2 %.

Das Prinzip der Stahlherstellung

Um Stahl herzustellen, braucht man Eisenerz, Kohle, Kalk und Ferrolegierungen: Aluminium, Chrom, Mangan, Silizium, Titan, Vanadium und einige mehr. Letztere verleihen dem Stahl besondere Eigenschaften, die an seine verschiedenen Verwendungszwecke angepasst sind: Architektur, Möbel, Werkzeugmaschinen, Lebensmittelverpackungen usw. Die Herstellung erfordert zudem auch viel Wasser zur Kühlung der Anlagen, da die Schmelztemperatur bei über 1.500°C liegt.

Stahl kann in zwei Arten von Anlagen hergestellt werden: in einem Hochofen aus Eisenerz und Koks (fast reiner Kohlenstoff, der aus Kohle gewonnen wird) oder in einem Elektroofen aus wiedergewonnenem (recyceltem) Stahl.

Kohle liefert den Koks, der als Brennstoff für die Hochöfen dient, in denen das Erz geschmolzen wird. Das flüssige Metall, das aus dem Hochofen kommt, ist Gusseisen. Das Roheisen wird im Anschluss in Eisenbahnwaggons, den so genannten „Tonnenpfannen“, zum Stahlwerk geschickt, die ihre Temperatur mehr als 48 Stunden lang halten können. Am Bestimmungsort wird das Gusseisen in einem großen Topf, dem Konverter, mit Metallschrott vermischt. Es wird 15 Minuten lang mit Sauerstoff angereichert um am Ende basischen Stahl zu erhalten.

In diesem Stadium wird das endgültige Präparat durch genaue Dosierung der Ferro-Legierungen hergestellt. Während des gesamten Prozesses werden zahlreiche Proben entnommen und analysiert, bis der gewünschte Stahl erreicht ist. Anschließend erfolgt der Strangguss, bei dem das Metall in Form eines langen Bandes erstarrt.

Schließlich wird das Band mit einer Lötlampe geschnitten, um die sogenannten Brammen zu erhalten: Das sind Quader mit einer Dicke von 20 Zentimetern, einer Breite von 1,50 Metern und einer Länge von etwa 10 Metern. Jede Bramme mit einem Gewicht von etwa 25 Tonnen wird gewalzt und zu Coils geformt. Graue Energiebilanz: 60.000 kWh/m3.

Zusammengefasst: Die Stufen der Stahlproduktion

• Die Bildung von Roheisen: Eisenerz und Koks werden von oben in den Hochofen eingeführt, wobei die Hitze den Koks zum Brennen bringt und verunreinigende Chemikalien entfernt werden. Auf dem Weg nach unten lädt sich das Eisen dann mit Kohlenstoff auf und wird zu Gusseisen, das anschließend von einem Abfallgemisch, der Schlacke, getrennt werden muss.
• Umwandlung von Eisen in Stahl: Das geschmolzene Eisen wird dann in einem Sauerstoffofen über Schrott gegossen. Im Anschluss wird Sauerstoff eingeblasen, um den Kohlenstoff als CO2 zu entfernen.
• Veredelung: Der gewonnene Stahl wird durch Hinzufügen von Elementen (Nickel, Chrom usw.) veredelt, um verschiedene Legierungen zu bilden und die mechanischen Eigenschaften des Stahls nach Bedarf zu verändern.
• Gießen: Der Stahl wird langsam abgekühlt, bis er erstarrt.
• Walzen: Der Stahl wird erneut erhitzt, um ihn formbar zu machen. Anschließend wird er in Walzwerken geglättet und erhält die gewünschte Form.

Links und Quellen:

• https://de.wikipedia.org/wiki/Stahlerzeugung
• https://www.3mvet.eu/de/news/6-schritte-des-modernen-stahlherstellungsprozesses