Stahlherstellung – Wie wird Stahl produziert?
Stahl hat die Eigenschaften, robust, in vielen Bereichen einsetzbar und preiswert zu sein. Daher ist Stahl einer der am häufigsten verwendeten Werkstoffe der Welt. Da das Metall immer wieder recycelt werden kann, spielt es in der modernen Industrie eine wichtige Rolle.
Die Herstellung des Metalls erfolgt in der Regel auf zwei verschiedene Arten: im Hochofen, auch Sauerstoffblasofen genannt, oder im Elektrolichtbogenofen. Es können auch Kombinationen und Variationen der beiden Produktionsverfahren zum Einsatz kommen.
Wie wird Stahl produziert?
Stahl besteht aus Eisen und Kohlenstoff. Um die Eigenschaften des Metalls zu beeinflussen, können jedoch andere Legierungselemente hinzugefügt werden. Dazu gehören Chrom, Nickel oder Aluminium.
Wie bereits erwähnt, sind die gängigsten Verfahren:
- Hochofen
- Elektrolichtbogenofen
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Verfahren besteht in der Art des verwendeten Rohmaterials. Während beim Hochofenverfahren vor allem Eisenerz, Kohle und recycelter Stahl verwendet werden, stützt sich das Lichtbogenofenverfahren hauptsächlich auf Elektrizität und recycelten Stahl.
Hochofen
Die Massenproduktion von Stahl mittels Hochofen wurde 1855 von dem Engländer Henry Bessemer eingeführt. Bis heute ist es das am häufigsten verwendete Verfahren und für über 70 % der Stahlproduktion verantwortlich.
Bei diesem Verfahren werden Eisen und Koks im Ofen zusammengeführt. Außerdem wird eine kleine Menge Flussmittel hinzugefügt. Dem Gemisch wird 99 % reiner Sauerstoff zugeführt, wodurch eine Temperatur von bis zu 1700 °C erreicht wird. Dadurch schmilzt der gesamte Inhalt im Gefäß. Unerwünschte Begleitelemente, wie z.B. Schwefel und Phosphor, werden dabei verbrannt. Zusätzlich wird der Kohlenstoffgehalt drastisch um 90 % reduziert. Das Ergebnis ist flüssiger Stahl. Der geschmolzene Stahl kann durch eine Abstichöffnung aus dem Ofen abgelassen werden.
Elektrolichtbogenofen
Da beim Elektrolichtbogenofenverfahren gebrauchter Stahlschrott recycelt werden, wird während des Prozesses praktisch kein neuer Stahl erzeugt. Das bedeutet auch, dass keine Rohstoffe wie Eisenerz oder Koks benötigt werden.
Während der Produktion wird der Ofen mit Stahlschrott gefüllt. Dann werden Elektroden in den Ofen gelegt, die für die Hitze im Prozess verantwortlich sind. Sie erzeugen einen elektrischen Lichtbogen durch den Stahlschrott. Dies führt zu einem Temperaturanstieg auf 1600° C und bringt den Stahlschrott zum Schmelzen. Um die gewünschten Eigenschaften des Metalls zu erreichen, werden dem Stahl Ferrolegierungen zugesetzt. Sauerstoff, der in den Ofen geblasen wird, trägt zur Reinigung des Metalls bei. Zugesetzter Flussspat und Kalk verschmelzen mit den Verunreinigungen. Diese bilden Schlacke, die auf dem geschmolzenen Stahl schwimmt.
In der Regel werden Elektrolichtbogenöfen zur Herstellung von legierten Stählen, wie z. B. rostfreiem Stahl, verwendet. Ungefähr 29 % der Stähle werden nach diesem Verfahren hergestellt.
Weitere Verfahren
Eine weitere Möglichkeit der Stahlerzeugung ist die Methode des offenen Herdofens. Das Verfahren ist sehr energie- und kostenintensiv. Außerdem ist es umweltschädlicher als die beiden anderen Verfahren. Daher macht es nur etwa 0,4 % der weltweiten Stahlproduktion aus.
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