Vom Roheisen zum Stahl

Das Roheisen enthält 3,5 - 4,5 % C, dadurch ist es spröde und erweicht beim Erhitzen sofort. Um es in verformbares Eisen zu überführen, also um daraus Stahl zu machen, muss der C - Gehalt herabgesetzt werden. Der C - Gehalt im Stahl ist meist kleiner als 1 %. Stähle sind also Fe - C - Legierungen, die weniger als 1% C enthalten. Um Roheisen in Stahl zu überführen, müssen außerdem noch störende Begleitelemente wie P, S, Si, O₂ und Mn auf niedrigere Restgehalte reduziert werden. Dies geschieht durch mehrere Raffinationsprozesse:

Als erstes die Frischreaktion. An der Grenzfläche Metall zu Oxid oxidiert das FeO₂ die Begleitelemente Si, Mn und P. Diese lösen sich im FeO₂. Zur Verschlackung der Oxide wird CaO zugesetzt. Der verbliebene Kohlenstoff reagiert mit dem im flüssigen Eisen gelösten O₂ zu CO. Der im flüssigen Stahl gelöster O₂ verursacht bei der Erstarrung des Stahls schädliche oxidische Einschlüsse, daher muss flüssiger Stahl desoxidiert werden und zwar mit Aluminium.

Bei der Entschwefelung mit Ca, Mg oder Ca - Carbid wird der gelöste Schwefel in Sulfid überführt. Und gebildetes CO und atomar gelöster Wasserstoff werden durch Entgasung unter geringen Druck entfernt.

Das Sauerstoffblasverfahren

Die wichtigsten sind das O₂ - Aufblasverfahren und das Elektrolichtbogen - Verfahren. Das O₂ - Aufblasverfahren dient hauptsächlich der Erzeugung von unlegierten Stählen.http://www.uni-bayreuth.de/departments/didaktikchemie/umat/eisen/abb9pre.htm Bei diesem Verfahren ist in einem Konverter Roheisen, Schrott (Kühlzweck), und Kalk (Schlacke) enthalten. Der Konverter hat ein Fassungsvermögen von 50 - 400 Tonnen. Auf die Schmelze wird mit einem wassergekühltem Blasrohr (Sauerstofflanze) O₂ mit 6 - 10 bar aufgeblasen. Durch den Gasstrahl und das beim Frischen entstandene CO wird das Bad durchmischt (Begleitelemente werden als Oxide in den Schlacken phasenweise überführt). Die Badtemperatur steigt von 1350 °C auf 1650 °C und der C-Gehalt sinkt auf 0,05 %. Die Schlacke schwimmt auf der Schmelze und kann leicht entfernt werden. Nach ca. 15 Minuten ist der Frischvorgang beendet. Der Stahl fließt nun durch das Abstichloch in eine Gießpfanne und gleichzeitig werden andere verflüssigte Metalle hinzugegeben, bis man die Stahlzusammensetzung hat die man erzielen wollte. Das durch dieses Verfahren gewonnen Stahl findet eine breite Anwendung im Hoch-, Tief-, Schiffs- und Rohrleitungsbau.

Der Stahl wird weiter verarbeitet

Etwa ein drittel des gewonnen Stahls kommt in Trichter, wo der noch flüssige Stahl in mehreren Formen zu Blöcken gegossen wird. Nachdem Die Blöcke erstarrt sind und aus den Formen gezogen wurden, kommen diese gleich weiter zum Walzwerk, wo sie wieder weiterverarbeitet werden. Der größte Teil jedoch kommt noch flüssig zu den Stranggießanlagen, wo sie in wassergekühlte Kupferformen gegossen werden. Nach der Abkühlung entstehen mehrere Rechteck- und Rundformate, welche am meisten zu Röhrenwerken geliefert werden. Aber es werde auch dicke Platten (80-120 cm breit und 15-25 cm dick) produziert. Diese endlosen Stahlstränge werden später in Brennschneidemaschinen bearbeitet und zwar in Stücke von 5,5-12 Metern länge.

Edelstähle

Dabei handelt es sich um Stähle, deren Eigenschaften durch Zulegierungen geeigneter Stahlveredler verbessert werden. Das Elektrolichtbogen - Verfahren dient hauptsächlich für das Erschmelzen von Edelstählen. Die Zufuhr der elektrischen Energie erfolgt auf der Weise, dass in einen runden Ofenkessel durch den aufgesetzten Deckel 3 Graphitelektroden ragen, von deren Ende ein elektrischer Lichtbogen auf die Schmelze überspringt. Eingesetzter Schrott sowie schwer schmelzbare Begleitelemente können in der Schmelze aufgelöst werden. Zu dieser Schmelze können nun Metalle und Nichtmetalle zugeführt werden. Dadurch verändern sich die Eigenschaften dieser Stähle. Teilweise entstehen Eigenschaften, die aus der Wirkung der einzelnen zugeführten Elemente nicht zu erwarten sind.  Sie werden verwendet als Baustähle z. B. für Maschinenbestandteile oder als Werkzeugstähle für Bohrer, Fräsen, Sägen oder Stanzen.

Chrom verbessert die Härte und Warmfestigkeit der Stähle

Nickel und Vanadium erhöhen die Zähigkeit

Molybdän erhöht die Warmfestigkeit und Wolfram die Härte