Wie wird Stahl hergestellt?

Wie wird Stahl hergestellt?

Stahl kann industriell in zwei Arten von Anlagen hergestellt werden: in einem Hochofen oder in einem Elektroofen. 

Als Ausgangsmaterialien zur Stahlherstellung verwenden die Arbeiter Eisenerz, Kohle, Kalk und Ferrolegierungen. Das sind verschiedene Legierungen des Elements Eisen. Dazu zählst du zum Beispiel Aluminium, Chrom oder Mangan.

Um Stahl herzustellen, werden alle Ausgangsmaterialien zusammen eingeschmolzen. Die Schmelztemperatur liegt bei über 1500 °C. Daher wird zur Kühlung der Anlagen im Herstellungsprozess auch viel Wasser benötigt. 

Damit am Ende aus den geschmolzenen Ausgangsmaterialien auch wirklich Stahl entsteht, muss der Anteil an Kohlenstoff in der Schmelze auf kleiner als 2 % verringert werden. Dann sprichst du von Stahl. Im letzten Schritt wird die Stahlschmelze in eine Gussform gegossen und durch Walzen in Form gebracht.

Die 5 Stufen der Stahlherstellung

Insgesamt gibt es 5 Schritte bei der Herstellung von Stahl, die du dir merken solltest:

• Schritt 1 – Bildung von Roheisen: Das Roheisen entsteht im Hochofenprozess . Dabei werden Eisenerz und fast reiner Kohlenstoff (Koks) im Ofen bei hohen Temperaturen geschmolzen. Der Koks dient gleichzeitig als Brennstoff. Aus dem Hochofen kommt dann flüssiges Roheisen.
  
  Meistens weist das Roheisen aus dem Hochofen einen Kohlenstoffanteil von über 4 % auf. Deswegen sprichst du auch von Gusseisen. Jetzt muss das Eisen in Stahl umgewandelt werden.
  
  
• Schritt 2 – Umwandlung von Eisen in Stahl: Das Gusseisen vermischt der Arbeiter im Stahlwerk dann in einem großen Topf (=Konverter) mit Metallschrott. Anschließend führt er dem Topf viel Sauerstoff zu. Der Grund dafür ist, dass sich der überschüssige Kohlenstoff mit dem Sauerstoff verbindet und dadurch aus der Schmelze entfernt wird.
  
  
• Schritt 3 – Veredelung: Anschließend veredelt der Industrieangestellte den Stahl durch Hinzufügen von bestimmten Elementen (Nickel, Chrom usw.). Das bedeutet, er kann verschiedene Stahllegierungen bilden und die mechanischen Eigenschaften des Stahls nach Bedarf beeinflussen.
  
  
• Schritt 4 – Gießen: Der nächste Schritt ist das Gießen des flüssigen Stahls in eine gekühlte, bodenlose Gussform (Kokille). Den Vorgang bezeichnest du auch als Stranggießen. Dabei erstarrt das Metall in Form eines langen Bandes.
  
  
• Schritt 5 – Walzen: Abschließend bekommt der Stahl durch das Glätten in Walzwerken seine gewünschte Form.

Herstellung von Stahl — Verfahren

Um Stahl herzustellen, gibt es insgesamt drei Verfahren:

• das Sauerstoffaufblasverfahren
• das Elektrostahlverfahren
• das Corexverfahren

Die zwei wichtigsten Verfahren in der Industrie sind das Sauerstoffaufblasverfahren und das Elektrostahlverfahren. Die beiden Prozesse schauen wir uns im Folgenden genauer an.

Stahlherstellung: Sauerstoffaufblasverfahren

Die erste Methode ist das Sauerstoffaufblasverfahren oder auch Linz-Donawitz-Verfahren. Das Verfahren läuft wie folgt ab: 

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• Zunächst gibt der Industriearbeiter das flüssige Roheisen in einen großen Reaktionsraum (=Konverter) mit erhöhter Temperatur.
• Danach bläst er reinen Sauerstoff durch ein Rohr in den Konverter. Damit wird der überschüssige Kohlenstoff vom Roheisen als Kohlenstoffmonoxid (CO) und Kohlenstoffdioxid (CO₂) entfernt. Diesen Vorgang bezeichnest du auch als Frischen. 
• Durch das Frischen wird kohlenstoffreiches Roheisen in kohlenstoffarmen Stahl umgewandelt.

Der Sauerstoff reagiert zunächst mit dem Roheisen zu Eisenoxid:

Fe (Roheisen) + ½ O₂ → FeO

Anschließend reagiert das Eisenoxid mit Kohlenstoff, einem Begleitelement, zu Stahl weiter. Du verstehst unter Begleitelementen solche Elemente, die eine hohe Sauerstoffaffinität besitzen.

 FeO + C → Fe (Stahl) + CO

Stahlherstellung: Elektrostahlverfahren

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Stahl ist das Elektrostahlverfahren. Bei dieser Methode sehen die Schritte der Stahlherstellung folgendermaßen aus:

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• Die Stahlindustrie gibt das Roheisen aus dem Hochofenprozess zusammen mit Eisenoxid in eine Kammer.
• Danach legt der Fachbeauftragte zwischen zwei Kohleelektroden eine hohe Spannung an. In der Folge bildet sich zwischen den Elektroden ein Lichtbogen aus.
• Der Sauerstoff des Eisenoxids reagiert durch die freigesetzte Wärme mit dem überschüssigen Kohlenstoff zu Kohlenstoffdioxid.
• Das führt dazu, dass der Kohlenstoffgehalt des Roheisens in der Schmelze sinkt.
• Neben dem flüssigen Rohstahl bildet sich aus den nicht-metallischen Einsatzstoffen und Oxiden eine Abfallschicht (Schlacke) auf der Schmelze.

Zusammenfassung

Du weißt nun, wie die Stahlherstellung industriell abläuft. Dabei spielt das Roheisen als Zwischenprodukt eine wichtige Rolle. Das wird im sogenannten Hochofenprozess erzeugt. Wenn du mehr darüber wissen willst, schau dir unbedingt unser Video  dazu an.