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Kohlenstoffstähle sind die am häufigsten eingesetzten metallischen
Legierungen. Durch gezieltes legieren mit Kohlenstoff kann bestimmt
werden welche Eigenschaften der Stahl bekommt. Im allgemeinen wird Stahl
mit höherem Kohlenstoffanteil fester und spröder.
Ausnahmen bilden u.a. IF-Stähle, in denen Kohlenstoff kein
Legierungsbestandteil ist. Als neue Definition für Stähle folgt
daraus: Stähle sind eisenbasierte Legierungen, die plastisch verformt
werden können.
Legierungsbestandteile wie u.a. Chrom, Mangan, Molybdän werden
gezielt für die geforderten Bedürfnisse zugesetzt.
Legierungsbestandteile z.B.:
- Chrom verbessert die Härte und Warmfestigkeit der Stähle
- Nickel und Vanadium erhöhen die Zähigkeit
- Molybdän erhöht die Warmfestigkeit
- Wolfram erhöht die Härte
Stahlherstellung
Stahl wird, über den Zwischenschritt Roheisen, aus Eisenerz
hergestellt. Auch Schrott kann als Ausgangsmaterial zur Stahlgewinnung
genutzt werden. Das Roheisen wird im Hochofenprozess gewonnen und in
weitern Raffinationsprozessen zu Stahl veredelt. Der Hochofen ist ein
aus Schamott ausgekleideter Stahlzylinder mit einer Höhe von ca. 50 m
und einem Durchmesser von ca. 10 m. Zur Kühlung der Ummantelung sind in
das Mauerwerk Kästen eingelassen, durch die fortwährend Wasser
fließt. Moderne Hochöfen liefern täglich mehr als 10.000 Tonnen
Roheisen. Die Standzeiten für Hochöfen liegen durchschnittlich bei 10
Jahren Dauerbetrieb. Würde diese Betriebszeit durch einen Störfall
unterbrochen, müsste der Hochofen komplett neu aufgebaut werden.
In Deutschland werden importierte Eisenerze mit einem Eisengehalt von
64% eingesetzt. Eisenerz und Koks werden durch Brechen und Sieben auf
eine einheitliche Größe klassiert. Um Staubanteile einzubinden und die
Durchgasung der Schüttung im Hochofenschacht zu verbessern, werden die
Erze gesintert oder pelletiert. Beim Sintern werden den Erzen Zuschläge
zugesetzt, die die Schlackebildung optimieren. Der Hochofen wird
Schichtweise abwechselnd mit Erz und Koks beschickt. Durch Verbrennen
des Kohlenstoffs aus dem Koks entstehen für die Reaktion die nötige
Temperatur zum schmelzen und Kohlenmonoxid für die Reduktion des
Eisenoxids. Der Hochofen wird im Gegenstrom mit heißer Luft (1000 –1300°C)
durchströmt um die Verbrennung des Koks zu optimieren. Aus dem Eisenerz
entstehen Roheisen und Schlacke, die periodisch abgestochen werden. Das
Roheisen enthält noch viel Kohlenstoff der durch das sogenannte
Frischen (einblasen von Sauerstoff) in einem weiterem Reaktor reduziert
wird, es entsteht flüssiger Stahl. Nach dem die geforderten
Legierungsbestandteile zugemischt wurden, wird der Stahl im Strang,
Kokillen oder zu Halbzeugen vergossen. |
