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© Stahl-Zentrum
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Stahlherstellung
Ein langer und weiter Weg: Von Erz und Koks über den Hochofen ins Stahlwerk
„Hochofen-Sauerstoffaufblaskonverter“ und „Stahlschrott-Elektrolichtbogenofen“ - was für den Laien aussieht wie Begriffe, die sich ein Wortakrobat spaßeshalber in seiner kreativen Schreibwerkstatt ausgedacht hat, beschreibt in Wirklichkeit die beiden wesentlichen Verfahrenswege zur Erzeugung von Stahl. Bevor diese Verfahren zum Einsatz kommen, muss allerdings zuerst das Roheisen, aus dem der Stahl hergestellt wird, gewonnen werden. Und auch das ist schon gar nicht so einfach. Denn der Gewinnungsprozess fängt nicht erst im Hochofen an.
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© Stahl-Zentrum
Der Elektroofen der Georgsmarienhütte
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Eisenerze sind überwiegend Verbindungen von Eisen und Sauerstoff – Eisenoxide, die in der Natur mit Verunreinigungen in Form von nicht-eisenhaltigem Gestein, der sogenannten Gangart, vorkommen. Abbauorte finden sich in der ganzen Welt; die wichtigsten Förderländer sind Brasilien, Australien, China, Russland und Indien, die es zusammen auf eine Fördermenge von fast 650 Millionen Tonnen jährlich bringen. Nach dem Abbau werden die Erze noch vor Ort in einem Zerkleinerungs- und Aufbereitungsprozess vom größten Teil der Gangart getrennt, um die Transportkosten zu reduzieren. Danach werden sie entweder in der Nähe der Erzgruben unter Zugabe von Bindemitteln und Wasser zu Pellets geformt, wenn eine entsprechende Anlage vorhanden ist.
Oder sie werden unbehandelt in zwei unterschiedlichen Formen in die Hüttenwerke geliefert: Zum Teil als Stückerz mit einer Korngröße zwischen 8 und 30 mm und einem Eisenanteil von mindestens 60 %, das direkt weiterverarbeitet werden kann, zum weit größeren Teil aber als Feinerz, das sich zunächst einer weiteren Behandlung unterziehen muss, bevor es zur Eisengewinnung geeignet ist: In einer Sinteranlage wird es mit Brennstoff, Kalk-, Kies- oder Dolomitzuschlägen und Zusatzstoffen gemischt und auf unterfeuerten Wanderrosten gesintert, das heißt angeschmolzen und damit sozusagen zusammengebacken, um dann wieder gebrochen zu werden. Es gibt also letztlich drei Varianten, die zur Beschickung eines Hochofens geeignet sind: Pellets, Sinter und Stückerz. Sie werden unter dem Begriff „Möller“ zusammengefasst.
Ohne Koks nix los
Aus dem Möller allein ließe sich aber immer noch kein Roheisen gewinnen. Der zweitwichtigste Stoff, der bei der Produktion zum Einsatz kommt, ist Koks. Und auch der muss erst einmal hergestellt werden. In der Kokerei wird Kohle zermahlen und unter Luftabschluss auf 900 - 1400 Grad erhitzt; bei diesem „Verkokung“ genannten Prozess entweichen die gasförmigen Bestandteile. Das Resultat: Koks ist unter anderem schwefelärmer und kohlenstoffreicher als unveredelte Kohle. Das bringt Vorteile für den weiteren Verarbeitungsprozess mit sich. Außerdem fallen Nebenprodukte wie Teer, Benzol, Schwefelsäure und Ammoniak an, die in anderen Industriebereichen weiterverwendet werden können.
Aus dem Möller allein ließe sich aber immer noch kein Roheisen gewinnen. Der zweitwichtigste Stoff, der bei der Produktion zum Einsatz kommt, ist Koks. Und auch der muss erst einmal hergestellt werden. In der Kokerei wird Kohle zermahlen und unter Luftabschluss auf 900 - 1400 Grad erhitzt; bei diesem „Verkokung“ genannten Prozess entweichen die gasförmigen Bestandteile. Das Resultat: Koks ist unter anderem schwefelärmer und kohlenstoffreicher als unveredelte Kohle. Das bringt Vorteile für den weiteren Verarbeitungsprozess mit sich. Außerdem fallen Nebenprodukte wie Teer, Benzol, Schwefelsäure und Ammoniak an, die in anderen Industriebereichen weiterverwendet werden können.
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© ThyssenKrupp AG/Stahl-Zentrum
Glühend heiße Stahlerzeugung: am Hochofen, eine Coilbox und eine Brammenstranggussanlage
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Vorgänge im Hochofen
Im Hochofen schließlich - einem 30 bis 50 Meter hohen Schachtofen, der aus einem Metallmantel mit Kühleinrichtungen besteht, dessen innere Wände aus feuerfesten Steinen der Hitze und den chemisch-physikalischen Vorgängen bei der Entstehung des flüssigen Roheisens standhalten können - werden Koks und Möller zusammengebracht. Bei Temperaturen von bis zu 1600 Grad Celsius besteht die Aufgabe des Kokses darin, dem Erz den Sauerstoff zu entziehen und damit das enthaltene Eisen als Metall freizusetzen. Durch die Verbrennung entsteht gleichzeitig Kohlenmonoxid, das ebenfalls mit dem Eisenerz unter Sauerstoffentzug reagiert. Die Chemiker wissen es: Dieser Vorgang wird als Reduktion bezeichnet. Außerdem liefert der Koks gleichzeitig die nötige Reaktionswärme, damit dieser Prozess überhaupt ablaufen kann. Am Ende entstehen zwei Stoffe: Das geschmolzene Roheisen und eine Mischung aus Zuschlägen, Gangartresten und Koksasche, die als flüssige Schlacke den Hochofen verlässt und gut vom Eisen zu trennen ist, weil sie leichter ist und auf ihm schwimmt. Sie wird zum größten Teil zu Zement weiterverarbeitet.
Im Hochofen schließlich - einem 30 bis 50 Meter hohen Schachtofen, der aus einem Metallmantel mit Kühleinrichtungen besteht, dessen innere Wände aus feuerfesten Steinen der Hitze und den chemisch-physikalischen Vorgängen bei der Entstehung des flüssigen Roheisens standhalten können - werden Koks und Möller zusammengebracht. Bei Temperaturen von bis zu 1600 Grad Celsius besteht die Aufgabe des Kokses darin, dem Erz den Sauerstoff zu entziehen und damit das enthaltene Eisen als Metall freizusetzen. Durch die Verbrennung entsteht gleichzeitig Kohlenmonoxid, das ebenfalls mit dem Eisenerz unter Sauerstoffentzug reagiert. Die Chemiker wissen es: Dieser Vorgang wird als Reduktion bezeichnet. Außerdem liefert der Koks gleichzeitig die nötige Reaktionswärme, damit dieser Prozess überhaupt ablaufen kann. Am Ende entstehen zwei Stoffe: Das geschmolzene Roheisen und eine Mischung aus Zuschlägen, Gangartresten und Koksasche, die als flüssige Schlacke den Hochofen verlässt und gut vom Eisen zu trennen ist, weil sie leichter ist und auf ihm schwimmt. Sie wird zum größten Teil zu Zement weiterverarbeitet.
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© Stahl-Zentrum
Drahtherstellung
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Auf die Frage 'Was unterscheidet Stahl eigentlich von Eisen?' kann es nur eine Antwort geben: Eisen enthält einen Kohlenstoffanteil von über zwei Prozent. Dadurch ist es im festen Zustand spröde. Durch die Verringerung des Kohlenstoff-Anteils (und die Entfernung anderer noch vorhandener Elemente wie zum Beispiel Phosphor und Schwefel) entsteht Stahl, der bei Erhitzung leichter formbar ist und nach Abkühlung eine höhere Festigkeit erreicht. Hier kommt endlich der eingangs erwähnte Sauerstoffaufblaskonverter ins Spiel, in dem das flüssige Roheisen mit Zuschlägen und einem kleinen Anteil Schrott auf 1650 Grad Celsius erhitzt wird, während von oben durch eine wassergekühlte Lanze Sauerstoff aufgeblasen wird - ein Vorgang, der auch den Namen „Frischen“ trägt. Das Gesamtverfahren wird nach den österreichischen Städten, in deren Stahlwerken es zum ersten Mal angewandt worden ist, auch als Link-Donawitz-Verfahren bezeichnet.
Teilweise wird der Flüssigstahl beim Ausleeren des Konverters in die Gießpfanne mit anderen Elementen wie z. B. Chrom, Nickel, Mangan oder Silizium versetzt, um Legierungen zu erzeugen, die die Eigenschaften des Stahls für bestimmte Anwendungsbereiche noch einmal verbessern. Das wohl bekannteste Beispiel sind Chrom-Nickel-Stähle, die wesentlich zäher und korrosionsbeständiger sind als Stahl in Reinform und in jeder Küche zu finden sind - bei allen Gegenständen, die die Aufschrift „stainless steel“ oder „Edelstahl rostfrei“ tragen.
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© Stahl-Zentrum
Ein Blick ins Kaltwalzwerk
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Alternativ kann Stahl auch im - ebenfalls zu Beginn erwähnten - Elektrolichtbogenofen erzeugt werden. Das Ausgangsmaterial besteht hier nicht aus Erzen, sondern ausschließlich aus Stahlschrott, der geschmolzen wird, indem er einem zwischen Elektroden erzeugten Lichtbogen ausgesetzt wird, der Temperaturen von bis zu 3500 Grad Celsius erreichen kann. Ein Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass es weniger energieaufwändig ist als die traditionelle Roheisenaufbereitung.
Im Warmwalzwerk schließlich werden die Brammen zu versandfertigen Blechen gewalzt oder zu Bändern verarbeitet, die teilweise direkt an die Kunden geliefert werden, teilweise aber auch im Kaltwalzwerk noch einmal umgeformt und/oder vor der Auslieferung zum Beispiel durch Verzinkung weiter veredelt werden.
Ökologische Bedeutung für die Zukunft
Die Darstellung der Herstellungsverfahren deutet es bereits an: Stahl ist nicht nur vielseitig, sondern auch so recyclingfähig wie kaum ein anderes Material - die Wiederverwertung bringt nicht den geringsten Qualitätsverlust mit sich. Seine ressourcenschonenden Eigenschaften sorgen dafür, dass er nicht als umweltschädliches Relikt der Industrialisierung bald verschwinden, sondern seine Bedeutung auch bzw. gerade in einer ökologisch verantwortungsbewussteren Welt nicht verlieren wird. Mit anderen Worten: Stahl gehört noch lange nicht zum alten Eisen.
Die Darstellung der Herstellungsverfahren deutet es bereits an: Stahl ist nicht nur vielseitig, sondern auch so recyclingfähig wie kaum ein anderes Material - die Wiederverwertung bringt nicht den geringsten Qualitätsverlust mit sich. Seine ressourcenschonenden Eigenschaften sorgen dafür, dass er nicht als umweltschädliches Relikt der Industrialisierung bald verschwinden, sondern seine Bedeutung auch bzw. gerade in einer ökologisch verantwortungsbewussteren Welt nicht verlieren wird. Mit anderen Worten: Stahl gehört noch lange nicht zum alten Eisen.
Video: Roheisenerzeugung - Stahlerzeugung - Walzen - Veredelung
Dr.- Ing. Andreas C. Münch arbeitet als Stahlerzeugungs-Ingenieur

Kurzbeschreibung: Verschiedene Filme zeigen den Weg von der Stahl-Gewinnung bis zum Endprodukt aus diesem Material.
Themenauflistung: Herstellung, Schmiedestücke, Bleche, Draht, Oberflächenbeschichtung, Tailored Blanks
Herausgeber/Autor: Stahl-Informations-Zentrum
Ausgabe: 2009
Zielgruppe: Schülerinnen und Schüler, Lehrkräfte, Studierende
Verwendungszweck: Berufswahl, allgemeine Information
Max. Bestellmenge: 1
Themenauflistung: Herstellung, Schmiedestücke, Bleche, Draht, Oberflächenbeschichtung, Tailored Blanks
Herausgeber/Autor: Stahl-Informations-Zentrum
Ausgabe: 2009
Zielgruppe: Schülerinnen und Schüler, Lehrkräfte, Studierende
Verwendungszweck: Berufswahl, allgemeine Information
Max. Bestellmenge: 1
