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Stahlerzeugung - Referat
Vom Erz zur Stahlplatte
Kokerei: In der Kokerei wird aus Steinkohle Koks hergestellt, indem sie durch Erhitzen auf hohe Temperaturen ( unter Ausschuss von Sauerstoff) von ihren flüchtigen Bestandteilen befreit wird und deshalb kohlenstoffreicher ist als Kohle. Der Koks wird als Brennstoff und als Reduktionsmittel im Hochofen eingesetzt.
Quelle: Jugendbrockhaus
Hochofen: Der Hochofen besteht aus drei Zonen, der Vorwärmzone (ca. 500°C), der Reduktionszone (ca. 900- 1000 °C) und der Schmelzzone (ca. 1400- 2000 °C).
Von oben wird ein Gemisch aus Eisenerz, Koks und Kalkstein eingefüllt: In de Schmelzzone wird Heißluft mit hohem Druck eingeblasen, in der Koks mit Sauerstoff verbrennt:
2C (s) + O2 (g) à 2 CO (g); exotherm
Dabei entsteht Kohlenstoffmonooxid, welches das eigentliche Reduktionsmittel ist.
In der Mitte des Hochofens (Reduktionszone) wird das Eisenoxid zu Roheisen reduziert:
Fe2O3 (s) + 3 CO (g) à 2 Fe (s) + 3 CO2 (g); exotherm
Im unteren Teil sammeln sich dann Schlacke und Roheisen getrennt an. Die Dichte der Schlacke ist geringer und schwimmt deshalb auf dem Roheisen, was das Eisen auch vor einer erneuten Oxidation schützt. So werden sie dann einzeln entnommen.
Das entstandene Gichtgas (Stickstoff, Kohlenstoffmonooxid, Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff) verlässt oben den Hochofen und strömt in einen Winderhitzer. Dort werden die brennbaren Bestandteile verbrannt. Die Energie, die dabei entsteht, wird in feuerfesten Steinen gespeichert. Dann wird frische Kaltluft eingeblasen und durch die Steine erwärmt. Dadurch entsteht wieder Heißluft für den Hochofen.
Ein Teil des Kohlenstoffmonooxids zerfällt in der Vorwärmzone zu Kohlenstoff und Kohlenstoffdioxid:
2CO (g) à C (s) + CO2 (g); exotherm
Quelle: Chemie heute SI S. 94/95
Roheisenentschwefelung: Durch einblasen eines Gemisches von Calcium und Magnesium in die Entschwefelungsanlage wird das Roheisen auf tiefste Schwefelwerte gebracht.
Quelle: www.dillinger.de/dh/unternehmen/produktion/weitere/01176/index.shtml.de
Konverter: Durch ein wassergekühltes Rohr wird reiner Sauerstoff unter hohem Druck auf Roheisen und 30% Eisen- Schrott geblasen und die erhitzende Schmelze fängt an zu brodeln und zu kochen. Aus der Tiegelöffnung sprüht ein Funkenregen, der hauptsächlich aus Schlacke, in der ein Teil der Verbrennungsprodukte durch Kalksteinzusätze gebunden ist, besteht. Der Rest der Verbrennungsprodukte entweicht als gasförmiges Oxid. Der gesamte Vorgang dauert 20 Minuten, danach wird der Konverter geschwenkt und der fertige Stahl fließt in eine Gießpfanne.
Quelle: Chemie heute SI S.96
Pfannenbehandlung: Der Stahl wird zuerst zur Homogenisierung durchgemischt. Dann wird zur Einstellung der geforderten Eigenschaften wie Festigkeit exakt dosierte Mengen an Legierungselementen wie z.b. Molybdän (Mo) oder Vanadium (V) der Schmelze hinzugegeben. Durch eine anschließende Vakuumbehandlung werden bei einem Druck von nur 1 mbar auch die letzten Reste von Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff entzogen, außerdem wird der Stahl bis auf geringste Gehalte entschwefelt
Quelle: www.dillinger.de/dh/unternehmen/produktion/weitere/01176/index.shtml.de
Strangguss/ Blockguss: 94% der Stahlproduktion wird in Strang vergossen, das Blockgussverfahren dagegen verliert zunehmend an Bedeutung.
Strangguss: Beim Stranggießverfahren gelangt der flüssige Stahl aus der Gießpfanne über einen Verteilerbehälter unter Luftabschluss in eine kurze wassergekühlte Kupferkokille (Wiederverwendbare Form zum Abgießen von flüssigem Stahl). Vor Gießbeginn wird der Boden der Kokille mit dem sogenannten Kaltstrang, einer Gliederkette, verschlossen. Die Kokille wird in senkrechte Schwingungen versetzt, damit der Strang nicht an der Kokillenwahndung haftet. Der in seiner Randzone erstarrte rotglühende Strang wird zunächst mit Hilfe des Kaltstranges und später durch die Treibrollen aus der Kokille gezogen, während die Kokille von oben ständig mit Flüssigstahl nachgefüllt wird.
Wegen seines flüssigen Kerns muss der Strang so lange sorgfältig mit Wasser bespritzt und gekühlt sowie allseits von Rollen abgestützt werden, bis er vollständig erstarrt ist.
Dadurch wird ein Aufbrechen der noch dünnen Randzone vermieden.
Nach vollständiger Erstarrung kann der Strang durch mitfahrende Schneidbrenner oder Scheren auf bestimmte Längen zerteilt werden.
Quelle:www.stahl-online.de/forschung_und_technik/produktionsverfahren/Roheisen_und_Stahlerzeugung.htm
Blockguss: Beim Blockguss wird portionsweise Stahls in Dauerformen (Kokillen) abgegossen.
Walzwerk: Zum Schluss werden im Walzwerk die Brammen zu Blechen in den unterschiedlichsten Größen und Dicken ausgewalzt und auf die mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Zähigkeit und Härte eingestellt.
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