Vom Erz zum Stahl

Vom Erz zum Stahl

Erze

• Metalle kommen in der Natur meistens in Form von salzartigen Verbindungen vor, oft als Oxide, Sulfide oder Carbonate.
• Oft kommen sie mit anderem Gestein, der "Gangart", gemeinsam vor. Aus diesem "tauben" Gestein lässt sich kein Metall gewinnen.
• Zur Metallgewinnung eignen sich die Oxide am besten.
• Sulfide werden daher durch "Rösten" in Oxide umgewandelt
• Carbonate durch "Brennen"

Erze

• Die wichtigen Eisenerze mit 65-70% Eisengehalt sind
• Magnetit oder Magneteisenstein (Fe3O4)
• und
• Hämatit oder Roteisenstein (Fe2O3)
• 
• Legenda: Eisenerze

Erzaufbereitung

• Damit die Eisenerze für den Hochofen taugen, müssen sie eine gewisse Größe und Festigkeit aufweisen. Stückerz kann direkt verwendet werden, Feinerze werden zu Sinter oder zu Pellets verarbeitet
• Der österreichische Spateisenstein, ein Eisencarbonat, das früher am Erzberg in der Steiermark abgebaut wurde, wird heute aufgrund des geringen Eisengehaltes nicht mehr verhüttet.

Die Roheisengewinnung

• Für die Roheisengewinnung benötigt man Erz, Zuschläge und Koks.
• Die Erze liefern das Metall.
• Die Zuschläge binden unerwünschte Stoffe und bilden die Schlacke.
• Der Koks dient als Reduktionsmittel und Brennstoff
• Koks wird in der Kokerei aus Steinkohle hergestellt. Durch die riesigen Mengen Koks, die zur Roheisenerzeugung benötigt werden, trägt die Eisen- und Stahlproduktion etwa 7% zur vom Menschen verursachten Kohlendioxidfreisetzung bei.

Die Hochofenanlage

• 
• Eine Hochofenanlage besteht aus der
• Beschickungsanlage,
• dem eigentlichen Hochofen
• und der Winderhitzeranlage

Der Aufbau des Hochofens

• Der Hochofen ist ein Schachtofen, der jahrzehntelang im Gegenstrom betrieben wird. Er besteht aus
• Gicht (zur Beschickung und Ableitung der Gichtgase)
• Schacht (zur Reduktion der Erze)
• Kohlensack (hier sammelt sich Koks)
• Rast (hier wird der Wind eingeblasen)
• und Gestell (hier sammelt sich flüssiges Roheisen und flüssige Schlacke)

Die Zonen des Hochofens

• Man unterscheidet von oben nach unten die
• Vorwärmzone (hier werden Erz, Koks und Zuschläge getrocknet und aufgeheizt)
• Reduktionszone (hier wird das Eisenerz durch Kohlenstoffmonoxid zu Eisen reduziert)
• Schmelzzone (hier schmilzt das Eisen und rinnt in das Gestell)
• Verbrennungszone (hier verbrennt der Koks mit dem Heißwind und bildet das Reduktionsgas, das Kohlenstoffmonoxid

Der Hochofenprozess

• Erz, Zuschläge und Koks wandern von der Gicht nach unten, werden getrocknet und erhitzt bis bei ca. 1000°C das Eisenerz mit dem Kohlenstoffmonoxid reagiert und Eisen gebildet wird. Bei etwa 1500°C schmilzt das Eisen und rinnt in das Gestell.
• Die Verunreinigungen reagieren mit den Zuschlägen und bilden die Schlacke. Koks bleibt über und verbrennt bei bis zu 2000°C mit dem eingeblasenen Wind.

Der Hochofenprozess 2

• Im Abstand einiger Stunden findet der Abstich statt, das Gestell entleert sich, indem flüssiges Roheisen und Schlacke abfließen. Das Roheisen wird in Torpedopfannenwagen in das Stahlwerk gebracht.
• Die Gase strömen nach oben, werden über die Gicht abgeleitet, anschließend entstaubt und in den Winderhitzern verbrannt. Ist ein Winderhitzer aufgeheizt, wird frische Luft auf etwa 1000°C aufgeheizt und als Wind in den Hochofen geblasen. Das erspart sehr viel Energie.

Das LD-Verfahren

• Das Roheisen enthält etwa 4% Kohlenstoff und weitere Verunreinigungen. Durch Verringerung des Kohlenstoff-gehaltes auf unter 2%, Entfernung von Verunreinigungen und Zugabe von Legierungsmetallen entsteht Stahl mit wesentlich besseren mechanischen Eigenschaften.
• Im Linz-Donawitz-Verfahren wird der LD-Konverter mit Roheisen, Stahlschrott und Zuschlägen befüllt (charchiert). Anschließend wird über eine wassergekühlte Lanze reiner Sauerstoff aufgeblasen. Der Kohlenstoff-gehalt verringert sich, Verunreinigungen werden entfernt und es entsteht Stahl.

Der Stangguss

• Der fertige Stahl wird zur Stranggussanlage gebracht und in Endlosstränge vergossen. Dadurch vermeidet man Lufteinschlüsse, wie früher beim Kokillenguss