Vom roheisen zum stahl

Vom Rohstoff zum Werkstoff (Vom Eisenerz zum Stahl) 1.Der Rohstoff Eisenerz tritt meistens in Form von z.B. Hämatit, Magnethit oder Lemetit auf. Diese Erze findet man vor allem in Südafrika, Brasilien, Russland und Rumänien. Auch in Deutschland gibt es einige Orte, wie das Ruhrgebiet, an denen Eisenerz abgebaut wird. Aufgrund des geringen Eisenanteils, von 25%, der heimischen Erz rentiert sich der Abbau in Deutschland nicht besonders. Die importierten Rohstoffe haben einen Eisenanteil von über 70%.Folglich ist, dass mit den Auslandserzen mehr Roheisen gewonnen werden kann. Das ist auch der Grund, warum die meisten deutschen Stahlwerke mit Erzen aus dem Ausland beliefert werden. In unserer Umgebung sind vor allem die Stahlwerke Salzgitter, Peine und Ilsenburg wichtig. Von hier aus werden viele Kunden im Ausland mit Stahl beliefert. Eisenerze (z.B. Fe O ) werden in einem Hochofen mit Zuschlägen (Kalk; CaCO )und Koks (C) bei einer Temperatur von ca. 200°C bis ca. 2000°C geschmolzen. Der Hochofen hat verschiedene Zonen, die sich aufgrund von den unterschiedlichen chemischen Reaktionen und Temperaturen unterscheiden. Die Oberste Zone heißt Vorwärmzone. Da die „Zutaten“ gerade erst in den Hochofen gelangt sind, beträgt die Temperatur dort ca. 200°C. Die sich darunter befindende Zone heißt Reduktionszone. Dort laufen viele wichtige Redoxreaktionen ( Reaktionen bei denen Oxidation wie Reduktion gleichzeitig ablaufen ) bei der Herstellung von Roheisen ab. Die folgende Zone heiß Kohlungszone. Nach ihr folgt die letzte Zone; die Schmelzzone. In dieser Zone gelangt beim Sauerstoffblasverfahren die Heißluft durch Ringleitungen in den Hochofen. Hier ist im Ofen die höchste Temperatur erreicht; 2000°C. Einer der wichtigsten Schritte zur Stahlgewinnung besteht aus dem Reduktionsverfahren, bei dem durch chemische Reaktionen der Kohlenstoffanteil gesenkt wird. Dies geschieht im Hochofen. Chemische Reaktionen: ( 2CO  C+ CO ) Reduktionszone ( CO + C 2CO ) Reduktionszone (Fe O + 3CO 2Fe + 3 CO ) Reduktionszone (2C + O 2CO ) Schmelzzone Bei der Schmelzung wird das Eisen aus dem Gestein herausgelöst. Das flüssige Metall sammelt sich auf Grund seiner größeren Dichte unter der „Schlacke“ in der „Rast“, dem untersten Teil des Hochofens. Durch seine geringere Dichte schwimmt die Schlacke über dem Roheisen. Die „Abstiche“ werden etwa 8-10 mal täglich durchgeführt. Dabei wird mit einem ca. 3m langem Stahlbohrer zwei unterschiedlich hoch angesetzte Löcher in die Bohrstellen des Hochofens angebracht. Nach dem ablassen der Schlacke, wird der Eisenabstich durchgeführt. Beim Eisenabstich wird das flüssige Metall in Rinnen aus feuerfestem Stein in einen Pfannenwagen geleitet. Mit diesem speziellen Wagon der Eisenbahn wird das flüssige Metall zur Weiterverarbeitung transportiert. Die weiter Verarbeitung findet mit Hilfe von Konvertern und der Thomasbirne statt. In einem Konverter wird durch Zuführung von Sauerstoff in das verflüssigte Roheisen überschüssiger Kohlenstoff herausoxidiert. Durch diesen Vorgang wird aus Roheisen Stahl. Das Roheisen wird so zu Stahl. Anschließend kommt das Roheisen in eine Thomasbirne. Hier wird je nach Wunsch der Kunden unterschiedlicher Schrott, wie z.B. Autokarosserien vom Schrottplatz, mit eingeschmolzen. Die Kosten für eine Tonne Eisenerz liegt bei ca. , € 2.Eigenschaften von Roheisen Temperaturbeständigkeit: -Schmelzpunkt liegt bei ca. 1535°C -Siedepunkt liegt bei ca. 2750°C Leitfähigkeit: Elektrizitätsleitend / stark wärmeleitend Härte: 7874 kg/m³ (4,0) Verformbarkeit: Durch starke Erhitzung leicht verformbar Glanz: Typischer metallisch-grauer Glanz Chemisches Zeichen: Fe (Ferrum) Periode: 4 Ordnungszahl: 26 Hauptgruppe: Nebengruppe 8 Wertigkeit: zwei oder dreiwertig, vier oder sechswertig Atommasse: 55,845 u ; u = 1,6606 * 10- kg Anteil an der Erdhülle: 4,7% Serie: Übergangsmetalle 3.Vom Werkstoff zum Produkt Der Stahlträger Nach dem Abstich wird das flüssige Eisen in Gräben aus feuerfesten Ziegeln und Sand gelassen.

Die Stahlträger entstehen in einem Walzwerk und werden in glühendem Zustand in einer Walztrasse gewalzt . Die Walzstraße kann in manchen Stahlwerken mehrere hundert Meter lang sein. Die Schnittstücke, die gewalzt werden nennt man Brammen. Die fertigen Träger werden zum Auskühlen auf Eisenbahnen geladen, um im Werk Platz zu sparen und die Ware schneller an den Kunden auszuliefern. Von den Eisenbahnen aus können die Träger direkt per Schienenverkehr zu den Firmen transportiert werden, die die Stahlträger bestellt haben.

Der Stahl kann je nach Wunsch und Verwendungszweck mit unterschiedlichsten Legierungen beschichtet werden. Je nach Legierung ist der Stahl besonders hitzebeständig, rostfrei oder biegsam. Auch die Farbe kann je nach Wunsch verändert werden. Außerdem kann man als „Bezug“ des Stahls auch eine in der Dicke variierende Schicht Kunststoff oder Öl verwenden. Das Verb legieren stammt ursprünglich aus dem lateinischen ligare und bedeutet zusammen - binden, verbinden oder auch vereinigen. Im 17. Jahrhundert wurde das inzwischen leicht abgewandelte legare (von gleicher Bedeutung) ins Deutsche übernommen. 4.Recycling Wie lange lebt der Rohstoff? Stahlträger werden meist für Hochhäuser oder Brückenkonstruktionen verwendet. Deshalb lebt ein Stahlträger meist solange wie der Gegenstand in dem er verwendet wurde. Bei z.B. einem Haus kann die Lebensdauer mehrere Jahrzehnte sein. Kann das Produkt wiederverwendet werden? Stahlträger können in unterschiedlichen Verfahren, wie z.B. die „Zusammenpressung“ in ihrem Volumen verringert werden. Das Stahlwerk kann den hier entstandenen „Schrott“ wieder einschmelzen. So ist die Stahlproduktion ein ewiger Kreislauf!