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Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 1
2017
Herstellen von Stählen
1. Historische Verfahren
2. Roheisenerzeugung
3. Rohstahlerzeugung
4. Stahlherstellung
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 3
2017
Stahlerzeugung
• Ziel: Herstellen von Stahl bestimmter chemischer
Zusammensetzung, möglichst homogen und
weitestgehend frei von Verunreinigungen
• Weg:
Eisenerze Roheisen Rohstahl Stahl
Reduktion Frischen
Desoxidieren
Legieren
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 12
2017
Roheisenherstellung aus Eisenerz im Hochofen
Eisenerz wird gesintert, um eine geeignete Stückigkeit einzustellen
Vermischen des Sinters mit Kalkstein und Koks
Chargieren im Hochofen
Hochofenreaktion im Gegenstrom (heiße Luft, sogn. Wind)
Ergebnis: Roheisen und Schlacke
Abstich (periodisch)
2. Roheisenerzeugung
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
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2017
Luisenhütte:
älteste erhaltene Hochofenanlage in
Deutschland und möglicherweise weltweit,
steht in Balve unterhalb Münster
alter Hochofen; erbaut um 1700
2. Roheisenerzeugung
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Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
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2017
Hochofenanlage der Dillinger Hütte
(Duisburg)
2. Roheisenerzeugung
Werkstoffkunde HWK 2013
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2017
Ein Hochofen ist eine zumeist
großtechnische Anlage in
Schachtofenbauweise, in der
Eisen durch Reduktion von
Eisenoxid gewonnen wird.
Neben oxidischen Eisenerzen
werden hierzu Koks und
Zuschlagstoffe wie Quarzsand
und gebrannter Kalk zur
Reaktion gebracht
(Redoxreaktion). Sulfidische
Erze müssen hingegen
zunächst durch Rösten in
Oxide überführt werden.
2. Roheisenerzeugung
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2017
Chemische Reaktionen im Hochofen
Wichtiges grundsätzliches chemisches Reaktionsschema:
C + O2 CO2
Energie liefernde Verbrennung des Kokses
CO2 + C 2 CO Erzeugung des gasförmigen Reduktionsmittels Kohlenstoffmonoxid (indirekte Reduktion)
Fe2O3 + 3CO 3CO2 + 2Fe
Reduktion des Eisenoxids zu elementarem Eisen (direkte Erzreduktion)
2. Roheisenerzeugung
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2017
2. Roheisenerzeugung
Eigenschaften des Roheisens:
Kohlenstoffgehalt von ca. 4-5 %
bis 3 % Silizium
bis 6 % Mangan
geringe Mengen Schwefel und Phosphor (im kaltem Zustand sehr
spröde und daher weder schmiedbar (walzbar), noch schweißbar)
Gusseisen:
Graues Gusseisen (es überwiegt der Siliziumgehalt)
Weißes (Roh-) Gusseisen (es überwiegt die Wirksamkeit von Mangan)
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2017
Verarbeitung von weißem Roheisen
Weiterverarbeitung im Konverterprozess zu Stahl Entfernen überschüssigen Kohlenstoffs sowie andere Fremdstoffe aus dem
Roheisen (Einblasen von Sauerstoff, elektrochemische Umwandlung)
beim Hochofenabstich Gießen in feuerfest ausgemauerte Pfannen oder
Torpedowagen
Transport in das Stahlwerk
Verbrennen des überschüssigen Kohlenstoffs durch Einblasen von Sauerstoff
im Konverter (Roheisen wird in Rohstahl umgewandelt); durch die
Verbrennung verursachte Erwärmung wird durch Zugabe von Schrott
ausgeglichen
durch Strangguss oder Blockguss Überführung in die feste Phase
3. Rohstahlerzeugung
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2017
Stahlgewinnung aus Roheisen
Das Roheisen wird in der "Stahlkocherei" durch Einblasen von Sauerstoff
oder Zugabe von Schrott (Eisenoxid) aufbereitet, indem die Begleitstoffe
(Kohle, Schwefel, Mangan, Silizium) oxidiert und als Gase
(Schwefeldioxid, Kohlendioxid) oder mit Zuschlägen als Schlacke
(Kalzium- und Mangansilikate und -phosphate) entfernt werden.
Beispiel:
2FeO + FeSi 3Fe + SiO2
Eisenoxid und siliziumhaltiges Roheisen reagieren zu Eisen (Stahl) und
Siliziumdioxid.
3. Rohstahlerzeugung
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3. Rohstahlerzeugung
Vorlegierungen für die Stahlerzeugung:
Ferrosilicium (FeSi)
Ferromangan (FeMn)
Ferrochrom (FeCr)
Ferrosilizium-Magnesium (FeSiMg)
Ferrotitan (FeTi)
Ferrophosphor (FeP)
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2017
3. Verbrennen/Oxidieren und Desoxidieren
(Roheisen Rohstahl)
• Frischen und Desoxidieren - Ziele :
• Senken des Kohlenstoffgehaltes auf vorgegebene Werte
• Senkung der Gehalte erwünschter Beimengungen auf
vorgegebene Werte (Mn, Si, Al…)
• weitestgehende Entfernung unerwünschter Beimengungen
(S, P, O, N)
• Einstellung der vorgegebenen Legierungszusammensetzung
(Zugabe von Legierungselementen)
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2017
Raffination Prozess der Rohstahlgewinnung
(Schmelzen/Frischen)
Das Verhalten der Begleitelemente bei der Raffination
•Elemente, die gasförmig entweichen:
C, Zn, Pb, H2, N2, S .z.T.
•Elemente, die vollst. als Oxide in die Schlacke übergehen:
Si, Al, Ta, B, Mg, W, Ti, Nb
•Elemente, die sich auf Metall- u. Schlackenbad verteilen:
Mn, P, S z.T., Cr, V
•Elemente, die im Metallbad verbleiben:
Cu, Ni, Sn, As, Bi, Sb, Se, Te, Co, Mn
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Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 23
2017
3. Rohstahlerzeugung - Konverter
Konverter leitet sich aus dem lateinischen Verb
convertere = umwenden, verwandeln ... her
Stahlindustrie:
In einem Konverter wird durch Zuführung von
Sauerstoff in das verflüssigte Roheisen
überschüssiger Kohlenstoff herausoxidiert. Das
Roheisen wird so zu Stahl.
Werkstoffkunde HWK 2013
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2017
3. Frischverfahren
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 25
2017
3. Blasstahlverfahren
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 26
2017
3. Elektroofen
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 27
2017
3. Lichtbogenofen
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 28
2017
Unberuhigt und beruhigt
vergossener Stahl
Problem:
Seigerungen
Alterungsanfälligkeit
eingeschränkte Schweißeignung
4. Stahlherstellung
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 29
2017
Standguss
Gießstrahl-Entgasung
Problem:
Lunker
4. Stahlherstellung
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 30
2017
Blechherstellung
Stranggussanlage
Problem:
Mittenseigerung
Dopplung
4. Stahlherstellung
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 31
2017
Übersicht über die
Stahlherstellung
Werkstoffkunde HWK 2013
Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft
Meyer & Horn-Samodelkin GbR 32
2017
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!