4 Fragen zu Stahlherstellung

Stahl wird aus Eisen durch einen Prozess hergestellt, der als Eisenverüttung bekannt ist. Bei der traditionellen Methode, die Holzkohle verwendet, geschieht dies in mehreren Schritten: 1. **Rohstoffvorbereitung**: Zunächst wird Eisenerz, das hauptsächlich aus Eisenoxid besteht, zusammen mit Holzkohle in einem Hochofen oder einer kleinen Schmiede (z.B. einem Rennofen) geschichtet. 2. **Reduktionsprozess**: Die Holzkohle dient als Reduktionsmittel. Bei hohen Temperaturen (über 1000 °C) reagiert die Holzkohle mit dem Sauerstoff im Eisenoxid. Dabei wird Kohlenmonoxid (CO) freigesetzt, das mit dem Eisenoxid reagiert und das Eisen reduziert. Die chemische Reaktion lautet: \[ \text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{CO} \rightarrow 2\text{Fe} + 3\text{CO}_2 \] 3. **Eisenabscheidung**: Das reduzierte Eisen sammelt sich am Boden des Ofens. Es kann in Form von "Roheisen" oder "Schwamm-Eisen" vorliegen, je nach den genauen Bedingungen des Prozesses. 4. **Stahlherstellung**: Um Stahl zu erzeugen, wird das Roheisen weiterverarbeitet. Dies geschieht durch das Entfernen von Verunreinigungen und das Hinzufügen von Kohlenstoff in kontrollierten Mengen. Der Kohlenstoffgehalt im Stahl liegt typischerweise zwischen 0,2 % und 2,1 %. Dies kann durch Schmelzen des Roheisens in einem weiteren Prozess, wie dem Konverterverfahren, erreicht werden. 5. **Formgebung und Abkühlung**: Der geschmolzene Stahl wird dann in Formen gegossen oder zu Blöcken, Platten oder anderen Formen verarbeitet und anschließend abgekühlt. Diese traditionelle Methode der Stahlherstellung mit Holzkohle ist heute weitgehend durch modernere Verfahren ersetzt worden, die effizienter und umweltfreundlicher sind.

Der Vorgang, bei dem durch Oxidation der Kohlenstoffgehalt und unerwünschte Begleitelemente im Stahl entfernt oder reduziert werden, nennt sich "Entkohlung" oder "Oxidation". In der Stahlherstellung erfolgt dies häufig im Hochofen oder im Konverterprozess, wo der Kohlenstoff durch Zugabe von Sauerstoff oxidiert wird.

Im Hochofen wird Eisenerz zu flüssigem Roheisen reduziert. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab: 1. **Beschickung**: Eisenerz, Koks und Zuschläge (wie Kalkstein) werden von oben in den Hochofen eingebracht. 2. **Reduktion**: Der Koks verbrennt mit dem zugeführten Sauerstoff und erzeugt Kohlenmonoxid, das das Eisenerz (hauptsächlich Eisenoxid) reduziert und zu flüssigem Eisen umwandelt. 3. **Schmelzen**: Das reduzierte Eisen schmilzt und sammelt sich am Boden des Hochofens. 4. **Schlackebildung**: Die Zuschläge reagieren mit den Verunreinigungen im Erz und bilden Schlacke, die ebenfalls flüssig ist und sich über dem flüssigen Eisen sammelt. 5. **Abstich**: Das flüssige Roheisen wird regelmäßig durch einen Abstich aus dem Hochofen abgelassen und in Transportpfannen oder direkt in Gießpfannen geleitet. Das flüssige Roheisen wird anschließend weiterverarbeitet, meist in einem Stahlwerk, wo es zu Stahl veredelt wird.

Eine Siemens-Martin-Birne ist ein spezieller Ofenbehälter, der im Siemens-Martin-Verfahren zur Stahlerzeugung verwendet wird. Das Siemens-Martin-Verfahren, auch als Herdofenverfahren bekannt, war ein bedeutendes Verfahren zur Stahlherstellung im 19. und 20. Jahrhundert. Die „Birne“ bezeichnet dabei die birnenförmige Ausgestaltung des Ofengefäßes, in dem das Roheisen zusammen mit Schrott und Zuschlägen eingeschmolzen und durch Einblasen von Luft und Zugabe von Sauerstoff entkohlt wird. Die Form erleichtert das Umrühren und die gleichmäßige Durchmischung der Schmelze. Im Gegensatz dazu steht die Bessemer-Birne, die im Bessemer-Verfahren verwendet wird. Beide Begriffe beziehen sich auf die charakteristische Form der Gefäße, die an eine Birne erinnert. Das Siemens-Martin-Verfahren ist heute weitgehend durch modernere Verfahren wie das LD-Verfahren ersetzt worden.