Stahlherstellung: Umfassender Prozessleitfaden & Flussdiagramm

In diesem Artikel lernen wir, was die verschiedenen Methoden des Stahlherstellungsprozesses sind und das Flussdiagramm zum besseren Verständnis. Es sind je nach Art und Zusammensetzung des Stahls unterschiedliche Prozesse beteiligt. Lassen Sie uns einen Blick auf die verschiedenen Prozesse der Stahlherstellung werfen.

Stahl ist im Grunde eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, wobei der Kohlenstoffgehalt bis zu 1,5 % variiert. Der Kohlenstoff ist im gesamten Metallvolumen verteilt, nicht als elementarer oder freier Kohlenstoff, sondern als Verbindung (chemische Kombination) mit Eisen.

Wenn jedoch der Kohlenstoff über 1,5 % erhöht wird, erreicht man bald einen Punkt, an dem kein weiterer Kohlenstoff mehr im verbundenen Zustand enthalten sein kann, und jeder Überschuss muss als freier Kohlenstoff (Graphit) vorliegen. In diesem Stadium geht das Metall in die Gruppe über, die als Gusseisen bezeichnet wird. Daher muss ein Material, um als Stahl klassifiziert zu werden, keinen freien Kohlenstoff in seiner Zusammensetzung enthalten; sobald freier Graphit auftritt, fällt es in die Kategorie Gusseisen.

Neben Kohlenstoff sind andere Elemente im Stahl vorhanden, z. B. Schwefel, Silicium, Phosphor, Mangan usw.; aber Kohlenstoff ist bei weitem das wichtigste modifizierende Element. Eisen bildet die Masse der Legierung; es ist der Mengenpartner, während dem Kohlenstoff die Aufgabe zukommt, die Qualität des Stahls zu bestimmen, um Anforderungen zu erfüllen, die Eisen allein nicht befriedigen kann. Die Bedeutung von Kohlenstoff im Stahl liegt nicht in seinem relativen Volumen, sondern in seinem bemerkenswerten Einfluss auf die inneren strukturellen Änderungen und die anschließende Abkühlung durch verschiedene Methoden.

Stahlherstellungsprozess

Die kommerziellen Verfahren zur Stahlherstellung sind:

(1) Bessemer-Verfahren, (2) LD-Verfahren, (3) Siemens-Martin-Verfahren (Open Hearth), (4) Tiegel-Verfahren (Crucible Process), (5) Elektrisches Verfahren (Electric Process), (6) Duplex-Verfahren.

Das Bessemer-, Siemens-Martin- und Elektrische Verfahren können in (a) saures Verfahren und (b) basisches Verfahren unterteilt werden, je nach Art der Auskleidung des Ofens. In jedem dieser Verfahren wird der Stahl entweder durch Zugabe von Kohlenstoff zu Schmiedeeisen oder durch Entfernen des richtigen Anteils an Kohlenstoff aus Roheisen hergestellt, indem das Roheisen zuerst vollständig entkohlt und dann die richtige Menge Kohlenstoff zugesetzt wird. Lassen Sie uns die Stahlherstellungsprozess-Schritte im Detail verstehen.

1. Das Bessemer-Verfahren

Der Bessemer-Stahlherstellungsprozess besteht darin, Luft durch flüssiges Roheisen zu blasen, das in einem speziellen Ofen, dem sogenannten Konverter, enthalten ist, der wie ein riesiger Betonmischer geformt ist (Abb. 4.2). Der Konverter besteht aus Stahlplatten, die innen mit einem feuerfesten Material ausgekleidet sind. Die Art der feuerfesten Auskleidung hängt vom Charakter des Stahlherstellungsprozesses ab, d. h. vom sauren oder basischen Verfahren.

Im sauren Verfahren wird der Konverter mit Quarzsteinen ausgekleidet, die im feuerfesten Handel als „sauer“ bekannt sind. Das saure Verfahren eliminiert Phosphor oder Schwefel nicht aus dem Metall. Im basischen Verfahren wird der Konverter mit Dolomit ausgekleidet, der als „basisch“ bekannt ist. Er entfernt Phosphor und in gewissem Maße Schwefel.

2. Das LD-Verfahren

Die neueste Entwicklung im Stahlherstellungsprozess trägt den Namen dieses Verfahrens, der von den Initialen zweier separater Werke in Österreich, in Linz und Donawitz, stammt. Das lokale österreichische Erz ist zu phosphorarm, um das luftgeblasene basische Bessemer-Verfahren anwenden zu können. Da Luft, ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff, verwendet wird, enthält der resultierende Stahl Stickstoff, der Stähle unter bestimmten Bedingungen spröde macht.

Weiterhin führt der Großteil des nicht gelösten Stickstoffs so viel Wärme ab, dass nur ein Metall mit hohem Phosphorgehalt genügend Wärme erzeugt, um die erforderliche Temperatur des flüssigen Stahls zu erreichen. Die Abhilfe bestand darin, den Luftstrom durch Sauerstoff oder ein Gasgemisch ohne Stickstoff zu ersetzen.

3. Das Siemens-Martin-Verfahren (Open Hearth Process)

Im Siemens-Martin-Verfahren zur Stahlerzeugung werden Roheisen, Stahlschrott und Eisenoxid in Form von Eisenerz oder Zunder in einem Siemens-Martin-Ofen (Abb. 4.4) geschmolzen, der so genannt wird, weil das flüssige Metall in einem vergleichsweise flachen Bad auf dem Ofenboden oder Herd liegt. Der Herd ist von einem Dach und Wänden aus feuerfesten Steinen umgeben. Die Beschickung wird durch eine Beschickungstür zugeführt und hauptsächlich durch Wärmestrahlung von brennenden gasförmigen Brennstoffen darüber auf 1.600 °C bis 1.650 °C erhitzt. Es ist nicht die Wärmemenge, sondern vielmehr die hohe Temperatur, die für den Zweck wesentlich ist.

4. Das Tiegel-Stahlherstellungsverfahren (Crucible Process)

Im Tiegel-Stahlherstellungsverfahren werden Gemische aus Schmiedeeisen, Stahlschrott und Ferromangan mit Holzkohle in einem luftdichten Tiegel geschmolzen. Andere Ferrolegierungen können hinzugefügt werden, wenn Legierter Stahl durch dieses Verfahren hergestellt wird. Im Tiegelverfahren wird Kohlenstoff dem Eisen zugesetzt, da der Kohlenstoffgehalt von Schmiedeeisen niedrig ist.

Der notwendige Kohlenstoff wird vom Metall während des Schmelzens aus der Holzkohle aufgenommen. Nachdem die Materialien geschmolzen und gründlich legiert sind, werden die Tiegel aus dem als Regenerativofen bekannten Ofen entnommen, der wie der Siemens-Martin-Ofen mit gasförmigem Brennstoff beheizt wird, und schließlich wird der Stahl in Formen gegossen. Die Zeit zwischen dem Einbringen des Tiegels in den Ofen und dem Entnehmen des Tiegels beträgt ungefähr vier Stunden.

Der Prozess ist im Wesentlichen ein Schmelz- und Legierungsprozess, und keine Raffination des Metalls findet im Tiegel statt.

5. Das Elektrische Verfahren (Electric Process)

In den letzten Jahren hat sich das Schmelzen von Stahl in Elektroöfen aufgrund der Verfügbarkeit günstiger elektrischer Energie rasant entwickelt. Elektrizität wird ausschließlich zur Wärmeerzeugung verwendet und verleiht dem Stahl keine besonderen Eigenschaften. Dennoch hat der Elektroofen die folgenden vorteilhaften Merkmale.

1. Er erzeugt extrem hohe Temperaturen, etwa 2.000 °C, in der Schmelzkammer, ohne Sauerstoff oder Stickstoff aus der Luft oder Verunreinigungen aus dem Brennstoff einzuführen. Dies erleichtert die Entfernung schädlicher Verunreinigungen wie Sauerstoff, Schwefel und Phosphor sowie nichtmetallischer Einschlüsse.

2. Die Temperatur kann jederzeit leicht gesteuert und geregelt werden.

3. Er erlaubt die Zugabe teurer Legierungselemente wie Chrom, Nickel, Wolfram usw. ohne Verlust durch Oxidation.

4. Eine große Vielfalt von Stählen, die sich im Kohlenstoffgehalt und mit jedem Gehalt an Legierungselementen unterscheiden, kann hergestellt werden.

6. Duplex-Verfahren (Duplex Processes)

Kombinationsmethoden der Stahlherstellung, bekannt als Duplex-Verfahren, werden in zwei Stahlherstellungseinheiten durchgeführt. Die folgenden Kombinationen werden üblicherweise durchgeführt.

1. Basisches und saures Siemens-Martin-Verfahren

2. Ein basischer Siemens-Martin-Ofen und ein basischer Elektroofen.

3. Ein Bessemer-Konverter und ein basischer Siemens-Martin-Ofen.

Stahlherstellungsprozess-Flussdiagramm

FAQs

Was ist der Stahlprozess?

Stahl wird typischerweise in zwei Stufen produziert. Der Basissauerstoffofen (BOF)-Prozess oder das Schmelzen von Stahlschrott oder direkt reduziertem Eisen (DRI) in einem Lichtbogenofen werden verwendet, um flüssiges Eisen in der Hauptstahlerzeugungsstufe in Stahl umzuwandeln. Die Sekundärmetallurgie ist ein Raffinationsprozess, der die Zugabe von Legierungsmetallen und die Entfernung von Verunreinigungen umfasst.

Welches Gas wird für die Stahlherstellung verwendet?

In der Stahlindustrie üblicherweise verwendete Industriegase sind Sauerstoff, Stickstoff, Argon und Wasserstoff.

Was bewirkt der Stahlprozess?

Der Bessemer-Stahlherstellungsprozess besteht darin, Luft durch flüssiges Roheisen zu blasen, das in einem speziellen Ofen, dem sogenannten Konverter, enthalten ist, der wie ein riesiger Betonmischer geformt ist.

Wer hat den Stahlprozess erfunden?

Sir Henry Bessemer

Wie wird Kohlenstoff zum Stahl hinzugefügt?

Eisenerz, Koks (aus Kohle hergestellt) und Kalk werden verwendet, um Roheisen in einem Hochofen herzustellen. Die Rohstoffe werden oben auf den Ofen gegeben, der eine Temperatur von 3000 Grad Fahrenheit hat. Kohlenstoff wird in das flüssige Produkt freigesetzt, während das Eisenerz schmilzt und mit dem brennenden Koks interagiert.

Dies waren die verschiedenen Arten des Stahlherstellungsprozesses im Detail einschließlich des Flussdiagramms. Hoffentlich hat Ihnen dieser Artikel gefallen. Bitte geben Sie Ihre Bewertungen in den Kommentaren unten.