Herstellen von Stählen - igmhs.de · Roheisenherstellung aus Eisenerz im Hochofen Eisenerz wird...

Werkstoffkunde HWK 2013

Stahlherstellung Ingenieurgemeinschaft

Meyer & Horn-Samodelkin GbR 1

2017

Herstellen von Stählen

1. Historische Verfahren

2. Roheisenerzeugung

3. Rohstahlerzeugung

4. Stahlherstellung




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




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)





2017

Luisenhütte:

älteste erhaltene Hochofenanlage in

Deutschland und möglicherweise weltweit,

steht in Balve unterhalb Münster

alter Hochofen; erbaut um 1700





2017

Hochofenanlage der Dillinger Hütte

(Duisburg)





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.





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)





2017


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)




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





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.





2017


Vorlegierungen für die Stahlerzeugung:

Ferrosilicium (FeSi)

Ferromangan (FeMn)

Ferrochrom (FeCr)

Ferrosilizium-Magnesium (FeSiMg)

Ferrotitan (FeTi)

Ferrophosphor (FeP)




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)




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




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.




2017

3. Frischverfahren




2017

3. Blasstahlverfahren




2017

3. Elektroofen




2017

3. Lichtbogenofen




2017

Unberuhigt und beruhigt

vergossener Stahl

Problem:

Seigerungen

Alterungsanfälligkeit

eingeschränkte Schweißeignung

4. Stahlherstellung




2017

Standguss

Gießstrahl-Entgasung

Problem:

Lunker

4. Stahlherstellung




2017

Blechherstellung

Stranggussanlage

Problem:

Mittenseigerung

Dopplung

4. Stahlherstellung




2017

Übersicht über die

Stahlherstellung




2017

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Herstellen von Stählen - igmhs.de · Roheisenherstellung aus Eisenerz im Hochofen Eisenerz wird...

Documents

Transcript of Herstellen von Stählen - igmhs.de · Roheisenherstellung aus Eisenerz im Hochofen Eisenerz wird...