Stahl Herstellung

Die Stahlproduktion

Rohstahl - Herstellung, Verwendung, Schutz. Flüssiger Rohstahlrohstoff für die Stahlerzeugung. Allerdings werden die Weichen für die Qualität des zukünftigen Materials vor allem im Stahlwerk gestellt. Bei der Stahlerzeugung handelt es sich um einen energieintensiven Prozess zur Herstellung von Stahl aus Eisenerz oder Schrott, der mehrere Produktionsschritte umfasst. Automatisierung und Steuerungssysteme für Stahl: zuverlässige Lösungen für die Bedienersicherheit.

Produktion von Hochofenroheisen

Bei der Stahlproduktion gibt es zwei Hauptverarbeitungswege: den Weg vom "Eisenerz zum Stahl" und den Weg vom "Schrott zum Stahl". Auf Eisenerzbasis wird das Roheisen meist aus oxidischem Hüttenerz im Hüttenofen, weniger häufig in Zerkleinerungsanlagen, hergestellt und im Sauerstoff-Konverter zu Rohstahlprodukten aufbereitet. Direktreduziertes Eisen (DRI) oder Heißbrikettiertes Eisen (HBI), das in Direktroduktionsanlagen aus Erz hergestellt wird, wird in einem Lichtbogenofen zu Rohstahlprodukten weiterverarbeitet.

Auf der Schrottroute wird durch das Recycling von Stahlschrotten im Lichtbogenofen Rohstahl erzeugt. Das Niveau der Stahlproduktion und -verwendung in einem Land oder einer bestimmten Gegend ist abhängig von der Bevölkerungsentwicklung und dem Stand der technologischen und ökonomischen Weiterentwicklung. Mit einer Jahresproduktion von 42,1 Millionen Tonnen belegt Deutschland den siebten Platz, während China mit 831,7 Millionen Tonnen der weltweit grösste Stahlproduzent ist.

Auf dem Weg über den Hüttenkessel wird zunächst Flüssigroheisen aus Hüttenerz, Zuschlagstoffen, Kokain und Reduktionsmitteln in Form von Steinkohle, Erdöl oder Erdgas extrahiert und im nachfolgenden Sauerstoffkonverterstahlwerk zu Erdstahl verarbeitet. Das grobkörnige Aufgabematerial, also Kokain und Ladung (Eisenerz + Zuschlagstoffe), wird von oben über die Gout beschickt, während das reduzierende Abgas von unten in Richtung des sinkenden Schüttgutes fließt.

In Eisenerzbergwerken sind Klumpenerze natürlich gewonnene nutzbare Erzen mit einer größeren Korngröße. Im Falle von Eisenerzbergwerken führen Aufbereitungs- und Anreicherungsprozesse zur Erhöhung des Eisengehalts jedoch immer häufiger zu sehr feinkörnigen Erzen, die klumpig gemacht werden müssen. Neben den Hüttenöfen auf dem Werksgelände der Stahlerzeuger befinden sich weitere Produktionsstätten. Heissluft bei 1200 C wird in den Unterteil des Hochofens geblasen, um Reduktionsgas zu erzeugen.

Die in diesem Raum vorhandene Kokskohle wird mit dem Sauerstoffatom der Raumluft zu dem Reduktionsgemisch Kohlenstoffmonoxid mit einer Temperatur von bis zu 2200 C aufgastiert. Das Koksgas wird dann für die Herstellung des Kohlenmonoxids verwendet. Die entstehenden Gase steigen nach oben, binden den im Eisensauerstoff und erreichen so die Reduzierung der Erzen. Das Begleitmaterial der Inputstoffe bildet eine Flüssigschlacke und kann so getrennt werden.

Roheisen und Schlacken sammelt sich im unteren Abschnitt des Hüttenofens und verlässt den Hüttenofen über ein Hahnloch, das im unteren Abschnitt bei einer Wassertemperatur von ca. 1500 C geöffnet wird. Die Schlacken werden dann über ein Hahnloch aus dem Hüttenofen entfernt. Roh- und Schlackenmaterial werden über ein Feuerfestkanalsystem abgetrennt und den Roheisen-Torpedopfannen und Schlackpfannen zugeleitet. Um den Prozess zu optimieren und die Produktionskosten zu senken, werden auch andere Kohlenstoffträger wie z. B. Steinkohle, Erdöl, Erdgas oder recycelte Kunststoffe als Ersatz für Koks in den Gebläseofen geblasen.

Ein koksloser Einsatz ist jedoch nicht möglich. Das Koksmaterial bleibt in den Hochofenbereichen, in denen die Erzen erweichen und schmilzen, in seiner festen Beschaffenheit erhalten. Pro Tag werden rund 13000 t Roheisen oder mehr als 4 Mio. t Roheisen pro Jahr produziert. 2.800 t Eisenerz, 4.300 t Kokain, 1.900 t Blow-in-Kohle, 12 Mio. m3 Raumluft, die in Windkraftanlagen auf über 1.200 Celsius erwärmt werden.

Hinzu kommen 3600 t Schlacken pro Tag, die vor allem als Baumaterial in der Betonindustrie oder im Strassenbau eingesetzt werden, und 18 Mio. m3 Gichtgas, das nach der Säuberung zur Energiegewinnung eingesetzt wird. Bei einem Hochofen liegt die Nutzungsdauer, d.h. die Zeit bis zur vollständigen Erneuerung der Feuerfestauskleidung, bei 15 bis 20 Jahren.

Darüber hinaus wurden Prozesse zur Erzreduktion durch Umgehen des Kokses aufgesetzt. Die direkte Reduktion produziert kein Flüssigroheisen, da das Prozess bei tieferen Betriebstemperaturen als der Hüttenofen abläuft. Aus den Erzmassen wird nur der notwendige Luftsauerstoff gewonnen, und die Gehkomponenten des Erzes bleiben im sogenannten Eisenschwämmchen (DRI - Direct Reduced Iron; HBI - Hot Briquetted Iron).

Das Schwammeisen wird hauptsächlich in Elektrolichtbogenöfen verwendet. Zuerst werden die Erzen zu Schwammeisen zerkleinert und dann mit Hilfe von Steinkohle und Stickstoff in ein hochofenähnliches Roheisen verwandelt. Die beiden Verfahren sind in Bezug auf die wirtschaftliche Effizienz auf einzelne Bereiche und Werkskonfigurationen beschränkt und können die Produktionsleistung eines Großhochofens nicht ausmachen.

Die Eisenrohlinge enthalten Störfaktoren wie Kohle, Silizium, Schwefel und Phosphor. Durch die Oxidation werden die Unreinheiten in Form von Schlacken auf dem Metallbad aufgelöst. Bei der Abschaltung des Umrichters werden nach Beendigung des Blasvorgangs die Schlacken und der Rohstahlbereich durchtrennt. Durch das Hahnloch wird die geschmolzene Masse in eine Stahlschmelze gefördert. Dabei wird die Schlacken im Wandler festgehalten und zur Weiterverarbeitung weitergeleitet.

Bis zu 400 Tonnen Erdstahl fasst der größte Konverterbehälter heute.

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