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Legierungselemente / Stahlherstellung
Legierungselemente / Stahlherstellung
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Lernkarten
Mit welchen legierungselementen arbeiten wir ?
- Chrom (cr);
- Nickel (Ni)
- Aluminium (Al)
- Wolfram (W)
- Vanadium (V)
- Cobalt ( Co)
- Molybdän (Mo)
- Silicium (Si)
- Mangan (MN)
- Schwefel (S)
- Phosphor (S)
Was sollte man über Roheisen wissen?
- Es hat eine silbrig graue Färbung.
- es ist aufgrund seiner hohen Gehalte an Kohlenstoff und Phosphor weder kalt noch warm verformbar
- Etwa 10% vom Roheisen wird als Gusseisen weiter verarbeitet.
- Die restlichen 90% dienen zur Herstellung von Stahl
Was enthält Roheisen in der Regel?
durchschnittlich:
- Eisen (Fe) -> 94,05% bis 95,4%
- Kohlenstoff (C) -> 4% - 4,8%
- Silizium (Si) -> 0,3% - 0,5%
- Mangan (Mn) -> 0,3%- 0,5%
- Phosphor (P) -> 0% - 0,1%
- Schwefel(S) -> 0% - 0,05%
Je nach Informationsquelle erhält man verschiedene Angaben über den Kohlenstoffgehalt des Roheisens
C = 3% bis 5%
C= 4% bis 5%
C= 1,7% bis 5%
Was ist FRISCHEN?
Bei der Herstellung von Stahl aus Roheisen müssen der Kohlenstoffgehalt herabgesetzt werden
und die unerwünschten Begleitelemente fast ganz beseitigt werden.
(Das nennt man Frischen)
- Eisen mit mehr als 2,06% Kohlenstoff nennt man Gusseisen
- Eisen mit weniger als 2,06% Kohlenstoff nennt man Stahl
Was ist von wesentlicher Bedeutung des Kohlenstoffgehalts im Stahl?
Er entscheidet darüber, ob das Eisen
- schmiedbar
- härtbar
- leicht schmelzbar oder
- spröde ist
Wie heissen die wichtigsten Frischeverfahren?
Die 2 gängigsten Verfahren heissen:
- Sauerstoffaufblas- Verfahren
- Elektrostahl- Verfahren
Sauerstoffaufblas- Verfahren
Der Konverter (Umwandlungsgefäß) ist ein birnenförmiges Gefäß. ist mit einer hochfeuerfesten Auskleidung von Dolomitsteinen versehen
- Füllen / mit flüßigem Roheisen und festem Schrott wird Sauerstoff mit 8-12 bar eingeblasen
- Blasen / Frischluft wird reingeblasen (Sauerstofffrischen)
- Abgießen des Stahls / Durch Drehen des Konverters wird über ein seitliches Abstichloch der Stahl entleert. ( im oberen Bereich der Birne)
- Abgießen der Schlacke / Durch den Vorgang Frischen, entstehen Oxide. Diese gehen in die Kalkschlacke des Konverters über oder entweichen gasförmig als Kohlenstoffdioxid / Kohlstoffmonoxid. Die Schlacke wird über den Konverterrand abgegossen
Die Schlacke:
- anschließend zur Zementherstellung (80%)
- Straßenbau (15%)
- Glasindustrie als Glaszusatz (5%)
Legieren von Rohstahl zu Stahl
- Worin besteht das Ziel beim Legieren von Rohstahl zu Stahl?
- Die Gebrauchs- oder Verarbeitungseigenschaften eines metallischen Werkstoffs zu verbessern.
Bsp.: Messer oder Äxte sollen möglichst lange scharf bleiben.
Brückenbaustahl soll fest, zäh und schweißbar sein
Legieren von Rohstahl zu Stahl
2. Wann wird der Rohstahl legiert?
2. der flüssige Rohstahl wird von Zugabe von Legierungselementen (Mn, Si, Ch, Ni) während des Abstichs legiert.
(d.h. während des Ausleerens des flüssigen Rohstahls aus dem Konverter in die Stahlgießpfanne).
Legieren von Rohstahl zu Stahl
3. Bei wieviel % schmelzen die festen Legierungszugaben?
3. bis zu einer Zugabemenge von ca. 3,2% durch die Turbulenz des Abstichstrahls und die Temperaturüberhitzung des Rohstahls.
Legierungszugaben sind aber auch in flüssiger Form möglich.
Wie funktioniert das Elektrostahl- Verfahren und was wird damit bevorzugt hergestellt?
- Es wird in einem elektrischen Lichtbogenofen durchgeführt.
- Lichtbogenofen wird überwiegend mit Roheisen und Stahlschrott beschickt
- Kalk zur Schlackenbildung wird zugegeben
- Der zwischen dem Kohleelektroden und dem Schmelzgut verlaufende Lichtbogen erzeugt Temp. bis zu 3.500°C. -> so können auch schwer schmelzbare Legierungselemente (W, Mo) eingeschmolzen werden.
- bevorzugt legierte Qualitäts- und Edelstähle werden hiermit hergestellt
Stranggießen
Wofür ist das Stranggießen geeignet
- fertig behandelter, flüssiger Stahl wird hier zum überwiegenden Teil zu Strängen gegossen.Er hat damit die Ausgangsform fürs Walzen.
- Für sehr große Schmiedestücke werden Kokillenblöcke gegossen
Was passiert bei Desoxidation? <- Sauerstoff rausbekommen
- hier wird bei der Stahlschmelze Si oder Al zugesetzt
- Diese Elemente binden den beim Erstarren der Schmelze frei werdenden CO2
- in der Stahlschmelze steigen kleine Gasblasen auf => somit liegen keine Gasblasenhohlräume im Stahlblock vor
- der Stahl erstarrt, desoxidiert (beruhigt).
- Der Kern und die Randzone haben die gleiche Zusammensetzung
- Darum werden alle Sthäle desoxidiert vergossen
Gusseisen - Herstellung
welche Ausgangsstoffe zur Herstellung von Gusseisen gibt es?
- Roheisen
- Stahlschrott
- Gussschrott
- Kreislaufmaterial der Gießerei
- und noch einpaar Legierungselemente
Diese Bestandteile werden in einem Kupolofen unter großer Hitze geschmolzen
Wie funktioniert der Kupolofen?
- im feuerfesten, ausgemauerten Ofenraum wird Verbrennungsluft (der "Wind") von unten durch Düsen eingeblasen und verbrennt den Koks
- die aufsteigenden heißen Verbrennungsgase erwärmen den von oben nachrutschenden Einsatz
- Kurz über den Düsen schmilzt das Eisen und tropft in den Herd
- Flüssige Eisen läudt aus dem Kupolofen in einen Vorherd, der als Sammelbehälter dient
- Durch einen Siphonabfluss wird das Gusseisen von der leichteren Schlacke getrennt
Was muss man über Eisenerz wissen?
- es ist ein chemisches Element(Fe) das in der Natur nicht in reiner Form vorkommt
- Kommt überwiegend als oxidisches Eisenerz vor
- ist rötlich braun bis dunkelgrau in Eisensauerstoffverbindung
- es gibt eine ganze Reihe von verschiedenenErzsorten
das wären:
- Magneteisenstein oder Magneterz (Fe3O4) zeichnet sich durch hohen Eisengehalt von 60% bis 70 % aus
- kommt besonders in großen Lagern in USA vor
und
- Roteisenstein oder Hämatiterz (Fe2O3) besitzt ein Eisengehalt 40% bis 60%
- größte lager findet man in Brasilien