Stahlherstellung

Die Stahlherstellung ist ein energieintensiver Prozess zur Herstellung von Stahl aus Eisenerz oder Schrott und umfasst mehrere Produktionsschritte. Die wichtigsten Produktionsschritte sind in Abbildung 1 dargestellt.

Rohstoffaufbereitung

Ausgangsstoffe für die Stahlherstellung sind Großteils Eisenerze. Diese werden im Zuge der Erzaufbereitung von Verunreinigungen getrennt und in Sinteranlagen oder Pelletanlagen zu stückigem Sinter oder kugelförmigen Pellets weiterverarbeitet. Zusätzlich wird das in weiterer Folge benötigte Reduktionsmittel Koks in einer Koksofenanlage hergestellt. Als Alternative zu den Rohstoffen Eisenerz und Koks kommt auch Stahlschrott zum Einsatz. Dieser fällt entweder in den Stahlwerken während des Herstellungsprozesses an, stammt aus der Stahlverarbeitenden Industrie, z. B. der Automobilindustrie, oder wird durch Recyclingverfahren gewonnen. Eingesetzt wird der Schrott vorwiegend als Ausgangsmaterial im Elektrostahlverfahren. Die Rohstoffaufbereitung wird eigentlich zur Primärstahlherstellung gezählt, diese sind aber zur besseren Übersicht in Abbildung 1 getrennt voneinander dargestellt.

Primärstahlherstellung

In der Primärstahlherstellung wird aus den Ausgangsstoffen unlegierter Rohstahl erzeugt. Hierbei kommen vier unterschiedliche Verfahrensrouten zum Einsatz. Etwa 70 Prozent der weltweiten Stahlproduktion erfolgt über die Hochofenroute und ca. 28 Prozent über das Elektrostahlverfahren. Das Schmelzreduktionsverfahren und das Direktreduktionsverfahren stellen somit nur eine untergeordnete Rolle dar. Die wichtigsten Anlagen der jeweiligen Herstellungsroute sind der Hochofen, der Elektrolichtbogenofen, die Schmelzreduktion und die Direktreduktion. Zusätzlich ist noch der Sauerstoffblaskonverter erforderlich, in dem das im Hochofen oder bei der Schmelzreduktion hergestellt Roheisen zu Stahl weiterverarbeitet wird.

Sekundärmetallurgie

Der bei der Primärstahlherstellung entstehende flüssige Stahl enthält noch zahlreiche unerwünschte Begleitelemente, wie z. B. Schwefel, Phosphor und Wasserstoff. Diese Elemente werden in der darauffolgenden Sekundärmetallurgie aus dem Stahl entfernt, wobei vorwiegend die sogenannte Pfannenbehandlung oder die Vakuumbehandlung Anwendung findet. Dabei erfolgt beispielsweise durch Zugabe von Soda oder Kalk die Reduzierung der unerwünschten Verunreinigungen. Durch niedrige Drücke lassen sich diese Reinigungsvorgänge noch weiter unterstützen. Zusätzlich werden in der Sekundärmetallurgie dem Stahl Legierungselemente wie beispielsweise Chrom, Nickel, Molybdän, Aluminium, Titan, Vanadium usw. beigefügt, um die Eigenschaften zu verbessern.

Vergießen und Formgebung von Stahl

Nach der Sekundärmetallurgie erfolgt meist das Vergießen von Stahl in einer Stranggießanlage oder mittels Blockguss. Erst in diesen Anlagen findet die Abkühlung und Erstarrung des flüssigen Stahls zu unterschiedlich großen Blöcken oder Platten statt. Im Zuge der Formgebung von Stahl erfolgt das Umformen der erzeugten Blöcke oder Platten zu den gewünschten Endabmessungen. Dies wird meist mittels einer Warmformgebung und anschließender Kaltformgebung durchgeführt. Im Gegensatz zu der Kombination aus Vergießen und Formgebung lassen sich komplexe Stahlteile auch im sogenannten Stahlguss herstellen. Dabei wird der heiße, flüssige Stahl nach der Sekundärmetallurgie direkt in Formen gegossen, in denen er erstarrt. Dieser Vorgang wird als Urformen bezeichnet. Mittels einer sogenannten Wärmebehandlung werden die Eigenschaften der Stahlprodukte optimiert. Dabei kommt es durch gezieltes erhitzen und abkühlen zu Veränderungen im Werkstoff. Die Wärmebehandlung erfolgt beim Stahlguss nach der Erstarrung und Entnahme der Erzeugnisse aus der Form. Bei Erzeugnissen, die mittels Formgebung gefertigt werden, erfolgt die Wärmebehandlung meist zwischen der Warmformgebung und der Kaltformgebung oder auch nach der Kaltformgebung.

Oberflächenveredelung

In einer abschließenden Oberflächenveredelung wird durch eine gezielte Bearbeitung der Stahlprodukte die Anpassung der Abmessungen auf die gewünschten Toleranzen erreicht. In diesem Zusammenhang werden auch die Oberflächen der Erzeugnisse aufbereitet, um den optischen Anforderungen zu entsprechen. Zusätzlich werden fallweise auch Oberflächenbeschichtungen, z. B. metallische Überzüge, auf die Stahlprodukte aufgebracht, um beispielsweise die Beständigkeit gegenüber Korrosion zu erhöhen.

Effizienzoptionen in der Stahlindustrie

Da es sich bei der Stahlherstellung um einen Industriesektor mit sehr hohem Energieverbrauch handelt, gibt es zahlreiche Möglichkeiten die Energieeffizienz der einzelnen Bereiche zu erhöhen. Beispiele für Energieeffizienzmaßnahmen sind:

• Kokstrockenkühlung
• Gas-Rezirkulierung an Sinteranlagen
• Kohlenstaubeinblasung
• Abwärmenutzung
• Flammenlose Oxidation

Synonym(e):

Stahlerzeugung

Englische Übersetzung(en):

steel production, steelmaking