Was ist Stahl?
Stahl ist der weltweit wichtigste Werkstoff im Ingenieur- und Bauwesen. Man verwendet ihn in jedem Aspekt unseres Lebens, z. B. in Autos, Bauprodukten, Kühlschränken, Frachtschiffen und chirurgischen Skalpellen. Stahl kann viele Male recycelt werden, ohne seine Eigenschaften zu verlieren.
Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff mit weniger als 2 % Kohlenstoff und 1 % Mangan sowie geringen Mengen an Silizium, Phosphor, Schwefel und Sauerstoff. Stahl ist der weltweit wichtigste Werkstoff für das Ingenieur- und Bauwesen. Man verwendet dieses Metall in jedem Aspekt unseres Lebens: in Autos und Bauprodukten, Kühlschränken und Waschmaschinen, Frachtschiffen und chirurgischen Skalpellen.
Kurze Stahl Geschichte. Ein Überblick
Es scheint, dass die Menschen der Antike bereits 4000 v. Chr. Eisen zur Herstellung verschiedener Werkzeuge, Waffen und anderer Gegenstände verwendeten. Sie haben das Eisen offenbar aus Meteoriten gewonnen. Die Zusammensetzung dieser frühesten Eisenartefakte enthielt mehr Nickel als die der einheimischen Eisenerze auf der Erde. Tatsächlich stammt das Wort „Eisen“ von einem alten Begriff, der „Metall vom Himmel“ bedeutet. Als Admiral Robert Peary 1890 Grönland besuchte, entdeckte er interessanterweise, dass die Inuit seit vielen Jahren Eisenwerkzeuge aus einem 30 Tonnen schweren Eisenmeteoriten herstellten, der Jahrhunderte zuvor dort niedergegangen war.
Es ist zwar nicht genau bekannt, wann die Menschen lernten, Eisen aus seinen Erzen zu gewinnen, aber um 1200 mischten sie Eisenerz mit brennendem Holz oder Holzkohle. Dadurch wurde es zu einer heißen Masse, aus der durch wiederholtes Hämmern das Eisenmetall „geschmiedet“ werden konnte. Wenn man das Eisen wieder in die brennende Kohle legte, schien es härter und stärker zu werden. Das Eisen nahm den Kohlenstoff aus der Holzkohle auf, insbesondere an der Oberfläche, und verwandelte ihn in das harte Material, das als Stahl bekannt ist.
Im ersten Jahrtausend v. Chr. wurde in Indien in einer Region nahe Hyderabad ein hochwertiges Stahlprodukt hergestellt. Es ist für seine Stärke und seine gewellte, gemusterte Oberfläche bekannt und war besonders für die Herstellung von Schwertklingen begehrt. Manche glauben, dass das in diesem Gebiet gefundene Erz einfach die richtigen Verunreinigungen aufwies, um dem Stahl seine besonderen Eigenschaften zu verleihen. Das heiße Eisen wurde wiederholt geschmiedet und zusammengefügt, um ein sehr hochwertiges Metall herzustellen, das in der gesamten antiken Welt berühmt wurde. Besonders begehrt war es bei den Europäern, die es bei den in Spanien lebenden Mauren, „wootz“ nannten. Es wurde zur Herstellung von Toledo-Klingen verwendet und von den Arabern für ihre berühmten Damaszener-Schwerter.
Alles über die Stahl Herstellung
Die Stahl Herstellung beruht im Wesentlichen auf zwei Wegen: im Hochofen (BF-BOF) und im Elektrolichtbogenofen (EAF). Es gibt auch Varianten und Kombinationen von Produktionswegen.
Der Hauptunterschied zwischen den beiden Routen liegt in der Art der verwendeten Rohstoffe. Bei der BF-BOF-Route werden hauptsächlich Eisenerz, Kohle und recycelters Stahlmetall verwendet, während man bei der EAF-Route, Stahl hauptsächlich aus recyceltem Stahl und Strom produziert. Je nach Anlagenkonfiguration und Verfügbarkeit von recyceltem Stahl kann man auch andere metallische Eisenquellen wie Direktreduktionseisen (DRI) oder Roheisen in der EOF-Route verwenden.
Etwa 75 % des Stahls produziert man nach dem BF-BOF-Verfahren. Zunächst wird das Eisenerz zu Eisen reduziert, das auch als Roheisen oder Eisenroheisen bezeichnet wird. Das Eisen verarbeitet man dann in der BOF-Anlage zu Stahl. Nach dem Gießen und Walzen liefert man den Stahl als Coil, Blech, Profil oder Stabstahl.
Bei der Stahl Herstellung im Elektrostahlwerk verwendet man Elektrizität, um recycelten Stahl zu schmelzen. Zusatzstoffe, wie z. B. Legierungen nutzt man, um die gewünschte chemische Zusammensetzung zu erreichen. Die elektrische Energie kann man durch Sauerstoff ergänzen, der in den EOF eingeblasen wird. Weitere Verfahrensschritte wie Gießen, Erhitzen und Walzen sind ähnlich wie bei der BF-BOF-Route. Etwa 25 % des Stahls wird im Elektrostahlwerk hergestellt.
Auf eine andere Stahlerzeugungstechnologie, den offenen Herd (OHF), entfallen etwa 0,4 % der weltweiten Stahlproduktion. Das OHF-Verfahren ist sehr energieintensiv und aufgrund ungünstiger ökologischer und wirtschaftlicher Bedingungen im Rückgang.
Die meisten Stahlerzeugnisse bleiben jahrzehntelang in Gebrauch vor dem Recycling. Daher gibt es nicht genug recycelten Stahl, um die wachsende Nachfrage allein mit dem EAF-Stahlerzeugungsverfahren zu decken. Die Nachfrage deckt man durch den kombinierten Einsatz von BF-BOF- und EAF-Produktionsverfahren.
Bei all diesen Produktionsverfahren kann man recycleteren Stahlschrott als Rohmaterial verwenden. Der meiste neue Stahl enthält recycelten Stahl.
Welche Stahlsorten gibt es?
Stahlmetall ist kein einheitliches Produkt. Es gibt über 3.500 verschiedene Stahlsorten mit vielen unterschiedlichen physikalischen, chemischen und ökologischen Eigenschaften. Etwa 75 % der modernen Stähle wurden in den letzten 20 Jahren entwickelt. Wenn wir den Eiffelturm heute neu bauen würden, bräuchten die Ingenieure nur 1/3 des ursprünglich verwendeten Stahls. Wir bauen moderne Autos mit neuen Stählen, die stärker, aber bis zu 35 % leichter sind als früher.
Wie sieht die Stahlproduktion weltweit aus?
Wie sieht die Stahlproduktion weltweit aus? Die drei größten Stahlproduzenten der Welt sind China, die Vereinigten Staaten und Japan, in dieser Reihenfolge. Die Vereinigten Staaten und Japan produzieren jährlich etwa 100 Millionen Tonnen Stahl (90 Millionen Tonnen metrisch), und China hatte im Jahr 2000 eine Produktion von etwa 140 Millionen Tonnen (127 Millionen Tonnen metrisch).
Eisen und Stahl machen etwa 90 Prozent aller weltweit produzierten Metalle aus. Das größte Stahlunternehmen in den Vereinigten Staaten ist United States Steel, das etwa 20 % des Stahls des Landes produziert. Die weltweite Rohstahlproduktion erreichte im Jahr 2018 1.808,6 Millionen Tonnen (metrisch).
Intelligente Produktion
Bei der intelligenten Produktion geht es nicht nur darum, eine intelligente Fabrik zu haben. Durch die Integration der horizontalen und vertikalen Lieferkette ändert sich die Art und Weise, wie wir unsere Produkte beschaffen, produzieren und verkaufen, erheblich. Es ist ein Konzept, das wir sehr stark auf den Kunden ausgerichtet haben.
Dieser Wandel lässt sich nicht in einem Schritt vollziehen, da zwischen den verschiedenen Akteuren der Lieferkette offensichtliche Herausforderungen in Bezug auf Vertrauen und Datensicherheit zu bewältigen sind.
Es gibt viele Beispiele für frühe Anwender in der Stahlindustrie, vor allem bei der vertikalen Integration innerhalb von Geschäftsbereichen, in denen die Bausteine für intelligente Fabriken entstehen.
Ist Stahl umweltfreundlich und nachhaltig?
Dieses Metall ist sehr umweltfreundlich. Es ist vollständig recycelbar, hat eine lange Lebensdauer und benötigt im Vergleich zu anderen Materialien relativ wenig Energie bei der Herstellung. Innovativer Stahlleichtbau (z. B. bei Autos und Schienenfahrzeugen) hilft, Energie und Ressourcen zu sparen. Die Stahlindustrie hat in den letzten Jahrzehnten große Anstrengungen zur Verringerung der Umweltverschmutzung unternommen. Für die Herstellung einer Tonne Stahl werden heute nur noch 40 % der Energie benötigt, als es im Jahr 1960 der Fall war.
Stahl Recycling. Ist er recyclebar?
Ja, sehr leicht. Die einzigartigen magnetischen Eigenschaften von Stahl machen ihn zu einem leicht zu recycelnden Material. Die Eigenschaften des Stahls bleiben gleich, egal wie oft er recycelt wird. Im Elektrolichtbogenofen (EAF) kann man nur recycelteren Stahl zur Stahlerzeugung verwenden. Im Hochofen-Basis-Sauerstoff-Ofen (BF-BOF) kann man bis zu 30 % recycelter Stahl verwenden.
Warum rostet Stahl?
Warum rostet Stahl? Viele Elemente und Materialien gehen chemische Reaktionen mit anderen Elementen ein. Wenn Stahl mit Wasser und Sauerstoff in Berührung kommt, findet eine chemische Reaktion statt, und der Stahl beginnt, in seine ursprüngliche Form – Eisenoxid – zurückzukehren.
Bei den meisten modernen Stahlanwendungen lässt sich dieses Problem leicht durch Beschichtung lösen. Auf Stahl kann man viele verschiedene Beschichtungsmaterialien aufbringen. Farbe wird zum Lackieren von Autos verwendet, und Emaille wird in Kühlschränken und anderen Haushaltsgeräten eingesetzt. In anderen Fällen werden dem rostfreien Stahl Elemente wie Nickel und Chrom zugesetzt, die dazu beitragen können, Rost zu verhindern.
