Eisen und Stahl: Herstellung, Arten und Legierungen
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Eisen und Stahl
Auch Eisen- und Stahlerzeugnisse genannt, umfasst dieser Bereich alle Produkte, die Eisen als Hauptkomponente enthalten. Die wichtigsten sind Gusseisen (oder Roheisen) und Stahl.
Reines Eisen ist schwach und weich. Zur Verbesserung der Eigenschaften werden Eisenlegierungen eingesetzt, bei denen Eisen mit anderen Elementen, hauptsächlich Kohlenstoff, gemischt wird. Je nachdem, wie viel Kohlenstoff hinzugefügt wird, erhält man Gusseisen oder Stahl. Gusseisen hat einen höheren Kohlenstoffgehalt.
Herstellung von Stahl
Die Gewinnung von Stahl erfolgt in drei Phasen: Aufbereitung, Reduktion und Veredelung.
Der Hochofenprozess (Reduktion)
Die Reduktion erfolgt im Hochofen, wo Eisenerz, Kokskohle und Kalkstein eingeführt werden.
Koks dient als Brennstoff mit hohem Heizwert, und Kalkstein (als Flussmittel) dient dazu, Verunreinigungen besser abzutrennen.
Die im Hochofen gewonnenen Produkte sind: Gusseisen (oder Roheisen) aus der ersten Schmelze. Es enthält einen hohen Kohlenstoffgehalt und viele Verunreinigungen. Ein weiteres Produkt ist die Schlacke.
Die Veredelung
Roheisen (der erste Guss) ist sehr spröde und kann nicht direkt weiterverarbeitet werden, da der hohe Kohlenstoffgehalt es unbrauchbar macht.
Der Veredelungsprozess findet in speziellen Öfen statt, wie z. B. Konvertern oder Elektroöfen zur Herstellung von Stahl.
Stahl kann in verschiedenen festen Formen vorliegen: als Platten, Stangen, Profile oder Rohre.
Energieverbrauch und Abfälle
Die Herstellung von Gusseisen und Stahl erfordert große Mengen an Energie zum Schmelzen und Warmhalten des Metalls.
Dabei entstehen auch viele Abfälle wie Rauch und Schlacke.
Arten von Stahl
Kohlenstoffstahl
Kohlenstoffstähle sind die häufigsten Stähle und enthalten hauptsächlich Eisen und Kohlenstoff.
Legierter Stahl
Legierte Stähle enthalten neben Eisen und Kohlenstoff weitere Metalle, um eine Legierung zu bilden.
Ein Beispiel sind nichtrostende Stähle (Edelstahl), die Chrom und Nickel enthalten und sehr widerstandsfähig gegen Oxidation und Korrosion sind.
Weitere wichtige Metalle
Die meisten derzeit verwendeten Metalle neben Eisen sind Kupfer, Aluminium, Zink, Chrom und Titan.
Kupfer
Kupfer ist ein guter elektrischer Leiter, ein guter Wärmeleiter, hat eine gute Korrosionsbeständigkeit und ist sehr dehnbar und verformbar.
Im Vergleich zu Eisen ist es dichter, weicher und weniger widerstandsfähig.
Anwendungen:
- Herstellung von Kabeln und anderen elektrischen Komponenten
- Behälter für Flüssigkeiten
- Heizungsrohre
- Wasser- und Gasleitungen
Kupferlegierungen
Messing
Messing ist eine Legierung aus Kupfer (Cu) und Zink (Zn).
Die elektrische Leitfähigkeit ist geringer als bei reinem Kupfer.
Es gewinnt an mechanischer Festigkeit, Härte und Elastizität (es lässt sich leichter formen).
Messing ist billiger als reines Kupfer.
Bronze
Bronze ist eine Legierung aus Kupfer (Cu) und Zinn (Sn).
Die elektrische Leitfähigkeit ist geringer als bei reinem Kupfer.
Es gewinnt an mechanischer Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Härte und lässt sich leichter schmelzen und formen.
Bronze ist teurer als reines Kupfer.