Materialien, Eisen und Stahl

1. Material: Herkunft und Klassifizierung

Rohstoffe: Natürliche Materialien, die aus der Natur gewonnen werden.

Verarbeitete Materialien: Materialien, die man erhält, nachdem man die Rohstoffe entsprechenden Veränderungen unterzogen hat.

Tabellen der Zusammensetzung

• Metall (Metall als Hauptbestandteil)
  • Eisenmetalle (Stahl, Gusseisen, Schmiedeeisen)
  • Nichteisenmetalle (Leichtmetalle, Schwermetalle, Legierungen)
• Nichtmetallisch (kein Metall als Hauptbestandteil)
  • Natürlich (Seide, Holz, Quarz)
  • Synthetisch (Beton, Kunststoff, Glas)
• Hilfsstoffe (Ergänzungen, Schmiermittel, Insektizide)

2. Eisenwerkstoffe

Eisenwerkstoffe: Diejenigen, deren Hauptbestandteil Eisen ist.

Eisenerze

• Magnetit: Eine Mischung aus Eisenoxiden.
• Roter Hämatit: Eisen(III)-oxid.
• Siderit: Eisen(III)-carbonat.
• Limonit: Eisen(III)-hydroxid.
• Pyrit: Eisensulfid, gemischt mit Kupferverbindungen.

3. Eisengewinnung: Der Hochofen

Der Hochofen ist eine komplexe Anlage, deren Hauptziel die Gewinnung von Gusseisen ist. Der zentrale Teil, der Hochofen genannt wird, besteht aus zwei miteinander verbundenen Kegelstümpfen, die auf einer breiten Basis stehen. Die innere Wand besteht aus feuerfesten Ziegeln, und die äußere ist aus Stahl. Zwischen beiden befinden sich Kühlkanäle. Die Öffnung am oberen Ende des Hochofens wird als Schlund bezeichnet und besteht aus zwei Trichtern.

Das Material wird in abwechselnden Schichten in den Ofen eingefüllt:

• Schicht aus einer Mischung von Eisenerz.
• Schicht aus Kokskohle.
• Schicht aus Zuschlagstoffen.

Zuerst tritt die Erhitzung im Gestell ein. Der breiteste Teil wird als Kohlensack bezeichnet, und dort findet der Schmelzprozess von Eisen und Schlacke statt. Unterhalb des Kohlensacks befinden sich die Düsen, die die für die Verbrennung notwendige Luft einblasen. Diese Luft kommt aus Anlagen, die als Winderhitzer bezeichnet werden. Der untere Teil wird als Rast bezeichnet.

Die Entnahme von Schlacke und Eisen erfolgt durch zwei Öffnungen am unteren Ende der Anlage:

• Schlackenloch: Hier wird die oben schwimmende Schlacke entnommen.
• Abstichloch: Hier wird das Gusseisen entnommen.

4. Stahlerzeugnisse

Stahlerzeugnisse: Die verschiedenen Produkte, die aus Eisenerz gewonnen werden.

Bewertung

• Weicheisen: Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,1 %.
• Gusseisen: Material, das direkt aus dem Hochofen gewonnen wird.

Verunreinigungen können wie folgt klassifiziert werden:

• Grauguss: Wird erreicht, wenn der Siliziumgehalt hoch ist.
• Weißguss: Wird erreicht, wenn der Mangangehalt hoch ist.

Veredelung: Die Reduzierung des Kohlenstoffgehalts und die Veränderung der Zusammensetzung der anderen Elemente im Gusseisen.

5. Stähle

Stahl: Legierung aus Eisen und Kohlenstoff.

Typen

• Kohlenstoffstahl (Härte, Festigkeit)
• Siliziumstahl (Elastizität und gute magnetische Leitfähigkeit)
• Manganstahl (Härte und Verschleißfestigkeit)
• Chromstahl (Härte, Beständigkeit gegen Hitze und Reibung)
• Nickelstahl (Zähigkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit)
• Molybdänstahl (Härte, Verschleißfestigkeit)
• Wolframstahl (Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Hitzebeständigkeit)

Basierend auf dem Anteil der Stoffe:

• Unlegierter Stahl (Anteile nicht mehr als 1%)
• Niedriglegierter Stahl (1% - 5%)
• Hochlegierter Stahl (+5%)

6. Verfahren zur Herstellung von Stahl

• Bessemer-Birne und Thomas-Konverter:
  • Phasen: Füllen – Einblasen – Entleeren
• LD-Konverter:
  • Phasen: Füllen – Frischen – Entleeren
• Siemens-Martin-Ofen: Großer Hallenofen.
• Elektroofen:
  • Typen: Elektrolichtbogenofen, Induktionsofen

7. Behandlung von Guss

• Blockgussverfahren: Gießen der Flüssigkeit in eine Form, um Blöcke zu erhalten.
• Strangguss: Gießen des flüssigen Materials in eine bodenlose Kokille mit verschiebbarem Boden, in der der Querschnitt die Form des zu erhaltenden Produkts hat.

7.1 Arten von Stahlanlagen

• Integrierte Stahlwerke: Teilweise aus Eisenerz.
• Nicht-integrierte Stahlwerke: Sie haben keine Hochöfen und produzieren aus Schrott.

8. Arten von Handelsstählen

• Baustähle (F1)
• Spezialstähle (F2)
• Edelstähle (F3)
• Werkzeugstähle (F5)