Metallurgie: Gewinnung und Verarbeitung von Eisen und Stahl

Mineralien und Erze in der Metallurgie

Mineralien: Ein nutzbarer Teil wird durch metallreiche Erze gebildet (genannt Erz), während der nicht nutzbare Teil, der sehr metallarm ist, als Gangart bezeichnet wird.

Eigenschaften und Erstarrung von Legierungen

Legierungen: Ein Produkt, das aus dem Zusammenschluss von zwei oder mehr chemischen Elementen resultiert. Eine Metalllegierung ändert ihre Kristallstruktur, was die Härte und mechanische Festigkeit erhöht, aber die elektrische Leitfähigkeit verringert.

Phasen der Erstarrung von Legierungen

• Flüssige Phase: Bereich oberhalb der Liquiduslinie (immer flüssig).
• Mischphase (fest + flüssig): Enthält sowohl feste als auch flüssige Bestandteile.
• Feste Phase: Bereich unterhalb der Soliduslinie (immer feste Phase).

Klassifizierung von Metallprodukten

• Metalle (Eisenmetalle): Eisen, Stahl, Gusseisen.
• Nichteisenmetalle: Reinmetalle (Kupfer, Aluminium, Blei) und Legierungen (Messing, Zinn/Bronze).

Eisen und seine Legierungen

Es gibt viele Arten von Eisen. Reines Eisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem Kohlenstoffgehalt von unter 0,03 % und besitzt magnetische Eigenschaften.

Stahlerzeugnisse und Gusseisen

Stahl: Eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff mit einem Gehalt zwischen 0,1 % und 1,76 %. Gusseisen: Der Kohlenstoffgehalt schwankt zwischen 1,76 % und 6,67 %; zudem ist Silizium enthalten. Es wird unterschieden in weißes Gusseisen, Grauguss, Sphäroguss (nodular), Lamellengraphitguss oder Temperguss.

Verfahren der Formgebung

1. Schmieden: Umformung einer festen Masse aus Roheisen zwischen zwei Formhälften oder Gesenken durch Krafteinwirkung, um die gewünschte Form zu erhalten.
2. Gießen (Formen): Einbringen von flüssigem Metall in eine geschlossene Form, in der es anschließend erstarrt.

Prozesse der Eisen- und Stahlgewinnung

Eisen ist ein sehr häufig vorkommendes Metall in der Erdkruste und findet sich in verschiedenen chemischen Verbindungen wie Oxiden (Hämatit, Magnetit), Carbonaten (Siderit) oder Sulfiden (Pyrit). Die in der Stahlindustrie verwendeten Minerale sind meist Oxide. Da das Eisenerz im Prozess oxidiert vorliegt, muss der Sauerstoff vom Metall getrennt werden; diesen Vorgang nennt man Reduktion.

Phasen der Herstellung in Gießereien

Die Gewinnung von Stahl und Gusseisen ist ein chemischer Prozess, der aus zwei Phasen besteht:

• Erste Phase: Gewinnung von Roheisen im Hochofen. Dieses Roheisen hat einen hohen Kohlenstoffgehalt und Verunreinigungen, die entfernt werden müssen.
• Zweite Phase: Veredelung zu Stahl oder Gusseisen. Hierbei wird das Eisen in andere Öfen überführt, wie zum Beispiel den Kupolofen, wo das Material veredelt wird, um den gewünschten Guss zu erhalten.

Erlangung von Gusseisen: Erfolgt primär über den Hochofenprozess.