Stahlherstellung und industrielle Anwendungen

Stahlherstellung: Verfahren und Anwendungen

Gewinnung von Stahl im Hochofen

Um Stahl zu erhalten, wird das Eisenerz (Fe) verwendet, um Hochofenschlacke und Gusseisen zu trennen. Wenn Gusseisen gewünscht wird, kann es wie in anderen Öfen zum Entkohlen und zur Reduzierung von Verunreinigungen verwendet werden. Im Konverter wird Sauerstoff verwendet. Der Konverter ist ein zylindrischer Behälter mit konischer Form, der innen mit feuerfester Keramik ausgekleidet ist und eine offene Mündung mit mehreren Öffnungen im oberen Teil hat. Gusseisen und Schrott werden in den Konverter gegeben und reiner Sauerstoff wird unter Druck auf das Niveau der Verunreinigungen geblasen, wodurch Reaktionen ausgelöst werden, die die Temperatur erhöhen und die Verunreinigungen im flüssigen Stahl reduzieren.

Lichtbogenofen

Der Lichtbogenofen ist ein Stahlbehälter mit einem Wasserkühlkreislauf, der außen mit feuerfester Keramik ausgekleidet ist. Er wird mit einem Deckel verschlossen, der drei Graphitelektroden enthält. Gusseisen, Schrott und Kalk werden in den Ofen gegeben. Der Schrott wird entladen, die Elektroden werden abgesenkt und die Temperatur erhöht. Dann werden Elemente hinzugefügt, mit denen sehr genaue Stahllegierungen hergestellt werden können. Die Temperatur und die Zusammensetzung des Stahls werden kontrolliert.

Verfestigungsverfahren für Stahl

Der Stahl wird in Formen gegossen oder durch Kanäle abgekühlt. Wenn barrenförmige Rechteckprofile entstehen, können diese in Walzwerken warm umgeformt werden, ohne sie erneut erhitzen zu müssen.

Wärmebehandlungen von Stahl

Durch das kontrollierte Erhitzen und Abkühlen von Stahl können die Eigenschaften des Materials in Abhängigkeit von seinen Bestandteilen verändert werden.

• Abschrecken: Erzielung einer großen Härte durch die Bildung von Martensit. Der Stahl wird auf Austenitisierungstemperatur erhitzt und dann schnell abgekühlt, um Martensit zu bilden.
• Anlassen: Erhitzen auf unter 723 °C, gefolgt von Luftkühlung. Dient dazu, die Zähigkeit zu erhöhen und die mechanische Festigkeit zu verbessern.
• Glühen: Reduzierung der Härte und Erhöhung der Duktilität, um den Stahl besser bearbeiten zu können. Erhitzen auf hohe Temperatur und langsame Abkühlung an der Luft. Das Glühen erfolgt schneller als das Abschrecken, aber langsamer.
  • Regenerationsglühen (> 0,6 % C)
  • Kugelglühen (legierter Stahl, Werkzeuge)
  • Weichglühen
• Normalisieren: Erhitzen auf Austenitisierungstemperatur und Abkühlen an der Luft (schneller als beim Glühen, langsamer als beim Abschrecken). Dient dazu, die Kornstruktur zu verfeinern, die Härte zu reduzieren und innere Spannungen abzubauen.

Kompressoren und ihre Anwendungen

Kompressoren sind Mechanismen, die von Elektro- oder Verbrennungsmotoren angetrieben werden und die Aufgabe haben, Luft mit atmosphärischem Druck anzusaugen und sie auf einen höheren Druck zu verdichten. Die wichtigsten Merkmale sind Fördermenge und Druck. Man unterscheidet zwischen volumetrischen und dynamischen Kompressoren.

Arten von Kompressoren

• Volumetrische Kompressoren: Der Druck wird durch die Reduzierung des Raumes erreicht, der die Luft bei atmosphärischem Druck enthält (z. B. Dreh- und Kolbenkompressoren).

• Dynamische Kompressoren: Die Kompression wird durch die Umwandlung der Geschwindigkeit der ausgestoßenen Luft in Druck erreicht (z. B. Turbolader). Sie liefern große Flüssigkeitsmengen bei niedrigem Druck und werden daher kaum in der Pneumatik eingesetzt.

Pneumatische und hydraulische Antriebe

Pneumatische Antriebe

Pneumatische Antriebe sind Aktoren, die die Energie der Druckluft in mechanische Arbeit umwandeln, um Maschinen und Mechanismen anzutreiben. Beispiele sind Pneumatikzylinder, Drehantriebe und Druckluftmotoren.

Pneumatikzylinder

Pneumatikzylinder sind alternative Antriebe, die eine geradlinige Bewegung ausführen und die in der Druckluft enthaltene Energie in mechanische Arbeit umwandeln (W = P * A * h). Es gibt einfachwirkende, doppeltwirkende und spezielle Zylinder.

• Einfachwirkende Zylinder: Sie haben eine einzige Kammer und entwickeln die Kraft in eine Richtung. Die Rückbewegung des Kolbens erfolgt durch eine Feder oder eine äußere Kraft.

• Doppeltwirkende Zylinder: Die Druckluft wirkt in beiden Kammern des Zylinders, sodass in beide Bewegungsrichtungen gearbeitet werden kann.

Drehantriebe und Druckluftmotoren

• Drehantriebe: Werden verwendet, wenn eine Drehbewegung oder ein bestimmter Drehwinkel benötigt wird.

• Druckluftmotoren: Wandeln pneumatische Energie in mechanische Rotationsenergie um. Sie sind unempfindlich gegen Hitze, Staub, Feuchtigkeit und Vibrationen und eignen sich daher besonders für explosionsgefährdete Bereiche.

Hydraulikpumpen

Hydraulikpumpen wandeln mechanische Energie in hydraulische Energie um, indem sie die Bewegung einer Flüssigkeit entlang einer Rohrleitung bewirken. Man unterscheidet zwischen hydrostatischen und hydrodynamischen Pumpen.

Arten von Hydraulikpumpen

• Hydrodynamische Pumpen: Arbeiten in der Regel mit Zentrifugalkraft. Die Flüssigkeit wird durch die Welle in das Innere eines Elements geleitet, das sich mit hoher Geschwindigkeit dreht (z. B. Pumpen vom Turbinentyp). Sie werden verwendet, um Flüssigkeiten in Anwendungen zu bewegen, bei denen ein geringer Förderdruck erforderlich ist, aber große Flüssigkeitsmengen bewegt werden können.

• Hydrostatische Pumpen: Sie liefern die gleiche Flüssigkeitsmenge pro Zyklus oder Umdrehung des Pumpelements, unabhängig vom Druck im Kreislauf. Man unterscheidet zwischen oszillierenden und rotierenden Pumpen.

Merkmale von Hydraulikpumpen

• Druck: Maximaler kontinuierlicher Betriebsdruck bei einer bestimmten Drehzahl.

• Fördermenge: Produkt aus dem Hubraum multipliziert mit der Anzahl der Zyklen oder Umdrehungen pro Zeiteinheit.

• Volumetrischer Wirkungsgrad: Verhältnis zwischen der tatsächlichen und der theoretischen Fördermenge.

Spezielle Pumpentypen

• Außenzahnradpumpen: Die Förderung erfolgt durch den Transport der Flüssigkeit zwischen den Zähnen der beiden Zahnräder.

• Flügelzellenpumpen: Eine weitere Art von hydrostatischen Hydraulikpumpen, die einen festen oder variablen Hubraum haben können. Sie arbeiten mit Drücken zwischen 0 und 14 bar und Drehzahlen zwischen 500 und 3000 U/min.

• Kolbenpumpen: Hydrostatische Pumpen, die das Prinzip der oszillierenden Pumpe verwenden, um die Flüssigkeit zu fördern. Es gibt Radial- und Axialkolbenpumpen. Der Unterschied besteht in der Anordnung der Kolben: Bei Axialkolbenpumpen erfolgt die Bewegung in axialer Richtung zur Drehachse, bei Radialkolbenpumpen in radialer Richtung.

Hydraulikmotoren

Hydraulikmotoren wandeln hydraulische Energie in mechanische Rotationsenergie um. Es gibt Kolben-, Zahnrad- und Flügelmotoren.