Rastafari: Werkstoff Stahl

Unentbehrlich für eine Industriegesellschaft, umweltfreundlich immer wieder recycelbar

1.Einleitung

Eisen ist einer der ältesten verarbeiteten Metalle
vor mehr als 3000 Jahre wurden schon Schmuckstücke und Waffen gefertigt
ist heute als Stahl Grundlage jede modernen Gesellschaft
Verfügbarkeit sichert Wohlstand einer Zivilisation
auf einer Ausgleichgeraden sieht man: mit steigendem Stahlverbrauch in kg/Kopf steigt auch das Bruttoinlandsprodukt Euro/Kopf
täglich werden neue Stahlmarken und Varianten zur Herstellung entwickelt => Thyssen Stahl AG stellt 2000 unterschiedliche Legierungen her

2.Steuerung der Stahleigenschaften

Zugabe von Legierungen + Veränderung der Wärmebehandlung + Verformung bei unterschiedlichen Temperaturen => werden die technologischen Eigenschaften des Stahles verändert
Stahleigenschaften:

Legierungselemente in den Mengen: erhöht – stark erhöht – erniedrigt – stark erniedrigt beeinflussen die Stahleigenschaften

Getränkedosen werden aus einem Stück gezogen
komplizierte Autoteile werden in einem Pressvorgang hergestellt
Stahldrahteinlagen in Autoreifen sind so scherfest, dass Reifenpannen bei hohen Geschwindigkeiten fast unwahrscheinlich werden

Entwicklung von sekundärmetallurgischen Verfahren, um die Feinabstimmung der Legierungsbestandteile z.B. unter Vakuum zu ermöglichen
schädliche Schwefelbestandteile auf 0,0009% abgebaut
im Hochvakuum kann der Kohlenstoffgehalt auf parts per million gesenkt werden
Einschmelzen von Konstruktionsteilen + Träger + Autos => ermöglichen kostengünstige neue Stähle
Einschmelzen von Edelstahl aus Spülmaschinen + Waschmaschinen + Spüler => Herstllung von Edelstählen
im nichtsrostenden Stahl sind die Anteile von Nickel + Chrom wichtig => hochprozentige Zumischung macht guten Stahl teuer => korrosions- und hitzebeständig
erneuter Legierungseinsatz im Schmelzgefäß kann eingespart werden => durch vorherige Sortierung und Trennung des Metallschrotts => Legierungselemte können so vorher bestimmt werden
Eisen kann aber auch nur mit Zink + Zinn + Alumium beschichtet werden => dünne Blech wird durch tausendstel Millimeter dünnen Beschichtung korrosionsfest
Ersetzen damit die hochchrom- und nickellegierten nichtrostenden Stähle
Anstieg der Erzeugungsmengen von metallisch beschichtetenBlech:: verzinktes Blech + Weißbleich + andere met.besch.Bleche
Rückgewinnung von Beschichtungsmetallen möglich

3.Recycling von Eisen und Buntmetallen

eine wenig befahrene Eisenbahnschiene kann >50 Jahre liegen
eine belastete, z.b. Hochgeschwindigkeitszüge muss nach 10 Jahren ausgewechselt werden
Auto => 10-20 Jahre
Getränkedose aus Stahlblech => Nutzungdsauer ein paar Wochen, aber ihr Füllgut kann jahrelang geschützt sein

ausgediente Konsum- und Industriegüter werden als Schrott den Stahlwerken zum Wiedereinschmelzen angeliefert
weltweit besteht die Stahlmenge aus 1/3 geschmolzenem Schrott + 2/3 reduziertem Erz
Herstellung aus Schmelze ist preisgünstiger und energiesparender als der Reduktionsvorgang: Erz => Sinteranlage => Hochofen => Blaßstahlwerk
selbst mehrfaches Schmelzen geschieht ohne Qualitätseinbußen => Recycling ohne Qualitätsverlust ist einmalig und nur bei Stahl gegeben

und hier kommt ein sehr interessanter Aspekt => Stahlwerker beklagen, dass guter wertvoller Stahlschrott nicht immer seinen Weg zu den Schmelzöfen zurückfindet

4.Verhalten der Eisenbegleitelemente im Stahlerzeugungsprozeß

Beim Einschmelzen muss der Stahlwerker Legierungs- + Beschichtungselemente für die neue Stahlgüte berücksichtigen
Einschmelzen => flüssige Stahlbad wird mit Sauerstoff eingeblasen bzw. „gefrischt“ => Brennflecktemperaturen von 2300°C => alle „vergesellschaften“ Elemente, die eine hohe Affinität zum Sauerstoff haben verschlacken oder verdampfen und werden über die Gasphase (gasförmig) ausgetrieben => unvollständige Verbrennung des Kohlenstoffs => von daher werden beim Sauerstoffblasverfahren die Prozeßgase zur weiteren Verwertung wieder aufgefangen
Beispiel Zink und Blei: => verzinkte Autokarosserien werden eingeschmolzen => hinter den Schmelzgefäßen im Elektrostahlwerk befinden sich Abgasreinigungsanlagen => Stäube und sublimierte Dämpfe werden gefiltert => Stäube aus diesen Gasreinigungsanlagen werden enthalten 30-35% Zink => Zinkhütte => Wiedergewinnung von Zink und Blei
Edlere Metalle (geringe Affinität zu Sauerstoff) werden beim Einschmelzen nicht verbrannt => bleiben als Legierungsbestandteil erhalten: Kupfer + Zinn + Nickel
Flüssiges Stahlbad wird analysiert (Proben) => Hinzufügen von Legierungselemten => neue gewünschte Stahlsorten

5.Einfluß von Restelementgehalten auf die neuen Stahleigenschaften

Getränkedosesn (Weißblech) => Zinnschicht von 3g/m² => eine Tonne enthält 4kg Zinn => Einschmelzen => ein Teil Zinn verdampft + 60% gelangen als Legierung in den Stahl
Transformatorenstahlgüten brauchen als Legierungselement Zinn => Verbesserung der weichmagnetischen Eigenschaften => derzeit werden große Mengen an Zinn gekauft und dem flüssigen Stahl zulegiert => könnte man sich sparen, wenn man genug Getränkedosen vom Markt bekommt
Schrottgattierung:

Entstehung von Oberflächenfehlern beim Kaltwalzen vom Warmband aus im Block vergossenen SM-Stahl => wegen 0,25% Cu + >0,025 Zinn
Bruchverdrehzahlen bei Röhrenstahl (C, Mn, P, S) => thermisch stabile Kupfer-Zinn-Verbindung, die....

(..zusammengefasst aus Abhandlung "Werkstoff Stahl" von Erich Höffgen, Wolfgang Ullrich, Helmut Schicks...)

Rastafari