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Über dieses Buch

Dieses Buch gibt einen Überblick über die Stahlerzeugung von den Anfängen bis zu den heutigen Verfahren. Es erklärt die Verfahrenstechnik, Berechnungsgrundlagen und den aktuellen Stand der Technik sowohl für Rohstahl als auch für Stahlrecycling.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Stahl

Zusammenfassung
Stahl ist der Oberbegriff für eine der wichtigsten Eisenlegierungen. Gut 90 % des weltweit erzeugten Roheisens wird zu Stahl weiterverarbeitet. In den Industrieländern wird ein großer Stahlanteil auch aus Schrott erzeugt (Abb. 1.1).
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

2. Schmiede und Puddel-Öfen

Zusammenfassung
Die sogenannte Luppe, wie schon erwähnt ein Klumpen aus schmiedbarem Eisen in glühend fester Form mit anhaftenden Restschlacken als Produkt aus den Rennöfen, kann nur durch Schmiedearbeit weiter verarbeitet werden.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

3. Primär-Metallurgie – Beginn der Massenstahl-Erzeugung

Zusammenfassung
Obwohl das Puddel-Verfahren mit half, das industrielle Zeitalter einzuleiten, konnte es dem schnell wachsenden Bedarf der Industrie nicht gerecht werden. Was gebraucht wurde, war die Möglichkeit, Stahl günstig in Massenproduktion herzustellen. Dieser Stahl wird als Flussstahl bezeichnet. In der Folgezeit wird zwischen Blasstahl- und Herdstahl-Verfahren unterschieden.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

4. Schrott-Verfahren im Elektro-Lichtbogen-Ofen – aktuelles Herdofen-Verfahren

Zusammenfassung
Wie erwähnt, wird Stahl heute bis zu 32 % der Welterzeugung durch Schrott-Recycling im Elektro-Lichtbogen-Ofen (ELO) hergestellt (Abb. 3.​9 und 3.​10).
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

5. Linde-Fränkl-Verfahren der Sauerstoff-Gewinnung

Zusammenfassung
Die naheliegende Idee, zum Frischen des Roheisens nicht Luft, sondern gleich reinen Sauerstoff zu verwenden, hatte bereits Henry Bessemer um 1850. Allerdings konnte man bis 1928 reinen Sauerstoff großtechnisch nicht herstellen. Erst das Linde-Fränkl-Verfahren löste dieses Problem. Das Verfahren ist im Fließschema der Abb. 5.1 dargestellt.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

6. Weiterentwicklung der Sauerstoff-Blasstahl-Verfahrens

Zusammenfassung
Das Sauerstoff-Blasstahl-Verfahren als Linz-Donawitz-(LD-)Verfahren hat mehrere Väter [15].
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

7. Linz-Donawitz-(LD-)Verfahren – aktuelles Sauerstoff-Aufblas-Verfahren

Zusammenfassung
Am 9. Dezember 1949 wurde in der VOEST der richtungsweisende Beschluss gefasst, die Ausweitung der Rohstahl-Kapazität nicht nach dem Siemens-Martin-, sondern nach dem LD-Verfahren durchzuführen. Das mit zwei 30-t-Konvertern ausgestattete LD-Stahlwerk nahm am 27. November 1952 als erstes kommerziell arbeitendes Stahlwerk der Welt die laufende Produktion auf.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

8. Metallurgischer Stoffumsatz

Zusammenfassung
Die Entfernung der Legierungselemente erfolgt bei allen Blasstahl-Verfahren mit Hilfe des Sauerstoffs (Frischen), der, wie schon erwähnt, entweder in gasförmiger (Luft, angereicherter bzw. reiner Sauerstoff) oder in fester (Eisenerz-)Form zur Anwendung kommt.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

9. Metallurgischer Wärmeumsatz

Zusammenfassung
In der chemischen Thermodynamik bezeichnet man als Reaktionsenthalpie ΔRH (T) die Differenz der Enthalpien der Reaktionsprodukte und der Reaktionsteilnehmer (Ausgangsstoffe) für dieselbe Temperatur und denselben Druck.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

10. Sonder-Verfahren

Zusammenfassung
Eine grundsätzliche Verbesserung des Wärmeumsatzes des Sauerstoff-Aufblas-Verfahrens besteht in der Ausnützung der bei der Kohlenstoff-(C-)Oxidation sich bildenden Kohlenstoffmonoxid-(CO-)Menge zu Kohlenstoffdioxid (CO2) [19]. Würde dieser Vorgang so durchgeführt, dass die dabei frei werdende Wärmemengevollständig der Charge zukommt, dann könnten damit beträchtliche Schrottmengen geschmolzen werden. Bei den Verhältnissen der Tab. 9.​1 werden z. B. etwa 40 kg C/t Stahl gefrischt. Die Oxidation der dabei gebildeten CO-Menge zu CO2 liefert rd. 225.000 kcal (40 × 5633), womit etwa 670 kg Schrott/t Stahl geschmolzen werden könnten. So eine Charge würde dann aus rd. je Hälfte Schrott und flüssigem Roheisen bestehen, ohne Wärmezufuhr von außen. Von dieser Überlegung wird in einem bestimmten Umfang bei den Rotor- und Kaldo-Verfahren [20] Gebrauch gemacht. Sie haben sich aber gegenüber dem LD-Verfahren nicht durchsetzen können.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

11. Stahl-Recycling

Zusammenfassung
Stahl-Recycling ist in der Kreislaufwirtschaft Weltmeister im Schließen von Stoffkreisläufen.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

12. Metallurgische Erkenntnisse beim LD-Verfahren für die Konvertergas-Behandlung

Zusammenfassung
Die Vorgänge beim Frischen des LD-Verfahrens und die metallurgischen Berechnungen ergeben folgende Erkenntnisse für die Konvertergas-Behandlung (Abb. 12.1 und 12.2)
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

13. Verfahrenstechnische Berechnungsgrundlagen

Zusammenfassung
Die verfahrenstechnischen Berechnungen zur Behandlung von Gasreinigungsanlagen fallen weitestgehend in das Fachgebiet der Thermodynamik [33] sowie der Wärme- und Stoffübertragung [34]. Die Staub-Abscheidung gehört zum Fachgebiet der Stofftrennung staubhaltiger Mehrphasengemische in durchströmten Apparaten [35].
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

14. Erfassung des Konverter-Gasstrahls

Zusammenfassung
Der Freistrahl in Abb. 14.1 links heißt Strom eines Fluids, der aus einer Öffnung in eine freie Umgebung austritt, in der er sich unbeeinflusst von Wänden ausbreitet. Einfachster Fall ist der Luftstrahl von Raumtemperatur und kreisrundem Querschnitt, der sich in einem (praktisch) unbegrenzten Volumen ruhender Luft bewegt. In diesem Fall sind Lage- und Druckkräfte vernachlässigbar klein. Man kann für das ganze Strömungsfeld mit guter Näherung konstanten Druck voraussetzen. Die am Strahlanfang herrschende Strömungskraft ändert sich längs des Weges nicht. Die Impulskraft I istmit r als größtem Wert der Radialkoordinate x. Die mittlere Geschwindigkeit vM wirdwobei \( \dot{\mathrm{m}} \) den Massenstrom bezeichnet. Da m ⋅ v in der Mechanik als Impuls bezeichnet wird, nennt man die entsprechende auf einen Massenstrom bezogene Größe auch Impulsstrom. Sie hat die Dimension einer Kraft.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

15. Konverterabgas-Kühlkamine

Zusammenfassung
Bei den Abgaskühlanlagen als Kühlkamine für LD-Konverter werden zwei Systeme unterschieden, wie in Abb. 15.1 dargestellt:
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

16. Wärmetechnische Berechnungsgrundlagen – Kühlkamin

Zusammenfassung
Der Wärmestrom \( \left(\dot{\mathrm{Q}}\right) \) ist gleich dem Quotienten aus Wärmemenge (Q) pro Zeit (t)mit dϑ/dx als Temperaturgefälle in Richtung des Wärmestromes und λ als Wärmeleitfähigkeit. Abb. 16.1 zeigt die Wärmeleitung durch eine Wand.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

17. Berechnungsbeispiel – Kühlkamin

Zusammenfassung
Die Kühlkamine als Abhitzekessel für Konverteranlagen werden entweder als Strahlungskessel (Halbkessel) für Gasaustrittstemperaturen bis zu 1000 °C oder auch als Abhitzekessel mit einem Konvektionsteil (Vollkessel) für Gasaustrittstemperaturen bis ca. 300 °C ausgelegt, wo der Wärmeübergang durch Konvektion gegenüber dem Wärmeübergang durch Strahlung überwiegt. Vollkessel kommen heute nur wenig zur Anwendung. In beiden Kessel-Arten treten Wärmestrahlung und Konvektion gleichzeitig auf und sind zu addieren. Im Nachfolgenden wird der Umgang mit den Berechnungsgleichungen gezeigt.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

18. Konvertergas-Entstaubung

Zusammenfassung
Das Staubabscheiden zählt in dem weiten Spektrum der verfahrenstechnischen Disziplinen zu den Trennverfahren. In diesem Fall besteht die Aufgabe darin, feste (Staub) oder flüssige (Tropfen) Partikel aus dem Trägergas soweit wie möglich abzutrennen.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

19. Sekundär-Entstaubung in Stahlwerken

Zusammenfassung
Die Sekundär-Entstaubung betrifft Abgase aus folgenden Betriebsvorgängen [69], die in Abb. 19.1 in einer Übersicht dargestellt sind:
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

20. Sekundär-Metallurgie

Zusammenfassung
Die Sekundär-Metallurgie in Abb. 20.1 [69] ist nicht als eigenständige Metallurgie zu verstehen, sondern bezeichnet verschiedene alternative oder in Abfolge verwendbare, die Schmelze verbessernde metallurgische Maßnahmen.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

21. Vergießen des Stahls

Zusammenfassung
Der in großen Mengen anfallende flüssige Rohstahl muss anschließend zu bestimmten Formen und Abmessungen verfestigt werden. Dies erfolgt durch das Vergießen im Blockguss- oder Strangguss-Verfahren.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

22. Wege zum Stahl

Zusammenfassung
Der verfestigte Rohstahl besitzt noch keine verwendbare Form. Auch die technologischen Eigenschaften entsprechen noch nicht den Anforderungen. Zu den weiteren Behandlungsschritten zählen das Umformen und die Veränderung der Stahleigenschaften durch Wärmebehandlung. Das Umformen von Stahl erfolgt in Walzwerken und in Schmieden.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

23. Warm- und Kaltwalzwerke

Zusammenfassung
Bei den Walzwerken unterscheidet man zwischen Warmwalzen durch das Umformen bei hohen Temperaturen und dem Kaltwalzen beim Umformen ohne Erwärmen.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

24. Massiv-Umformung

Zusammenfassung
Der Begriff Massivumformung ist ein Sammelbegriff für die Verfahren, wie Walzen, Gesenkschmieden, Gesenkformung, Fließpressen, Schmieden (Freiformschmieden), Stauchen, Strangpressen, bei denen durch Werkzeuge an einem metallischen Werkstück Querschnittsänderungen erzeugt werden, ohne dabei Material abzutragen.
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

25. Tabellen

Zusammenfassung
Krafteinheiten
Karl-Rudolf Hegemann, Ralf Guder

Backmatter

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