Edelstahl ist ein vielseitiger Rohstoff und unverzichtbar für die Industrie, Architektur und unseren Alltag. Im letzten Artikel wurde ein Überblick über die verschiedenen nichtrostenden Stähle gegeben und wie sich diese in ihrer chemischen Zusammensetzung und folglich in ihren Eigenschaften unterscheiden (siehe: Edelstahl - ein vielseitiger Werkstoff). Doch wie wird Edelstahl hergestellt?
Erschmelzen im Elektrolichtbogenofen
Die Edelstahlherstellung beginnt mit dem Erschmelzen von Metallschrott. Im Elektrolichtbogenofen (LBO) können Edelstahlschrotte erschmolzen und zur erneuten Verwendung aufbereitet werden. Oftmals wird anstatt des Begriffs LBO der englische Begriff Electric Arc Furnance (EAF) verwendet. Zudem kann Stahl in Induktionsöfen hergestellt werden. Im LBO können neben Schrott zudem Eisenschwamm und flüssiges oder festes Roheisen erschmolzen werden [1]. Die Rohstoffe werden entsprechend der gewünschten Zusammensetzung chargiert. Da Edelstahl zu 100% recycelbar ist, enthalten viele Chargen bis zu 60% recycelten Stahl [2]. Meist wird rostfreier Schrott mit Legierungselementen kombiniert, um neue Legierungen zu produzieren. Dies hilft nicht nur, die Kosten zu minimieren, sondern auch die Umweltbelastung zu reduzieren [2].
Über Elektroden wird elektrischer Strom in den LBO eingeführt und ein Lichtbogen bzw. Blitze erzeugt. Durch die Zuführung von Sauerstoff bzw. anderer Brennstoff-Gasgemische kann der Prozess beschleunigt werden [1]. Der Schmelzprozess erfordert im Durchschnitt acht bis zwölf Stunden intensive Hitze [3]. Im Lichtbogen können Temperaturen von bis 8.000 °C erreicht werden [4].
Es gibt verschiedene Größen von Elektroöfen mit einem Fassungsvermögen von zwei bis 300 Tonnen Rohstahl [5]. Der Energieverbrauch des Schmelzprozess ist abhängig von der Größe und der Konfiguration des LBO. Im Durchschnitt werden 350 kWh je Tonne Rohstahl verbraucht, d.h. der Energieverbrauch eines LBO kommt dem täglichen Bedarf einer Kleinstadt gleich [1]. Anschließend wird der flüssige Stahl durch das Kippen des LBO oder über eine Bodenöffnung in die Stahlpfanne umgefüllt.
Extreme Hitze im und am LBO
Während die nötige Energie zur Schmelze in einem LBO über den genannten Lichtbogen erzeugt wird, nutzen Induktionsöfen elektrischen Strom zur induktiven Erwärmung. Diese erfolgt mittels elektromagnetischer Induktion. Ein Wirbelstrom verteilt die Hitze im elektrisch leitfähigen Schmelzgut [6].
Argon-Sauerstoff-Entkohlung
Das im LBO geschmolzene Metall wird anschließend in einer Argon-Sauerstoff-Entkohlung (AOD) verfeinert und entkohlt, indem Sauerstoff, Argon und Stickstoff in den geschmolzenen Stahl eingeblasen werden. Dies ist wichtig, da Kohlenstoff zwar dazu beiträgt die Härte und Festigkeit zu erhöhen, aber zu viel Kohlenstoff Probleme verursachen kann. So ist beispielsweise beim Schweißen zu viel Kohlenstoff hinderlich, da sich dadurch Chromcarbid bildet. Dadurch ist der Korrosionsschutz des Edelstahls unter Umständen nicht mehr vollständig gegeben. Aus diesem Grund ist die Reduzierung des Kohlenstoffs durch einen AOD-Konverter hier wichtig. Alternativ kann die Entkohlung auch im VOD-Verfahren (Vacuum Oxygen Decarburisation) erfolgen. Um die Qualität der Charge sicher zu stellen, wird überprüft, ob die Charge die vorgegebenen Anforderungen erfüllt und die chemische Zusammensetzung des Stahls in der gesamten Charge konsistent ist [2].
Gießerei
In der Gießerei wird eine Form erstellt, die zum Abkühlen und Bearbeiten des Stahls verwendet wird. Die genaue Form und ihre Abmessungen hängen vom Endprodukt ab. Übliche Formen sind beispielsweise Rohre, Brammen oder Knüppel. Ab hier unterscheiden sich die Schritte je nach beabsichtigter Qualität des Endprodukts. Brammen werden zu Platten, Streifen und Blechen weiterverarbeitet, wohingegen aus Knüppeln Stangen und Drähte verarbeitet werden [2].
Glühende Stahlbrammen
Im Anschluss wird das Gussteil bearbeitet. Mehr dazu erfahren Sie in dem Artikel “Nachbearbeitung im Stahlwerk: Walzen, Entzundern und Schleifen”.
Verwendete Quellen:
[1] Stahlinstitut VDEh. (2021) Stahlerzeugung. Retrieved from https://www.vdeh.de/stahltechnologie/stahlerzeugung/
[2] Unified Alloys. (2021) What Is Stainless Steel and How Is It Made? Retrieved from https://www.unifiedalloys.com/blog/what-is-stainless-steel/
[3] Stainless Steel Manufacturers. (2021) Stainless steel. Retrieved from https://www.stainlesssteelmanufacturers.org/
[4] Peter Kuhlow & Gunther Sachse. (2017) Der DS-Lichtbogenofen in der Stahlgießerei. Retrieved from https://www.ats-sachse.de/wp-content/uploads/ds-lichbogenofen-stahlgiesserei-ip_giesserei_02_2017_S_42_48.pdf
[5] INTECO melting and casting technologies GmbH. (2021) Lichtbogenofen. Retrieved from https://www.inteco.at/de/produkte/lichtbogenofen
[6] Next Foundry. (2021) Induktionsschmelzofen, Induktionswarmhalteofen. Retrieved from https://www.next-foundry.com/giesserei-lexikon/glossar/induktionsschmelzofen-induktionswarmhalteofen
