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Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungs- verfahren

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Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungs- verfahren - PowerPoint PPT Presentation


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Eisen: Stahl und Edelstahl Zusammensetzung und Herstellungs- verfahren. Stahlherstellung:. hoher C-Gehalt im Roheisen: nicht walz- und schmiedbar, spröde, erweicht beim Erhitzen plötzlich. Herabsetzen des C-Gehalts (<1,7 %).

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Presentation Transcript
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Eisen: Stahl und Edelstahl

Zusammensetzung

und Herstellungs-

verfahren

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Stahlherstellung:

  • hoher C-Gehalt im Roheisen: nicht walz- und schmiedbar,
  • spröde, erweicht beim Erhitzen
  • plötzlich
  • Herabsetzen des C-Gehalts (<1,7 %)
  • Entfernen von störenden Begleitelementen (P, S, Si, O2)
  • Nötige Raffinationsprozesse: - Frischreaktionen
  • - Desoxidationsreaktionen
  • - Entschwefelungsreaktionen
  • - Entgasungsreaktionen
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1. Frischreaktionen:

Entkohlung des Roheisens

  • Einblasen von Sauerstoff:
  • 2 Fe + O2 2 FeO
  • Oxidation der Begleitelemente durch FeO:
  • Si + 2 FeO  SiO2 + 2 Fe
  • Mn + FeO  MnO + Fe
  • 2 P + 5 FeO  P2O5 + 5 Fe 
  • Verschlackung der Oxide durch CaO
  • Entstehung von CO im flüssigen Eisen
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Frischen:

Zwei Verfahrensmöglichkeiten

Windfrischverfahren

Herdfrischverfahren

Nach vollkommener Ent-

kohlung folgt eine nachträg-

liche Rückkohlung.

Von vornherein wird bis

zum gewünschten

C-Gehalt entkohlt.

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Windfrischverfahren (1855): Thomas-Verfahren

feuerfeste Auskleidung

flüssiges Eisen

Winddüsen

Windantrieb

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feuerfeste Auskleidung

flüssiges Eisen

Winddüsen

Windantrieb

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Herdfrischverfahren (1864): Siemens-Martin-Verfahren

Im kippbaren, eisernen Trog (Herd):

Brenngas-Luft-Gemisch

Aufschmelzen/

Oxidation

Roheisen

Schrott

Stahl

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2. Desoxidationsreaktionen:

Verhinderung von oxidischen

Einschlüssen

Wirksames Desoxidationsmittel: Aluminium

2 Al + 3 O  Al2O3

3. Entschwefelungsreaktionen:

Gelöster Schwefel wird in Sulfid überführt,

z.B. mit Ca, Mg oder Calciumcarbid

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4. Entgasungsreaktionen:

CO und atomar gelöster Wasserstoff werden durch Entgasung

unter vermindertem Druck entfernt.

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Neuere Verfahren:

A) Sauerstoffaufblas- oder LD-Verfahren (1949)

Sauerstofflanze

Abstich

Schlacke

flüssiges Eisen

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B) OBM – Verfahren (Oxygen-Bodenblasen-Maximilianshütte)

(Ende der 60er)

Dem durch Drüsen eintretenden Sauerstoff werden 3 - 5 %

Kohlenwasserstoffe zugesetzt.

C) Kombinierte Blasverfahren (Mitte der 70er)

Aufblastechnik und Bodenblastechnik sind in einem Prozess

vereint.

 viele Vorteile

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D) Elektrostahlverfahren:

Stahl wird in Lichtbogen- oder

Induktionsöfen erschmolzen

Einschmelzen/

Frischen

Schrott

Kohle

Stahl

Die Nachbehandlung des Stahls erfolgt in der sog. Pfanne.

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Zusammenfassung:

  • Frischreaktionen: Entkohlung des Roheisens
  • Desoxidationsreaktionen: schädliche oxidische Einschlüsse
  • werden beseitigt
  • Entschwefelungsreaktionen: Überführung des Schwefels
  • in Sulfid
  • Entgasungsreaktionen: Entfernung von CO und H2
  • Neuere Verfahren zur Stahlherstellung:
  • - LD -Verfahren
  • - OBM -Verfahren
  • - Kombinierte Blasverfahren
  • - Elektrostahlverfahren
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Zusammensetzung des Stahls:

Zugabe von Legierungselementen möglich:

Cr: verbessert Härte, Warmfestigkeit

bei Cr > 12%: Stähle werden korrosionsbeständig

Ni, V: erhöhen Zähigkeit

Mo: erhöht Warmfestigkeit

W: verbessert Härte

Typische Endzusammensetzung des Stahls in % (ohne

Legierungselemente und Eisen):

C: 0,059 Mn: 0,31 P: 0,018

S: 0,019 N: 0,003 O: 0,083

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Edelstahlherstellung und –zusammensetzung:

  • Ausgangsmaterial: Stahl ohne Legierungselemente
  • Legierungselemente in höheren Prozentsätzen
  • besonders große Gleichmäßigkeit und Oberflächenvergütung
  • entstehen
  • Edelstahl ist weitgehend frei von nichtmetallischen
  • Einschlüssen
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Unser Beispiel: Edelstahltopf (1810)

18 % Cr  Härte, Warmfestigkeit

10 % Ni  Zähigkeit

ca. 72 % Fe

Nichtmetalle haben sehr geringen Anteil

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Stahl- und Edelstahlherstellung:

Roh – Eisen (4% C; Mn, Si, S, P in Spuren)

O2

Tmelt

Emissionen

C, CO, CO2

Stahl (<1,7% C)

Zusammenschmelzen mit

Ti, V, Mo, W, Ni, Cr im

Prozentbereich;

Tmelt

Edelstahl