Hvad er de forskellige råvarer til stål?
Stål har været en vigtig del af konstruktionen siden 1800-tallet på grund af dets alsidighed som byggemateriale. Dens popularitet skyldes hovedsageligt sin styrke og lette fremstilling. Råvarerne til stål varierer, fordi forskellige stål kan fremstilles, så de passer til deres slutbrug, herunder blødere stål til bearbejdning til meget hårdt stål til sikkerhedsanordninger eller pengeskabe. Alle stålprodukter værdsættes for deres styrke, holdbarhed og lette genanvendelse, når det ikke længere er nødvendigt.
Den vigtigste ingrediens til stål er jern, der findes i jorden som oxid, en kemisk blanding af jern og ilt blandet med sten. Oxideret jern er almindeligt i stålprodukter, når de ældes, fordi det samme molekyle kaldes rust, som opstår, når jernet og ilt kombineres igen over tid. En højtemperaturbeholder kaldet en højovn bruges til at fremstille det rene metal fra råmalmen. Før jern kan anbringes i ovnen, gennemgår det typisk flere behandlingstrin for at fjerne affaldsberg og koncentrere jernprocenten i malmen.
I en højovn tilsættes jernmalmen og andre råmaterialer til stål og opvarmes til meget høje temperaturer. Når blandingen smeltes, indsprøjtes ilt ved hjælp af et hult rør kaldet en lanse, hvilket får blandingen til at blive endnu varmere. Ved de meget høje temperaturer separeres ilt fra jernoxid, hvilket resulterer i rent metal. Urenheder kaldet slagge stiger til toppen af ovnen og fjernes, hvilket resulterer i en smeltet blanding af jern og andre tilsætningsstoffer.
Der er hundreder af forskellige stålsammensætninger eller -legeringer, men der er et par almindelige råmaterialer til stål. Carbon er en nøgleingrediens i alt stål, men er til stede i lave koncentrationer. Oxygen i malm reagerer med det kulstof, der tilsættes ovnen, og fjerner det fra jernoxidmolekylet. En ren form for kulstof kaldet koks er nødvendig i en højovn, og den fremstilles ved at opvarme kul til høje temperaturer for at fjerne eventuelle organiske forbindelser.
Jern med kulstofprocenter, der er højere end to procent, kaldes støbejern, hvilket er hårdt, men mere sprødt. Andre råvarer til stål inkluderer forskellige metaller, silicium og kalksten. Kalkstenen, der er calciumcarbonat, kaldes en flux og tilsættes med jævne mellemrum til ovnen for at danne slaggen og fjerne urenheder. Silicium fjerner ilt i ovnen og gør stålet mere brugbart eller lettere at bøje eller bearbejde.
En højovn kan bruge noget genanvendt stål, men er typisk begrænset til ca. 30 vægtprocent. Stål genanvendes let, men en anden ovn, der kaldes en elektrisk lysbueovn, bruges til højere procentdel af genanvendt stål. En elektrisk lysbueovn bruger to elektroder ophængt inde i ovnen, og en høj elektrisk strøm passerer mellem dem, hvilket skaber høje temperaturer. Råmaterialerne til stål er allerede indeholdt i det genanvendte materiale, og kun små mængder af additiver kan være nødvendige for at skabe en ønsket stålsammensætning.