Was sind die verschiedenen Rohstoffe für Stahl?
Stahl ist aufgrund seiner Vielseitigkeit als Baustoff seit dem 19. Jahrhundert ein wichtiger Bestandteil des Bauwesens. Seine Popularität ist hauptsächlich auf seine Stärke und einfache Herstellung zurückzuführen. Die Rohstoffe für Stahl variieren, da verschiedene Stähle für ihre jeweiligen Verwendungszwecke hergestellt werden können, darunter weicherer Stahl für die Bearbeitung von Sicherheitsvorrichtungen oder Tresoren aus sehr hartem Stahl. Alle Stahlprodukte werden wegen ihrer Festigkeit, Haltbarkeit und einfachen Wiederverwertung geschätzt, wenn sie nicht mehr benötigt werden.
Der Hauptbestandteil von Stahl ist Eisen, das als Oxid im Boden vorkommt, ein chemisches Gemisch aus Eisen und Sauerstoff, das mit Gestein gemischt ist. Oxidiertes Eisen ist in Stahlprodukten im Alter häufig, da das gleiche Molekül als Rost bezeichnet wird, der entsteht, wenn Eisen und Sauerstoff sich im Laufe der Zeit wieder verbinden. Aus dem Roherz wird in einem Hochtemperaturgefäß, einem Hochofen, das reine Metall hergestellt. Bevor Eisen in den Ofen eingebracht werden kann, werden in der Regel mehrere Verarbeitungsschritte durchgeführt, um Abfallgestein zu entfernen und den Eisenanteil im Erz zu konzentrieren.
In einem Hochofen werden das Eisenerz und andere Rohstoffe für Stahl zugesetzt und auf sehr hohe Temperaturen erhitzt. Wenn die Mischung geschmolzen ist, wird Sauerstoff mithilfe eines Hohlrohrs, einer sogenannten Lanze, injiziert, wodurch die Mischung noch heißer wird. Bei den sehr hohen Temperaturen wird Sauerstoff vom Eisenoxid abgetrennt, was zu reinem Metall führt. Verunreinigungen, die als Schlacke bezeichnet werden, steigen an die Oberseite des Ofens und werden entfernt, was zu einer geschmolzenen Mischung aus Eisen und anderen Additiven führt.
Es gibt Hunderte verschiedener Stahlzusammensetzungen oder -legierungen, für Stahl gibt es jedoch einige gebräuchliche Rohstoffe. Kohlenstoff ist ein Schlüsselbestandteil in jedem Stahl, kommt jedoch in geringen Konzentrationen vor. Der Sauerstoff im Erz reagiert mit dem dem Ofen zugesetzten Kohlenstoff und entfernt ihn vom Eisenoxidmolekül. In einem Hochofen wird eine reine Kohlenstoffform namens Koks benötigt, die durch Erhitzen der Kohle auf hohe Temperaturen hergestellt wird, um organische Verbindungen zu entfernen.
Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als zwei Prozent wird als Gusseisen bezeichnet, das hart, aber spröder ist. Andere Rohstoffe für Stahl sind verschiedene Metalle, Silizium und Kalkstein. Der Kalkstein, bei dem es sich um Calciumcarbonat handelt, wird als Flussmittel bezeichnet und in regelmäßigen Abständen in den Ofen gegeben, um die Schlacke zu bilden und Verunreinigungen zu entfernen. Silizium entfernt Sauerstoff im Ofen und macht den Stahl bearbeitbarer oder leichter zu biegen oder zu bearbeiten.
Ein Hochofen kann etwas recycelten Stahl verwenden, ist jedoch typischerweise auf etwa 30 Gewichtsprozent beschränkt. Stahl lässt sich leicht recyceln, für einen höheren Anteil an recyceltem Stahl wird jedoch ein anderer Ofen verwendet, der als Elektrolichtbogenofen bezeichnet wird. In einem Elektrolichtbogenofen werden zwei Elektroden verwendet, die im Inneren des Ofens aufgehängt sind. Zwischen ihnen fließt ein hoher elektrischer Strom, der hohe Temperaturen erzeugt. Die Rohstoffe für Stahl sind bereits im recycelten Material enthalten, und es sind möglicherweise nur geringe Mengen an Additiven erforderlich, um eine gewünschte Stahlzusammensetzung zu erzeugen.