Was ist Tiegelstahl?
Der Begriff Tiegelstahl kann etwas irreführend sein, da er sich nicht auf ein bestimmtes Stahlprodukt, sondern auf einen bestimmten Stahlproduktionsprozess bezieht. Das Schmelztiegel-Stahlverfahren umfasst das Schmelzen von Material wie Schmiedeeisen, Gusseisen und Blisterstahl in kleinen Gießereitiegeln zum Aufkohlen oder Entkohlen. Während dieser Prozesse wird Kohlenstoff entweder in das Material diffundiert oder aus dem Material entfernt, um optimale metallurgische Eigenschaften im fertigen Produkt zu erzielen. Nach dem Schmelzen wird der Tiegel aus dem Ofen entnommen und der Stahl in Kokillen gegossen. Das Tiegelstahlverfahren ist eines der ältesten dokumentierten Verfahren zur Herstellung von Stahl und wird, obwohl es durch effizientere Verfahren ersetzt wurde, immer noch zur Herstellung kleiner Mengen hochwertiger Materialien für spezielle Anwendungen verwendet.
Stahl ist eine Kombination aus Eisen und geringen Mengen Kohlenstoff. Derartige Kombinationen werden als Legierungen mit Additiven bezeichnet, in diesem Fall Kohlenstoff, was die Qualität des Grundmaterials verbessert und dem Endprodukt spezifische Eigenschaften verleiht. Stahl ist beispielsweise härter als Schmiedeeisen, weniger spröde als Gusseisen und weist bessere Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeitseigenschaften auf als beide. Stahl kann auf verschiedene Arten hergestellt werden, wobei die meisten Eisenvorräte in Gegenwart einer Kohlenstoffquelle geschmolzen werden. Bei diesem Verfahren diffundieren geringe Mengen Kohlenstoff in das geschmolzene Eisen, wobei die typischen Kohlenstoffendkonzentrationen je nach Verwendungszweck der Legierung zwischen 0,2% und 2,1% liegen.
Eine der ältesten Formen der Stahlerzeugung ist das Tiegelstahlverfahren; Die erste verlässliche Dokumentation von Stählen aus Tiegeln sind mittelalterliche islamische Aufzeichnungen aus der Zeit um 1050. Das Grundprinzip von Tiegelstahl beruht auf dem Schmelzen von Metallmaterial in Behältern oder Behältern aus verschiedenen feuerfesten Materialien, die klein genug sind, um von ein oder zwei Personen gehandhabt zu werden. Die Behälter oder Tiegel werden mit verschiedenen Metallen, einschließlich Schmiedeeisen, Gusseisen oder Blisterstahl, beschickt und in speziellen Öfen gebrannt, um die Beschickung zu schmelzen. Kohlenstoffarme Materialien wie Schmiedeeisen werden mit einer Kohlenstoffquelle wie Holzkohle ergänzt, die die Schmelze mit Kohlenstoff aufkohlt oder durchtränkt. Im Gegensatz dazu werden Ausgangsmaterialien mit Kohlenstoffgehalten, die für die allgemeine Stahlherstellung zu hoch sind, entkohlt. Dies erfolgt typischerweise, indem das geschmolzene Material einer Sauerstoffquelle ausgesetzt wird.
Der Prozess beginnt im Allgemeinen damit, dass die Tiegel in einem Koks- oder Gasofen auf weiße Wärme erhitzt werden, und an diesem Punkt werden sie von der Wärmequelle entfernt, mit den Rohmaterialien beschickt und in den Ofen zurückgeführt. Sie werden dann mehrere Stunden stehen gelassen, bis die Rohstoffe vollständig geschmolzen sind. Die Tiegel werden dann aus dem Ofen entfernt, jegliche Verunreinigungen auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls werden abgeschöpft und der Stahl wird in Gussformen gegossen. Dieser Prozess ist zeitaufwendig und teuer und wurde weitgehend durch wirtschaftlichere Prozesse mit hoher Kapazität wie Bessemer-Öfen ersetzt. Die hohe Qualität des Tiegelstahls hat jedoch dazu geführt, dass mit dem Verfahren immer noch kleine Stahlmengen für spezialisierte Nischenmärkte hergestellt werden.