Wat zijn de verschillende grondstoffen voor staal?
Staal is een belangrijk onderdeel van de bouw sinds de 19e eeuw geweest, vanwege zijn veelzijdigheid als bouwmateriaal. De populariteit is grotendeels te danken aan de sterkte en het gebruiksgemak. De grondstoffen voor staal variëren omdat verschillende staalsoorten kunnen worden gemaakt voor hun eindgebruik, waaronder zachter staal voor bewerking tot zeer hard staal voor beveiligingsapparatuur of kluizen. Alle staalproducten worden gewaardeerd om hun sterkte, duurzaamheid en gemak van recycling wanneer ze niet langer nodig zijn.
Het belangrijkste ingrediënt voor staal is ijzer dat in de grond wordt gevonden als oxide, een chemisch mengsel van ijzer en zuurstof gemengd met steen. Geoxideerd ijzer is gebruikelijk in staalproducten naarmate ze ouder worden, omdat hetzelfde molecuul bekend staat als roest, wat optreedt wanneer ijzer en zuurstof na verloop van tijd opnieuw combineren. Een vat voor hoge temperaturen, een hoogoven genaamd, wordt gebruikt om het zuivere metaal uit het ruwe erts te bereiden. Voordat ijzer in de oven kan worden geplaatst, doorloopt het meestal verschillende bewerkingsstappen om afvalresten te verwijderen en het ijzerpercentage in het erts te concentreren.
In een hoogoven worden ijzererts en andere grondstoffen voor staal toegevoegd en tot zeer hoge temperaturen verhit. Wanneer het mengsel is gesmolten, wordt zuurstof geïnjecteerd met behulp van een holle buis die een lans wordt genoemd, waardoor het mengsel nog heter wordt. Bij de zeer hoge temperaturen wordt zuurstof gescheiden van het ijzeroxide, wat resulteert in puur metaal. Onzuiverheden genaamd slakken stijgen naar de bovenkant van de oven en worden verwijderd, wat resulteert in een gesmolten mengsel van ijzer en andere additieven.
Er zijn honderden verschillende staalsamenstellingen of legeringen, maar er zijn een paar veel voorkomende grondstoffen voor staal. Koolstof is een belangrijk ingrediënt in al staal, maar is aanwezig in lage concentraties. De zuurstof in erts reageert met de koolstof die aan de oven wordt toegevoegd en verwijdert deze uit het ijzeroxidemolecuul. Een zuivere vorm van koolstof, cokes genoemd, is nodig in een hoogoven en deze wordt bereid door steenkool te verwarmen tot hoge temperaturen om eventuele organische verbindingen te verwijderen.
IJzer met koolstofpercentages hoger dan twee procent wordt gietijzer genoemd, dat hard maar brozer is. Andere grondstoffen voor staal zijn verschillende metalen, silicium en kalksteen. De kalksteen, dat calciumcarbonaat is, wordt een vloeimiddel genoemd en wordt met regelmatige tussenpozen aan de oven toegevoegd om de slak te vormen en onzuiverheden te verwijderen. Silicium verwijdert zuurstof in de oven en maakt het staal werkbaarder, of gemakkelijker te buigen of machinaal te bewerken.
Een hoogoven kan wat gerecycleerd staal gebruiken, maar is typisch beperkt tot ongeveer 30 gewichtsprocent. Staal is gemakkelijk te recyclen, maar een andere oven, een elektrische vlamboogoven, wordt gebruikt voor hogere percentages gerecycled staal. Een elektrische boogoven gebruikt twee elektroden die in de oven hangen, en een hoge elektrische stroom loopt ertussen, waardoor hoge temperaturen ontstaan. De grondstoffen voor staal zijn al aanwezig in het gerecyclede materiaal en slechts kleine hoeveelheden additieven zijn mogelijk nodig om een gewenste staalsamenstelling te creëren.