Der Weg vom Eisenerz bis zu einem Stahlprodukt wie beispielsweise einem Zaunelement, einem Edelstahl-Kaminrohr oder einer geschweißten Baustahlmatte ist lang. Alle Arbeitsschritte gehören zur Schwerindustrie mit hoher Wertschöpfung und erfordern echtes Fachwissen. Erfahren Sie, wie der gesamte Herstellungsprozess von Eisen bis hin zu hochwertigem Stahl aussieht.
Die Herstellung von Stahl, Eisenmetallen und deren Legierungen ist ein energie- und technologisch anspruchsvoller Prozess. Während sich viele Unternehmen – auch kleine Betriebe – mit der Verarbeitung von Eisen- und insbesondere Stahlprodukten beschäftigen, findet man die eigentliche Metallproduktion aufgrund der notwendigen Ausstattung nur bei wenigen Unternehmen.
1. Abbau von Eisenerz
Eisenerz ist der Ausgangsrohstoff für die Herstellung aller Eisenmetalle im Allgemeinen. Dabei handelt es sich um ein Gestein mit einem Anteil vieler weiterer Elemente, und längst nicht jedes Eisenerz eignet sich für die weitere Verarbeitung in Hüttenwerken.
Ein Eisengehalt von über 22 % ist nur eine der notwendigen Voraussetzungen – ebenso wichtig ist der Gehalt an Siliziumdioxid, der die endgültige Basizität des Erzes bestimmt.
Von allen vorhandenen Eisenerzen werden heute vor allem Hämatit, Magnetit und Limonit weiterverarbeitet. Bedeutende Lagerstätten befinden sich unter anderem in Russland, China, den USA, Schweden und Brasilien.
Der Abbau erfolgt häufiger im Tagebau als im Untertagebau. Der erste Schritt besteht immer darin, das taube Gestein zu entfernen – also die unproduktiven Bestandteile des Erzes. Erst danach weist das entstandene Rohmaterial einen ausreichend hohen Eisenanteil auf und kann im Herstellungsprozess weiterverwendet werden.
2. Verarbeitung des Erzes in Hochöfen der Hüttenwerke
Das Erz wird zunächst durch Zerkleinern, Sortieren und Waschen von möglichst vielen unerwünschten Bestandteilen befreit, die das Schmelzen behindern und die gewünschten Eigenschaften des Endmetalls verändern würden.
Anschließend kann es in den Hochofen transportiert werden – einen mehrere Dutzend Meter hohen Schacht aus feuerfesten Materialien. Von außen betrachtet hat der Ofen die Form eines Kegels mit breiter Basis, im Inneren verjüngt er sich jedoch etwa ab einem Drittel seiner Höhe nach unten hin. Dadurch kann die Konstruktion den extremen Belastungen durch Hitze und den Druck des flüssigen Metalls standhalten.
Die obere Öffnung des Ofens bildet die Gicht, durch die die Beschickung aus Erz, Koks, Zuschlagstoffen in Form von Kalkstein sowie gegebenenfalls notwendigen Zusatzstoffen eingefüllt wird.
Die Prozesse in den einzelnen Bereichen des Ofens lassen sich in 4 Phasen unterteilen:
- Bei Temperaturen zwischen 200 und 500 °C wird die Beschickung zunächst getrocknet.
- Anschließend folgt die chemische Reduktion bei Temperaturen von 500–900 °C, bei der dem Erz Sauerstoff entzogen wird.
- Die Aufkohlung ist ein Prozess, bei dem sich reines Eisen mit Kohlenstoff aus dem Koks anreichert. Das Ergebnis ist sogenanntes Roheisen. Die Temperaturen in diesem Bereich des Ofens liegen bei etwa 900–1100 °C.
- Bei Temperaturen von bis zu 2000 °C erfolgt das Schmelzen. Danach kann das Roheisen abgestochen und gleichzeitig die Schlacke als Nebenprodukt endgültig getrennt werden.
3. Die eigentliche Stahlherstellung
In der Praxis begegnet man reinem Eisen nur sehr selten. Tatsächlich ist unsere Welt voller Stahl – einer Legierung mit hohem Eisenanteil, aber auch mit Kohlenstoff und weiteren Elementen.
Entscheidend für die Unterscheidung zwischen Eisen und Stahl ist gerade der Kohlenstoffgehalt.
Von Stahl spricht man, wenn der Kohlenstoffgehalt unter 2,14 % liegt. Stahl eignet sich für die meisten Anwendungen besser, da er eine hohe Festigkeit, Elastizität, Zähigkeit und gute Eigenschaften für die weitere Verarbeitung besitzt.
Die Herstellung von Stahl aus Roheisen erfolgt in Stahlwerken durch einen Prozess namens Frischen. Ziel ist es, den Kohlenstoffgehalt unter die genannte Grenze zu senken, unerwünschte Elemente zu entfernen und den Werkstoff gleichzeitig durch Legierung mit anderen Elementen anzureichern, die ihm die gewünschten Eigenschaften verleihen.
Am häufigsten wird dafür ein sogenannter Sauerstoffkonverter verwendet. In das Bad im Inneren seines massiven Körpers wird reiner Sauerstoff eingeblasen, dessen Reaktion mit dem im Eisen enthaltenen Kohlenstoff die für das Schmelzen notwendige Wärme erzeugt.
4. Die besonderen Eigenschaften von Edelstählen
Da Stahl in seiner Grundform nicht allen Einsatzbereichen gerecht wird, hat die Menschheit gelernt, seine Eigenschaften gezielt zu beeinflussen. Die Metallurgie als Fachgebiet, das sich mit der Zusammensetzung und dem Charakter des Endmetalls beschäftigt, kann die spätere Festigkeit, Härte oder auch Korrosionsbeständigkeit relativ genau bestimmen.
Für solche Veränderungen in Zusammensetzung und Eigenschaften des Stahls werden elektrische Lichtbogenöfen eingesetzt
In einer Anlage mit drei Elektroden, zwischen denen ein Lichtbogen mit Temperaturen von bis zu 3800 °C entsteht, wird die Beschickung für die weitere Verarbeitung geschmolzen.
Der im Konverter hergestellte Stahl wird mit Legierungselementen und weiteren Zusatzstoffen vermischt.
Das Ergebnis ist Werkzeugstahl, Baustahl oder Stahl mit speziellen Zusätzen zur Korrosionsbeständigkeit.
Am Ende der beschriebenen Stahlherstellungsprozesse stehen Rohblöcke in Grundformen als Ausgangshalbfabrikate für Walzwerke zur Herstellung von Blechen, Stahlrohren und weiteren Produkten.
Deutsche Stahlindustrie für ganz Europa
Die deutsche Stahlindustrie zählt zu den wichtigsten Industriebranchen Europas. Bedeutende Zentren der Stahlproduktion befinden sich vor allem in Nordrhein-Westfalen, im Saarland sowie in Niedersachsen. Traditionelle Standorte der Stahlwerke sind beispielsweise Duisburg, Salzgitter und Saarbrücken.
Deutschland gehört langfristig zu den größten Stahlproduzenten Europas und exportiert Stahlprodukte in zahlreiche europäische Länder. Zu den wichtigsten Abnehmern zählen insbesondere Frankreich, Polen, die Niederlande, Österreich und weitere Staaten der Europäischen Union.
Nach den schwierigen Jahren während der Pandemie, die von einer sinkenden Nachfrage und steigenden Energie- sowie Rohstoffkosten geprägt waren, hat sich die Nachfrage nach Stahlprodukten wieder deutlich erholt. Die Stahlindustrie bleibt damit ein zentraler Bestandteil der deutschen Wirtschaft und spielt eine wichtige Rolle für Bauwesen, Maschinenbau, Automobilindustrie und Infrastrukturprojekte.
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