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Vom Schrott zum Stahl

Stahl
Der Begriff "Stahl" steht für eine Vielzahl von verformbaren (walz- und schmiedbaren) Eisenlegierungen, die mit ihren nahezu unbegrenzt möglichen Eigenschaften ein weites Anwendungsgebiet abdecken.

Die Herstellung von Stahl kennt heute zwei grundsätzliche Verfahrenslinien :

  • Herstellung aus Eisenerz: Verhüttung im Hochofen zu Roheisen, das im Sauerstoffaufblasverfahren zu Stahl gefrischt wird.
  • Herstellung aus Eisenschrott: Schmelzen von Schrott im Elektrolichtbogenofen.

Bei der Stahlherstellung werden meist zuerst die unerwünschten Begleitelemente, wie Phosphor und Schwefel, in ihren Gehalten reduziert und danach, durch Zulegieren von anderen Elementen wie Chrom, Nickel, Molybdän u.a., die gewünschten Stahleigenschaften eingestellt.
Zum Einschmelzen von Schrott betreibt die Stahl Gerlafingen AG einen modernen Hochleistungs-Elektrolichtbogenofen, ein sogenannter Schachtofen.

Schrott
Als natürlicher Abfall unserer Zivilisationsgesellschaft fällt Stahlschrott in vielfältiger Form an. Denken wir nur an die Vielzahl von Strassenfahrzeugen, die jedes Jahr aus dem Verkehr gezogen werden, an sonstige Anlagen wie Stahlbrücken, Hallenbauten oder riesige Ozeanschiffe, die abgebrochen werden und dem Schneidbrenner zum Opfer fallen.
Dieser Abfall in Form von Stahlschrott wird bei der Stahl Gerlafingen AG im Elektrolichtbogenofen zu hochwertigen Bewehrungs- und Industriestählen umgeschmolzen.

 

Elektroschachtofen
Bei der Stahl Gerlafingen AG ist ein Elektroschachtofen modernster Bauart in Betrieb. Dieser Ofen besteht aus einem Ofengefäss, einem seitlich darüber angeordneten Schacht und den für die elektrische Energiezufuhr nötigen 3 Graphit-
elektroden mit Halterung.

Der Schrott wird im Schacht durch die chemische und fühlbare Wärme der Abgase vorgewärmt, was eine entsprechende Energieeinsparung bringt.
Nach dem Abstechen (Ausleeren) der vorherigen Schmelze kommt der bereits vorgewärmte Schrott in das Ofengefäss und wird dort mit der Energie der Lichtbögen, die zwischen den Graphitelektroden und dem Schrott brennen, eingeschmolzen. Gleichzeitig wird mit gasförmigem Sauerstoff die metallurgische Arbeit, nämlich das Absenken der C-, P- und auch S-Gehalte, verrichtet. Kalk bindet die entstehenden chemischen Verbindungen und läuft als Schlacke aus der Ofentüre.
Während des Erschmelzens einer Charge, entsprechend 70 Tonnen Stahl, werden der Ofen- und Prozesszustand laufend überwacht. Beim Prozesszustand sind es die Temperatur und die chemische Zusammensetzung des Stahlbades, die den Verlauf und den Zeitpunkt für den Abstich der Schmelze bestimmen.
Sind die gewünschte Temperatur und die chemische Zusammensetzung erreicht, wird die Schmelze über ein Abstichloch im Ofenboden in eine feuerfest ausgekleidete Pfanne abgestochen.

 

Sekundärmetallurgie
Die bei modernen Elektrolichtbogenöfen erreichten Abstichfolgezeiten „tap to tap“ lassen im Schmelzofen keine Feinmetallurgie mehr zu.
Die Feinabstimmung einer Schmelze erfolgt mittels Sekundärmetallurgie in einem sogenannten Pfannenofen.

Hier wird neben der für das Vergiessen des Stahles auf der Stranggussanlage erforderlichen Temperatur auch die chemische Zusammensetzung eingestellt. Bei den in Gerlafingen hergestellten Stahlqualitäten handelt es sich um unlegierte Kohlenstoffstähle, die ihre geforderten Eigenschaften durch entsprechende Gehalte von Kohlenstoff und Mangan erhalten. Vanadium dient bei einigen Sorten als Feinkornbildner.

Stranggussanlage
Das Stranggiessen ist das Giessverfahren für Walzstahl, das in den letzten rund 40 Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen hat und heute sowohl bei der Herstellung von Flach- als auch Langprodukten klar dominant ist.
Das Grundprinzip ist, dass der flüssige Stahl in wassergekühlten Kupferkokillen kontinuierlich in sehr endabmessungsnahe Zwischenformen (Knüppel oder Brammen) gegossen wird. Gleichviel Stahl wie oben flüssig in die Kupferkokille fliesst, wird aus deren unteren Ende (Kokillenlänge 800mm) oberflächlich erstarrt abgezogen und mit Brennschneidmaschinen in die gewünschte Länge geschnitten. Die Brammen (130x170 bis 130x300mm²) werden mit Seitenstaplern in das Lager des Walzwerkes gebracht.

 

Walzstrassen
Die Stahl Gerlafingen AG betreibt zwei Walzstrassen, auf welchen die hochwertigen Bewehrungs- und Industriestähle hergestellt werden.
Auf der sogenannten Grobstrasse werden Flach- und Breitflachformate von 100 bis 300mm Breite gewalzt. Die im Stahlwerk gegossenen Brammen werden in einem Drehherdofen auf Walzhitze (ca. 1’200°C) erwärmt und danach in der für diese Produktion speziell getrimmten Grobstrasse verwalzt. Auf dem Kühlbett kühlt das Walzgut ab, wird dann sofort in die geforderte Länge geschnitten und zu Bunden gestapelt. Jeder Bund ist mit einer Etikette gekennzeichnet, auf der die Stahlqualität, die Chargennummer, die Dimension und das Gewicht vermerkt sind. Die zweite Walzlinie ist eine hochmoderne, kombinierte Stabstahl- und Drahtstrasse: die Kombistrasse.
In einem Durchstossofen, mit einer Kapazität von 100 t/h, werden die 12,5m langen 130x170mm² Brammen, entsprechend 2,1 Tonnen Gewicht, auf Walzhitze gebracht und danach in der Walzstrasse zum gewünschten Endprodukt verwalzt.

Drahtlinie :
Auf dieser werden Walzdraht im Dimensionsbereich von 5,5 - 16mm Durchmesser und gerippter Betonstahl in Ringen von 8 - 16mm Durchmesser hergestellt. Dabei werden bei den kleinsten Walzgutdurchmessern Endwalzgeschwindigkeiten bis zu 100m/sec. erzielt.
Der Betonstahl in Ringen erhält mittels einer Inline-Wasservergütung aus der Walzhitze die von der Norm vorgeschriebenen Eigenschaften.

Stablinie :
Hier werden Betonstahl in Stäben und Flachformate bis 100mm Breite auf ein fast 100m langes Kühlbett gewalzt.
Der Betonstahl in Stäben wird ebenso wie derjenige in Ringen direkt aus der Walzhitze vergütet.

 

Mattenfabrik
In der Mattenfabrik der Stahl Gerlafingen AG wird aus dem im eigenen Walzwerk (Kombistrasse) erzeugten Walzdraht hochwertiger kaltverfestigter Bewehrungsstahl hergestellt, bzw. werden Armierungsmatten geschweisst. Der weiche, glatte Walzdraht wird in einem Kaltwalzvorgang in mehreren Stufen verformt (Verformung rund 15%) und gleichzeitig oberflächlich mit einer Rippung versehen. Dadurch erhält er einerseits durch die Kaltverfestigung die von der Norm geforderten technologischen Eigenschaften und andererseits durch die Oberflächenrippung die erforderliche Haftung im Beton.
Dieser kaltverfestigte, gerippte Betonstahl wird, in Form von Ringen oder zu Matten verschiedener Grösse und Ausbildung geschweisst, für die Betonbewehrung von Bauwerken verwendet.