Big Bang HTL 2, Schulbuch

140 Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) Etwa ​ 3 _ 4 ​des weltweit produzierten Stahls wird mit einem Verfahren hergestellt, das in Österreich entwickelt wurde. In den Nachkriegsjahren des 2. Weltkrieges entstand in den Stahlwerken in Linz (OÖ) und Donawitz (Stmk) eine heute weltweit vorherrschende Technologie. Es wird nach diesen Orten als Linz-Donawitz (kurz LD) Verfahren bezeichnet. Dabei wird das, oft noch flüssige Roheisen, gemeinsam mit etwa 20% Schrott und etwas Kalk in einen großen Kessel, den sogenannten Konverter gefüllt. Schrott hat natürlich die Funktion des Recyclings, aber durch das Einschmelzen wird der Konverter gleichzeitig ge- kühlt. Dies ist notwendig, weil beim LD Verfahren sehr viel Hitze entsteht. Von oben wird reiner Sauerstoff auf das Roheisen aufgeblasen, dabei verbrennen die Verunreini- gungen , vor allem der Kohlenstoff. Das Rohr duch das der Sauerstoff aufgeblasen wird, die Lanze, muss mit Wasser gekühlt werden. Bei den Verbrennungen entstehen Gase, die nach oben aus dem Kessel entweichen. Nicht gasförmi- ge Verbrennungsprodukte bilden gemeinsam mit dem Kalk eine Schlacke. C + O 2 ® CO 2 Gas S + O 2 ® SO 2 Si + O 2 ® SiO 2 Schlacke 4P + 5O 2 ® P 4 O 10 Die starke Wärmeentwicklung der Reaktion sorgt außerdem für die Durchmischung des Kesselinhalts. Dies kann durch Einblasen des Edelgases Argon noch verstärkt werden. Nach etwa 10–20 Minuten wird der Prozess beim gewünschten Rest-C-Gehalt gestoppt und der flüssige Stahl abgestochen. Danach wird die Schlacke über den Rand des Kessels abge- gossen und der Konverter kann neu befüllt werden. F14 Eine Alternative zum LD-Verfahren ist das sogenannte Elek- trostahl-Verfahren . Hier wird Schrott in einem Lichtbogen­ ofen geschmolzen. Durch Anlegen einer hohen Spannung entstehen hier sehr hohe Temperaturen von 3500 °C, wo- durch Schrott aufgeschmolzen werden kann. Auch hoch schmelzende Legierungselemente lassen sich mit diesem Verfahren gut in den Stahl einbringen. Es wird nur ein klei- ner Teil der unerwünschten Begleitelemente entfernt, des- halb muss dafür eine Nachbehandlung erfolgen. Der Elekt- rostahlofen eignet sich besonders gut für Schrott-Recycling und Legierungszusätze hat aber eine geringere Kapazität als das LD-Verfahren. Abb. 10.11: links: LD-Tiegel Technisches Museum, rechts: Skizze LD-Verfahren Der Stahl aus dem Konverter oder Elektrostahlverfahren kann nun durch verschiedene Methoden in seinen Eigen- schaften an den Anwendungsbereich angepasst werden. Die kann durch thermische oder mechanische Behandlung (Schmieden) oder Beschichtung erfolgen. Auf die Qualität des Stahls wirken sich vor allem seine chemische Zusammensetzung, aber auch die Art und An- ordnung der Kristalle, Gefüge genannt, aus. Auf mikroskopischen Bildern erkennt man, dass Stahl keine einheitliche Masse ist, sondern aus unzähligen winzigen Kris- tallen besteht. Diese Kristalle sind von der chemischen Zu- sammensetzung, aber auch von der Art und Geschwindig- keit der Abkühlung abhängig. Abb. 10.12: Lichtbogenofen – Schema V 10.3 Härten von Stahl Geräte und Chemikalien: Becherglas mit Wasser, Gasplatte, 2 Rasierklingen, Brenner, Tiegelzange Durchführung: –– Teste die Rasierklinge auf ihre Biegsamkeit, solange sie sich noch im Papier befindet. Nach dem Auspacken versu- che damit das Glas zu ritzen. –– Erhitze nun eine der Rasierklingen in der rauschenden Brennerflamme bis zur Rotglut, lasse sie dann langsam neben der Flamme abkühlen. Prüfe nun wieder die Bieg- samkeit und die Ritzbarkeit des Glases. –– Erhitze die 2. Klinge ebenso, kühle sie aber danach rasch im kalten Wasser ab. Prüfe die Eigenschaften! –– Erhitze die 2. Klinge nun nochmal bis sie sich bläulich verfärbt und lass sie langsam abkühlen. Prüfe wieder die Eigenschaften! Die Entsorgung kann über den Restmüll erfolgen. Aufgabe: Vergleiche die Eigenschaften der Rasierklingen vor und nach den Behandlungen! e Abb. 10.13: Stahlgefüge unter dem Mikroskop Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des V rlags öbv