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ART > Stahl > Flashcards

Stahl Flashcards

1
Q

Stahl

A

Eisen in Verbindung mit anderen Elementen

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2
Q

Beschreiben Sie die Trends der Eisenerzsorten

A

3 Hauptwachstumsphasen in der Eisenerzproduktion:

  1. das frühe 20. Jahrhundert (einschließlich Unterbrechungen durch die wirtschaftlichen Depressionen der 1920er- und 30er-Jahre).
  2. der westliche Nachkriegsboom (1950er-70er-Jahre),
  3. und die aufkeimende Modernisierung in China (2000er Jahre).
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3
Q

Zusammensetzung des Eisenerzes

A
  • etwa 64% Eisen im Eisenerz ist wirtschaftlich sinnvolle Konzentration
  • der Roherz-Gehalt in den USA ist in den letzten Jahren auf 20% gesunken, Roherz benötigt mehr Energie um geschmolzen zu werden, da Schmelzpunkte der Elemente mit denen es vermischt ist (SiO2, ALO3, P, S) höher sind
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4
Q

Vom Eisenerz zum Stahl

A

SCHRITT 1 Aufbereitung des Eisenerzes
- Eisen wird ausgehend von Eisenerzen hergestellt, die aus Hämatit (Fe2O3) und Magnetit (Fe3O4) und anderen Verunreinigungen bestehen
SCHRITT 2 Eisenreduktion
- Eisenerze müssen zu Roheisen reduziert und Verunreinigungen entfernt werden, entweder in einem Hochofen (BF) oder in einem Direktreduktionsofen (DR) (1500 Grad)
SCHRITT 3 Stahlerzeugung
- Bei der Stahlerzeugung wird der Kohlenstoffgehalt des Roheisens gesenkt
- unerwünschte Elemente entfernt
- Legierungselemente wie Nickel, Mangan und Chrom hinzugefügt
- Elektrolichtbogenöfen (EAF) und Sauerstoffblasöfen (BOF) werden verwendet

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5
Q

Hochofen

A
  • Ein Hochofen (BF) ist ein geschlossenes System, in dem eisenhaltige Materialien (Eisenerz, Klumpen, Sinter und/oder Pellets), Zusatzstoffe (Schlackenbildner wie Kalkstein) und Reduktionsmittel (Koks) kontinuierlich vom oberen Ende des Ofenschachtes durch ein Chargiersystem, das den Austritt von Entweichen von Gichtgas (BF-Gas) verhindert.
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6
Q

Wie hoch ist der Energiebedarf der Stahlproduktion?

A

Die Stahlindustrie verbraucht jedes Jahr etwa 22 Terawattstunden Strom. Das sind 9 % des industriellen Verbrauchs in Deutschland und 4 % des Gesamtverbrauchs in Deutschland. Etwa 27 Terawattstunden Erdgas werden hier jährlich verbraucht.

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7
Q

Was sind Strategien, um die Umweltauswirkungen der Stahlproduktion zu reduzieren?

A

Alternativen zur Reduzierung der CO2-Emissionen: Recycling, Einsatz von Biokohle, Schmelzen von Eisen mittels Elektrolyse

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8
Q

Welche Verfahren werden zur Aufbereitung von Eisenerz eingesetzt?

A

Hochofen oder Direktreduktionsofen

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9
Q

Welche Abfallströme entstehen?

A

Das Abgas aus Hochöfen; hauptsächlich die Produkte der unvollständigen Verbrennung von Kohlenstoff. Seine chemische Zusammensetzung bei der Verhüttung von Gusseisen auf Steinkohlenkoks ist 12-20 Prozent Kohlendioxid, 20-30 Prozent Kohlenmonoxid, bis zu 0,5 Prozent Methan, 1-4 Prozent Wasserstoff und 55-58 Prozent Stickstoff + Kalkstein mit Schwefel und anderen Verunreinigungen in der Schlacke

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10
Q

Welches Reduktionsmittel wird zur Eisenreduktion verwendet?

A

Reduktionsmittel (Koks)

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11
Q

Welche Rohstoffe werden in einem Hochofen verwendet

A

Eisenerz, Koks und Kalkstein

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12
Q

Welche Umweltprobleme sind mit der Verwendung von Kohlenstoff zur Reduktion verbunden?

A

Die Stahlproduktion hat eine Reihe von Auswirkungen auf die Umwelt, darunter Luftemissionen (CO, SOx, NOx, PM2), Abwasserverunreinigungen, gefährliche Abfälle und feste Abfälle.

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13
Q

Gibbsschen freien Energie und Ellingham-Richardson Diagramm

A
  • Je niedriger die freie Gibbs-Energie, desto größer ist die Stabilität des Oxids.
  • Die Hauptanwendung der Ellingham-Diagramme liegt in der extraktiven Metallurgie, dort hilft es bei der Auswahl des besten Reduktionsmittels für verschiedene Erze im Extraktionsprozess, bei der Reinigung und der Einstellung der Güteklasse für die Stahlherstellung. Es hilft auch dabei, die Reinigung von Metallen zu steuern, insbesondere bei der Entfernung von Spurenelementen.
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14
Q

Phasenverteilungsdiagramme

A
  • Das Phasenverteilungsdiagramm zeigt die Beziehung zwischen
    (a) dem Dampfdruckverhältnis, der in einem Lösungsmittelmetall gelösten Elemente und dem Lösungsmittelmetall selbst und
    (b) dem Verteilungsverhältnis der Elemente zwischen Lösemittelmetall und Oxidschlacke
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15
Q

Warum ist es wichtig, rostfreien Stahl von anderen Stahlsorten zu unterscheiden?

A

Die Legierungselemente landen in unterschiedlichen Phasen des Phasendiagramms. Wenn verschiedene Legierungen im gleichen Prozess recycelt werden, gehen verschiedene Legierungen in der Schlackenphase verloren.

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16
Q

Vom Metallschrott zum Stahl

A
  • Option 1: Metallschrott kann bis zu 20-30 % als Kühlmittel in einem Sauerstoffblasofen (BOF). BOF ist ein primärer Produktionsschritt, um bestimmte Verunreinigungen durch Oxidation zu entfernen.
  • Option 2: Metallschrott kann direkt in eine Elektrolichtbogenöfen (EAF). Dies ermöglicht die Rückgewinnung nicht nur des Metall Eisen, sondern auch der Legierungselemente Nickel, Mangan oder Chrom, im Fall einer legierungsspezifischen Vorsortierung.

o Keine Sauerstoffphase wie im BOF -> Verunreinigungen werden nicht so stark reduziert -> gut für Legierungsrecycling

17
Q

Stahl

A

Sammelbegriff für Werkstoffe, bei denen der Eisengehalt höher ist als der jedes anderen Element ist, und bei denen der Kohlenstoffgehalt normalerweise < 2 % ist.

18
Q

Unlegierte Stähle

A

solche, bei denen der Gehalt an einem einzelnen Element in keinem Fall die in Tabelle 2 angegebene Grenzkonzentration erreicht oder überschreitet.

19
Q

Legierter Stahl

A

erreicht oder überschreitet der Gehalt eins einzelnen Elements die in Tabelle 2 angegebenen Grenzwerte erreicht oder überschreitet sie, in mindestens einem Fall.

20
Q

Stahllegierungsfamilien

A
  • Nickel-basierte Legierung: Nickel
  • Edelstahl (Korrosions- und Säurbeständig): 1. Chrom, Nickel, Molybden
    2. Chrom, Nickel
    3. Chrom
  • Werkzeug aus hochfestem Stahl: 1. Kobalt, Molybden, Wolfram, Chrom. Vanadium
    2. Wolfram, Chrom, Vanadium
    3. Chrom, Vanadium
21
Q

Edelstahl

A
  • Edelstahl ist der Oberbegriff für eine Reihe von verschiedenen Stählen, die hauptsächlich wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit verwendet werden.
  • Mindestanteil von 10,5 % Chrom, das mit dem Sauerstoff der Luft eine komplexe Chromoxid-Oberflächenschicht bildet, die unsichtbar, aber stark genug ist, um weitere Oxidation zu “Flecken” (Rost) auf der Oberfläche zu verhindern.
22
Q

Definition der Edelstahlsorten

A

Austenitisch: Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen mit 16-26 % Chrom, 6-22 % Nickel (Ni) und geringem Kohlenstoff Gehalt, mit nicht-magnetischen Eigenschaften. Nickel erhöht die Korrosionsbeständigkeit. Typ 304 (S30400) oder “18/8” (18 % Chrom 8 % Nickel), ist die am häufigsten verwendete Sorte oder Zusammensetzung.
Martensitisch: Chrom-Eisen-Legierungen mit 10,5-17 % Chrom und sorgfältig kontrolliertem Kohlenstoffgehalt. Sie hat magnetische Eigenschaften. Wird häufig in Messern verwendet. Martensitische Sorten sind fest und hart, aber spröde und schwer zu formen und zu schweißen.
Ferritisch: Chrom-Eisen-Legierungen mit 17-27 % Chrom und geringem Kohlenstoffgehalt, mit magnetischen Eigenschaften. Kochgeschirr aus dieser Sorte enthält die höheren Chromgehalte.

23
Q

Verständnis für Legierungsrecycling

A
  • Verschieden Legierungen werden im Schrott gemischt, deswegen braucht man Legierungsrecycling was sehr schwierig ist
24
Q

Recyclingverluste durch Qualitätsmanagement und Verdünnung

A
  • Verunreinigungen können nicht zu 100 % entfernt werden, daher wird Primärrohstoff hinzugefügt, um die erforderliche Qualität zu erreichen
25
Q

Funktionelles und Nicht-funktionelles Recycling

A

?

26
Q

Strategien – Sortierung von Legierungen

A

1) Produktidentifikation/Quellentrennung
2) Sortierung X-RF
3) Sortierung LIBS

27
Q

Was passiert mit Verunreinigungen im Stahlschrott?

A

-Endet in den Schlacken als Oxide

28
Q

Gibt es noch andere Verunreinigungen in der Metallphase?

A

-Ja, wie Ni, Co, Cu…

29
Q

Sind sie ein Problem für die Stahlproduktion, müssen sie entfernt werden?

A

-Nein, Ni und Mg sind die Legierungselemente, die bleiben können, Cu muss eventuell entfernt werden.

30
Q

Welche Probleme gibt es mit Cu?

A

-kann die Qualität des Stahls beeinflussen.

31
Q

Welche Art von Edelstahl hat eine größere wirtschaftliche Bedeutung?

A

?

32
Q

Wie ist es möglich verschiedene Edelstähle voneinander zu trennen beim Sortieren?

A

➔ Ich bin auf das Magnetic sorting eingegangen
➔ Ich hab danach über XRF geredet, ich weiß aber nicht so genau ob sie das hören wollte. Sie hat dann danach gefragt wie gut man denn Edelstähle im XRF voneinander trennen kann und was die Voraussetzungen dafür sind.

33
Q

Welche Stahltypen gibt es?

A

Ich habe legierte und unlegierte Stähle genannt und welche Legierungselemente es gibt und welchen Zweck sie haben. Dann habe ich noch ferritische, austenitische und martensitische Stähle genannt.

34
Q

Dazu hat Prof. Rotter nach den prozentualen Legierungsanteilen von Chrom und Nickel und den ferritischen, austenitischen und martensitischen Stählen gefragt.

A

Da wusste ich nur die ungefähren Anteile von Chrom. Sie hätte die Anteile von Nickel noch wissen wollen und wo mehr Chrom bzw. Nickel drin ist und ob überhaupt.

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