Bei der Stahlherstellung geht es darum, Stahl mit geringem Kohlenstoffanteil sowie bestimmten Eigenschaften wie beispielsweise Härte, Rostbeständigkeit und Umformbarkeit zu produzieren. Hierfür gibt es verschiedene Verfahren und Methoden, welche zum Wirtschaftszweig der Stahlindustrie gehören. Bei einem Stahlwerk handelt es sich um eine Produktionsstätte zur Herstellung von Stahl. Diese wird mit Hilfe von Hochöfen umgesetzt, in denen zunächst Roheisen und anschließend Stahl produziert wird.

In der modernen Stahlindustrie wird der Stahl meistens in integrierten Stahlwerken produziert. Diese verbinden die Roheisenherstellung sowie die Rohstahlherstellung und leisten auch die Stahlproduktion und die Halbzeug Fabrikation in einer Produktionsstätte. Dies erleichtert die Arbeitsabläufe und spart Kosten und Energie, da beispielsweise die teuren Transporte von Werk zu Werk entfallen. Das Nebenprodukt der Stahlherstellung ist Schlacke, welche immer anfällt.

Mit Hilfe von Hochofenkonvertern werden über 70 Prozent der weltweiten Stahlmenge produziert. Es handelt sich also um die am meisten verbreitete Route. Darüber hinaus gibt es die Elektrostahlroute, welche ungefähr 28 Prozent der Welterzeugung von Stahl ausmacht.

Hochofen-Konverter

Bei der Route Hochofen Konverter wird Eisenerz zu Roheisen reduziert. Dies geschieht innerhalb eines Hochofens, von dem die Route ihren Namen hat. Anschließend wird das Roheisen im Konverter zu Rohstahl weiterverarbeitet. Das Eisenerz wird hierzu entweder in Stücken, Pellets oder Sinter gemeinsam mit dem Koks, welches als chemisches Reduktionsmittel dient, zum Möller vermengt und danach chargiert.
Bei einem Hochofen handelt es sich um eine Art Reaktor, in dem im Gegenstrom die Möllersäule mit Wind reagiert. Durch Verbrennung des Kohlenstoffs aus dem Koks wird die benötigte Wärme realisiert, ebenso wie das Kohlenstoffmonoxid, welches die Möllersäule durchläuft und dort das Eisenerz reduziert. Das Resultat dieses Verfahrens ist zum einen das gewünschte Roheisen aber auch viel Schlacke. Diese entsteht immer als Nebenprodukt und wird anschließend zu hochwertigem Hüttensand weiterverarbeitet und dann verkauft.

Zu diesem Zeitpunkt enthält das Roheisen jedoch noch zu viel Kohlenstoff und muss daher einen weiteren Produktionsschritt durchlaufen. Es wird Sauerstoff aufgeblasen und hinzugegeben. Hierdurch wird der Kohlenstoff oxidiert, mit der Folge, dass Flüssigstahl entsteht. Anschließend wird dieser Stahl gegossen oder zu einem Strang geformt. Beim Gießen des Stahls können unterschiedliche Techniken und Verfahren angewendet werden. Es wird zwischen beruhigtem und unberuhigtem Stahl unterschieden. Beruhigten ist das Binden des in der Schmelze gelösten Sauerstoffes. Hierzu wird entweder Aluminium oder Silizium hinzulegiert.

Erzeugung von Stahl aus Roheisen

Es gibt zum einen das Blasverfahren und zum anderen das Herdfrischverfahren bei der Herstellung von Stahl. Beim Blasverfahren wird das Roheisen, wie oben beschrieben, mit Sauerstoff geblasen. Dies hat einen Oxidationsprozess zur Folge, der den Anteil des Kohlenstoffs senkt. Die Wärme ist ausreichend, um den Stahl in einem flüssigen Zustand zu halten, daher wird keine äußere Wärmezufuhr benötigt.

Beim Blasverfahren gibt es Aufblasverfahren und Bodenblasverfahren. Auch diese Verfahren lassen sich in weitere „Unterverfahren“ aufsplitten. Das am meisten genutzte Verfahren bei der Herstellung von Stahl ist ein Aufblasverfahren. Es handelt sich um das Linz – Donawitz – Verfahren, welches nach den Entwicklern benannt ist. Im LD Konverter wird flüssiges Roheisen und knapp 30 Prozent Stahlschrott vermengt. Mit Hilfe einer Lanze wird anschließend Sauerstoff auf die Schmelze geblasen. Im Stahl verbrennen Nebenprodukte wie beispielsweise Kohlenstoff und Schwefel. Diese gehen in die Schlacke über. Der Schrott wird geschmolzen. Es gibt auch ähnliche Verfahren und Kombinationsverfahren in der Herstellung von Stahl.

Bei einem Herdfrischverfahren wird der Sauerstoff, welcher zur Oxidation benötigt wird, dem Schrott oder Erz entzogen. Des Weiteren muss den Konvertern dieses Verfahrens externe Wärme hinzugefügt werden. Das Herdfrischverfahren basiert auf einem oxidierenden Brenngas – Luft Gemisch, welches über den Schmelzherd bewegt wird.

Direktreduktion

Bei der Stahlherstellung gibt es einige Nachteile aufgrund des eingesetzten Hochofens. Es handelt sich hierbei um die teilweise hohen Anforderungen an die verwendeten Materialien sowie der große Kohlendioxidausstoß. Sowohl der Eisenträger, als auch der Koks müssen hart und stückig sein, damit ausreichende Hohlräume für die Möllersäule vorhanden sind. Der große Kohlendioxidausstoß ist ein ernst zunehmendes Umweltproblem. Aus diesem Grund wird versucht, die Hochofenroute durch andere Verfahren zu ersetzten, die umweltfreundlicher sind. Bisher verliefen diese Bestrebungen jedoch eher erfolglos.
Da das grüne Bewusstsein mittlerweile auch in der Industrie verankert ist, ist die Erforschung alternativer Methoden zur Herstellung von Stahl sehr intensiv. Darüber hinaus wird auch versucht, die bisher genutzten Verfahren zu optimieren, um den Ausstoß von Kohlendioxid deutlich zu senken. Dies hat bisher jedoch nicht zu den gewünschten Erfolgen geführt.

Eines der neueren Produktionsverfahren ist das Corex Verfahren. Bei diesem Vorgehen wird ein flüssiges Vormaterial gewonnen, welches dem klassischen Roheisen sehr ähnlich ist. Der Vorteil dieses Ersatzmaterials ist jedoch, dass dessen Kohlenstoffgehalt bei knapp vier Prozent liegt und somit der Wert besser ist, als beim sonst verwendeten Roheisen. Das Ziel ist es, ein flüssiges Eisen zu erzeugen, dessen Qualität dem klassischen Hochofenverfahren gleicht. Die Schmelzreduktion ist die Kombination der Direktreduktion und des Schmelzprozesses und läuft daher zweistufig ab. Zunächst wird das Erz zu Eisenschwamm reduziert und anschließend findet die Endreduktion statt. Danach kommt das Aufschmelzen zu Roheisen. Die Energie stammt hierbei aus der Verbrennung von Kohle, wodurch viel Kohlenmonoxid produziert wird. Dieses dient als Reduktionsgas.