Entschwefelung

Die Nachbehandlung des Roheisens zu Stahl geschieht in flüssiger Form. Hierzu wird das im Hüttenwerk erzeugte Roheisen zunächst in großen Mischbehältern (Roheisenmischer genannt) mit einem Fassungsvermögen von bis zu 1800 t gesammelt. Mehrere Roheisenabstiche werden darin gemischt, um Unterschiede in der Zusammensetzung auszugleichen und dem Stahlwerk somit eine gleichbleibende Qualität zu liefern. Bei manganreichem Roheisen findet bereits ohne weiteres Zutun eine Vorentschwefelung statt, da der Schwefel eine größere Affinität zu Mangan als zu Eisen besitzt. Zusätze aus Ferromangan verstärken diesen Effekt. Bei dieser sogenannten Manganentschwefelung bildet sich aus dem Eisensulfid (\(FeS\)) in der Roheisenschmelze dann Mangansulfid (\(MnS\)):

\begin{align}\;\;\;\;\;
\label{manganentschwefelung}
&FeS ~+~ Mn \rightleftharpoons~ Fe ~+~ MnS ~~~~~~ \text{(exotherm)}  \\[5px]
\end{align}

Das im flüssigen Roheisen unlösliche Mangansulfid setzt sich als Schlacke auf der Schmelze ab. Grundsätzlich kann dabei aber nicht der gesamte Schwefel aus der Schmelze entfernt werden, da bei hohen Temperaturen (die ja nötig sind, um das Roheisen flüssig zu halten), das Reaktionsgleichgewicht nach links verschoben wird.

Aus diesem Grund wird dem Roheisen vor dem Transport zum oder im Stahlwerk Kalziumoxid oder Kalziumcarbid zugesetzt und damit entschwefelt (Kalkentschwefelung genannt). Im Wesentlichen reagiert dabei das im flüssigen Roheisen enthaltene Eisensulfid (\(FeS\)) mit dem Calciumoxid (\(CaO\)) bzw. Calciumcarbid (\(CaC_2\)) zu Calciumsulfid (\(CaS\)). Auf dieselbe Weise wirkt auch Magnesiumoxid (\(MgO\)) entschwefelnd. Vor allem hohen Temperaturen begünstigen diese Form der Entschwefelung. Die Reaktionsgleichungen hierfür lauten wie folgt:

\begin{align}\;\;\;\;\;
\label{kalkentschwefelung}
&FeS ~+~ CaO  &&\rightleftharpoons~ FeO && +~ CaS \\[5px]
&FeS ~+~ CaC_2 &&\rightleftharpoons~  Fe &&+~ CaS ~+~ 2~C  \\[5px]
&FeS ~+~ MgO  &&\rightleftharpoons~ FeO &&+~ MgS \\[5px]
\end{align}

Das gebildete Calcium- bzw. Magnesiumsulfid wird dann in einer basischen Schlacke gebunden. Grundsätzlich können nur Schlacken aus basischen Verbindungen die sauren Stoffe wie Schwefel (und Phosphor) binden. Je nach Prozessaufwand kann der Schwefelgehalt im Roheisen so auf bis zu 0,001 % verringert werden.

Die Weiterbehandlung des größtenteils entschwefelten Roheisens erfolgt im Stahlwerk selbst. Wenn es sich nicht um ein integriertes Hüttenwerk handelt, muss das Roheisen unter Umständen mehrere Kilometer vom Hüttenwerk in das Stahlwerk transportiert werden. Dies geschieht in der Regel in sogenannten Torpedowagen, welche sich auf Eisenbahnschienen befinden. Den Namen verdankt dieses Transportmittel seiner länglichen Torpedoform. Das Fassungsvermögen eines solchen Torpedowagens beträgt etwa 300 t. Die feuerfest mit Steinen ausgekleideten Wagen lassen das Roheisen auf dem Weg zum Stahlwerk nur minimal abkühlen (ca. 10 °C pro Stunde). Im Stahlwerk kann der noch flüssige Stahl dann weiterbehandelt werden.

Torpedowagen, Stahlerzeugung, Form

Abbildung: Torpedowagen