Technologie der Baustoffe

7 Baumetalle (S. 361-362)

7.1 Eisenwerkstoffe (Gusseisen und Stahl)

Chemisch reines Eisen (Fe) wird vor allem wegen seiner geringen Festigkeit im Bauwesen nicht verwendet. Technisches Eisen ist stets eine Legierung von reinem Eisen mit Elementen metallischer Art, wie z. B. Mangan, Chrom, Nickel, Molybdän oder nichtmetallischer Art, wie z. B. Kohlenstoff, Silicium, Phosphor, Schwefel.

Wichtigstes Legierungselement ist der im Eisen als Eisenkarbid (Zementit) chemisch gebundene oder als Graphit teilweise auch in freier Form vorkommende Kohlenstoff. Obwohl er nur mit einem Anteil von etwa 0,1 bis 5 % im Gefüge vertreten ist, beein- .usst er dessen Aufbau, die Höhe der Schmelz- und Umwandlungstemperaturen, die mechanischen Eigenschaften (wie z. B. Festigkeit, Härte, Zähigkeit), die Schweißbarkeit und die Eignung zur Formgebung und Härtung. Der Legierungsanteil des Kohlenstoffs ist die Grundlage für die Einteilung der Eisensorten in Roheisen, Gusseisen, Stahl.

Roheisen (s. Abschnitt 7.1.1) aus dem Hochofen ist besonders wegen der hohen Anteile an Kohlenstoff (3 bis 5 %), Phosphor und Schwefel technisch nicht verwendbar. Es ist sehr spröde und lässt sich weder kalt noch warm umformen.

Gusseisen (s. Abschnitt 7.1.2) entsteht durch Umschmelzen des Roheisens unter Zugabe von Schrott, Gussbruch und Schlackenbildnern. Durch Einstellen des C-Anteils auf etwa 2 bis 4 % und Absenken der P- und S-Gehalte lässt sich Gusseisen mit günstigen mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften herstellen.

Stahl (s. Abschnitt 7.1.3) wird ebenfalls durch Umschmelzen des Roheisens gewonnen. Die unterschiedlichen Umwandlungstechnologien führen zu C-Gehalten von weniger als 2 % und zu einer weiteren Reduzierung des Gehaltes an unerwünschten Begleitelementen, wie z. B. P und S. Stahl kann dadurch nach dem Gießen im warmen oder kalten Zustand umgeformt werden (Stahl = schmiedbares Eisen). Für Stähle des Bauwesens liegt der übliche C-Gehalt zwischen 0,1 und 0,5 %, im Mittel bei 0,2 %.

Nebenprodukt der Roheisengewinnung ist die Hochofenschlacke, die in verschiedenartiger Aufbereitung Verwendung im Bauwesen .ndet (s. Abschnitt 7.1.1.3).

7.1.1 Roheisen

7.1.1.1 Ausgangsstoffe
Eisenerz

Eisen kommt in der Natur nur als Erz, d. h. einem Gemisch von Eisenoxiden mit kieseligem, tonigem und kalkigem Gestein („Gangart") vor. Zur Verhüttung kommen heute vorwiegend Erze mit Eisengehalten zwischen etwa 60 bis 70 % aus Skandinavien, Brasilien und Westafrika. Durch neue Technologien (z. B. Direktreduktion) können heute auch Erze mit geringeren Eisengehalten wirtschaftlich genutzt werden.

Die im Tage- oder Schachtbau abgebauten Eisenerze werden vor der Verhüttung einer Aufbereitung unterzogen:

Anreichern des Eisengehaltes durch Entfernen von Beimengungen (Magnetscheidung) und Abtrennen leichterer Bestandteile (Flotation). Entfernen von Feuchtigkeit und Umwandeln der Karbonate und Schwefelverbindungen in Eisenoxide durch Rösten. Stückigmachen feinkörniger Erze durch Sintern, Pelletieren oder Brikettieren bzw. grobkörniger Erze durch Brechen.