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Erdgas (CH4 - Methan) und/oder Wasserstoff zu Eisenschwamm reduziert, welcher anschließend im Elektrolichtbogenofen weiterverarbeitet werden kann. Die Erfindung der modernen Hochöfen (Abbildung 8) geht auf Abraham DARBY I (1667 bis 1717) zurück. Da zu Beginn des 18. Jahrhunderts in England aufgrund der beginnenden Industrialisierung und dem umfangreichen Bau von Schiffen nicht mehr genügend Holz zur Gewinnung von Holzkohle zur Verfügung stand, errichtete er im Jahr 1709 einen Ofen, der anstelle dieser mit Steinkohlenkoks betrieben wurde. Das so erzeugte „Rohe Eisen“ war aufgrund der im Hochofen herrschenden höheren Temperaturen schmelzflüssig und konnte somit in Formen (sogenannte Masseln) vergossen werden. Da die Gießanordnung Ähnlichkeit zu einer Muttersau mit an ihren Zitzen liegenden Ferkeln hatte, bekam es im Englischen die Bezeichnung „Pig Iron“ (Schweineeisen). Im Unterschied zu den festen Luppen aus den Renn- bzw. Stücköfen war es jedoch nicht mehr schmiedbar. Es zerbarst unter den Schlägen des Schmiedehammers in viele Bruchstücke. Verantwortlich dafür waren ebenfalls die hohen Temperaturen im Hochofen, welche zu einer unerwünschten Aufkohlung des Metalls und damit seiner Versprödung führten. Abbildung 8. Schematische Darstellung eines modernen Hochofens mit Angabe der ablaufenden chemischen Reaktionen Somit ergab sich die Notwendigkeit, dem Roheisen vor seiner Weiterverarbeitung durch Warmumformung, wie z. B. dem Schmieden oder Warmwalzen, den aufgenommenen Kohlenstoff wieder zu entziehen. Das Zeitalter der modernen Stahlerzeugung war angebrochen. Dieses scheinbar nebensächliche Problem bereitete über nahezu ein Jahrhundert große Probleme, da es nicht gelang, die dafür erforderlichen hohen Temperaturen zu erzeugen, um größere Mengen an flüssigem, kohlenstoffarmen Stahl herzustellen. Begründet ist dieser Sachverhalt im binären System Eisen-Zementit (Fe-Fe3C), da mit fallendem Kohlenstoffgehalt die Liquidustemperaturen (Schmelztemperaturen) der jeweiligen Legierungen ansteigen (Abbildung 13). Die im Hochofen erzeugbaren Mengen an Roheisen überstiegen die in den Renn-, Wolfs- und Stücköfen herstellbaren Quantitäten um ein Vielfaches. So kann ein einziger moderner Hochofen täglich mehr als 10.000 t Roheisen produzieren. Im Unterschied zum Renneisen war das bei höheren Temperaturen im flüssigen Zustand gewonnene und dabei aufgekohlte Roheisen nicht mehr schmiedbar und musste von diesem Element befreit, d. h. raffiniert werden. Diese Reinigung wird als Stahlerzeugung bezeichnet und hat ihren modernen Ursprung im England des 18. Jahrhundert. Kamen bis dahin bevorzugt Guss- und Schmiedeeisen zur Anwendung, erfolgte mit der sprunghaften Entwicklung immer produktiverer Raffinationstechnologien die zunehmende Verwendung von 14 14
Stahl. Ohne die seit Mitte des 19. Jahrhunderts gemachten bahnbrechenden Erfindungen zur Herstellung nahezu beliebig großer Mengen an vergießungsfähigem Stahl wäre es niemals zu dem auch noch heute anhaltenden wirtschaftlichen Wachstum und technologischen Fortschritt gekommen. Als Pionier der modernen Stahlerzeugung gilt der Engländer Benjamin HUNTSMAN. Ihm gelang es im Jahr 1751 erstmals größere Mengen an schmelzflüssigem Stahl in speziellen Tiegeln herzustellen – den sogenannten Tiegel- oder Gussstahl (engl. Cast oder Crucible Steel). Weitere bedeutende Wegbereiter der modernen Stahlerzeugung folgten und sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1. Wegbereiter der modernen Stahlerzeugung (Bildquellen: Wikimedia, ETH Zürich) Anfänge der modernen Stahlerzeugung Pioniere der Konverterverfahren Pioniere der Herdofenverfahren „Väter“ der modernen Stahlerzeugung Tielgelstahlofen Bessemerkonverter Siemens-Martin-Ofen Elektrolichtbogenofen Benjamin HUNTSMAN (1704 - 1776) Sir Henry BESSEMER (1813 - 1898) Carl Wilhelm SIEMENS (1823 - 1883) Paul Louis Toussaint HEROULT (1863 - 1914) Puddelofen Thomaskonverter Siemens-Martin-Ofen Sauerstoffkonverter Henry CORT (1740 - 1800) Sidney Gilchrist THOMAS (1850 - 1885) Pierre-Émile MARTIN (1824 - 1915) Robert DURRER (1890 - 1978) 15 15
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