Råvaror
Vid tillverkning av stål krävs järnråvara i form av malm eller skrot samt legeringsämnen för att materialet ska få de rätta egenskaperna.
I tillverkningsprocessen behövs även framförallt kol som reduktionsmedel och kalk som slaggbildare.
Järnmalm
Rent järn förekommer ytterst sparsamt i jordskorpan. Däremot finns det gott om järn som är kemiskt bundet, i förening med andra grundämnen som syre och svavel. Jordskorpans vanligaste grundämnen är i nämnd ordning: syre, kisel, aluminium och järn.
För utvinning av järnmetall är föreningarna med syre, oxider, de helt dominerande. Järnmalmsmineralen kallas för magnetit (svartmalm) eller hematit (blodstensmalm) beroende på vilken typ av oxid som ingår.
Magnetit har fått sitt namn genom sina magnetiska egenskaper. Om den repas mot en ofärgad yta så bildas ett svart streck. Dess kemiska beteckning skrivs ofta Fe3O4, men eftersom den är en blandoxid är det mer korrekt att skriva FeO⋅Fe2O3. Hematit, Fe2O3, har fått sitt namn av det blodröda streck som bildas om den repas.
I Sverige bryts järnmalm i Kiruna och Malmberget av LKAB, som är Europas största järnmalmsproducent.
Efter brytningen krossas materialet och därefter avskiljs malmen från gångarten, s k anrikning. Med magnetitmalm sker det genom magnetisk separation. Den anrikade produkten kallas slig. Sligen kan sedan formas och agglomereras till pellets, små runda kulor med bestämd sammansättning, storlek och hållfasthet. Bilden visar pelletskulor, LKAB bildarkiv.
Den svenska järnmalmen består huvudsakligen av magnetiter vilket har den fördelen att pelletstillverkningen kan utnyttja kemisk energi i magnetitmalmen. När pelletsen bränns oxiderar magnetit till hematit vilket frigör energi. Den energi som behövs i processen kommer till 70 procent från malmen. Den färdiga pelletsen innehåller ca 65 procent järn.
I de svenska masugnarna används malm i form av pellets. Det innebär att stålverken inte behöver ha egna sinterverk. Det sista svenska sinterverket lades ner 1995.
Skrot
Järn- och stålskrot används som råvara både i den skrotbaserade och den malmbaserade ståltillverkningen. Skrotet sorteras i olika klasser och stålverken använder en blandning av de skrotsorter som passar det stål som man vill tillverka. (Mer om skrotklasser finns att läsa om i avsnittet om Återvinning.)
Skrot kan delas in i tre grupper beroende på ursprung:
- Internskrot är skrot som faller inom verken vid ståltillverkning och som direkt återgår till produktionen. Detta skrot har fördelen att man exakt känner till dess innehåll.
- Verkstadsskrot är det skrot som uppkommer vid bearbetning av stål i verkstäder, inom byggnadsindustrin, vid brobyggen etc.
- Uppsamlingsskrot är det skrot som samlas in från uttjänta produkter t ex vid rivning av anläggningar och från hushåll. Skrotet kan innehålla allt från brobalkar till hushållsredskap.
Kol
Ursprungligen användes träkol vid järnframställning. Träkol framställdes av trä i milor. I dag används främst stenkol, men det kan inte användas direkt i masugnarna. Därför koksas stenkolet, vilket innebär att vatten och flyktiga ämnen tas bort. Koksen får på så sätt den hållfasthet som krävs i masugnen.
Kolets funktion vid järnframställning är främst som reduktionsmedel för att omvandla järnoxiden till järn. Koksen bär upp masugnens innehåll, höjer kolhalten i järnet och tillför energi.
Kalk
Kalk används som slaggbildare vid järn- och ståltillverkningen. Slaggen är nödvändig för att rena smältan från framförallt svavel och fosfor.
Legeringsämnen
Stål är en legering med järn som basmaterial. I allt stål ingår låga halter av t ex kol, kisel och mangan.
I råstålsprocessen tillsätts legeringsämnen, t ex krom, nickel, molybden och vanadin. På så sätt skapas förutsättningar för att ge stålet önskade egenskaper, exempelvis korrosionsbeständighet, hårdhet, slitstyrka och seghet. Tillsatserna är större i höglegerat stål, t ex rostfritt stål. Ett vanligt rostfritt stål – s k 18/8 – innehåller 18 procent krom och 8 procent nickel.
Så långt det är möjligt används skrot som innehåller de önskade legeringsämnena men för att materialet ska få rätt analys så tillsätts även legeringsämnen i form av ferrolegeringar.
Rostfritt stål - legerade för bestående värde
(film från Team Stainless 2009)
