Processer

De två viktigaste råvarorna vid tillverkning av stål är järnmalm och skrot.

Råjärn

I järnverkets masugn – ett högt tegelinfodrat schakt – sker reduktion av malm till järn genom att syret tas bort ur de oxidiska järnmineralerna med hjälp av koks. Det så kallade råjärnet från masugnen innehåller förutom järn också 4–5 procent kol och mindre halter av andra ämnen. Råjärnet går sedan vanligen i flytande form vidare till stålverket.

I Sverige finns masugnar vid SSAB:s anläggningar i Luleå och Oxelösund.

Råstål

I Sverige finns två olika sätt att producera stål. Processerna skiljer sig åt beroende på vilken råvara som används – råjärn (som tillverkas av järnmalm) eller skrot.

Malmbaserad ståltillverkning

Vid malmbaserad tillverkning framställs stål huvudsakligen av råjärn. Kolhalten reduceras genom färskning med syrgas i en LD-konverter. Den nödvändiga energin för temperaturhöjningen erhålls ur färskningsreaktionerna, C till CO₂ och Si till SiO₂, vilka genererar mycket hög värme. För att kyla processen tillsätts stålskrot i konverten, cirka 20 procent av innehållet i konvertern. Under processen bildas en slagg av de icke gasformiga reaktionsprodukterna och av tillsatta slaggbildare, som t.ex. bränd kalk. 

De malmbaserade stålverken (kallas även integrerade verk) i Luleå och Oxelösund svarar tillsammans för cirka två tredjedelar av den svenska råstålsproduktionen.

Skrotbaserad ståltillverkning

Vid skrotbaserad tillverkning används i huvudsak ljusbågsugnar för smältningen av stålskrotet, vilket kräver el-energi. Den specifika energianvändningen, dvs räknat i kWh per ton producerat stål, är med skrot som råvara endast en femtedel i jämförelse med malmbaserad ståltillverkning. 

I Sverige är tillverkningen skrotbaserad på tio orter och utgör cirka en tredjedel den svenska råstålsproduktion.
Läs mer om företag och anläggningar

Järnsvamp

På många håll i världen utgör järnsvamp ett komplement till skrot som basmaterial vid stålframställningen. Järnsvamp tillverkas genom att vid lägre temperaturer avlägsna järnmalmens syre med hjälp av koloxid och vätgas framställd ur naturgas.

I Sverige tillverkas järnsvamp av Höganäs AB enligt Höganäs järnsvampsprocess. Produktionen är uteslutande avsedd för Höganäs egen produktion av högklassigt järnpulver.

Slagg

Slaggen har flera viktiga funktioner i tillverkningsprocessen. Slagg är en av de aktiva komponenterna i de metallurgiska processerna och bl.a. har till uppgift att sänka svavelhalten i stålet och ge stålet önskade egen­skaperna. Slaggens samman­sättning, funktion och mängd beror på vilka råvaror som använts, i vilken process den används och vilken typ av järn eller stål som tillverkas.

Inom den skrotbaserade stålindustrin fungerar slaggen också som ett isolerande skikt på stålsmältan i smältugnen, vilket skyddar smältan från kontakt med luft och hindrar energiförluster. 

Slagg används även för att skydda infodringen (det eldfasta teglet) i LD-konvertrar. 

Kolhalt

Stål i sig självt är en legering lämpad för formning i fast tillstånd med järn som basmetall och där kol är det vanligaste legeringsämnet.

Kolhalten har en grundläggande betydelse för stålets egenskaper. Vid ökande kolhalt stiger exempelvis stålets hållfasthet, medan seghet och svetsbarhet sjunker. För att stålet ska vara formbart får kolhalten dock ej vara mer än 2 procent.

Legerat stål

I tillverkningsprocessen tillsätts legeringsämnen för att ge stålet önskade egenskaper. 
Läs mer om legeringsämnen i avsnittet om Råvaror. 

Med legerat stål avses stål med fastställda minimigränser för olika legeringsämnen.  De legerade stålen delas in i höglegerade och låglegerade stål. Gränsen mellan de två typerna går vid en sammanlagd legeringshalt på cirka 5 procent.

Exempel på legerade stålsorter är rostfritt stål, snabbstål, verktygsstål och kullagerstål. Omkting 60 procent av den svenska stålproduktionen utgörs av legerade stål. Det är en väsentligt högre andel än för resten av världen. I övriga EU, liksom i USA och Japan utgör de legerade stålen 10–15 procent av totalproduktionen. Än lägre är den i övriga delar av världen.

Med olegerat stål avses vanligen stål med lägre halter av legeringsämnen än vad som krävs för legerat stål.

Läs mer om definitioner av legeringshalter i stål (tullverket.se)

Skänkmetallurgi

Skänkmetallurgi betecknar de processer som sker i anslutning till stålugnen då man ”raffinerar” det flytande stålet. I skänken eller i en skänkugn sker:

• Desoxidation (tätning)
• Ytterligare rening av stålet, t.ex vakuumbehandling.
• Justering av legeringshalterna
• Inställning av rätt gjuttemperatur.

Stränggjutning eller götgjutning

Det smälta stålet gjuts till ämnen. Detta sker vanligen i en kontinuerligt framlöpande sträng, som kapas efter stelnandet, så kallad stränggjutning. Beroende på i tvärsnittets form delas ämnen upp i kategorierna slabs, blooms eller billets.

Sverige har en relativt hög andel götgjutning, cirka 10 procent. När vissa legerade stål av kvalitetsskäl inte kan stränggjutas, eller då stora dimensioner krävs, används fortfarande den äldre metoden att gjuta stålet i en fast form, en kokill. Produkten kallas göt. Dessa göt måste sedan valsas eller smidas till slabs, blooms eller billets.

Bearbetning

Den största delen av stålverkens tillverkning utgörs av produkter som ska bearbetas och förädlas ytterligare. Bearbetningen av göt och ämnen görs för att åstadkomma önskad form och egenskaper. Detta sker vanligtvis genom varmbearbetning, dvs. valsning eller smidning, och eventuell kallbearbetning. Produkterna kan även efterbehandlas på olika sätt, t.ex. olika värmebehandlingar, riktning och slipning.

Valsning

Varmvalsning från göt sker oftast i två steg. Först valsas göten till ämnen som kontrolleras och ytbehandlas (bortslipning av ytfel). Motsvarande ytbehandling sker med stränggjutna ämnen. Ämnena värms och valsas till olika formprodukter såsom plåt, band, stång, profiler, tråd eller rör.

Ibland måste kompletterande kallvalsning ske för exempelvis tillverkning av tunn plåt. När man valsar tråd eller stång används valsar med spår.

Stångvalsning.

Smidning

Smidning används ofta för att forma stora detaljer, men också detaljer med oregelbunden tjocklek och form, exempelvis vevaxlar till bilar och fartyg.

Dragning

Tunn tråd framställs genom kalldragning av varmvalsad tråd. Dragning används även vid stång- och rörtillverkning.

Gjutning av färdiga detaljer

Metoden används i första hand för att forma stora oregelbundna detaljer, som exempelvis motorblock, men även smådetaljer (precisionsgjutning).

Efterbehandlingar

Olika värmebehandlingar kan också förändra stålets egenskaper. Härdning utförs exempelvis för att göra stålet hårdare och sker genom att stålet under mycket kontrollerade former först hettas upp och därefter kyls. Anlöpning, glödgning, kylning och svalning är exempel på andra termiska efterbehandlingar.
Läs mer om värmebehandlingar (energihandbok.se)

Riktning, slipning, polering och galvanisering är exempel på mekaniska efterbehandlingar.