Tärkein materiaalimme teräs
Lauri Holappa
Kirjoittaja on metallurgian professori Teknillisessä korkeakoulussa.

Teräs on ihmiskunnan käyttämistä materiaaleista tärkein. Sitä tuotetaan maailmassa yli miljardi tonnia vuodessa eli lähes 200 kg vuodessa jokaista maapallon asukasta kohti. Teollistuneissa maissa kulutus on vielä suurempi, esimerkiksi Suomessa yli 400 kg asukasta kohti. Kulutus kasvaa erikoisesti kehitysmaissa talouden kehittyessä. Maailman väkirikkain maa Kiina on nykyisin suurin teräksen tuottaja ja käyttäjä. Seuraavia suuria kasvualueita ovat Intia sekä eräät Etelä-Amerikan ja Afrikan maat.

Teräkseksi kutsutaan rautapohjaisia metalliseoksia, joiden koostumus voi vaihdella hyvinkin suuresti käyttötarkoituksesta riippuen; supermuovattava auton pelti sisältää yli 99,5 % rautaa (Fe) ja vain hyvin pieniä määriä seosaineita ja epäpuhtauksia, kun taas ruostumattomassa, haponkestävässä teräksessä on runsaasti seosaineita (esim 18 % Cr, 10 % Ni, 3 % Mo), jolloin Fe-pitoisuus jää alle 70 prosentin.

Kun terästä sisältävä tuote, veitsi tai haarukka, auto tai ratakisko, ennemmin tai myöhemmin saavuttaa elinkaarensa pään, sitä ei heitetä menemään, vaan otetaan talteen, pannaan kierrätykseen. Teräs on yksi tehokkaimmin kierrätettävistä materiaaleista. Noin 80 % palaa kierrätysteräksenä uudelleenkäytettäväksi suhteellisen nopeasti muutamassa vuosikymmenessä. Kierrätys säästää energiaa ja malmivaroja ja siten luontoa. Johtuen kulutuksen ja tuotannon viimeaikaisesta nopeasta kasvusta tarvitaan kierrätysteräksen lisäksi uutta terästä, jota saadaan rautamalmista valmistamalla. Malmipohjaisen teräksen osuus on tällä hetkellä noin 60 % ja kierrätysteräksen noin 40 %.

Metallien elinkaari
Metallien elinkaari

Rautamalmi louhitaan kaivoksissa tai avolouhoksissa, jauhetaan ja rikastetaan rautaoksidivaltaiseksi rikasteeksi. Hienojakoinen rikaste saatetaan uudelleen karkeampaan kappalemuotoon sintraamalla tai pelletoimalla. Sintteriin ja pelletteihin lisätään valmistusvaiheessa myös kalkkia tai muita mineraaleja kuonanmuodostajiksi. Rautaa valmistetaan jatkuvatoimisessa kuilu-uunissa, masuunissa. Rautaraaka-aine panostetaan masuuniin sintterinä, pelletteinä tai palamalmina. Rauta on oksideina, hematiittina (Fe2O3) ja magnetiittina (Fe3O4), lisäksi raaka aine sisältää sivukiveä, joka koostuu pääasiassa piin, kalsiumin, alumiinin ja magnesiumin oksideista.

Raudan valmistuksessa rautaoksidit pelkistetään eli niistä poistetaan happi. Masuunissa pelkistiminä toimivat hiilimonoksidi, vety ja hiili. Ne sitovat itseensä rautaoksidien hapen, siirtävät sen kaasuun ja kuljettavat sen kaasun mukana ulos masuunista. Pääasiallinen pelkistysaine on koksi, mutta sitä pyritään korvaamaan halvemmilla energiamuodoilla, kuten jäteöljyllä tai kivihiilellä, joita injektoidaan yhdessä puhallusilman kanssa hormien kautta masuuniin. Pelkistyksen lisäksi masuuniprosessi tarvitsee lämpöenergiaa, jonka tuottamiseen osa koksin ja lisäpolttoaineiden energiasta kuluu.

Teräksen valmistus
Teräksen valmistus

ylös
tekijät
Etusivu
Teknologian kehittyminen
Teknologia ja talous
Teknologian tekijöitä ja tuloksia
Energia
Kodin teknologia
Materiaaliteknologia
Tuotteen elinkaari
Tärkein materiaalimme teräs
Metallien muokkaus
Raudan kiderakenne
Piiteknologia – kivestä mikroprosessoreiksi
Uudet materiaalit ja materiaaliratkaisut
Funktionaaliset ja adaptiiviset materiaalit
Metsä
Liikenne
Terveyden teknologia
Viestintä
 
Ainekohtaiset opiskelutehtävät