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Metallerzeugung Walzen und industrielle Umformung – Stahlerzeugungsrouten sachlich vergleichen

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Einleitung

Metallerzeugung Walzen und industrielle Umformung – Stahlerzeugungsrouten sachlich vergleichen

Zielgruppe: Auszubildende in metalltechnischen Berufen, insbesondere Verfahrenstechnologinnen und Verfahrenstechnologen Metall, Fachrichtung Eisen- und Stahlmetallurgie oder Stahlumformung.

Lernziel: Du vergleichst drei Wege der Stahlerzeugung anhand von Rohstoffen, Prozessschritten, Energiequellen, Umweltauswirkungen und Arbeitssicherheit. Anschließend erklärst Du den Weg vom flüssigen Stahl zum gewalzten Produkt.

Lernformat: Sieben kurze Lerneinheiten mit Prozessbildern, Videos, einem Ausbildungsfall und Aufgaben mit gestuften Hilfen.

Sicherheitsgrundsatz: Alle Modellaufgaben werden am Schreibtisch, digital oder mit kalten, ungefährlichen Unterrichtsmaterialien bearbeitet. Keine eigenen Schmelz-, Feuer-, Gas-, Walz- oder Wärmeversuche. Praktische Demonstrationen und Betriebsbesuche finden ausschließlich unter fachkundiger Anleitung, nach Gefährdungsbeurteilung und mit den vorgeschriebenen Schutzmaßnahmen statt.

Dein Ausbildungsfall: Vom Rohstoff zum Warmband

Du arbeitest gedanklich im Planungsteam eines Stahlwerks. Ein Kunde bestellt 12 Tonnen Warmband. Im Modell stehen Erzpellets, sortierter Stahlschrott und unterschiedliche Energieträger zur Diskussion. Für eine Schrottlieferung ist der Feuchtigkeitszustand nicht geklärt.

Dein Auftrag: Vergleiche die Herstellungsrouten, berechne einen Modellbedarf und entscheide, welche Informationen vor einer sicheren Produktion fehlen.

Die folgenden Zahlen sind ausschließlich didaktische Rechenannahmen, keine allgemeinen Betriebskennwerte:

Ausbringen: Vom Rohstahl bis zum fertigen Warmband werden im Modell 80 % der Masse als verkaufsfähiges Produkt angenommen.
Elektrolichtbogenofen: Für eine Beispielrechnung gelten 500 kWh Strom je Tonne erzeugten Rohstahls.
Schrott: Es liegen rechnerisch 18 Tonnen bereit; ihre vollständige Verwendbarkeit ist ausdrücklich nicht nachgewiesen.

Stop-Regel: Bei ungeklärter Feuchtigkeit, Verunreinigung oder Zusammensetzung des Einsatzmaterials erfolgt keine Freigabe durch Auszubildende. Zuständiges Fachpersonal prüft die Lieferung nach den betrieblichen Vorgaben.

Kurze Lerneinheiten

Einheit 1: Rohstoffe erkennen

Detailbild: Erzpellets. Ihr Eisen liegt zunächst überwiegend chemisch gebunden vor.

Detailbild: Gepresster Stahlschrott. Er enthält bereits metallisches Eisen; Sortierung und Kontrolle sind entscheidend.

Ausgangsstoff	Bedeutung im Prozess
Eisenerz	Eisenoxide müssen chemisch reduziert werden.
Stahlschrott	Bereits vorhandenes Metall kann wieder eingeschmolzen werden.
Koks	Liefert im Hochofen Wärme und ermöglicht die Bildung reduzierender Gase.
Wasserstoff	Kann als Reduktionsmittel Sauerstoff aus Eisenerz entfernen.
Elektrische Energie	Erzeugt im Elektrolichtbogenofen die zum Schmelzen benötigte Wärme.

Merksatz: Reduzieren entfernt chemisch gebundenen Sauerstoff aus Erz. Schmelzen macht einen metallischen Einsatz flüssig. Das sind unterschiedliche Prozessaufgaben.

Mini-Auftrag: Ordne Erzpellets und Schrott den Begriffen „Reduktion erforderlich“ und „Metall bereits vorhanden“ zu.

Einheit 2: Hochofen–Sauerstoffkonverter

Anlagenbild: Hochofen. Das sichtbare Bauwerk umfasst nur einen Teil der gesamten Erzeugungsanlage.

Prozessbild: Hochofenschema zum Beschriften: Beschickung, Heißwind, Reduktionszone, Roheisen und Schlacke.

Prozesskette: Erzaufbereitung → Hochofen → flüssiges Roheisen → Sauerstoffkonverter → Sekundärmetallurgie → Stranggießen.

Im Hochofen bewirken Koks und daraus entstehende Gase die Reduktion des Eisenerzes. Im Sauerstoffkonverter wird unter anderem überschüssiger Kohlenstoff aus dem Roheisen oxidiert. Auch Schrott kann als Einsatzstoff verwendet werden.

Anlagen-Detail: Historischer, ausgestellter LD-Konverter. Das Bild zeigt das Gefäß, nicht einen laufenden Schmelzvorgang.

Energie und Stoffe: Kohle beziehungsweise Koks liefern chemische Energie und Reduktionswirkung. Die Oxidation im Konverter setzt Wärme frei. Sauerstoff ist dabei ein Reaktionspartner, kein Brennstoff.

Video: DW-Dokumentation über einen Hochofen und dessen Instandhaltung. Achte auf Größe, Anlagentechnik und Sicherheitsabstände.

Mini-Auftrag: Weshalb genügt bloßes Schmelzen des Erzes nicht, um daraus metallisches Eisen zu gewinnen?

Einheit 3: Schrott–Elektrolichtbogenofen

Betriebsbild: Elektrolichtbogenofen in der industriellen Stahlerzeugung.

Funktionsbild: Elektroden, Lichtbogen und metallischer Einsatz.

Prozesskette: Schrottannahme und -prüfung → Beschickung → Elektrolichtbogenofen → metallurgische Behandlung → Stranggießen.

Der Lichtbogen überträgt große Energiemengen auf das Einsatzmaterial. Je nach Anlage und Produkt können neben Schrott auch direktreduziertes Eisen und weitere Stoffe eingesetzt werden. Sauerstoff, Brenner und metallurgische Reaktionen können zusätzlich zum Wärmeeintrag beitragen.

Energie: Der Ofen benötigt vor allem elektrische Energie. Für die Umweltbewertung sind außerdem Stromherkunft, Einsatzstoffe, Brennstoffe und weitere Prozessschritte relevant.

Sicherheitsblick: Feuchter oder geschlossener, unzureichend geprüfter Schrott kann beim Kontakt mit einer Schmelze besonders gefährlich werden.

Mini-Auftrag: Erkläre, warum ein Elektrolichtbogenofen nicht automatisch emissionsfrei arbeitet.

Einheit 4: Direktreduktion–Elektrolichtbogenofen

Prozesskette: Erzpellets → Direktreduktion → fester Eisenschwamm, auch DRI genannt → Elektrolichtbogenofen → flüssiger Stahl.

Bei der Direktreduktion wird Sauerstoff aus den Eisenoxiden entfernt, ohne das Eisen dabei im Reduktionsaggregat vollständig zu schmelzen. Als Reduktionsgas kommen je nach Verfahren unter anderem aus Erdgas erzeugte Gase oder Wasserstoff infrage.

Vereinfachte Reaktion bei Wasserstoffreduktion:

$F e_{2} O_{3} + 3 H_{2} \to 2 F e + 3 H_{2} O$

Dabei entsteht im dargestellten Reaktionsschritt Wasser. Daraus folgt nicht, dass die gesamte Stahlerzeugung automatisch klimaneutral ist: Die Herstellung des Wasserstoffs, die Stromerzeugung, die Anlagenwärme und die nachfolgenden Prozesse müssen berücksichtigt werden.

Video: HYBRIT-Prozessdarstellung von SSAB. Unternehmensdarstellungen erklären das Verfahren, ersetzen aber keine unabhängige Prüfung von Emissionsbilanzen.

Video: SALCOS-Konzept für eine veränderte Eisenerzeugung.

Mini-Auftrag: Vergleiche die Aufgaben des Wasserstoffs bei der Reduktion mit denen des Stroms im anschließenden Elektrolichtbogenofen.

Einheit 5: Stranggießen, Warmwalzen und Kaltwalzen

Historisches Betriebsbild: Gießbühne einer Stranggießanlage. Suche Gießpfanne, Verteiler und Gießbereich.

Produktbild: Gegossene Brammen als Ausgangsform für Flachprodukte.

Prozesskette: Flüssiger Stahl → Stranggießen → Bramme → Erwärmen beziehungsweise geeignete direkte Weiterverarbeitung → Warmwalzen → Abkühlen → Bund oder Coil.

Beim Stranggießen erstarrt der Stahl kontrolliert zu einem Halbzeug. Beim Walzen verringern rotierende Walzen den Querschnitt und verlängern das Werkstück.

Betriebsbild: Warmwalzen von Stahl. Der heiße Werkstoff und die großen bewegten Massen prägen die Gefährdung.

Historisches Maschinenbild: Walzgerüst. Untersuche die Lage der Walzen und den Walzspalt.

Produktbild: Aufgewickelte Stahlbänder als Transport- und Lieferform.

Verfahren	Kennzeichen	Wirkung
Warmwalzen	Umformung oberhalb der Rekristallisationstemperatur	Große Formänderungen bei hoher Werkstofftemperatur
Kaltwalzen	Umformung unterhalb der Rekristallisationstemperatur	Genauere Abmessungen und häufig Kaltverfestigung

Mini-Auftrag: Zeichne eine Bramme vor und nach einem Walzstich. Markiere kleinere Dicke und größere Länge. Eine reale Walzmaschine wird nicht bedient.

Einheit 6: Arbeitssicherheit hat Vorrang

Historische Aufnahme: Flüssiger Stahl verdeutlicht die hohen thermischen Gefährdungen. Das Bild ist keine Anleitung zu einem Versuch.

Gefahr	Mögliche Folge	Grundprinzip der Schutzmaßnahme
Heiße Werkstoffe und Schlacke	Verbrennungen, Wärmestrahlung, Spritzer	Abstand, Abschirmungen, geeignete PSA, sichere Arbeitsabläufe
Wasser an flüssigem Metall	Schlagartige Dampfbildung und Metallspritzer	Trockene und kontrollierte Einsatzstoffe, betriebliche Prüfverfahren
Feuer, Funken und Brenngase	Brand und Explosion	Zündquellenkontrolle, Anlagensicherung, Brandschutzkonzept
Abgase und Kohlenmonoxid	Vergiftung, Sauerstoffverdrängung durch weitere Gase	Absaugung, Lüftung, Überwachung und betriebliche Alarmregeln
Walzen, Rollgänge und Coils	Einziehen, Quetschen, Anfahren, herabfallende Lasten	Schutzeinrichtungen, abgesperrte Bereiche, sichere Transportabläufe

Verbindliche Regeln für diesen Lernkurs:

Keine unbeaufsichtigten Versuche: Kein Erhitzen von Metall, kein Schmelzen, keine offene Flamme und kein Experiment mit Gasen oder Walzen.
Keine improvisierte Brandbekämpfung: Insbesondere niemals auf eigene Faust Wasser auf flüssiges Metall geben.
Keine Freigabe durch Lernende: Schrottzustand, Betriebsfreigaben, Wartungen und Störungsbeseitigungen liegen beim zuständigen Fachpersonal.
Im Alarmfall: Betriebliche Alarm- und Fluchtanweisungen befolgen, Gefahrenbereich verlassen und zuständige Personen verständigen.
Bei einer Praxisdemonstration: Nur durch qualifiziertes Personal, mit Gefährdungsbeurteilung, Unterweisung, Aufsicht und geeigneter technischer Sicherung.

Mini-Auftrag: Die Schrottlieferung des Ausbildungsfalls könnte feucht sein. Entscheide zwischen „sofort einsetzen“ und „sperren, melden, prüfen lassen“. Begründe die Entscheidung.

Einheit 7: Stahlerzeugungsrouten sachlich vergleichen

Vergleichspunkt	Hochofen–Konverter	Schrott–Elektrolichtbogenofen	Direktreduktion–Elektrolichtbogenofen
Hauptausgangsstoff	Eisenerz, ergänzt durch weitere Einsatzstoffe	Aufbereiteter Schrott, gegebenenfalls ergänzt	Eisenerz für DRI, häufig mit Schrott im Elektrolichtbogenofen
Eisenreduktion	Im Hochofen	Für bereits metallischen Schrott nicht erforderlich	Im Direktreduktionsaggregat
Schmelz- und Stahlherstellungsstufe	Hochofen und Sauerstoffkonverter	Elektrolichtbogenofen	Elektrolichtbogenofen nach der Direktreduktion
Wesentliche Energiequellen	Koks, Kohle und chemische Reaktionswärme; zusätzlich Strom	Strom; gegebenenfalls ergänzende Brennstoffe und Reaktionswärme	Reduktionsgas und Prozesswärme; anschließend Strom
Wichtige Voraussetzung	Erz, Reduktionsmittel und Hochofeninfrastruktur	Geeigneter und sicher geprüfter metallischer Einsatz	Geeignete Pellets, Reduktionsgas und Ofeninfrastruktur
Umweltbewertung	Besonders abhängig von Kohlenstoffeinsatz und Abgasbehandlung	Besonders abhängig von Schrott, Strommix und Anlagenbetrieb	Besonders abhängig von Gasherkunft, Wasserstoffherstellung und Strommix
Gemeinsamer Folgeschritt	Gießen und Walzen	Gießen und Walzen	Gießen und Walzen

Sachlicher Vergleich: Eine Route ist nicht unter allen Bedingungen pauschal „die beste“. Zunächst müssen die Werkstoffanforderungen, Rohstoffverfügbarkeit, Energiesysteme, Anlagen und Systemgrenzen der Umweltbilanz geklärt werden.

Video zur Wiederholung: Allgemeine Einführung in die Stahlproduktion. Stoppe nach jeder gezeigten Prozessstufe und benenne sie.

Ausbildungsfall: Gestufte Modellaufgaben mit Feedback

Basisaufgabe: Den Ablauf ordnen

Auftrag: Sortiere auf Papier die Begriffe „Schrottprüfung“, „Elektrolichtbogenofen“, „Stranggießen“, „Warmwalzen“ und „Warmband“ in eine fachlich sinnvolle Reihenfolge.

Hilfe 1: Prüfen kommt vor dem heißen Prozess.

Hilfe 2: Stahl muss erst erzeugt und gegossen werden, bevor die Bramme gewalzt wird.

Musterlösung: Schrottprüfung → Elektrolichtbogenofen → Stranggießen → Warmwalzen → Warmband.

Begründetes Feedback: Die Reihenfolge ist sinnvoll, weil der Einsatz vor dem Einschmelzen freigegeben sein muss. Das Gießen erzeugt das feste Halbzeug; das Walzen verändert danach dessen Form. Eine andere Route könnte vor dem Stranggießen zusätzliche Erzeugungsschritte enthalten.

Anwendungsaufgabe: Material und Strom berechnen

Auftrag A: Wie viel Rohstahl wird im Modell für 12 Tonnen fertiges Warmband bei 80 % Ausbringen benötigt?

Hilfe 1: Fertigprodukt = Rohstahlmenge × 0,80.

Hilfe 2: Teile 12 Tonnen durch 0,80.

Musterlösung: 12 t ÷ 0,80 = 15 t Rohstahl.

Auftrag B: Welche elektrische Energiemenge ergibt sich bei angenommenen 500 kWh je Tonne Rohstahl für den Elektrolichtbogenofen?

Hilfe 1: Multipliziere Rohstahlmasse und spezifischen Strombedarf.

Hilfe 2: 1.000 kWh entsprechen 1 MWh.

Musterlösung: 15 t × 500 kWh/t = 7.500 kWh = 7,5 MWh.

Begründetes Feedback: Die Rechnung ist mathematisch richtig unter den Modellannahmen. Sie beschreibt nur den angesetzten Stromverbrauch des Elektrolichtbogenofens. Energie für Schrottaufbereitung, mögliche Direktreduktion, Nebenanlagen, Gießen und Walzen ist darin nicht vollständig enthalten. Auch die tatsächlich erforderliche Schrottmenge lässt sich ohne Kenntnis von Einsatzqualität und metallischem Ausbringen nicht sicher aus den 18 Tonnen ableiten.

Transferaufgabe: Eine sichere Entscheidung begründen

Auftrag: Das Werk verfügt über ausreichend elektrischen Strom, kennt dessen Herkunft aber noch nicht. Außerdem ist eine Schrottcharge möglicherweise feucht. Darf das Team jetzt eine EAF-Route als „sicher und klimaneutral“ freigeben?

Hilfe 1: Unterscheide Arbeitssicherheit und Klimabilanz.

Hilfe 2: Frage nach Schrottzustand, zulässigen Einsatzstoffen, Stromherkunft und tatsächlichen Emissionen.

Hilfe 3: Eine Beschaffungs- oder Produktionsentscheidung braucht überprüfbare Daten und zuständige Freigaben.

Musterlösung: Nein. Die ungeklärte Schrottfeuchtigkeit erfordert eine betriebliche Sperrung beziehungsweise Prüfung durch Fachpersonal. Auch die Aussage „klimaneutral“ ist ohne belastbare Bilanz über Strom, Einsatzstoffe und Prozessschritte nicht nachgewiesen.

Begründetes Feedback: Eine gute Entscheidung enthält sowohl eine Sicherheitsmaßnahme als auch eine Begründung für offene Umweltfragen. Ein rein wirtschaftlicher oder rechnerischer Vorteil darf notwendige Schutzmaßnahmen nicht ersetzen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welcher Stoff enthält Eisen vorwiegend in chemisch gebundener Form? (Eisenerz) (!Sortierter Stahlschrott) (!Fertiges Warmband) (!Stahlcoil)

Was ist eine wichtige Funktion von Koks im Hochofen? (Er unterstützt die Reduktion und liefert Wärme) (!Er kühlt das Roheisen auf Raumtemperatur) (!Er ersetzt die Stranggießanlage) (!Er wickelt fertiges Stahlband auf)

Was geschieht im Sauerstoffkonverter? (Unter anderem wird Kohlenstoff im Roheisen oxidiert) (!Erzpellets werden mechanisch gewalzt) (!Warmband wird zu Coils aufgewickelt) (!Schrott wird ausschließlich mit Wasserdampf gereinigt)

Welche Energieform ist für das Schmelzen im Elektrolichtbogenofen wesentlich? (Elektrische Energie) (!Sonnenlicht ohne technische Umwandlung) (!Bewegungsenergie eines Förderbandes) (!Druckluft als einzige Wärmequelle)

Was bezeichnet DRI? (Direktreduziertes Eisen) (!Direkt gerolltes Industrieblech) (!Doppelt raffiniertes Inertgas) (!Digital geregeltes Instrument)

In welcher Form verlässt Eisen das Direktreduktionsaggregat grundsätzlich? (Als überwiegend fester metallischer Einsatzstoff) (!Immer als fertiges Warmband) (!Immer als fertig aufgewickelter Coil) (!Als vollständig verflüssigte Walzemulsion)

Welche Aufgabe erfüllt das Stranggießen? (Flüssigen Stahl kontrolliert zu Halbzeug erstarren lassen) (!Kohlenstoff direkt aus Erz herauswalzen) (!Ausschließlich elektrische Energie erzeugen) (!Fertige Coils in Erz umwandeln)

Wodurch wird die Dicke beim Walzen verändert? (Durch plastische Umformung zwischen Walzen) (!Durch Auflösen des Stahls in Wasser) (!Durch eine Änderung der Farbe) (!Durch das Abfüllen in Gasflaschen)

Warum ist feuchter Schrott bei der Stahlherstellung gefährlich? (Wasser kann beim Kontakt mit flüssigem Metall schlagartig verdampfen) (!Feuchtigkeit verhindert grundsätzlich jede Temperaturerhöhung) (!Feuchter Schrott macht alle Schutzmaßnahmen überflüssig) (!Wasser beseitigt automatisch alle Brandgefahren)

Welche Aussage zur Klimawirkung einer Stahlerzeugungsroute ist fachlich richtig? (Sie hängt unter anderem von Einsatzstoffen und Energieherkunft ab) (!Jeder Elektrolichtbogenofen arbeitet ohne Emissionen) (!Wasserstoff ist unabhängig von seiner Herstellung stets klimaneutral) (!Nur die Farbe des fertigen Stahls bestimmt die Klimawirkung)

Memory

Finde die passenden Fachbegriffe und Bedeutungen.

Erzpellets	Aufbereiteter eisenoxidhaltiger Rohstoff
Koks	Kohlenstoffhaltiger Hochofeneinsatz
LD-Konverter	Aggregat zum Sauerstofffrischen
Eisenschwamm	Produkt der Direktreduktion
Lichtbogen	Elektrische Wärmequelle im Elektroofen
Bramme	Breites gegossenes Halbzeug
Walzspalt	Bereich zwischen den Arbeitswalzen

Drag and Drop

Ordne jeder Prozessstufe die passende Hauptaufgabe zu.

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Hochofen	Sauerstoff aus Eisenerz entfernen und Roheisen erschmelzen
Sauerstoffkonverter	Roheisen durch Frischen zu Stahl weiterverarbeiten
Direktreduktionsanlage	Eisenoxide überwiegend im festen Zustand reduzieren
Stranggießanlage	Flüssigen Stahl zu einem Halbzeug erstarren lassen
Walzgerüst	Den Querschnitt durch plastische Umformung verändern

Kreuzworträtsel

Roheisen	Welches kohlenstoffreiche Zwischenprodukt entsteht im Hochofen?
Konverter	In welchem Aggregat wird flüssiges Roheisen mit Sauerstoff gefrischt?
Lichtbogen	Wie heißt die elektrische Entladung, die im Elektroofen Wärme erzeugt?
Schrott	Welcher metallische Sekundärrohstoff wird häufig im Elektroofen eingesetzt?
Bramme	Wie heißt ein breites und flaches gegossenes Halbzeug?
Walzspalt	Wie nennt man den Abstand zwischen den Arbeitswalzen?

LearningApps

Suche nach ergänzenden Lernanwendungen zum Kursthema. Die Suche ist keine Zusicherung, dass bereits eine geprüfte passende Übung vorhanden ist.

Lückentext

Im Eisenerz liegt Eisen überwiegend in Form von

vor.

Im Hochofen unterstützt der Brennstoff

die Wärmeerzeugung und Reduktion.

Beim Frischen wird unter anderem

aus dem Roheisen entfernt.

Im Elektrolichtbogenofen dient elektrische Energie vor allem dem

des metallischen Einsatzes.

Ein typischer metallischer Sekundärrohstoff ist

.

Bei der wasserstoffbasierten Direktreduktion wirkt

als Reduktionsmittel.

Das Produkt der Direktreduktion wird auch

genannt.

Beim

entsteht aus flüssigem Stahl ein festes Halbzeug.

Ein breites Halbzeug für Flachprodukte heißt

.

Im Walzgerüst wird die Dicke durch den

beeinflusst.

Das giftige Gas

erfordert betriebliche Schutzmaßnahmen.

Bei Kontakt mit flüssigem Metall kann

schlagartig verdampfen.

Offene Aufgaben

Die Aufgaben sind so angelegt, dass Du keine gefährlichen praktischen Tätigkeiten selbst ausführen musst.

Leicht

Eisenerz und Schrott: Erstelle zwei beschriftete Steckbriefe. Vergleiche, welcher Stoff erst chemisch reduziert werden muss.
Hochofen: Zeichne mithilfe des Schemas eine vereinfachte Prozesskette mit höchstens sechs Stationen.
Arbeitsschutz: Gestalte eine Sicherheitskarte mit den Stichworten Hitze, Wasser, Feuer, Abgase und Quetschgefahr.
Walzen: Erstelle auf Papier zwei Skizzen einer Bramme vor und nach dem Walzen und kennzeichne die Formänderung.

Standard

Stahlerzeugung: Gestalte ein dreispaltiges Vergleichsplakat zu Hochofen–Konverter, Schrott–Elektroofen und Direktreduktion–Elektroofen.
Energiebilanz: Rechne den Ausbildungsfall mit einem selbst gewählten, ausdrücklich fiktiven Ausbringen neu und erläutere, warum Modellzahlen keine Betriebsdaten ersetzen.
Betriebliche Sicherheit: Entwickle eine Checkliste für die papierbasierte Prüfung einer Schrottanlieferung. Beschreibe, an welchen Punkten ausschließlich Fachpersonal entscheiden darf.
Stranggießen: Erstelle einen zweiminütigen Erklärfilm mit Zeichnungen oder Präsentationsfolien, ohne Aufnahmen oder Tätigkeiten in Gefahrenbereichen.

Schwer

Ökobilanz: Entwickle ein Kriterienraster, mit dem sich die drei Erzeugungsrouten unter verschiedenen Strom- und Rohstoffbedingungen fair vergleichen lassen.
Wasserstoffwirtschaft: Untersuche anhand nachprüfbarer Quellen, wann wasserstoffbasierte Direktreduktion Treibhausgasemissionen gegenüber einer kohlebasierten Route verringern kann.
Prozessoptimierung: Entwerfe eine papierbasierte Ablaufplanung vom Rohstoff bis zum Coil. Markiere qualitätsrelevante Kontrollen und sicherheitskritische Freigaben.
Berufsorientierung: Plane ein fachlich begleitetes Interview mit einer Fachkraft aus Stahlwerk oder Walzwerk. Frage nach Aufgaben, Energie, Sicherheit und Prozessverbesserungen. Ein Betriebsbesuch ist nur nach Genehmigung und mit fachkundiger Begleitung zulässig.

Lernkontrolle

Prozessvergleich: Ein Betrieb besitzt ein Elektrostahlwerk, aber keine eigene Direktreduktionsanlage. Erkläre, warum dies die Auswahl der verfügbaren Einsatzstoffe beeinflusst, und benenne fehlende Informationen.
Materialfluss: Eine Walzcharge erreicht die geforderte Produktmasse nicht. Erkläre, welche Prozessverluste oder Qualitätsabweichungen geprüft werden müssten, bevor neue Mengen geplant werden.
Energieträger: Zwei Elektrostahlwerke verwenden gleich viel Strom je Tonne Stahl, aber unterschiedliche Stromquellen. Erkläre, warum ihre Treibhausgasbilanzen voneinander abweichen können.
Arbeitssicherheit: Eine Schrottlieferung hat ungeklärte Feuchtigkeit. Formuliere eine sichere betriebliche Entscheidung und begründe sie mit dem physikalischen Gefährdungsmechanismus.
Werkstofftechnik: Ein Kunde verlangt ein besonders genaues dünnes Blech. Erläutere, warum nach dem Warmwalzen eine Kaltwalzstufe und gegebenenfalls weitere Behandlungsschritte sinnvoll sein können.
Quellenkritik: Ein Hersteller bezeichnet seine Route in einem Werbevideo als klimaneutral. Entwirf fünf überprüfbare Rückfragen zu Systemgrenzen, Energiequellen und Messdaten.

Lernnachweis

Für einen erfolgreichen Lernnachweis kannst Du:

Die drei Stahlerzeugungsrouten mit ihren wichtigsten Aggregaten und Einsatzstoffen korrekt darstellen.
Zwischen chemischer Reduktion, Schmelzen, Frischen, Gießen und Walzen unterscheiden.
Die Energiequellen jeder Route benennen und ihre Umweltbewertung sachlich einordnen.
Eine einfache Modellrechnung zu Ausbringen und Strombedarf mit Einheiten lösen und deren Grenzen erklären.
Den Weg von der Schmelze über die Bramme zum Warmband erläutern.
Gefahren durch heiße Werkstoffe, Feuer, Abgase, Kohlenmonoxid, Feuchtigkeit und bewegte Anlagenteile erkennen.
Eine sichere Stop- und Meldeentscheidung treffen, ohne unbefugt eine Anlage oder Materialcharge freizugeben.
Fachliche Aussagen mit nachprüfbaren Quellen begründen und Werbeaussagen kritisch prüfen.

Möglicher Nachweis: Ein zweiseitiger Routenvergleich, eine gelöste Modellrechnung und eine begründete Sicherheitsentscheidung, ergänzt durch ein kurzes Fachgespräch. Bewertet werden fachliche Richtigkeit, nachvollziehbare Argumentation, sichere Entscheidungen und korrekte Quellenangaben.

OERs zum Thema

Wikipedia-Einstieg: Stahlerzeugung – Rohstoffe, Aggregate und Herstellungsverfahren.

Wikipedia-Einstieg: Walzen – Grundlagen des Umformverfahrens.

Falls die Einbettung technisch gesperrt ist, nutze die direkten Artikel Stahlerzeugung und Walzen.

Weitere frei zugängliche Fachquellen:

World Steel Association: What is steel? – Grundlagen der Hochofen-Konverter- und Elektrolichtbogenofenrouten.
World Steel Association: Energy use in the steel industry – Energieträger und Prozessunterschiede.
World Steel Association: Breakthrough technologies – Direktreduktion und Wasserstoff.
Stahlinstitut VDEh: Kohlenstoffbasierte Stahlerzeugung – industrielle Prozessschritte.
Stahlinstitut VDEh: Umformtechnik – Prozessschritte des Walzens.
DGUV Regel 109-601: Branche Erzeugung von Roheisen und Stahl – Gefährdungen und Schutzmaßnahmen.
DGUV Regel 109-609: Branche Stahlumformung – Arbeitssicherheit beim Umformen.

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Mediennachweise und Nutzungsrechte

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LD Converter	Aciarium	CC BY 4.0
Elektrolichtbogenofen.jpg	Georgsmarienhütte	CC BY-SA 3.0
Electric Arc Furnace.svg	0x24a537r9	CC BY-SA 3.0
Continuous casting Casting floor.png	Europäische Gemeinschaft für Kohle und Stahl	CC BY-SA 4.0
Continuous casting slabs.png	Europäische Gemeinschaft für Kohle und Stahl	CC BY-SA 4.0
Hot Rolling Some Steel	Erik Charlton	CC BY 2.0
Walzgerüst Kestag	Naturpuur	CC BY 4.0
Steel Coils at Port Kembla.jpg	JustARandomEditor123	CC BY-SA 4.0
Scunthorpe Molten Steel.jpg	Frank Alfred Wright	CC BY-SA 2.0

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Fachliche Einordnung: Historische Anlagenbilder werden als solche gekennzeichnet. Schematische Darstellungen sind vereinfachte Lernmodelle und ersetzen weder aktuelle Betriebsunterlagen noch Sicherheitsunterweisungen.