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Dr.-Ing.
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Hintergrundmaterial

Themenpapier:
Geschichte der Eisenhüttentechnik

Informationsbereich Technik und Bibliothek

Stahlerzeugung

Rohstahlerzeugung im Elektrolichtbogenofen

Stähle auf der Basis von Schrott werden im Elektrolichtbogenofen erschmolzen. Der Lichtbogen überführt die elektrische Energie mit sehr gutem Wirkungsgrad und hoher Energiedichte in Schmelzwärme. Neben Schrott können auch Eisenschwamm (DRI oder HBI) sowie flüssiges oder festes Roheisen chargiert werden. Grundsätzlich kann über die Elektrolichtbogenofenroute jede Stahlsorte erzeugt werden.

Drehstrom-Lichtbogenofen

Drehstrom-Lichtbogenofen

Graphitelektroden leiten dabei den elektrischen Strom und erzeugen den Lichtbogen.

Die wesentlichen Bauelemente des Lichtbogenofens sind das Ofengefäß mit Absticherker und Arbeitsöffnung, der abnehmbare Deckel mit den Graphitelektroden und die Kippvorrichtung. Das Ofengefäß ist feuerfest ausgemauert. Zum Befüllen des Ofens wird der Deckel angehoben und zur Seite geschwenkt. Der Schrott wird mit Körben über den Ofen gefahren und in den Ofen gefüllt. Anschließend wird der Deckel erneut aufgesetzt, die Elektroden werden heruntergefahren und der Lichtbogen auf dem kalten Schrott gezündet. Bei dem Einschmelzprozess entstehen im Lichtbogen Temperaturen bis zu 3500 °C, in der Stahlschmelze bis zu 1800 °C. Zusätzliches Einblasen von Sauerstoff oder anderer Brennstoff-Gasgemische beschleunigt den Schmelzprozess. Sind die gewünschte chemische Zusammensetzung und Temperatur des Stahles erreicht, wird der Ofen durch Kippen in die Stahlpfanne entleert.

Gleichstrom-ichtbogenofen

Gleichstrom-Lichtbogenofen

Unterschieden wird zwischen Drehstrom- und Gleichstromlichtbogenofen. Allgemein hat der Drehstromofen einen deutlich höheren Verbreitungsgrad als der Gleichstromofen. Letzterer hat Vorteile hinsichtlich geringerer Netzrückwirkungen, geringerer Geräuschemissionen und des geringeren Elektrodenabbrands. Die Nachteile bestehen in der erforderlichen Sumpffahrweise und der aufwendigeren Elektrodenpflege.

Hinsichtlich Größe und Leistungsfähigkeit ist die Bandbreite der eingesetzten Öfen enorm. Die kleinsten Elektrolichtbogenöfen mit Abstichgewichten von 5 Tonnen Rohstahl arbeiten in der Gießereiindustrie. Die weltweit größten Elektrolichtbogenöfen aus der Stahlindustrie verfügen über Abstichgewichte von 300 Tonnen bei Jahresproduktionsmengen von 2,6 bis 2,8 Millionen Tonnen Rohstahl im Jahr. Dabei wird die Produktionskapazität mittelgroßer Blasstahlwerke erreicht. Je nach Größe und Konfiguration des Ofens können heute Energieverbräuche von 350 Kilowattstunden je Tonne Rohstahl bei tap-to-tap-Zeiten von 40 Minuten und Elektrodenverbräuchen von 1,1 Kilogramm je Rohstahl erzielt werden.

Sekundärmetallurgie: Feintuning des Stahls

Die hohen Anforderungen an die modernen Stähle erfordern eine Nachbehandlung der in der Stahlpfanne bereitgestellten Schmelzen. Dies gilt sowohl für die Hochofen-Konverter-Route als auch für die Elektrolichtbogenofen-Route. Die wesentlichen Ziele dieser sekundärmetallurgischen Behandlung sind die Einstellung der chemischen Zusammensetzung des fertigen Stahls, der Gießtemperatur und des Reinheitsniveaus. Dabei sind im Einzelnen folgende Aufgaben zu unterscheiden:

  • Legieren,
  • Homogenisieren der Schmelze,
  • Tief-Entkohlen,
  • Entschwefeln,
  • Entgasen,
  • Desoxidieren und
  • Abscheiden bzw. Konditionieren nichtmetallischer Einschlüsse.
Vakuumbehandlungsanlage in der Sekundärmetallurgie

Vakuumbehandlungsanlage in der Sekundärmetallurgie

Wie die Werkstoffspektren sind die metallurgischen Aufgaben für die Blasstahlwerke und die Elektrostahlwerke ähnlich vielfältig, so dass vergleichbar komplexe sekundärmetallurgische Behandlungswege entstehen.

Sekundärmetallurgische Prozessrouten: Behandlungsmöglichkeiten

Ein allgemeiner Trend der sekundärmetallurgischen Behandlung ist die Steigerung der Stahlqualitäten bei zunehmender Flexibilität der metallurgischen Anlagen. Daher bleibt die weitere Verbesserung der Stahlwerkslogistik eine permanente Aufgabe. Die Anzahl der sekundärmetallurgischen Aggregate und Ausrüstungen in den Stahlwerken steigt weiter an. Gleichzeitig nimmt die Funktionalität der Aggregate zu, um so den Anforderungen an die neuen Qualitäten und an die Flexibilität der Werke gerecht zu werden.