Lichtbogenstahlerzeugung

Das Verfahren

Nach dem Abstich wird das Dach entfernt und der Herd inspiziert und, wenn nötig, repariert. Dann beschickt ein Brückenkran den Ofen mit Schrott aus einem zylindrischen Kübel, der oben zum Beschicken offen und mit einem Fallboden zum schnellen Beschicken versehen ist. Die Schrottkübel werden so beladen, dass der schwere Schrott abgefedert wird, wenn die Ladung auf den Herd fällt, um eine gute elektrische Leitfähigkeit der Charge, ein geringes Risiko von Elektrodenbrüchen und einen guten Schutz der Ofenwände beim Einschmelzen zu gewährleisten. Manchmal werden der Charge Kohlenstoff und Schlackenbildner zugesetzt, um eine Überoxidation des Stahls zu verhindern und die Schlackenbildung zu beschleunigen. Nach dem Chargieren eines Eimers wird das Dach zurück in den Ofen gefahren, und die Elektroden werden abgesenkt. Das Schmelzen beginnt mit einer niedrigen Leistungseinstellung, bis sich die Elektroden in den leichten Schrott auf der Oberseite der Charge eingebrannt haben, um die Seitenwände vor Überhitzung beim Schmelzen mit höherer Leistung zu schützen. Nachdem ein Teil des Schrotts zum Schutz der Ofenwand ungeschmolzen geblieben ist, wird ein zweiter Eimer beschickt und das gleiche Schmelzverfahren durchgeführt. Das Einschmelzen von sehr leichtem Schrott erfordert manchmal die Beschickung einer dritten oder sogar vierten Wanne.

Nach dem Einschmelzen liegt der Kohlenstoffgehalt im Stahl etwa 0,25 % über dem endgültigen Abstichniveau, was eine Überoxidation der Schmelze verhindert. Zu diesem Zeitpunkt hat sich eine basische Schlacke gebildet, die typischerweise aus 55 Prozent Kalk, 15 Prozent Kieselsäure und 15 bis 20 Prozent Eisenoxid besteht. Das Schäumen der Schlacke wird häufig durch Einspritzen von Kohlenstoff oder einem Kalk-Kohlenstoff-Gemisch erzeugt, das mit dem Eisenoxid in der Schlacke reagiert und Kohlenmonoxidgas erzeugt. Dieser Schaum schirmt die Seitenwand ab und ermöglicht eine höhere Leistungseinstellung. Je nach Bedarf wird der Kohlenstoffgehalt des Stahls entweder durch Sauerstoffblasen verringert oder durch Einblasen von Kohlenstoff erhöht. Es werden Proben entnommen, die Temperatur wird überprüft, es werden Zugaben gemacht, und wenn alle Bedingungen stimmen, wird der Ofen abgestochen, indem er nach vorne gedreht wird, so dass der Stahl über den Ausguss oder durch das vertikale Abstichloch in eine Pfanne fließt. Wenn sich Schlacke bildet, wird der Ofen schnell nach hinten gekippt und die Schlacke durch die hintere Ofentür in einen Schlackentopf gegossen. Einige Betriebe lassen 15 % des flüssigen Stahls im Ofen. Dieses „Hot Heel“-Verfahren ermöglicht eine vollständige Abtrennung der Schlacke.

Sehr sauberer Stahl – d.h. mit geringem Sauerstoff- und Schwefelgehalt – kann im Elektroofen durch ein Zwei-Schlacken-Verfahren hergestellt werden. Nach dem Entfernen der Schlacke aus der ersten oxidierenden Schmelze werden neue Schlackenbildner zugegeben, die Kohlenstoff oder Aluminium oder beides als Reduktionsmittel enthalten. Die neue reduzierende Schlacke kann zu 65 Prozent aus Kalk, zu 20 Prozent aus Siliziumdioxid, Kalziumkarbid oder Aluminiumoxid (oder allen dreien) bestehen und enthält praktisch kein Eisenoxid. Legierungen, die leicht oxidieren, werden zu diesem Zeitpunkt zugesetzt, um die Verluste zu minimieren und die metallurgische Kontrolle zu verbessern. Die Veredelung wird unter der reduzierenden Schlacke fortgesetzt, bis die Schmelze zum Abstich bereit ist. Die Gesamterwärmungszeit beträgt eine bis vier Stunden, je nach Art des hergestellten Stahls, d. h. je nach dem Umfang der Raffination und der verwendeten Zusatzheizung. Viele Betriebe wenden kein Zwei-Schlacken-Verfahren an, sondern behandeln den Stahl nach dem Einschmelzen des Schrotts und dem Abstich in Pfannenbehandlungsstationen. Diese sekundärmetallurgischen Anlagen, auf die weiter unten eingegangen wird, ermöglichen es, den Elektrolyseofen nur als hocheffiziente Schrottschmelze zu betreiben.

Von Zeit zu Zeit, wenn der Lichtbogen die Elektrodenspitzen abträgt und die Hochtemperaturatmosphäre des Ofens die Elektrodenkörper oxidiert, werden neue Elektroden am oberen Ende der Elektrodenstränge des Ofens hinzugefügt. Der Elektrodenverbrauch liegt je nach Art des Betriebs bei drei bis sechs Kilogramm pro Tonne Stahl.