Lichtbogenofen

Der Lichtbogenofen (Elektrolichtbogenofen) ist ein Aggregat (Ofen) zum Einschmelzen von Stahlschrott verschiedener Qualität.

Stahl kann zum einen aus Eisenerz über die Route Hochofen und Konverter hergestellt werden. Energetisch sinnvoller ist es jedoch, ihn im Lichtbogenofen aus Stahlschrott zu erschmelzen. 2004 wurden in Deutschland 46.4 Mio (2003: 44.8 Mio) Tonnen Rohstahl produziert, davon 31 % mit Lichtbogenöfen. Für das Jahr 2010 wird von einem Anteil bis zu 40% ausgegangen.

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Produkte

Der Lichtbogenofen wird sowohl zur Herstellung von Baustählen, Qualitätsstählen und Rostfreistählen genutzt. Des weiteren wird er auch zur Herstellung von Kalziumkarbid und synthetischen Kristallen verwendet.

Funktion

Beim Lichtbogenofenprozess wird elektrische und chemische Energie zum Aufschmelzen des Einsatzgutes eingesetzt. Dabei wird ein entscheidender Anteil des Gesamtenergieinputs in thermische Energie umgesetzt. Ein weiterer Anteil verlässt den Prozessraum ungenutzt. Die Erhöhung des Wärmeübergangs auf die Schmelze ist Gegenstand aktueller Untersuchungen. Der überwiegende Anteil führt zum Aufschmelzen des Einsatzgutes, ein weiterer führt zur Wärmebeaufschlagung der Ofenzustellung. Die Wärme über den Lichtbogen der zwischen der Elektrode und dem Einsatzgut brennt, wird hauptsächlich durch Strahlung auf das Einsatzgut übertragen. Beim Wechselstrom-Lichtbogenofen brennen mehrere Lichtbögen zwischen dem Einsatzgut (bzw. der Schmelze) und der Elektrodenspitze. Die Modellierung der Anzahl der brennenden Lichtbögen ist schwierig, da der Prozess chaotisch ist. Beim Elektrostahlverfahren wird aus Stahlschrott und weiteren Einsatzstoffen (wie Eisenschwamm) Stahl erschmolzen. Neben dem flüssigen Rohstahl bildet sich aus den nichtmetallischen Einsatzstoffen und Oxiden der Legierungsstoffen eine Schlackenschicht auf der Schmelze. Diese hat die Aufgabe unerwünschte Bestandteile zu binden und das Stahlbad zu schützen.

Früher war es üblich, nach Einbringen der gewünschten Mengen an Legierungsbestandteilen in das Stahlbad, die Schmelze in eine Pfanne abzulassen und anschließend in der Gießanlage zu vergießen. Heutzutage wird in den meisten Fällen der E-Ofen als reines Einschmelzaggregat zur Erzeugung einer Basisschmelze mit niedrigen C-, S, und P- Gehalten benutzt. Die endgültige Analyse wird erst nach dem Abstechen im Pfannenofen fertiggestellt. Durch diese Verfahrensweise ergibt sich neben einer höheren Analysengenauigkeit auch eine erhebliche Energieersparnis. Trotz hoher Energiekosten sowie für Erdgas und Sauerstoff (für Hilfsbrenner im Gefäß) kennzeichnet dieses Verfahren eine große Flexibilität bei der Menge der zu erzeugenden Stahlsorten und Stahlqualitäten.

Bauformen

Der Lichtbogenofen kann als Gleichstromofen bestehend aus einer Schmelzelektrode und einer Bodenelektrode oder als Wechselstromofen bestehend aus drei Schmelzelektroden ausgeführt werden. Zur Einhaltung der Lichtbogenlänge dient ein Elektrodenregler.

Das Ofengefäß selbst besteht aus einem aus Feuerfestmaterial gemauerten Bodengefäß, sowie aus einem mit Kühlkörpern versehenen Obergefäß und einem schwenkbarem Deckel. Im Obergefäß sind meist Hilfsbrenner (Erdgas/Sauerstoff) installiert. Bei aufgeschwenktem Deckel können Schrott und Zusatzstoffe (z. B. Legierungsmittel wie Chrom etc.) über Körbe in den Ofen chargiert werden. Der Abstich des Stahls erfolgt in eine Pfanne, die Schlacke wird in einen Schlackenkübel abgelassen. Dafür wird der ganze Ofen mittels einer Hydraulik bewegt.

Emissionen

Vom Lichtbogenofen gehen prozessabhängig verschiedene gasförmige Emissionen wie Kohlendioxid oder Stickoxide aus. Sie entstehen bei chemischen Reaktionen, die keine Verbrennungsprozesse sind.