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Werkstofftechnik 2 - Elektrostahlverfahren

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Werkstofftechnik 2

Elektrostahlverfahren

Als zweites Verfahren der Stahlerzeugung wird das Elektrostahlverfahren vorgestellt. Diese Verfahren erfolgt in einem Dreiphasen-Wechselstrom-Lichtbogenofen. In den Prozess wandert hauptsächlich Stahlschrott aber auch Erz, Schrott und Eisenschwamm. Dabei leistet der Ofen alle Prozessschritte vom Einschmelzen des Schrotts bis zur Raffination der fertigen Schmelze. 

Schema eines Lichtbogenofens
Schema eines Lichtbogenofens

Insgesamt werden drei Verfahrensschritte durchgeführt: 

  • Einschmelzen [bereits bekannt]
  • Oxidierende Reaktionsperiode
  • Reduzierende Reaktionsperiode

Oxidierende Reaktionsperiode

In der oxidierenden Reaktionsperiode wird als Oxidationsmittel Sauerstoff eingeblasen oder Eisenerz hinzugefügt. Beide führen dazu, dass Phosphor, Kohlenstoff, Mangan und Silicium über eine kalkreiche Schlacke abgezogen werden können. Diese phosphorreiche Schlacke bezeichnet man entsprechend als Erstschlacke. 

Reduzierende Reaktionsperiode

Im Anschluss beginnt die reduzierende Reaktionsperiode. Hierbei wird eine Zweitschlacke aufgebaut, die basisch ist und gleichzeitig reduzierend wirkt. Als Einsatzstoffe zur Erzeugung der Schlacke verwendet man Einsatzstoffe wie

  • Kalk,
  • Kohlenstoff und
  • Calcium-Karbid.

Besonders letzteres ist als entschwefeltes Kalzium in Verbindung mit reduzierendem Kohlenstoff hoch wirksam, wie die nachfolgende Reaktionsgleichung verdeutlicht:

$\ CaC_2 + 3 FeO \rightarrow 3 Fe + CaO + 2 CO $.

Die reduzierenden Bedingungen, wie auch das Abbrennen der Kohlenstoffelektroden im Lichtbogen, führen zu einer Entschweflung und gleichzeitig ermöglichen sie eine Zugabe von oxidierbaren Legierungselementen. 

Abschließend sollen die Vorteile des Elektroofens noch einmal zusammengefasst werden:

  • Anpassungsfähig in Bezug auf zu verarbeitende Eingangsstoffe,
  • Gute Regelbarkeit der Prozesstemperaturen,
  • Qualität der Stähle durch oxidierende und reduzierende Prozessschritte besonders hoch.