Ofen zur Stahlerzeugung. Wie funktioniert er und welche Ofenarten gibt es?

Die Stahlindustrie ist einer der größten und wichtigsten Industriezweige der Welt. Sie war schon immer der Hauptantrieb der Wirtschaft. Ihre Produkte sind z.B. in der Metallverarbeitung, der Automobilindustrie, Maschinenbau und im Bauwesen unentbehrlich. Nur modernste, hochautomatisierte und äußerst zuverlässige Produktionslinien garantieren den wirtschaftlichen Erfolg in der Stahlproduktion. Heute erfahren Sie mehr über Ofen zur Stahlerzeugung und seine Arten.

Ofen zur Stahlerzeugung

Ofen zur Stahlerzeugung ist durch mehrere Merkmale gekennzeichnet. Unten haben wir die wichtigsten Öfenarten zur Erzeugung von Stahl beschrieben.

Bessemer-Ofen

Bessemer Ofen ist einer der bekanntesten Ofen zur Stahlerzeugung. Beim Bessemer-Verfahren wird Roheisen oder Schmiedeeisen mit vielen Verunreinigungen in das Abteilung einer großen Maschine (Bessemer-Ofen) und Luft unter den Konverter bläst, unter das Eisen gelegt. Die Luft wird in die unter dem Konverter entzündete Flamme gepresst. Wenn die Flamme trifft, erreicht die kalte Luft 3000 Grad Fahrenheit. Die Hitze entfernt alle Verunreinigungen aus dem Eisen und hinterlässt 99,445% Eisen, was der richtigen Menge Eisen im Stahl entspricht. Der Rest sind Verunreinigungen: 0,294% Kohlenstoff, 0,014% Phosphor, 0,199% Mangan, 0,105% Kupfer und 0,033% Silizium. Da der Bessemer-Konverter in der Lage war, so viele der Verunreinigungen zu entziehen, die im Eisen vorkommen, war der Stahl stärker.

Elektrische Lichtbogenöfen

Elektrolichtbogenöfen verwendet man zum Schmelzen von Stahlschrott für die Stahlproduktion. Elektrizität wird zum Schmelzen von Stahlschrott verwendet. Zwischen geladenem Material und Elektroden bildet sich ein Lichtbogen. Die durch diesen Lichtbogen erzeugte Wärme schmilzt den Schrott. Der elektrische Lichtbogenofen besteht aus drei Teilen (unterer Behälter, oberer Behälter und Dach) und kann hydraulisch gekippt werden. Der untere Behälter, der obere Behälter und das Dach sind innen mit einem feuerfesten Material ausgekleidet. Die Außenseiten des Behälters und das Dach bestehen im Allgemeinen aus einer wassergekühlten Stahlkonstruktion.

Der Ofentransformator befindet sich in der Nähe des elektrischen Lichtbogenofens. Dieser spezielle Leistungstransformator ist normalerweise ölgekühlt und in einem separaten Tresorraum installiert, um ihn vor Hitze zu schützen. Ergänzt wird das System durch eine hydraulische Antriebseinheit für Elektrodenbewegung und Dachlift, ein Kühlwassersystem, ein Druckluftsystem, ein Absaugsystem für Prozessgase und einen Kesselwagen.
ifm-Sensoren sind im Hydraulikaggregat, im Kühlsystem und in der Druckluftversorgung installiert.

Der Hochofen und sein Bau

Der Hochofen hat eine birnenförmige Gestalt aus zwei Kegelstümpfen, die durch Basen miteinander verbunden sind. Die gesamte Struktur ist etwa 40 Meter hoch, in der Eisenerze (hauptsächlich FeO, Fe 2 O 3 und Fe 3 O 4 ) zu Eisenmetall verarbeitet werden. Ein Teil des Ofens wurde durch den oberen Konus (Schacht) geöffnet. Es handelt sich um einen Rohstofftank. Eisen-, Koks- und Calciumerze werden von oben in den Ofen geladen. Dabei wird Koks in Kohlenmonoxid (CO) umgewandelt, das dann als Reduktionsmittel wirkt:

2 C + O 2 → 2 CO
3 CO + Fe 2 O 3 → 2 Fe + 3 CO 2

Das geschmolzene Eisen fällt auf den Boden des Ofens. Und Kalkstein reagiert mit Silikat-Verunreinigungen zu geschmolzener Schlacke, die auf der Oberfläche des Eisens schwimmt. Von Zeit zu Zeit werden Roheisen und Schlacke durch separate Ablassöffnungen aus dem Ofen abgelassen. Die Kapazität des Hochofens beträgt von 2 bis über 10 Tausend Tonnen Roheisen pro Tag.

Ofen zur Stahlerzeugung: Siemens-Martin-Ofen

Der geheimnisvolle Name des Ofens sagt nicht viel über das Verwendungszweck des Ofens Der Name des Martin-Ofens geht auf den Namen seines Erfinders, des französischen Metallurgen Pierre-Émil – Martin, zurück. Er war der erste, der 1864 den Prozess des Stahlschmelzens mit diesem Gerät entwickelte. Auch als Siemens-Martin-Ofen bekannt, ist er nichts anderes als ein großer Stahlwannenofen. Sie arbeitet mit Abgaswärmerückgewinnung. Es wird am häufigsten zum Schmelzen von Stahl aus Roheisen und Metallschrott verwendet.

Wozu dient der Siemens-Martin-Ofen und wie ist seine Funktionsweise ?

Das Bessemer-Verfahren stammt aus dem Jahre 1856. Es hat sich zur gebräuchlichsten Methode der Stahlherstellung entwickelt. Fast ein Jahrhundert lang feierte sie ihre Triumphe auf der ganzen Welt. Kurze Zeit später erfand der Franzose Pierre Martin eine alternative Methode der Stahlproduktion. Sowohl die neue Technologie als auch das dafür verwendete Gerät wurden nach ihm als Marten benannt. So wurden in den 1960er Jahren weltweit nur 2% des Stahls nach dem alten Verfahren hergestellt. Im Gegenzug wurden bis zu 90% nach dem Marderverfahren hergestellt. Die verbleibenden 8% waren auf moderne Technologien zurückzuführen, die nur aufkommende elektrische Lichtbogenöfen verwendeten.

Siemens Martin Ofen zur Stahlerzeugung
Siemens Martin Ofen

Der Siemens-Martin-Ofen, oder eigentlich der Prozess, der in ihm stattfindet, besteht aus der Verbrennung von Kohlengas über einer Ladung Roheisen und Kalkstein. Der Schöpfer bemerkte, dass bei der vorherigen Methode große Energiemengen verschwendet wurden. Insbesondere wenn kühle Luft blies durch geschmolzenes Eisen. In seiner Version beschloss er, Energieverschwendung zu verhindern und sie zu seinem Vorteil zu nutzen. Er nutzte die heißen Gase, die nach der Verbrennung des Kohlegases entstanden, um es zu erhitzen und Luft in den Ofen zu blasen, in dem das Gas dann verbrannt wurde. Diese Methode erhöhte die Temperatur im Ofen, wodurch der dem Roheisen zugesetzte Stahlschrott leicht zu schmelzen begann. Mit der Zeit begannen sich die zusätzlichen Vorteile der neuen Technologie bemerkbar zu machen, nämlich eine deutliche Senkung der Produktionskosten.

Eisenerzeugung im Marderofen

Der gesamte Prozess der Eisenerzeugung im Marderofen beginnt damit, dass dieser von oben mit einer Mischung aus Erz, Koks und Kalkstein beschickt wird. Beim Schmelzen von Roheisen- und Kalksteinschrott schlägt sich Schlacke an der Oberfläche des geschmolzenen Metalls nieder. Dies ist nichts anderes als die Entfernung unerwünschter Verunreinigungen in der Legierung. Gleichzeitig werden Luftdüsen, die sich am Boden der Kammer befinden, vor die Kammer geblasen. Die heißen Luftströme verursachen chemische Reaktionen, bei denen Eisenoxide reduziert werden. Der gesamte Schmelzprozess dauert zwischen 4 und sogar 12 Stunden. Das Roheisen wird zusammen mit der bereits abgetrennten Schlacke am Boden des Ofens getrennt gesammelt. Nachdem der Prozess abgeschlossen ist, wird der Stahl durch ein Loch in der Rückwand der Arbeitskammer abgelassen

Siemens-Martin-Ofen in Polen und auf der ganzen Welt

Heutzutage, sowohl in Polen als auch auf der Welt, werden Martin-Öfen aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen nicht mehr so häufig eingesetzt. Sie werden immer noch zur Herstellung kleiner Mengen von Spezialstählen, insbesondere rostfreien Stählen, verwendet. Die alte Mardermethode wird durch den Sauerstoffkonversionsprozess und teilweise durch den in den Lichtbogenöfen stattfindenden elektrischen Prozess verdrängt.