December 24, 2025
Analyse der dynamischen Bedingungen beim Stahlherstellung im Elektrolichtbogenofen
Unzureichende kinetische Bedingungen für metallurgische Reaktionen innerhalb des Schmelzbades stellen seit langem eine zentrale technische Herausforderung bei der Elektrolichtbogenofen (EAF)-Stahlherstellung dar.
Die begrenzte Rührintensität des EAF-Bades hängt grundlegend mit den inhärenten Eigenschaften des Ofendesigns zusammen. Traditionelle EAFs verwenden Stahlschrott als primäres Rohmaterial und verlassen sich hauptsächlich auf elektrische Energie, ergänzt durch chemische Energie, um qualifizierten Flüssigstahl zu erzeugen. Folglich weist das EAF-Design typischerweise einen relativ großen Durchmesser und ein flaches Bad auf. Beispielsweise beträgt das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser eines 100-Tonnen-EAF nur etwa 53 % desjenigen eines Konverters mit gleicher Kapazität.
Im Allgemeinen ermöglicht ein größeres Verhältnis von Höhe zu Durchmesser eine höhere Sauerstoffzufuhrintensität. Darüber hinaus schränken praktische Einschränkungen im EAF-Betrieb — wie die Notwendigkeit, das Schmelzen von Schrott und den Schlackenfluss durch die Ofentür zu steuern — die erreichbare Rührintensität weiter ein. Infolgedessen beträgt die Bad-Rührstärke in einem EAF typischerweise nur 10 % bis 20 % der in einem Konverter erreichbaren.
Die Rührintensität kann durch die Fließgeschwindigkeit des Flüssigstahls quantifiziert werden. Numerische Simulationen des Flüssigstahlflusses in einem 100-Tonnen-EAF zeigen eine durchschnittliche Fließgeschwindigkeit von etwa 0,06 m/s. Im Gegensatz dazu beträgt die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit in einem 100-Tonnen-Konverter etwa 0,31 m/s. Dieser signifikante Unterschied unterstreicht die deutlich schwächeren Rührbedingungen innerhalb des EAF-Bades.
Diese Ungleichheit in der Dynamik manifestiert sich deutlich in der tatsächlichen Produktion. Die Schmelzverbrauchs- und Produktionskostenunterschiede zwischen EAF- und Konverter-Stahlherstellung sind ausgeprägt. Wichtige Endpunktparameter — wie das Kohlenstoff-Sauerstoff-Produkt ([C]·[O]), der gelöste Sauerstoffgehalt und der Schlacken-FeO-Gehalt — sind wichtige Indikatoren für die Bad-Rührintensität und haben einen erheblichen Einfluss auf die Endproduktqualität.
Daten aus mehreren fortschrittlichen Stahlwerken, die die Endpunktbedingungen für EAF- und Konverter-Schmelzen vergleichen, zeigen, dass die EAF-Stahlherstellung typischerweise zu einem höheren durchschnittlichen Kohlenstoff-Sauerstoff-Produkt (etwa 0,0032) und einem deutlich höheren endgültigen Schlacken-FeO-Gehalt (über 22,00 %) im Vergleich zur Konverter-Stahlherstellung führt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die geringe Rührintensität des Elektrolichtbogenofenbades, die durch die Ofengeometrie und die Prozessmerkmale eingeschränkt wird, eine grundlegende Einschränkung darstellt, die weitere technologische Fortschritte in Bezug auf die Effizienz und Qualitätskontrolle der EAF-Stahlherstellung behindert.
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