Zusammensetzung des Lichtbogenofens

Zusammensetzung des Lichtbogenofens

Ein Lichtbogenofen (EAF) ist ein Gefäß, das die Hochtemperatur-Wärmeenergie nutzt, die durch einen Lichtbogen zwischen Elektroden und dem geladenen Material für die Stahlherstellung erzeugt wird. Zu den wichtigsten technologischen Entwicklungen in EAFs gehören der Hochleistungsbetrieb, Gleichstrom-Lichtbogenofen-Designs, das Gasumrühren am Ofenboden und Bodenauslasssysteme.

Die grundlegenden strukturellen Komponenten eines typischen EAF sind das Ofendach, die Ofenwand, der Ofenboden und das Abstichsystem.

1. Feuerfeste Materialien für das Lichtbogenofendach

Das Ofendach wird traditionell aus hochtonerdehaltigen Steinen hergestellt, die typischerweise 75 % bis 85 % Tonerde enthalten. Im Vergleich zu Kieselsteinen bieten hochtonerdehaltige Steine eine höhere Feuerfestigkeit, eine bessere Thermoschockbeständigkeit und eine höhere Druckfestigkeit. Reichlich vorhandene inländische Bauxitvorkommen haben hochtonerdehaltige Steine als primäres Dachfeuerfestmaterial etabliert, mit einer Lebensdauer, die etwa zwei- bis dreimal so lang ist wie die von Kieselsteindächern.

Mit dem Aufkommen von groß angelegten, ultrahochleistungsfähigen (UHP) Öfen hat sich die Lebensdauer von hochtonerdehaltigen Steinen verringert, was zu einer verstärkten Verwendung von basischen Feuerfestmaterialien wie gebrannten oder ungebrannten Magnesiasteinen und Magnesia-Chrom-Steinen geführt hat. Ein alternativer Ansatz beinhaltet die Verwendung von kommerziell gegossenen monolithischen Feuerfestformen oder vorgefertigten Abschnitten für das Dach. Im Vergleich zur herkömmlichen Ziegelbauweise bietet diese Methode Vorteile wie eine einfachere Installation, eine bessere strukturelle Integrität, eine erhöhte Beständigkeit gegen Lichtbogenstrahlung und eine verbesserte Thermoschockbeständigkeit.

2. Feuerfeste Materialien für die Ofenwand

Die Ofenwand ist in drei Hauptzonen unterteilt: die allgemeine Seitenwand, der Schlackenzonenbereich und die „Hot Spots“ neben den Lichtbögen.

   Allgemeine Seitenwand: Dieser Bereich wird hauptsächlich aus Magnesiasteinen, Dolomitsteinen oder Periklassteinen hergestellt. Ungebrannte Magnesia-basierte Steine und asphaltgebundene Magnesia- oder Dolomit-Stampfmassen werden ebenfalls verwendet.

   UHP/Sonderstahlöfen: Für Ultrahochleistungsöfen oder solche, die Sonderstähle schmelzen, werden häufig Magnesia-Chrom-Steine oder hochwertige Magnesiasteine verwendet.

Die Schlackenzone und die Hot Spots stellen die anfälligsten Bereiche der Ofenwand dar. Da die Gesamtlebensdauer der Wand oft durch den Verschleiß an den Hot Spots bestimmt wird, erfordert die Auskleidung in diesen Bereichen besondere Aufmerksamkeit. In der Vergangenheit wurden Magnesia-Chrom-Steine verwendet, die 100 bis 250 Schmelzen erreichten. Heute werden Magnesia-Kohlenstoff-Steine aufgrund ihrer hervorragenden Hochtemperaturfestigkeit und Schlackenbeständigkeit weit verbreitet eingesetzt, wodurch sich die Lebensdauer deutlich auf über 300 Schmelzen erhöht.

Um den Verschleiß auszugleichen und die Lebensdauer der Auskleidung zu verlängern, werden Ofenwände häufig mit wassergekühlten Paneelen oder Mänteln ausgestattet. Die Innenfläche dieser gekühlten Bereiche wird typischerweise mit einer feuerfesten Beschichtung besprüht, um eine Schutzschlackenschicht zu bilden. Dies reduziert zwar effektiv den Feuerfestverbrauch, führt aber zu einem entsprechenden Anstieg des Energieverbrauchs.

3. Feuerfeste Materialien für den Ofenboden

Der Ofenboden und die geneigten Böschungen bilden den Herd, der die Charge und das geschmolzene Stahlbad aufnimmt. Die Bodenauskleidung muss gleichmäßige Eigenschaften, eine dichte Konstruktion, Hochtemperaturstabilität, Festigkeit und Beständigkeit gegen Korrosion, Erosion und Thermoschock aufweisen, um Abplatzungen und das Eindringen von Metall zu verhindern.

Für gestampfte Auskleidungen wird hochwertiges Magnesia oder geschmolzenes Magnesia ausgewählt. Die Konstruktion erfordert sorgfältige Aufmerksamkeit, um eine gleichmäßige Dicke und Dichte über jede Schicht zu gewährleisten, mit einer ordnungsgemäßen Bindung zwischen ihnen. Die Bodenstruktur besteht typischerweise aus einer gestampften Arbeitsschicht auf einer permanenten Auskleidung. Die Arbeitsschicht wird oft mit teergebundenen Magnesiasteinen gebaut, während die permanente Auskleidung üblicherweise Magnesiasteine verwendet.

Die Schlackenzone an den oberen Böschungen ist einem starken Schlackenangriff ausgesetzt. Daher werden hier Auskleidungen verwendet, die denen der Hot Spots ähneln, wie z. B. geschmolzene oder direkt gebundene Magnesia-Chrom-Steine. Magnesia-Kohlenstoff-Steine sind auch eine ausgezeichnete Wahl für diesen Bereich.

4. Feuerfeste Materialien für Abstichlöcher

Die vorherrschende exzentrische Bodenausstichmethode (EBT) hat weitgehend Kippöfen mit festen Behältern ersetzt und ein Abstichloch an einer exzentrischen Bodenposition anstelle eines traditionellen Ausgusses integriert. Dieses Design eliminiert Kippmechanismen, vergrößert die nutzbare Fläche für wassergekühlte Paneele, reduziert den Verschleiß der Auskleidung, ermöglicht niedrigere Abstichtemperaturen, verkürzt die Abstichzeit und senkt letztendlich die Betriebskosten.

EBT-Abstichlochbaugruppen bestehen typischerweise aus:

   Abstichlochstein: Oft aus pechimprägniertem, gebranntem Magnesiastein.

   Abstichrohr/Hülse: Üblicherweise aus harzgebundenem Magnesia-Kohlenstoff-Stein mit etwa 15 % Kohlenstoffgehalt.

   Endblock/Düse: Häufig aus harzgebundenem Magnesia-Kohlenstoff-Stein (10-15 % Kohlenstoff) oder Al₂O₃–C–SiC-Stein.

Um ein reibungsloses Abstechen zu erleichtern, wird ein frei fließender Füllsand, oft auf Olivinbasis, als Abstichlochöffnungsmaterial verwendet.

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