December 12, 2025
Der LF (Pfannenofen) Stahlherstellungsprozess beinhaltet die Überführung von geschmolzenem Stahl in seiner endgültigen Oxidationsphase aus einem Konverter oder Elektroofen in einen LF-Ofen. Hier werden 50-90 % der oxidierten Schlacke entfernt und reduzierende Schlacke zusammen mit einem Desoxidationsmittel zur Reduktionsraffination hinzugefügt. Durch angemessene Erhöhung der Rührzeit, der Schlackenmenge und der Rührleistung während des Erhitzens und durch vollständige Schlackenentfernung während des Abstichs kann der Schwefelgehalt im Stahl weiter auf weniger als 30 ppm für Schwefel ([%S]) und weniger als 20 ppm für Sauerstoff ([%O]) reduziert werden, was zu sauberem Stahl führt.
Sauerstoff hat eine begrenzte Löslichkeit sowohl in flüssigem als auch in festem Stahl, wobei die Löslichkeit in festem Stahl deutlich geringer ist. Im LF-Raffinationsprozess weist geschmolzener Stahl aus der Primärschmelze oft starke Oxidationseigenschaften auf, was Herausforderungen für die Tiefenentkohlung und Entschwefelung darstellt. Die Gefahren von Sauerstoff sind vielfältig:
Begrenzung der Entschwefelung: Ein hoher Sauerstoffgehalt oder ein hohes Sauerstoffpotential der Schlacke beeinflusst die Schwefelverteilung zwischen Stahl und Schlacke, verringert die Grenzflächenspannung und beeinflusst den Charakter und die Menge der schwefelhaltigen nichtmetallischen Einschlüsse. Eine effektive Entschwefelung erfordert eine vorherige Desoxidation.
Kohlenstoff-Reoxidation: Wenn geschmolzener Stahl abkühlt und kristallisiert, segregieren [C] und [O], was zu einer Kohlenstoff-Reoxidation und der Bildung von CO-Gasblasen führt. Diese Blasen beeinträchtigen die Kompaktheit des Stahls und verursachen Defekte wie Porosität und Lockerheit.
Nichtmetallische Einschlüsse: Ausgefällter Sauerstoff reagiert während der Erstarrung mit Elementen wie Si, Mn und Al und bildet nichtmetallische Einschlüsse, die zu Haarrißdefekten in hochwertigem Stahl beitragen und verschiedene Leistungskennzahlen wie Proportionalitätsgrenze, Schlagenergie, Dehnung und magnetische Permeabilität verschlechtern.
Synergieeffekt mit Schwefel: Sauerstoff verschlimmert die schädlichen Auswirkungen von Schwefel, indem er niedrigschmelzende Eutektika mit FeO und FeS bildet, die die Plastizität des Stahls verschlechtern oder Heißbearbeitungsschäden verursachen.
Im LF-Prozess werden üblicherweise Präzipitationsdesoxidation und Diffusionsdesoxidation eingesetzt:
Präzipitationsdesoxidation: Dies beinhaltet das direkte Hinzufügen eines Massen-Desoxidationsmittels zu geschmolzenem Stahl nach dem Entfernen der oxidierten Schlacke. Die Desoxidationselemente reagieren mit gelöstem Sauerstoff unter Bildung stabiler Verbindungen, die sich vom geschmolzenen Stahl trennen und in die Schlacke gelangen. Verbund-Desoxidationsmittel, die Al und Erdalkalielemente enthalten, werden häufig verwendet, da sie in der Lage sind, niedrigschmelzende Verbund-Desoxidationsprodukte zu bilden, die das Aufschwimmen und Entfernen von Einschlüssen erleichtern.
Diffusionsdesoxidation: Hier wird ein pulverförmiges Desoxidationsmittel auf die Schlackenoberfläche gegeben, wo die Desoxidationsreaktion an der Stahl-Schlacke-Grenzfläche stattfindet. Durch die Reduzierung des (FeO)-Gehalts in der Schlacke diffundiert Sauerstoff im geschmolzenen Stahl in die Schlacke und senkt dadurch den Sauerstoffgehalt des Stahls.
Schwefel gilt im Allgemeinen als schädliches Element in Stahl, das seine Qualität auf vielfältige Weise beeinträchtigt. Die Entschwefelung ist daher eine kritische metallurgische Aufgabe in der Stahlherstellung. Der LF-Ofen bietet günstige thermodynamische und kinetische Bedingungen für die Entschwefelung, was ihn für die Herstellung von Stählen mit niedrigem Schwefelgehalt von Bedeutung macht.
Im Gegensatz zur alkalischen oxidierenden Schlackenentschwefelung folgen die LF-alkalischen reduzierenden Schlackenentschwefelungsreaktionen diesen Reaktionen:
Da der meiste Schwefel in Stahl als [FeS] vorliegt, basiert die primäre Entschwefelungsreaktion auf der ersten Gleichung. Die Entschwefelungseffizienz hängt von der Schlackenbasizität, dem (FeO)- und (MnO)-Gehalt, der Schlackenmenge und der Fluidität ab.
Argonspülen am Pfannenboden ist ein entscheidender Schritt vor dem Stranggießen, der sich erheblich auf die Qualität des geschmolzenen Stahls und der Brammen auswirkt. Während der Bewegung des geschmolzenen Stahls kollidieren Einschlüsse, kondensieren zu größeren Partikeln und steigen aufgrund des Auftriebs auf (einige haften an Blasenoberflächen und steigen mit dem Blasenauftrieb auf).
Der Einschlußentfernungsprozess über Blasen umfasst mehrere Schritte:
