Es begann vor 100 Jahren.

DAS ELEKTROSTAHLVERFAHREN
 

Die Versuche zur Gewinnung von Eisen auf elektrischem Wege haben eigentlich schon vor mehr als 100 Jahren die Aufmerksamkeit auf sich gelenkt Die allerersten Bestrebungen werden auf Werner Siemens zurückgeführt,auf dessen Anregung William Siemens schon im Jahre 1870 mehrere elektrische Schmelzofen in England entworfen und durch Patente geschützt haben soll. In diesen ist auch der eigentliche Grundgedanke der mit Elektroden arbeitenden Art von elektrischen Oefen die Erzeugung eines möglichst grossen Licht bogens in der Schmelzgegend des Ofens ausgesprochen. Es gab sehr viele Bemühungen, aber die Ergebnisse waren grössten teils minderwertiges Eisen ausserdem erwiesen sich die Anlagen meist als ausserordentlich kostspielig so dass von einem rationellen Arbeiten nicht die Rede sein konnte, und so blieb der weitere Ausbau dann über Jahrzehnte einfach liegen. Aber, wie in der Geschichte schon des öfteren bewiesen der Grundgedanke und sollte er auch in der hintersten Schublade vor sich hindösen war gefasst und his er wiederentdeckt werden sollte war an sich nur eine Frage der Zeit, oder vielleicht auch nur des Zufalls. Erst ganz kurz vor der Jahrhundertwende haben die vielen Bestrebungen Stahl in einem elektrischen Ofen zu erzeugen zur endgültigen Ausbildung eines neuen Verfahrens geführt: dem Elektrostahlverfahren. Emilio Stassano,ein italienischer Artilleriehauptmann stellte 1898/99 vor also genau 100 Jahren erste Versuche in einem elektrischen "Schachtofen" zu erschmelzen den er mit Hilfe der Soc. Siderurgica Comuna in Darlo aufstellen konnte Hierbei soll es gelungen sein aus allerdings sehr reinen Eisenerzen verschiedene weiche Eisensorten betriebsm„ssig herzustellen Aus Mangel an wirtschaftlichem Erfolg wurden die Versuche jedoch bald wieder eingestellt. Aber es ergaben sich daraus sehr wertvolle hüttenmännische Beobachtungen die der späteren Weiterentwicklung von sehr grossem Nutzen sein sollten.



Aus den bei Stassano Versuchen gewonnenen Erfahrungen war mit Recht zu folgern dass es unwirtschaftlich war die Reduktion der Erze (reduzieren=Entzug des Sauerstoffs in einem Oxid) und die nachfolgende Reinigung sowie Entkohlung des Roheisens in "ein und demselben" Schmelzraum vorzunehmen. Die beiden genannten Vorgänge finden grundsätzlich in von einander getrennten Oefen statt es wird also der "Hochofen" wieder streng von dem "Stahlofen"geschieden. Eine wichtige und wertvolle Erkenntnis. Aehnlich sah es auch beim elektrischen "Hochofen" von Heroult aus der zunächst von der "Soc.Electrometallurgique Française" in Froges (Isére) zu Versuchen aufgestellt wurde. Das hier erzeugte "Roheisen" wurde in einem nach Art "Martinofen" arbeitende, ebenfalls elektrisch beheizten kippbarem "Reiniger" in Stahl übergeführt. Zum Entkohlen wurde dabei Schmiedeeisenschrott im kaltem oder warmem Zustand verwendet.

In einem bedeutsamen Schritt in Richtung Eisen auf elektrischem Weg zu erzeugen war es P.Héroult gelungen Werkzeugstahl herzustellen. In La Praz (Savoyen) hatte seine (obengenannte) Gesellschaft seit ihrem ersten Versuch im Jahre 1900 bereits 2500 to. Stahl hergestellt. Bei dem Verfahren wurde ein geschlossener Ofen mit zwei Kohleelektroden angewandt, die unabhängig voneinander selbsttätig vorgeschoben werden und während des Schmelzens nicht in das Bad eintauchen. Beim Schmelzen kommt das Schmelzgut mit Luft oder mit Feuerungsgasen nicht in Berührung. Nach Beendigung des Schmelzverfahrens wird der Ofen gekippt,die Schlacke abgegossen und der Stahl in Formen gegossen. Es wird diesem Stahl nachgerühmt dass er billiger sei als Tiegelstahl und dass er frei von Gasen ist, keine Risse oder innere Spannugen aufweise. Im Jahre 1905 schreibt VDI Bei der Herstellung von spezialstählen deren analytische Zusammensetzung genau eingehalten werden muss, wirkt die Anwesenheit von Kohleelektroden störend, weil sie auf den Kohlenstoffgehalt des Stahles von Einfluss sind. Auch die Verwendung von wassergekühlten Stahlelektroden vermag dem nicht abzuhelfen. Hier aber kann der von Kjellin bereits 1900 erfundene elektrodenlose Schmelzofen ganz gute Dienste leisten, der auf einem der grössten der bisher bestehenden elektrischen Stahlwerke ,dem von Benedicks in Gysinge (Schweden) arbeitet. Dieser Ofen stellt in seiner Art sozusagen einen Transformator dar und hat den Vorteil dass man ihn mit verhältnimässig hoher Spannung speisen kann. In Gysinge sind mehrere solcher Oefen von 80 bis 1800 kg Fassungsvermögen aufgestellt.


Später hat sich eine besondere Abart des Kjellinschen "Induktionsofens" entwickelt, der wegen seiner mannigfaltigen Vorteile in steigendem Masse Anwendung gefunden hat, der "kernlose" Induktionsofen (früher auch Hochfrequenzofen genannt) Seine Bauart ist sehr einfach es ist ein tiegelförmiges Schmelzgefass, das sich in einer wassergekühlten Kupferspule in die der Strom der von einem Umformer kommt, geleitet wird. Die durch die Induktionsströme in dem metallischen Einsatz gebildete Wärme erhitzt das Bad und wird von diesem auch auf die darüber gebildete Schlacke übertragen,so dass die erforderlichen Umsetzungen zwischen Stahl und Schlacke stattfinden können.
(Aus:Technik des Eisenhüttenwesens VDE 1939)
Darüber hinaus gab es noch eine grosse Reihe der verschiedensten Bauarten die entwickelt wurden und die auch mit mehr oder weniger Erfolg Eingang in die Praxis gefunden haben. So seien besonders als wohl wichtigste Vertreter die Oefen von Frick-Keller Nathusius und insbesondere der Röchling-Rodenhauser Ofen hervorgehoben. Sie Alle hatten eine Gemeinsamkeit nämlich den elektrischen Strom als Warmequelle zu benutzen, nur, in der Art und Weise wie die Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme erfolgte unterschieden sie sich. Dr.M. Ungeheuer schrieb 1910 hierzu: Als Typus der "Lichtbogenerhitzung" gilt das Stassano-Verfahren während das ursprüngliche Heroult Verfahren für die vereinte "Widerstands-Lichtbogenerhitzung" bezeichnet wird, wohingegen das Kjellenverfahren von diesen beiden insofern weit abweicht, als bei ihm durch Verwendung eines Transformatorofens die zu erhitzende Substanz selbst den in den Stromkreis eingeschalteten Leitungswiderstand bildet Es handelt sich also in letzterem Fall um eine direkte Widerstandserhitzung die in elektrodenlosen "Induktionsöfen" eine Erfindung de Ferrantis vor sich geht. Allein die ersten Induktionsöfen erwiesen sich im Betrieb als sehr kostspielig und erforderten auch aussergewöhnlich teure elektrische Maschinen. Erst mit dem Bau der Drehstromöfen System "Röchling-Rodenhauser"der Elektrostahlanlagen GmbH Berlin wurden diese Hindernisse bezwungen.


Anfangs war man auch der Ansicht dass nur in kleinen Oefen von 2 bis 5 to. Stahl mit grosser Gleichmässigkeit und kleinsten Schlackeneinflüssen zu erzeugen sei. Dementsprechend waren auch die ersten Oefen ausgelegt. Es sollte sich aber schon sehr bald herausstellen dass dies ein Trugschluss war. Die Erfahrung lehrte nämlich dass es auch möglich war in grösseren Oefen Stahlqualitäten herzustellen die höchsten Ansprüchen gerecht wurden. In den grossen Ofeneinheiten tritt als Folge der starken Ströme eine lebhafte Durchmischung des Bades ein und durch gezieltes metallurgisches Vorgehen kann die Bildung unangenehmer Schlackeneinflüsse verhindert werden So kam man nach und nach zu Ofeneinheiten mit grossem Fassungsvermögen. Von den beiden Hauptofenarten Lichtbogen und Induktion setzte sich im Laufe der Zeit der Lichtbogenofen durch. Betriebliche Vorteile insbesondere eine schnelle Betriebsbereitschaft und die Unabhängigkeit von der Beschaffenheit des Einsatzes gaben den Ausschlag. Weitere grosse Vorteile waren zweifellos seine bessere Haltbarkeit und die Möglichkeit einer schnellen Ausbesserung. Von den Zahlreichen Bauarten an Lichtbogenöfen hat sich schlussendlich der Heroult Lichtbogen-ofen durchgesetzt. 1905 wurde der erste "Heroult Ofen (Patentiert 1900) in Deutschland bei den Richard Lindenberg Stahlwerken in Remscheid unter Leitung von Fr.H.Eichhoff in Betrieb genommen. Bauart Heroult-Lindenberg. Er gilt allgemein als der Vorfahre unserer heutigen modernen Anlagen ,auch in Luxemburg.

Elektrostahlwerk Dommeldingen.

1908 wollte man in Dommeldingen,das damals 3 Hochöfen mit einer jährlichen Kapazität von etwa 110.000 to. Roheisen besass einen neuen Weg beschreiten. Es war aber nicht einer der sonst üblichen Wege die Angliederung eines Thomasstahlwerkes sondern man versuchte sich die Erfahrungen auf dem Gebiet der elektrischen Stahlherstellung zunutze zu machen.


Die Idee kam von Emile Brian Werksdirektor von 1900 bis 1918 Die ersten Versuche im August 1909 erfolgten in einem 700 Kg Induktionsofen Röchling-Rodenhausen. Sie rechtfertigten 1911 den Bau von 3 Induktionsöfen mit je 3500 kg Leistung und eine weiteren von 500 kg Leistung. Sie waren ebenfalls Bauart Röchling-Rodenhausen. Es soll, so verlautete damals die Verarbeitung der luxemburgischen Eisenerze vermittels dem E-verfahren ein ungewöhnlich gutes Resultat gezeigt haben. Erste Ergebnisse sprachen sogar von einem Stahl der sich mit dem anerkannt guten schwedischen Stahl vergleichen liess. Das flüssige Roheisen aus dem Hochofen wurde in einem kippbaren Mischer Typ "Wellmann" (Gasgeheizt) vorbereitet 1913 wurde ein Martin-Ofen von 30 Tonnen in Betrieb genommen, der anfangs von Hand beschickt wurde, später 1923 mit einer mechanischen Lademaschine. Man sollte zwischendurch nicht unerwähnt lassen dass die Dommeldinger Hochöfen aus Koksmangel während des ersten Weltkrieges gedrosselt und 1920/21 sogar stillgesetzt wurden. 1922 nahmen sie die Produktion teilweise wieder auf, um aber 1927 definitiv ausser Betrieb zu gehen. Das erste Elektrostahlwerk funktionierte bis 1929 Danach übernahm ein Lichtbogenofen Typ Heroult mit 3 Elektroden und einem Fassungsvermögen von 8 Tonnen, später 10 Tonnen die Nachfolge der alten Induktionsöfen. 1936 wurde ein kleiner Ofen von 600 kg gebaut und 1943 ein weiterer Ofen ähnlich dem ersten. 2 Induktionsöfen (kernlos) mit einer kapazität von 1500 kg resp.500 kamen 1954 resp. 1957zu ihren ersten Einsätzen .Der erste Héroult wurde 1962 ersetzt durch eine moderne kippbare Ausführung der die Beschickung per Korb erlaubte. Dies war ein grosser Fortschritt.Der Martin-Ofen und der Wellmann Mischer stellten 1950 de Betrieb ein. (ARBED Un demi-siecle d'histoire industrielle 1911-1964 )
Vom Hochofen zum Elektroofen. Die in einem Elektroofen verlaufenden metallurgischen Vorgänge ähneln in ihren Grundzügen denen in einem Siemens-Martin-Ofen vor sich gehenden Reaktionen. Man verarbeitet hauptsächlich Schrott, dem man nach Bedarf Roheisen zusetzt.Wenn man, wie nun in Luxemburg vollzogen alle Hochöfen ausser Betrieb setzt und auf E-Stahl umsteigt, stellt sich doch die Frage nach dem Bedarf an Schrott und dem Schrottaufkommen. Woher der Schrott kommt, welche Qualität er hat und die wohl wichtigere Frage wie lange man Schrott für den E-Ofen auf dem Markt haben kann, womit sich auch gleich die Preisfrage anschliesst, dürften auch manchen Laien interessieren. Woher der Schrott kommt? Die Antwort auf diese Frage muss man gleich schon unterteilen:
a) Bei der Herstellung des Stahls fällt bereits im Stahlwerk und anschliessend im Walzwerk Schrott an, der auch weiterverarbeitet werden kann. Das war früher in viel grösserem Ausmass der Fall, heute ist dieser Anteil durch die neuen Stranggussanlagen weitaus geringer geworden. Stahlwerk und Walzwerk werden in Zukunft nicht mehr sehr viel Schrott hergeben.
b) In der "stahlverarbeitenden" Industrie fällt ebenfalls Schrott an, aber auch hier gilt genau wie unter a) die immer moderneren Anlagen sowie die viel bessere Auswertung der Installationen bewirken dass Schrott auch hier Schrott zur Mangelware wird. Am deutlichsten lässt sich das aus der Tatsache ableiten dass diese Betriebe nur noch sehr wenige und kleine Mengen an Material stockieren im Gegensatz zu früher wo riesige Lagerplätze oft grösser als der Betrieb selbst, nötig waren. Dabei ist auch dieser Schrott wie unter a) ein wertvolles Produkt. Beide lassen sich relativ einfach wieder in den Kreislauf des E-Verfahrens einbringen. Schrott hat als wertvolles Produkt seinen Preis.
c) Es bleibt noch der sogenannte Altschrott der in unserer heute so modernen Welt in grossen Mengen anfällt. Aber mit dem allein kann man "nicht viel Staat" machen. Allein die Aufbereitung verlangt schon grosse Investitionen und die Qualität wird sicherlich nicht besonders gut sein wenigstens nicht im Vergleich zu den beiden vorgenannten Aus dieser Erkenntnis erhebt sich die Frage : Wird das Angebot an diesem "minderwertigen " Schrott Bestand haben? Man kann nicht unbedingt "guten Schrott mit minderwertigem verkochen und daraus eine anständige Stahlsuppe erwarten.
d) Im Elektroofen werden aber in zunehmendem Masse sogenannte "Schrott-Ersatzstoffe "eingesetzt in Form von "Eisenschwamm" (HBI/DRI/Eisenkarbid) oder Roheisen (fest oder flüssig) HBI= hot briquetted iron in Form von Eierkohlen) DRI= direct reduced iron (Granulat) Beides ist Eisenschwamm und wird durch Reduzierung von Eisenerz gewonnen. Einerseits liefern diese "Ersatzstoffe" einen Zusatz an reinem Eisen und verdünnen damit die Unsauberkeiten des Schrotts (Wie Kupfer Chrom usw.) andereseits haben diese Stoffe festere Weltmarktpreise und können demzufolge die stark schwankenden Schrottpreise in "etwa" ausgleichen. Bemerkenswert ist in diesem Zusammenhang vorallem die Tatsache dass sich ARBED in Zusammenarbeit mit PAUL WURTH der Entwicklung eines Verfahrens zur DRI-erzeugung verschrieben haben. Dieses Verfahren soll sowohl auf Basis von Feinerzen als auch von Abfallstoffen (Staub-Sinter usw.) der Roheisen und Stahlerzeugung funktionieren. Es gibt also keine eindeutige Trennung mehr zwischen Konverterstahl und E-Stahl da vorreduzierte Erze (Eisenschwamm) im E-Ofen eingesetzt werden und so kann der E-Stahl langsam seinen Einzug in den Flachprodukten (Bleche) halten. Dabei wird das Wachstum beim E-Stahl stärker sein als bei dem Konverterstahl, da die Investitionenskosten für die tradionelle Stahlerzeugung über Hochöfen und Konverterstahlwerke enorm hoch sind. Vor etwa 25 bis 30 Jahren ist der Stahlverbrauch jährlich um 4 bis 5% gewachsen heute sind es nur noch 2 bis 3% (allerneueste Feststellungen reden wieder von 5%) In unseren Industrieländern ist zwar ein geringer aber noch wachsender Stahlverbrauch festzustellen Hingegen dürfte in sogenannten Entwicklungsländern und den ehemaligen Ostblockländern ein höherer Zuwachs an Stahlverbrauch zu erwarten sein. Weltweit wird es einen nicht ganz steilen aber immerhin noch recht bemerkenswerten Anstieg geben. Die Hochöfen werden sich näher an den Rohstoffquellen ansiedeln. (Seehäfen-Erz und Kohlegruben ) Vorallem aber werden in vielen Werken eine Anzahl von kleineren Hochöfen durch einzelne und leistungsfähigere Hochöfen ersetzt. Die Verlagerung und die Modernisierung der Roheisenproduktion wird sicherlich noch einige Jahrzehnte dauern. Wie dem auch sei , der Anteil an Konverterstahl und damit auch der Roheisenproduktion werden nicht rückläufig sein. Sicher fehlen in diesen meinen Uberlegungen viele wertvolle Argumente die ein Aussenstehender nicht kennen kann, die aber dazu beigetragen haben dass dieser Weg eingeschlagen wurde. Nach neuestem Stand sollen die beiden letzten Hochöfen "A" und"B" als nationale Monumente klassiert werden. Somit bliebe uns die vertraute Silhouette auf die wir immer stolz waren, wenigstens teilweise erhalten. Eine Erinnerung an vergangene Zeiten die uns dann niemand wird nehmen können.



Roger Kneip Quellennachweis: Technik des Eisenhüttenwesens VDE 1939 VDI Zeitschriften 1900 bis 1905 (Rundschau) Entwicklungsgeschichte der Luxemburgischen Eisenindustrie M.Ungeheuer 1910 Modell zur Abschätzung der Verfügbarkeit von Schrott Dr.H.Wienert (Stahl und Eisen) Der Weg des Eisens Dipl.Ing.Fritz Toussaint (Stahleisen-Verlag) Un demi-siecle d'histoire industrielle 1911-1964 (ARBED) Freundschaftliche Beratung durch Herrn Andre Kremer (Leudelingen)

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