Lichtbogenofen

Metallurgy
Elektroofen zum Schmelzen von Metallen, wobei die erforderliche Wärme von einem elektrischen Lichtbogen abgegeben wird. Zur Erzeugung des Lichtbogens dienen Kohleelektroden. Für die Ofenkonstruktion werden zwei Verfahrensprinzipien unterrschieden: das Schmelzen mit indirektem und mit direktem Lichtbogen (Bild 1).

Bei indirekter Beheizung wird der Lichtbogen zwischen zwei Elektroden erzeugt, die waagerecht über dem Schmelzgut angeordnet sind. Die vom Lichtbogen abgegebene Wärme wird durch Strahlung an das Schmelzgut und an die feuerfeste Ofenauskleidung übertragen. Durch Schaukelbewegungen des Ofens um seine waagerechte Achse kommt die Schmelze mit einem großen Bereich der aufgeheizten Ofenauskleidung in Berührung. Der elektrische Anschluss ist einphasig. Öfen dieser Art haben meist nur ein geringes Fassungsvermögen bis etwa 1 t Eisen und werden hauptsächlich zum Schmelzen kleinerer Gusseisenchargen oder zum Duplizieren spezieller Gusseisensorten in Verbindung mit einem Kupolofen eingesetzt.

Bei der direkten Lichtbogenbeheizung werden die Elektroden senkrecht von oben nahe an das Schmelzgut herangeführt. Der Lichtbogen, der eine Temperatur von 3000 bis 4000 °C hat, entwickelt sich somit zwischen Elektrode und Schmelzgut, sodass die erzeugte Wärme direkt an den Schmelzeinsatz abgegeben wird, obgleich natürlich auch die Ofenauskleidung durch Strahlungswärme aufgeheizt wird. Solche Öfen werden mit einem Fassungsvermögen von einigen Hundert kg bis etwa 250 t (Bild 2) gebaut und dienen hauptsächlich zum Schmelzen von Stahl (einschließlich Stahlerzeugung) und Gusseisen. Der elektrische Anschluss ist durchweg dreiphasig, sodass drei Elektroden verwendet werden können, die mit automatischer Steuerung elektrisch oder hydraulisch auf das Schmelzgut abgesenkt werden, damit je nach den Erfordernissen ein entsprechend starker oder schwacher Lichtbogen entsteht. Ein Näherrücken an die Schmelzoberfläche verkürzt den Lichtbogen und erhöht die Strom- und Leistungsaufnahme.

Die vorstehend beschriebenen Lichtbogenöfen werden unter Zutritt der Luftatmosphäre betrieben. Im Gegensatz dazu kann das Lichtbogenschmelzen auch im Vakuum vorgenommen werden (Vakuumschmelzofen). In diesem Fall kommt nur die direkte Lichtbogenheizung in Betracht.

Die Vorteile des Lichtbogens in der Schmelztechnik und Metallurgie sind seine hohe Energiekonzentration und seine einfache Regelbarkeit. Diese Merkmale erlauben beliebige Temperaturführung, Anwendung reaktionsfähiger Schlacken, oxidierendes oder reduzierendes Schmelzen in Abwesenheit schädlicher Gase sowie gute Nutzung der Legierungsmetalle.

Bild 1: Prinzipanordnung von Lichtbogenöfen© GIESSEREI LEXIKON
Bild 2: Abstich eines 8t-Lichtbogenofens© SHB Stahl- und Hartgusswerk Bösdorf GmbH

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