Das Linz-Donawitz-Verfahren (LD-Verfahren; englisch basic oxygen process, BOP) ist ein Sauerstoffblasverfahren zum Frischen, also zur Stahlerzeugung durch Umwandlung von kohlenstoffreichem Roheisen in kohlenstoffarmen Stahl.

Mit dem LD-Verfahren werden derzeit 72 % der Weltrohstahlproduktion hergestellt (Stand: 2013).^[1] Stahlwerke nach diesem Verfahren können lizenzfrei betrieben werden, da alle wichtigen Patente abgelaufen sind. Benannt ist es nach den beiden österreichischen Stahlwerken Linz (Oberösterreich) und Donawitz (Steiermark), deren Ingenieure den Prozess entwickelt haben.

Beschreibung

Das LD-Verfahren ist eine Weiterentwicklung des Thomas-Verfahrens. Statt des Einblasens von atmosphärischer Luft von unten wird Sauerstoff von oben aufgeblasen.

Beim LD-Verfahren wird ein basisch ausgekleideter Konverter, der so genannte LD-Konverter, mit flüssigem Roheisen, einem Kühlmittel (Schrott oder Eisenschwamm, insgesamt ca. 20 %^[2]) und Kalk oder Dolomit als Schlackenbildner beschickt. Danach wird durch eine ausfahrbare, wassergekühlte Lanze reiner Sauerstoff von oben auf die Eisenschmelze geblasen. Daher wird das LD-Verfahren auch als Sauerstoffaufblasverfahren bezeichnet.

Die heftige Verbrennung (Oxidation) der Eisenbegleiter sorgt für eine Durchwirbelung der Schmelze und eine starke Temperaturzunahme. Zur besseren Durchmischung und Herabsetzung des Wasserstoffpartialdrucks wird Argon durch Düsen im Boden eingeblasen. Die Löslichkeit des Wasserstoffs (ein Stahlschädling) in der Schmelze wird herabgesetzt. Dieser gast aus, was die Bildung sogenannter Wasserstofffallen im späteren Werkstück verhindern soll. Während des Frischprozesses nehmen die Gehalte von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor stetig ab, da diese mit dem zugegebenen Gesteinsmehl verschlackt werden.

Die Blasdauer beträgt zwischen 10 und 20 Minuten und wird so gewählt, dass die gewünschte Entkohlung und die Verbrennung bzw. Oxidation der unerwünschten Beimengungen erreicht wird. Die verbrannten Eisenbegleiter entweichen als Gase oder werden durch zugesetzten gebrannten Kalk in der flüssigen Schlacke gebunden.

Während des Konverterprozesses entsteht Kohlenstoffmonoxid (CO) durch die Oxidation des Kohlenstoffs, das in Form von Blasen in der Schmelze aufsteigt. Da der Kohlenstoffgehalt der Schmelze zu Beginn des Konverterprozesses noch am höchsten ist, läuft die Entkohlungsreaktion zu diesem Zeitpunkt am stärksten ab. Die CO-Blasen steigen auf und sorgen für ein Aufschäumen der Schlacke^[3].

Während des Stahlerzeugungsprozesses im Konverter kann der Abstand der wassergekühlten Sauerstofflanze zur Stahlbad- und Schlackenoberfläche variiert werden. Die Lanzenstellung beeinflusst u. a. die Stärke der Konvektion im Stahlbad, das Aufschäumen der Schlacke und hat außerdem einen Einfluss auf den Verschleiß der feuerfesten Ausmauerung des Konverters. Auch die Sauerstoffmenge, die pro Zeiteinheit auf das Bad geblasen wird (Sauerstoffdurchflussrate), ist einstellbar.

Das während der Entkohlungsphase entstehende Kohlenstoffmonoxid kann zur späteren Energiegewinnung genutzt werden. Um ein Entweichen des Gases und eine Reaktion des Kohlenstoffmonoxids zu Kohlenstoffdioxid zu vermeiden, wird der Konverter möglichst gut zur Umgebungsatmosphäre abgedichtet.

Das Stahlbad wird mit einer Temperatur von mehr als 1600 °C (bis zu heute möglichen 1750 °C) durch das Abstichloch in eine Pfanne abgestochen. Beim Abstich kann die Zugabe von Desoxidationsmitteln und Legierungsstoffen erfolgen. Danach wird die Schlacke über den Konverterrand abgegossen. Der Rohstahl kann anschließend einer sekundärmetallurgischen Behandlung zugeführt werden.

Nach einem Konverterprozess wird häufig ein Schlackenrest im Konverter belassen. Dieser kann als Basis für die Verschlackungsreaktionen der nächsten Konvertercharge verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit ist es, die im Konverter verbliebene Restschlacke zum sogenannten Slag-Splashing^[4] zu nutzen. Hierbei wird die Schlacke durch das Einblasen von Stickstoff durch die Lanze im Konverterinnenraum verteilt. Ziel dabei ist es, eine Schutzschicht auf der Konverterausmauerung zu bilden und hierdurch eine höhere Lebensdauer zu erreichen.

Die bisher erreichte Konvertergröße ist 380 t (ThyssenKrupp Stahl, Duisburg-Bruckhausen).

Ein wesentliches technisches Problem war anfangs die Beseitigung des braunen Rauchs (Eisen (Fe), das bei der hohen Reaktionstemperatur verdampft und als FeO aus dem Konverter entweicht), der weithin sichtbar war und ein Hindernis für die weltweite Verbreitung des LD-Verfahrens gewesen wäre; das Problem wurde jedoch technisch gelöst.

Entstehung

Bezeichnung

Die Herkunft der Abkürzung LD ist ungeklärt. Heute wird sie meist von den Produktionsstandorten Linz und Donawitz^[9] abgeleitet, an denen das Verfahren zur Produktionsreife gebracht wurde. Eine alte, seltener verwendete Bezeichnung ist auch Linzer Düsenstahl^[12][13] da der Sauerstoff über spezielle, hitzeunempfindliche Düsen eingeblasen wird.

Eine andere mögliche Herkunft stellt Linz-Durrer^[9] dar, da Durrer entscheidende Vorarbeit geleistet hatte. Er war allerdings der Meinung gewesen, der Sauerstoffstrahl müsse „tief, nach Art eines festen Körpers“, eingeblasen werden, was aber am Ende erfolglos blieb, weil sich keine reaktionsfähige Schlacke bildete. Hingegen führte das „nicht tiefe“ Ein- bzw. Aufblasen des Sauerstoffs rasch zu einer sehr heißen Reaktionszone und flüssigen Schlacke, was letztlich dem LD-Verfahren zum Durchbruch verhalf.

Die Begriffe „nicht tief“ und „tief einblasen“ sind wegen fehlender Maß- oder Bereichsangaben patentrechtlich unklar. Dies war der Grund, weshalb ein US-amerikanisches Gericht zwischen der Patentinhaberin und der US-Klägerin letztlich zu Gunsten der Klägerin entschied und das US-Patent für ungültig erklärte, weil es keine klare Lehre zum technischen Handeln enthalte.

Eine Weiterentwicklung des LD-Verfahrens ist das LD-AC Verfahren (A steht für die ARBED in Luxemburg, C für das Centre National de Metallurgique in Lüttich). Dabei wird Kalkstaub zusammen mit dem Sauerstoff durch die Blaslanze auf das Metallbad geblasen.

Auszeichnung

1959 wurden Otwin Cuscoleca, Felix Grohs, Hubert Hauttmann, Fritz Klepp, Wolfgang Kühnelt, Rudolf Rinesch, Kurt Rösner und Herbert Trenkler als Erfinder des LD-Verfahrens mit dem Karl-Renner-Preis ausgezeichnet.^[14][15]

Siehe auch

• AOD-Verfahren

Weblinks

Commons: Linz-Donawitz-Verfahren  – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Das LD-Verfahren erobert die Welt. In: ooegeschichte.at. Virtuelles Museum Oberösterreich; abgerufen am 1. Januar 1900 (Bericht zur Entstehung des LD Verfahrens). 
• expedition voestalpine: Linz & Donawitz – ein Verfahren schreibt Geschichte
• Die Geschichte des Linz-Donawitz-Verfahrens (PDF; 3,6 MB) voestalpine; 44-seitige Broschüre über Ursprünge, Anfänge und Auswirkungen des LD-Verfahrens
• LD-Stahl. (PDF; 7,5 MB; 51 Seiten) Zeitschrift des Österreichischen Stahlbauvereines, 3. Jahrgang, Heft 2, 1957.

Einzelnachweise

1. ↑ stahl-online.de (Memento des Originals vom 13. Dezember 2014 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.stahl-online.de
2. ↑ bdsv.org (Memento des Originals vom 2. April 2015 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.bdsv.org (PDF)
3. ↑ Helmut Burghardt, Gerd Neuhof: Stahlerzeugung. Hrsg.: Hans-Joachim Eckstein. 1. Auflage. VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1982, S. 68–75. 
4. ↑ Michael Degner u. a.,: Stahlfibel. Hrsg.: Stahlinstitut VDEh. Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf 2007, ISBN 978-3-514-00741-3, S. 53–59. 
5. 1 2 Schweizerische Bauzeitung: Wochenschrift für Architektur, Ingenieurwesen, Maschinentechnik, Band 83, 1965, S. 858
6. ↑ Günter Bauhoff: Lellep, Otto. In: Neue Deutsche Biographie (NDB). Band 14, Duncker & Humblot, Berlin 1985, ISBN 3-428-00195-8, S. 179 (Digitalisat).
7. 1 2 3 Stahl und Eisen, Band 73, Verein Deutscher Eisenhüttenleute, A. Bagel, 1953, S. 7
8. ↑ Helmut Heiber (Hrsg.): Akten der Partei-Kanzlei der NSDAP: Register, Band. 1, Oldenbourg Verlag, 1983, ISBN 978-3-486-49641-3, S. 472 (Akt 14120, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche)
9. 1 2 3 Metallurgie und Giessereitechnik, Bände 1–2, Verlag Technik, 1951, S. 173
10. ↑ Stahl und Eisen. Zeitschrift für das Deutsche Eisenhüttenwesen, Band 72, 1952, S. 993
11. ↑ Herbert Hiebler, Wilfried Krieger: Prof. Dr. mont. Herbert Trenkler zum 100. Geburtstag. In: Berg- und Hüttenmännische Monatshefte (BHM), Bd. 152, 2007, Heft 11, S. 378–380, hier S. 378 (doi:10.1007/s00501-007-0332-7).
12. ↑ Österreichische Bauzeitschrift: Organ der Fachgruppen für Bauwesen der österreichischen Ingenieur- und Architekten-Vereines und der städtischen Prüf- und Versuchsanstalt für Bauwesen Wien, Bände 11–12, Springer-Verlag in Wien, 1956, S. 25
13. ↑ Tätigkeitsbericht des österreichischen Gewerkschaftsbundes, ÖGB, 1956, S. U-46
14. ↑ Wiener Rathauskorrespondenz, 12. Dezember 1959, Blatt 2461.
15. ↑ Wiener Rathauskorrespondenz, 23. Jänner 1960, Blatt 114.