Die elektrische Roheisenerzeugung in Schweden. Von Dr.-Ing. H. Kalpers, Partenkirchen. Kalpers, Die elektrische Roheisenerzeugung in Schweden. Schweden ist das Land, das als erstes die Verhüttung von Eisenerzen im elektrischen Hochofen vorgenommen hat. Vor etwa 15 bis 20 Jahren wurde der erste brauchbare elektrische Hochofen in Domnarfvet in Betrieb genommen, dem im Laufe der Jahre nach Durchführung weiterer Verbesserungen und Sammlung von Erfahrungen bald eine Reihe von weiteren Oefen folgte. Wenn in Deutschland in dieser Richtung nichts unternommen wurde, so liegt das etwa nicht daran, daß man sich in technischer Beziehung hier hat überflügeln lassen, sondern es sprechen lediglich wirtschaftliche Gründe in diesem Falle mit. Ein elektrischer Hochofenbetrieb ist nur dann durchführbar, wenn der benötigte Strom möglichst billig bezogen werden kann. Schweden verfügt über reiche Eisenerzlager und ausgezeichnete Wasserkräfte, dagegen nicht über genügende Kohlenlagerstätten, während Deutschland von der Natur in weitem Maße mit Kohlen ausgestattet worden ist. Solange Kohle und Koks billiger sind als die elektrische Kraft, scheidet für deutsche Verhältnisse jede Erörterung über den Ersatz des Blashochofens durch den elektrischen Hochofen vollständig aus. Aber immerhin ist es doch von Interesse, zu verfolgen, wie sich die elektrische Roheisengewinnung im Laufe der Jahre gestaltet hat. Es sollen daher in folgendem zunächst die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Eisenerze, des gewonnenen Eisens, dann die Reduktionsmittel, die Elektroden, das Hochofengas, die Wirtschaftlichkeit des elektrischen Hochofenbetriebes und schließlich die heute in Schweden bestehenden elektrischen Hochofenwerke besprochen werden. Das wirtschaftliche Ausbringen der elektrischen Roheisengewinnung hängt in weitem Maße von dem Eisengehalt des Erzes und seinen anderen Bestandteilen ab. Ein Erz mit hohem Eisengehalt und einer solchen Zusammensetzung, daß diese eine leicht flüssige. Schlacke bildet, eignet sich am besten für das Verfahren, vorausgesetzt, daß es sich um Stückerz ohne Stauberz handelt. Das volumetrische Verhältnis zwischen dem Reduktionsmittel und dem Erz ist bei diesem Verfahren wesentlich geringer als im Blashochofen, und weiter ist die physikalische Beschaffenheit des Erzes von größerem Einfluß bei dem Durchgang der Gase durch den Ofenschacht. In manchen Fällen ist es möglich, 20 bis 30% Stauberz zu verwenden, doch hängt dies sehr von der Beschaffenheit des Reduktionsmittels ab. Als Reduktionsmittel dient in dem elektrischen Schachtofen, dem „Elektro-Metallofen“, in Schweden ausschließlich Holzkohle, die sich mit Rücksicht auf ihre Reinheit von Phosphor und Schwefel, ihren verhältnismäßig geringen Aschegehalt und ihr niedriges spezifisches Gewicht für diesen Zweck besonders eignet. Weitere Vorteile bieten ihr großer Porositätsgrad und die Tatsache, daß sie nicht bei Temperaturen, bei denen die Aschenbestandteile schmelzen, sintert; auch ist kein Zusatz von Kalksteinen zum Schmelzen der Asche erforderlich. Mit einem derartigen Reduktionsmittel kann ein wirksamer Gasdurchgang im Schacht leicht bewerkstelligt und die Reduktion mit Kohlenoxyd so in höchstem Grade erreicht werden. Die Holzkohle wird fast immer aus Nadelholz gewonnen, sie besitzt ein Gewicht in trockenem Zustand von 110 bis 140 kg/m3 und enthält gewöhnlich 7 bis 15% Feuchtigkeit. Ofenholzkohle aus rundem Holz hat sich als sehr geeignet für elektrische Schachtöfen bewährt. Die schmale, flache Holzkohle, so wie sie von den Sägewerken geliefert wird, eignet sich weniger, da sie sehr oft Betriebsstörungen verursacht hat. In Schweden verwendet man fast ausschließlich runde Kohlenelektroden, die entweder in Schweden selbst angefertigt oder aus Deutschland oder den Vereinigten Staaten eingeführt werden. Ihr üblicher Durchmesser beträgt 61 cm, ihre Länge 183 bis 230 cm. Elektroden von 71 cm Durchmesser und bis zu 3 m Länge sind für große Oefen gebräuchlich. In den neuzeitlichen elektrischen' Hochöfen Schwedens werden verschiedene Arten von Roheisen erzeugt, nämlich saures und basisches Bessemereisen und Eisen für den Martin-Ofen und das „Lancashire“-Verfahren. Einige Analysen von elektrisch gewonnenem Roheisen sind folgende: Eisenart Kohlenstoff Silizium Mangan Schwefel Phosphor Saures Bessemereisen – 1–1,5 3–3,5 0,008 0,016 Basisches        „ – 0,50 0,60 0,010 2,000 Martinoten-Eisen 3–3,5 0,65 0,31 0,018 0,015             „ 3,65 0,33 0,39 0,010 0,016 Lancashire-Eisen – 0,28 0,31 0,018 0.016             „ 2,88 0,41 0,22 0,018 0,042 Die Schlacke aus dem elektrischen Hochofen ist von genau der gleichen Beschaffenheit, wie die aus dem Blashochofen bei Benutzung desselben Erzes. Der elektrische Hochofen liefert rund 600 m3 Gas je Tonne Roheisen, also 1/7 von der im Blashochofen erhaltenen Menge. Da ohne Gebläsewind gearbeitet wird, enthält das Gas lediglich Elemente, die aus dem Erz, Kalkstein und Reduktionsmittel herrühren. Seine Zusammensetzung ist demnach grundverschieden von derjenigen der Kokshochofengase und besteht im Durchschnitt aus 15 bis 30% Kohlendioxyd, 55 bis 70% Kohlenoxyd, 8 bis 12% Wasserstoff, 0,5 bis 2% Methan und 0,5 bis 2% Stickstoff, sein Heizwert beträgt in trockenem Zustand 1900 bis 2600 Wärmeeinheiten/m3. Einige Faktoren, die die Kosten der Roheisengewinnung bei diesem Verfahren beeinflussen, sind kurz folgende: Im Gegensatz zum gewöhnlichen Hochofenprozeß übt der Eisengehalt der Charge keinen Einfluß auf den Verbrauch am Reduktionsmittel aus; vielmehr ist hier die Möglichkeit einer wirksamen Reduktion mit Kohlenoxyd von Bedeutung, die ein Gas mit möglichst hohem Kohlen-dioxydgehalt ergibt. Dies hängt hauptsächlich von dem Gasdurchlauf und der Reduktionsfähigkeit der Charge ab. Der geringste Holzkohlenverbrauch beträgt 305 kg je Tonne erzeugten Roheisens, der durchschnittliche Verbrauch 350 bis 400 kg. Der Verbrauch an elektrischer Energie richtet sich in der Hauptsache nach dem Eisengehalt der Charge, sowie nach der elektrischen Anlage, der Form und der Größe des Ofens. Ferner spielt die Art des zu erzeugenden Eisens eine Rolle. Wenn das Eisen einen niedrigen Mangan- und Siliziumgehalt aufweisen soll, wird der Ofen „kalt“ arbeiten und die Strahlungs- und Leitungsverluste werden geringer sein, als wenn ein an Mangan und Silizium reiches Eisen gewonnen und infolgedessen „heiß“ gearbeitet wird. Infolge dieser verschiedenen Umstände schwankt der Kraftverbrauch zwischen 2000 und 3000 Kilowatt-Stunden je Tonne Roheisen. An einem Ofen von Trollhättan vorgenommene Beobachtungen ergaben, daß rund 75% der dem Ofen zugeführten elektrischen Energie, gemessen an der Hochspannungsseite des Transformators, für das Verfahren verzehrt worden waren. Es ist aber anzunehmen, daß bei den neuen Oefen die elektrische Energie besser ausgenutzt wird. In diesem Zusammenhange ist auch das Belastungsvermögen zu berücksichtigen. Wenn z.B. ein Werk einen Vertrag abgeschlossen hat, der die Belieferung einer gewissen Anzahl der Stromeinheiten im Jahr zu einem bestimmten Preise vorsieht, wird dieses Hochofenwerk danach trachten, die elektrische Energie zwecks möglichster Erniedrigung der Kraftunkosten für die Tonne Roheisen vollständig zu verwerten. Der Elektrodenabbrand hängt fast ganz von der Beschaffenheit der Elektrode selbst ab. Während des Krieges war es unmöglich, Elektroden von einwandfreier Güte zu erhalten, und der Verbrauch war infolgedessen oft mit 15 bis 20 kg für die Tonne Roheisen sehr groß. Bei guten Elektroden dürfte der Abbrand 5 kg/t nicht übersteigen, vorausgesetzt, daß der Ofen gleichmäßig geht. Bei besonders günstigen Bedingungen beträgt er etwa 3 kg. Die Kosten für die Instandhaltung des Ofens sind im wesentlichen abhängig von dem Mangan- und Siliziumgehalt des Roheisens. Ist dieser Anteil hoch, arbeitet also der Ofen „heiß“, so werden Ofenfutter und -gewölbe schnell zerstört, bei niedrigem Gehalt dieser Elemente dagegen wird die Zerstörung langsamer vor sich gehen, so daß dann auch die Unterhaltungskosten geringer werden. Die Belegschaft für eine elektrische Hochofenanlage von 3 Oefen mit einer Jahreserzeugung von 30000 t umfaßt 75 Mann einschließlich Meister unter Berücksichtigung einer 8stündigen Arbeitsschicht. Die schwedischen elektrischen Hochofenwerke sind nun folgende: Das Uddeholm-Werk, Hagfors, arbeitet mit 5 elektrischen Hochöfen und erhält den elektrischen Strom (3-Phasen-Wechselstrom) von der Uddeholm-Aktie-Bolaget mit einer Primärspannung von 12000 Volt. Jeder Ofen ist mit drei wassergekühlten und ölisolierten Umformern ausgerüstet, einer für jede Phase. In den Umformern wird die Spannung auf 50 bis 100 Volt heruntergedrückt und kann durch besondere Regler in 8 Stufen eingestellt werden. Die Spannung je Elektrode schwankt in der Regel zwischen 35 und 50 Volt und die Stromstärke zwischen 15000 und 18000 Amp. Jeder Ofen besitzt 6 runde Kohlenelektroden, zu denen der Strom durch blanke Kupferstangen geleitet wird. Die diametral entgegengesetzten Elektroden sind in der gleichen Phase eingeschaltet. Der Ofenschacht wird von eisernen Säulen auf der Hüttensohle getragen, und die Oefen selbst sind mit Eisenplatten umkleidet und mit einfach schließenden Gichttrichtern (System Tholander) ausgerüstet. Der Schacht ist mit gewöhnlichen feuerfesten, der Herd und das Gewölbe mit besten feuerbeständigen Steinen ausgefüttert. Ein für alle Oefen gemeinsames Rohr von 71 cm Durchmesser leitet das Gas zum Herd, wo es zum Erwärmen der Oefen verwendet wird. Das Reinigen des Gases geschieht durch Spitzwasser, während sein Durchlauf durch wassergekühlte Hochdruckgebläse bewirkt wird. Der Wasserverbrauch zum Waschen des Gases beträgt 157 l/min, und zum Kühlen eines jeden Ofens 405 l. Die Holzkohle, die eine Seilbahn auf die Ofengicht fördert, gelangt in zylindrische Füllgefäße mit Bodenklappen. Erz- und Kalkstein werden vom Eisenbahnwagen direkt in eine Mühle ausgeladen, unter der ein Erzwagen steht. Dieser wird über einer schrägen Fahrbahn auf die Lademühle gezogen, wo er seinen Inhalt in einen Kippwagen leert, der über dem Erzbunker fährt. Die elektrischen Fördereinrichtungen für die Erzwagen und den Kippwagen arbeiten selbsttätig. Roheisen und Schlacke werden zu gleicher Zeit abgestochen, das Roheisen in gußeiserne Formen oder in Pfannen für das Bessemerwerk, die Schlacke in trichterförmige gußeiserne Formen. In der Gießhalle befinden sich zwei elektrische Krane von 3 und 10 t, ferner läuft ein Gleise durch das Werk. Die Leistungsfähigkeit dieses Werkes beträgt rund 45000 t im Jahr. Die Stora Kopparbergs Bergslags A. B. Domnarvet verfügt über 4 elektrische Hochöfen, ein fünfter Ofen ist im Bau. Der Strom, ein 3-Phasen-Wechselstrom von 6800 Volt, wird von dem Kraftwerk der Bullerforsen-Gesellschaft und zum Teil von Mockfjärd bezogen. Bei einem Ofen sind die Umformer unmittelbar und symmetrisch um den Ofen angeordnet, bei den anderen in einer Reihe längs der Oefen. Zwei Oefen besitzen je 6, die beiden anderen je 8 Kohlenelektroden von 61 bezw. 71 cm Durchmesser. Die Spannung an jeder Phase beträgt 70 bis 90 Volt, die Stromstärke an den 61-cm-Elektroden 14 000 bis 15000 Amp., an den 71-cm-Elektroden 18000 bis 20000 Amp. Das höchste Ausbringen der einzelnen Oefen im Jahr ist folgendes: 1 Ofen rund 11000 t, 1 Ofen 14000 t, 1 Ofen 12500 und der vierte Ofen 14 000 t Roheisen, zusammen 51500 t im Jahr. Die Oefen stehen 2 m über Hüttensohle, wodurch es möglich ist, Roheisen und Schlacke in auf der Hüttenflur stehende Wagen abzustechen. Der Ofenschacht wird von Trägern, die an den Wänden der Gebäude anliegen, gestützt. Die Holzkohle wird durch eine Seilbahn direkt von der eigenen Verkohlungsanlage bezogen, während Erz und Kalkstein in einem Wagen gefördert werden, der eine fertig gemischte Charge enthält und der diese Charge in eine Tasche über einem rotierenden Trichter leert. Zwei Hochöfen sind mit Tholander-Fülltrichter und zwei mit Parrytrichter ausgerüstet. Die Oefen sind für die Erzeugung von Roheisen errichtet worden, das in dem basischen Stahlwerk direkt verarbeitet wird; zu diesem Zweck dienen sie auch in der Hauptsache. Das Roheisen enthält rund 0,5% Silizium, 0,6% Mangan, 2% Phosphor und 0,010% Schwefel. Die Stora Kopparbergs Berglags A. B. Söderfors besitzt einen Hochofen, der 1915 gebaut und dessen Form seitdem öfters gewechselt wurde in der Absicht, das Heruntergehen der Chargen zu erleichtern. Diese Veränderungen sind in der Richtung vorgenommen worden, den Schacht mehr zylindrisch und am Boden breiter zu gestalten. Den Strom (3-Phasen-Wechselstrom) liefert die Kraftstation der schwedischen Regierung zu Alvkarlev mit einer Spannung von 18000 Volt, die auf 50 bis 100 Volt umgeformt und in 8 Stufen eingestellt werden kann. Die 6 Elektroden besitzen einen Durchmesser von 61 cm. Den (Schacht halten Träger, die in den Gebäudewänden befestigt sind. Das Gas verläßt den Ofen durch eine einfache Oeffnung von 81 cm und wird durch Spritzwasser gereinigt. Für die weitere Reinigung des Gases und seine Fortleitung dienen Hochdruckgebläse. Die Holzkohle wird durch eine Seilbahn auf die Ofengicht gefördert, Erz und Kalkstein in Wagen. Die Leistung des Ofens beträgt 12000 t Roheisen im Jahr, die im Flammofen weiter behandelt werden. Das Trolhättan-Werk verfügt über zwei Oefen, einen älteren für 2000 kW- und einen neueren für 3000 kW-Verbrauch, der 1917 in Betrieb genommen wurde. Die Schmelzleistungen betragen 7000 bzw. 9000 t Roheisen im Jähr. Im Laufe der Zeit wurde Ofen 1 umgebaut, um eine größere Breite an der Gicht zu erhalten. Die Stromspannung von 10 000 Volt wird für den kleineren Ofen auf 50 bis 90, für den größeren auf 50 bis 100 Volt in zwei bzw. drei wassergekühlten, ölisolierten Umformern bei einer Schaltungsmöglichkeit in 8 Stufen heruntergedrückt. Die Oefen besitzen 4 bzw. 6 runde Elektroden von 61 cm Durchmesser, von denen die diametral entgegengesetzten in derselben Phase geschaltet sind. Die Gichtverschlüsse sind Tholander-Trichter, während das erzeugte Roheisen Martinwerken geliefert wird. Das Porjus-Smält-Verk, Porjus, besitzt zwei Oefen, ein weiterer Ofen ist im Bau. Diese 3000-kW-Oefen bringen 9000 t je Ofen im Jahr heraus. Der 3-Phasen-Wechselstrom von 10000 Volt wird auf 50 bis 100 Volt umgeformt. Auch hier besitzen die Elektroden einen Durchmesser von 61 cm. Die Oefen arbeiten mit Holzkohle und Erz von Kiruna und Gellivare und stellen ebenfalls ein Roheisen für Martinwerke her.