Selbstbrennende Elektroden und Graphitprodukte für Unterpulverlichtbogenöfen (außerhalb der Stahlerzeugung): Anwendungen

‌In der Stahlherstellung werden Ferromangan- (FeMn) und Ferrosilicium- (FeSi) Ferrolegierungen zur Desoxidation oder Zusammensetzungsanpassung eingesetzt. Zur Herstellung von Calciumcarbid (CaC₂), monokristallinem Silicium und Phosphor werden Kohlenstoffelektroden oder selbstbrennende Elektrodenpaste verwendet. Die selbstbrennende Elektrodenpaste ist eine Mischung aus Zuschlagstoffen wie Koks, Graphit und Anthrazitkohle, vermischt mit Steinkohlenteerpech. Diese Paste wird in ein zylindrisches Metallgehäuse gefüllt und nach dem Einschalten durch Widerstandserwärmung, die durch den Strom selbst und die vom Ofen zugeführte Wärme entsteht, allmählich zu einer leitfähigen Kohlenstoffelektrode gesintert.

    Für Großöfen bieten selbstbrennende Elektroden eine höhere Flexibilität im Betrieb, da das Verbinden der Elektroden entfällt und die Handhabung vereinfacht wird. Ihre Kosteneffizienz macht sie zur ersten Wahl für nahezu alle Unterpulverlichtbogenöfen, die nicht der Stahlerzeugung dienen. Aufgrund von Umweltbedenken werden selbstbrennende Elektroden jedoch zunehmend durch Kohlenstoff- oder Graphitelektroden ersetzt.

  Calciumcarbid (CaC₂) wird zwar nicht zur Stahlherstellung verwendet, aber dennoch durch Schmelzen von Branntkalk (CaO) und kohlenstoffhaltigen Materialien (z. B. Koks, Anthrazitkohle) in einem Elektroofen bei 2000–3000 °C gewonnen. Dieser spezielle Lichtbogenofen funktioniert wie ein Widerstandsofen, in dem die Spitzen der Kohlenstoffelektroden in die Rohmaterialbeschickung eintauchen, um die Zersetzung von CaC₂ zu unterdrücken und die thermische Effizienz zu erhöhen. Das geschmolzene Calciumcarbid wird über den durch den Lichtbogen geöffneten Auslass an der unteren Seitenwand des Ofens abgezogen.

  Für Anwendungen, die vorgebohrte Elektroden mit Durchmessern von 50–100 mm und Längen von 1000–2000 mm erfordern, werden künstliche Graphitelektroden eingesetzt. In typischen Calciumcarbid-Produktionsöfen (geschlossene Lichtbogenöfen) wird Phosphor durch Reduktion von Phosphatgestein mit Koks hergestellt. Diese Reaktion ist ein stark endothermer Prozess bei 1400–1500 °C, der erhebliche elektrische Energie, hauptsächlich in Form von Wärme, verbraucht. Aufgrund des deutlich geringeren Elektrodenverbrauchs im Vergleich zur Ferrolegierungs- oder industriellen Siliziumproduktion werden üblicherweise gebrannte Kohlenstoffelektroden verwendet.