Bei der wasserstoffbasierten Direktreduktion wird Eisenerz im festen Zustand reduziert – perspektivisch mit grünem Wasserstoff statt Erdgas – und das entstehende DRI anschließend im EAF zu Stahl eingeschmolzen. Klingt nach einer eleganten Lösung. Für die Feuerfesttechnologie beginnen damit jedoch neue Problemfelder. Der entscheidende Unterschied zu konventionellen schrott-basierten EAF-Routen liegt in einem einzigen Wort: Kohlenstoff – der im H-DRI schlicht fehlt.
Im klassischen EAF-Betrieb mit kohlenstoffhaltigem DRI (C-DRI) entstehen durch Kohlenstoffverbrennung CO-Blasen im Stahlbad. Das CO schäumt die Schlacke auf, begräbt die Elektroden und verbessert so den Wärmeübergang auf über 93 % thermische Effizienz – gleichzeitig sinkt der FeO-Gehalt in der Schlacke, was die Lebensdauer der Feuerfestauskleidung verlängert.
Bei H-DRI entfällt dieser Mechanismus vollständig. Ohne Kohlenstoff fehlt nicht nur die chemische Energie als Wärmequelle, sondern auch der CO-erzeugte Schaumschlackeneffekt und damit eine der wichtigsten Schutzfunktionen für die Auskleidung. Die Lichtbögen strahlen direkter auf die Gefäßwandung – thermische Belastung und lokale Verschleißraten steigen.
Durch den fehlenden Kohlenstoff lassen sich verbleibende Eisenoxide im Schmelzbad nicht weiter reduzieren – FeO geht verstärkt in die Schlacke über, was den Eisenverlust erhöht und den Feuerfest-Angriff verschärft.
Korrosion ist der wichtigste Verschleißmechanismus bei EAF-Feuerfestmaterialien. MgO aus der Auskleidung ist in der flüssigen Schlacke löslich, mit Sättigungsgraden zwischen 6 % und 14 % – je nach FeO-Gehalt und Badtemperatur. Ein höherer FeO-Anteil in der Schlacke verschiebt diese Sättigung ungünstig und beschleunigt den Abtrag von MgO-C-Steinen erheblich.
Mehr Schlacke, längere Schmelzzeiten, härtere Bedingungen
Das oxidische Gangart des DRI erhöht nicht nur das Risiko einer zu niedrigen Schlackenbasizität, sondern steigert auch Menge und Volumen der Prozessschlacken im Vergleich zum schrott-basierten Betrieb signifikant – mit direkter Wirkung auf die Standzeit der Auskleidung.
Hinzu kommt das Phänomen der sogenannten „Ferrobergs”: Bei hohem DRI-Einsatz können ungeschmolzene Feststoffcluster im Bad entstehen, die den Schmelzvorgang verzögern, die Betriebszeit verlängern und den Energieverbrauch erhöhen. Längere Schmelzzeiten bedeuten längere thermische Exposition der Auskleidung – ein direkt wirksamer Lebenszeit-Killer.
Der Schachtofen: Feuerfest unter reduzierender H₂-Atmosphäre
Nicht nur der EAF, auch der Direktreduktionsschachtofen selbst stellt das Feuerfest vor neue Fragen. Schachtofenauskleidungen zeigen durch den Betrieb mit Wasserstoff veränderte Verschleißmuster – die höheren Gasvolumina im Vergleich zu erdgasbasierten Prozessen erhöhen die Erosionsraten in Gasheizern und Wärmetauschern. Hochtonerde- und Siliziumkarbid-basierte Auskleidungen, die sich in Erdgas-DRI-Anlagen bewährt haben, müssen auf ihre Langzeitstabilität unter reiner H₂-Atmosphäre neu bewertet werden.
Die Antworten der Feuerfestindustrie sind mehrgleisig:
- MgO-Sättigung der Schlacke durch gezielte Zugabe von gebranntem Dolomit oder Magnesit, um den korrosiven Angriff auf die Auskleidung zu verlangsamen.
- Entwicklung kohlenstoffoptimierter MgO-C-Steine mit angepassten Antioxidantien (Al, Si), die die Kohlenstoffoxidation unter den veränderten Atmosphärenbedingungen bremsen.
- Angepasste Herdgeometrien für den DRI-EAF: DRI-basierte EAF arbeiten mit einem erhöhten Flüssigstahlanteil (Hot Heel) von bis zu 30 % des Gesamtschmelzvolumens, was neue Anforderungen an die Bodenauskleidung stellt.
- Digitale Zustandsüberwachung der Auskleidung durch Temperaturmessungen und Verschleißmodelle – ein wachsendes Feld.
Fazit: Feuerfest muss neu gedacht werden
Der Feuerfestangriff wird sich erhöhen – durch Kohlenstoffauflösung, längere Schmelzzeiten und FeO-Erosion –, sofern Feuerfestsysteme nicht grundlegend neu konzipiert werden. Das ist keine Hiobsbotschaft, sondern eine klare Aufgabenstellung: Die Transformation zu Green Steel ist zugleich eine der spannendsten Entwicklungsperioden für die Feuerfesttechnik seit Jahrzehnten.
