Ein Lichtbogenofen, auch Elektrolichtbogenofen (EAF) genannt, ist eine Anlage, die einen Lichtbogen verwendet, um Materialien, typischerweise Metalle, auf den Schmelzpunkt zu erhitzen. Ein typischer Lichtbogenofen schmilzt das Material oder die sogenannte „Charge“, indem ein elektrischer Strom über eine Reihe von Elektroden durch die Charge geleitet wird. Eine Kombination aus der durch den Stromdurchgang erzeugten Wärme und der Lichtbogenbildung auf der Ladungsoberfläche schmilzt das Material. EAFs sind in Forschungs- und Zahnprothesenlabors, Gusseisengießereien und Stahlproduktionsanlagen zu finden und können eine interne Kapazität von ein paar Pfund bis zu 400 Tonnen oder mehr haben. Lichtbogenöfen haben gegenüber anderen Ofentypen mehrere deutliche Vorteile.
Ein Elektrolichtbogenofen besteht typischerweise aus einem Mantel mit Seitenwänden und einer gewölbten Schüssel am Boden. Ein ausfahrbares Dachteil, durch das die Graphitelektroden abgesenkt werden, überdeckt den Ofen. Der Schalenabschnitt der Schale ist mit einer Schicht aus feuerfestem Material, dem sogenannten Herd, ausgekleidet. Der Hahn oder die Tülle zum Ablassen des geschmolzenen Metalls ist entweder an der Seite der Schale oder am Boden der Schüssel angebracht. Die Elektroden haben im Allgemeinen einen runden Querschnitt und bestehen aus Gewindeabschnitten, die das Hinzufügen neuer Abschnitte beim Abbrennen der Elektrode ermöglichen.
In einem Lichtbogenofen können entweder Wechselstrom- (AC) oder Gleichstrom-(DC)-Energiequellen verwendet werden. Der durchschnittliche Lichtbogenofen eines Stahlwerks arbeitet mit einer 400-900-Volt-Versorgung bei 44,000 Ampere oder mehr, die von Transformatoren mit einer Nennleistung von ungefähr 60,000,000 Volt-Ampere (60 MVA) geliefert werden. Ein solcher Lichtbogenofen kann etwa 80 Tonnen geschmolzenen Stahl pro Stunde produzieren. Die Größen von Lichtbogenöfen reichen von kleinen Einheiten, die in Forschungslabors mit einer Ladung von etwa einem Pfund verwendet werden, bis hin zu massiven Stahlwerksanlagen, die Hunderte von Tonnen Material schmelzen können. Die größten dieser Öfen haben Kapazitäten von über 300 Tonnen und verwenden Stromversorgungen von 300 MVA oder mehr.
Der Prozess des Lichtbogenschmelzens ist ziemlich einfach. Sobald die Schüssel oder der Herd des Ofens mit Einsatzmaterial gefüllt ist, werden die Elektroden abgesenkt, bis sie die Charge berühren. Der elektrische Strom wird dann angelegt, typischerweise bei niedrigeren Spannungen, um den Prozess zu starten. Der Stromfluss durch die Ladung in Verbindung mit der Strahlungsenergie des Lichtbogens erhöht die Wärme der Ladung bis zu einem Punkt, an dem sie schmilzt. Sobald die Charge vollständig geschmolzen ist, wird ihre Temperatur und chemische Zusammensetzung über Fernsonden oder -lanzen überprüft; Ist alles in Ordnung, kann die Metallschmelze abgeklopft oder abgegossen werden.
Die in den Öfen verwendeten Rohstoffe werden oft durch die Zugabe von Roheisen, Branntkalk und Dolomit ergänzt. Diese Zusätze fördern das richtige chemische Gleichgewicht in der Stahlschmelze und bilden Oberflächenschlacke, die Verunreinigungen ausschwimmt und die Charge isoliert. Lichtbogenofenanlagen bieten viel mehr Flexibilität als andere Ofentypen; sie können ein exklusives Angebot an Schrott verwenden und ihre Leistung kann bedarfsgerecht variiert werden. Lichtbogenöfen können auch schnell heruntergefahren und wieder gestartet werden, was bei Hochöfen nicht der Fall ist. Sie sind auch billiger zu installieren und verbrauchen weniger Strom pro Tonne Fertigprodukt.