Das LD-Verfahren erobert die Welt


Das in den vierziger Jahren entwickelte LD- oder Sauerstoff-Blasstahl-Verfahren, welches 1949 erstmals vorgeführt und 1952 in Linz in Betrieb genommen wurde, ist die bedeutendste Erfindung, die im 20. Jahrhundert von Österreich ihren Ausgang genommen hat. Doch wer sind die Erfinder? Und wie ist es dazu gekommen? Erbitterte Diskussionen unter Wissenschaftlern und noch erbittertere Auseinandersetzungen um die Patentrechte begleiteten die Entwicklungsgeschichte des LD-Verfahrens. Selbst die Bedeutung der Buchstabenfolge „LD“ ist umstritten.

Das LD-Verfahren
Das LD-Verfahren sicherte der österreichischen Stahlindustrie auf Jahre hinaus einen hohen Konkurrenzvorteil, da damit die Kosten der Stahlherstellung und auch die Investitionskosten gegenüber den Siemens-Martin-Öfen um 30 bis 50 Prozent gesenkt werden konnten. Der Anteil des LD-Stahls an der österreichischen Gesamterzeugung stieg von 0,5 Prozent im Jahre 1952 auf knapp 50 Prozent 1960 und 84 Prozent im Jahr 1980. Weltweit lag der LD-Anteil 1960 bei vier Prozent, 1980 bei 55 Prozent und liegt heute bei über 60 Prozent.

Stahl erzeugen

Stahl erzeugen heißt grob gesprochen aus den Ausgangsstoffen Roheisen und Schrott die unerwünschten Begleitelemente zu entfernen und den Kohlenstoffanteil durch Zuführung von Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff zu CO2 verbindet, auf höchstens zwei Masse-Prozent zu reduzieren.

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Stahl erzeugen heißt grob gesprochen aus den Ausgangsstoffen Roheisen und Schrott die unerwünschten Begleitelemente zu entfernen und den Kohlenstoffanteil durch Zuführung von Sauerstoff, der sich mit dem Kohlenstoff zu CO2 verbindet, auf höchstens zwei Masse-Prozent zu reduzieren.
Das erfolgte bis ins späte 18. Jahrhundert durch wiederholtes Umschmieden (Frischen). Beim Puddelverfahren wurde der Kohlenstoff durch Umrühren des flüssigen Eisenbads mit Luft in Kontakt gebracht. Beim Bessemer- und beim Thomas-Verfahren, die beide eine dem LD-Tiegel sehr ähnliche Birne verwenden, wird Luft von unten in den Tiegel eingeblasen.

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In Linz und Donawitz entwickelt
Beim Ende der 1940er Jahre in Linz und Donawitz entwickelten und 1952/53 an den beiden Standorten erstmals industriell verwendeten Sauerstoffaufblas- oder LD-Verfahren wird im Unterschied zum Bessemer- und Thomasverfahren statt Luft von unten reiner Sauerstoff von oben mit einer Lanze auf das Eisenbad im Tiegel aufgeblasen, um den im Roheisen enthaltenen Kohlenstoff bis auf wenige Zehntelprozent zu verbrennen und so aus dem spröden Roheisen schmiedbaren Stahl zu machen. Da dabei sehr hohe Temperaturen entstehen, können bis zu 30 Prozent Schrott verarbeitet werden, ohne dass zusätzliches Heizen notwendig ist.

Die seit 1938 aufgebauten Hermann-Göring-Werke, die 1945 in die VOEST umgewandelt worden waren, verfügten über sechs Hochöfen mit einer Roheisenkapazität von einer Million Tonnen. Es fehlten aber ein adäquates Stahlwerk und die entsprechende Weiterverarbeitung in einem Walzwerk. Für die anschließende Stahlproduktion verfügte das Werk 1948 nur über zwei Siemens-Martin-Öfen und insgesamt vier Lichtbogenöfen. Daraus ergab sich eine jährliche Stahlerzeugungskapazität von etwa 200.000 t.

Als 1948 der Entschluss für eine Breitbandstraße mit einer Kapazität von 700.000 t fiel, musste man die Kapazität des Stahlwerks zwangsläufig erhöhen und war auf der Suche nach der besten Methode der Stahlerzeugung: Man hatte die Wahl zwischen dem Siemens-Martin-Verfahren, dem Elektrostahl-Verfahren oder einer ganz neuen Technik. Denn das Bessemer- und das Thomas-Verfahren kamen wegen der chemischen Zusammensetzung des Linzer Roheisens nicht in Frage.

Die naheliegende Idee, zum Frischen des Roheisens nicht Luft, sondern gleich reinen Sauerstoff zu verwenden, hatte bereits Henry Bessemer um 1850. Allerdings konnte man bis 1928 reinen Sauerstoff großtechnisch gar nicht herstellen. Erst das Linde-Fränkel-Verfahren löste dieses Problem. Dann wurden die Überlegungen, mit reinem Sauerstoff zu frischen, von mehreren Seiten aufgegriffen. Das lange Zeit ungelöste Problem war die dabei entstehende Hitze, die jede Düse, mit der der Sauerstoff in das flüssige Roheisen eingebracht wurde, zum Schmelzen brachte.

Väter des LD-Verfahrens
Das LD-Verfahren hat mehrere Väter. Carl Valerian Schwarz ließ sich 1939 die Idee, einen Sauerstoffstrahl senkrecht von oben mit hohem Druck auf das flüssige Eisen treten zu lassen, patentrechtlich schützen. Auch John Miles and Partners meldeten eine Variante desselben Gedankens in verschiedenen angelsächsischen Ländern zum Patent an. Ende der 1930er Jahre begann auch der Schweizer Robert Durrer (1890-1978), der von 1928 bis 1943 dem Institut für Eisenhüttenkunde der TH Berlin-Charlottenburg vorstand, mit Versuchen mit seitlich oben aufgeblasenem Sauerstoff. Er ging 1943 in die Schweiz zurück und setzte seine Forschungen mit seinem Assistenten Heinrich Hellbrügge in den Von Rolleschen Eisenwerken in Gerlafingen fort. Auch Herbert Trenkler, der nach dem Krieg als Hüttendirektor in die VOEST kam, beschäftigte sich während des Krieges in Hagedingen mit Versuchen zum Sauerstoffaufblasen. Nirgendwo aber war es gelungen, das Verfahren zu einer großtechnischen Anwendung zu bringen.

Ab September 1947 begannen die Kontakte zwischen der Gerlafinger Technikern und der damaligen VOEST AG in Linz bezüglich einer Kooperation auf großtechnischer Basis. Die Blasversuche in einem 2,5-t-Konverter der VOEST liefen am 3. Juni 1949 an und hatten schon am 25. Juni durchschlagenden Erfolg. Koordiniert wurde das gesamte Versuchsprogramm vom technischen Direktor der VOEST Dipl. Ing. Dr. Theodor E. Suess, verantwortlich war der damalige Hüttendirektor Dipl. Ing. Dr. Herbert Trenkler, die Qualitätsprüfung übernahm Dipl. Ing. Dr. Hubert Hauttmann. Rudolf F. Rinesch erledigte die praktische Versuchsdurchführung.

Angeblich soll ein Zufall geholfen haben, dass die Linzer Versuche so erfolgreich verliefen. Einer der Frischversuche schien besonders gut zu verlaufen. Dr. Hauttmann bemerkte, dass bei diesem Versuch die Lanze, mit der die Düse möglichst nahe an das Roheisenbad herangebracht wurde, in etwa 40 cm Abstand von der Düse ein Loch bekommen hatte. Der Sauerstoff war also offensichtlich mit größerem Abstand oberflächlich auf das Eisenbad getroffen. Dennoch war das Ergebnis hervorragend. Man machte daher trotz skeptischer Einwendungen Durrers, der weiter auf ein möglicht nahes Heranführen der Düse drängte, einen neuen Versuch mit größerem Düsenabstand und geringerem Druck. Und die Resultate waren hervorragend.

Differenzen um die Urheberschaft
Dipl. Ing. Dr. Hubert Hauttmann fertigte daraufhin einen Rohentwurf einer Patentanmeldung an, welcher am 10. August 1949 bei der Hauptverwaltung der VOEST eingereicht wurde. Am 15. Dezmeber 1950 wurde dafür das Österreichische Patent Nr. 168589 erteilt. Hauttmann schien in der Patentschrift nicht als Erfinder auf. Der technische Direktor Dr. Suess meldete etwa ein halbes Jahr nach der ersten einwandfreien LD-Schmelze eine Reihe von auf seinen eigenen Namen lautenden Patenten an. Daraus ergaben sich schwere Meinungsunterschiede mit der VOEST, ob die Entwicklung eine Dienst- oder Privaterfindung war. Von der VOEST wurden alle beteiligten Mitarbeiter als „Miterfinder“ nachgemeldet. 1951 lenkte Suess ein. In einem Schreiben an die Rechtsabteilung der VOEST räumte er ein, dass Dr. Hauttmann 40 Prozent, Dr. Trenkler 40 Prozent und Rinesch 20 Prozent Anteil hätten.

Um den eigentlichen Erfinder des LD-Verfahrens gab es weiterhin erhebliche Differenzen. Dass es Durrer war, wie von seinem Assitenten Hellbrügge 1965 in der Festschrift für Robert Durrer behauptet wurde, wurde von den Beteiligten der Versuche in der VOEST und von anderen Hüttentechnikern heftig bestritten. Durrer experimentierte mit schrägem Einblaswinkel und möglichst nahem Heranführen der Düse an das flüssige Eisen. Beim Linzer Verfahren hingegen waren der senkrecht Aufblaswinkel und ein größerer Abstand der Düse vom Eisenbad entscheidend.

Bis heute ist zumindest auf wissenschaftlicher Ebene der Streit nicht bereinigt. Es ist auch strittig, was ursprünglich unter der Abkürzung LD verstanden wurde. Aus einem Protokoll vom 9. Dezember 1949 stammt der Vorschlag, dem Sauerstoffaufblas-Verfahren den Namen LD als Abkürzung für „Linz-Durrer” zu geben. Die VOEST selbst präferierte in den nächsten Jahren eher die Interpretation „Linzer Düsenverfahren”. Anlässlich des Jubiläums „Ein Jahr LD-Sauerstoff-Frischverfahren“ schrieb Trenkler 1953 von einem Prozess, „den wir kurz LD-Verfahren, Linzer Düsenverfahren, nennen wollen“. Hauttmann meinte, dass die Buchstaben zunächst überhaupt keine Bedeutung oder nur Linz-Donau gehabt hätten. In den späteren 1950er Jahren setzte sich aber immer mehr die Auffassung durch, dass LD gewählt worden sei, weil das Verfahren in Linz und Donawitz zur Industriereife entwickelt worden war.

Entscheidung für das LD-Verfahren
Am 9. Dezember 1949 wurde in der VOEST der richtungsweisende Beschluss gefasst, die Ausweitung der Rohstahlkapazität nicht nach dem Siemens-Martin-, sondern nach dem LD-Verfahren durchzuführen. Das mit zwei 30-t-Konvertern ausgestattete LD-Stahlwerk nahm am 27. November 1952 als erstes kommerziell arbeitendes LD-Stahlwerk der Welt die laufende Produktion auf. Die offizielle Eröffnung durch Bundespräsident Theodor Körner erfolgte am 5. Jänner 1953. Etwa zur gleichen Zeit wurde auch die Breitbandstraße in Betrieb genommen.

Im Jahr 1949 hatte sich auch die Österreichisch-Alpine Montangesellschaft mit dem Sauerstoffaufblas-Verfahren zu beschäftigen begonnen. Auch in Donawitz wurde in den Jahren 1950 bis 1952 eine erfolgreiche Versuchsreihe durchgeführt und mit der Errichtung von zwei 25-t-Konvertern begonnen. Die erste Schmelze im Donawitzer Konverter- bzw. LD-Stahlwerk wurde am 22. Mai 1953 erblasen.

Weltweiter Erfolg
Das Sauerstoffaufblas-Verfahren hat von Linz und Donawitz aus seinen Siegeszug um die Welt angetreten. Bis 1960 waren bereits 18 Stahlwerke nach dem Linz-Donawitz-Verfahren eröffnet. Heute werden weltweit 60 bis 70 Prozent des Stahls auf Basis des LD-Verfahrens erzeugt.

Die ersten zehn LD-Stahlwerke der Welt
27. 11. 1952
22. 5. 1953
August 1954
USA 1954
September 1956
April 1957
September 1957
Oktober 1957
November 1957
November 1957
Jänner 1958

Streit um das Patent
Um die internationale Anerkennung der LD-Patente kam es rasch zu Auseinandersetzungen. Die US-Firma H. A. Brassert Inc. pochte auf das in ihrem Besitz befindliche „Schwarz-Patent“. Obwohl das „Schwarz-Patent“ von den VOEST-Patenten deutlich abwich, wollte man es bei der VOEST vorerst auf keinen Rechtsstreit mit der amerikanischen Besatzungsmacht ankommen lassen und gründete zusammen mit Brassert 1952 die BOT (Brassert Oygen Technik AG) in Zürich. Über diese Gesellschaft wurden die Lizenzen vertrieben. Brassert verkaufte 1956 seine Anteile an der BOT an die VOEST und Alpine.

In den USA wurde die Gültigkeit der VOEST-Patente nicht anerkannt. In mehreren gerichtlichen Auseinandersetzungen, die sich von 1957 bis 1975 hinzogen, konnte sich die VOEST aus formalen Gründen nicht durchsetzen, obwohl die Gerichte die grundlegende Neuigkeit des österreichischen Verfahrens anerkannten. Die Stahlindustrie der USA hat sich dadurch mindestens 3 Milliarden Dollar an Lizenzkosten erspart. Mindestens dieselbe Summe ersparte man sich bei den Investitionskosten. Denn die Investitionskosten für ein LD-Stahlwerk beliefen sich auf etwa zwei Drittel eines größenmäßig vergleichbaren Siemens-Martin-Stahlwerks. Die Betriebskosten lagen gar nur bei rund 55 Prozent eines vergleichbaren Siemens-Martin-Werkes.

Dass die VOEST unter die führenden Stahlerzeuger der Welt aufrücken konnte, war nicht zuletzt dem LD-Verfahren zu danken. Aber auch der Aufstieg des Industrieanlagenbaus war dem LD-Verfahren zu verdanken. Bei der Errichtung des LD-Stahlwerks in Rourkela/ Indien konnte der aus der „Neubauabteilung“ hervorgegangene Industrieanlagenbau der VOEST erstmals seine Leistungsfähigkeit international unter Beweis stellen. So revolutionierte Linz die Stahlerzeugung der gesamten Welt und sicherte gleichzeitig den Standort Oberösterreich.

Linz & Donawitz – ein Verfahren schreibt Geschichte

Mehr als 60 Prozent der weltweiten Rohstahlproduktion werden heute mit dem LD-Verfahren erzeugt. Weitere 35 Prozent der Weltstahlproduktion entfallen auf das Elektroofen-Verfahren, bei dem Schrott mittels elektrischer Energie über Graphitelektroden aufgeschmolzen wird. Anderen, älteren Verfahren wie dem Siemens-Martin-Verfahren, dem Thomas-Verfahren oder gar dem Bessemer-Verfahren kommen heute immer weniger Bedeutung zu, da die Vorteile des LD-Verfahrens so deutlich überwiegen: Man kann damit sehr große Mengen Stahl mit relativ geringen Investitions- und Verarbeitungskosten herstellen. Der LD-Stahl überzeugt auch durch seine besondere Güte, seine optimalen mechanischen Kennwerte und eine hervorragende Schweißbarkeit.

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Mehr als 60 Prozent der weltweiten Rohstahlproduktion werden heute mit dem LD-Verfahren erzeugt. Weitere 35 Prozent der Weltstahlproduktion entfallen auf das Elektroofen-Verfahren, bei dem Schrott mittels elektrischer Energie über Graphitelektroden aufgeschmolzen wird. Anderen, älteren Verfahren wie dem Siemens-Martin-Verfahren, dem Thomas-Verfahren oder gar dem Bessemer-Verfahren kommen heute immer weniger Bedeutung zu, da die Vorteile des LD-Verfahrens so deutlich überwiegen: Man kann damit sehr große Mengen Stahl mit relativ geringen Investitions- und Verarbeitungskosten herstellen. Der LD-Stahl überzeugt auch durch seine besondere Güte, seine optimalen mechanischen Kennwerte und eine hervorragende Schweißbarkeit.
Der LD-Konverter besteht aus einem einfachen, kippbaren Stahlgefäß, dem so genannten Tiegel, der mit feuerfestem Material ausgekleidet ist. Darin werden das flüssige Roheisen und Schrott in einem Verhältnis von 70 : 30 Masseprozent eingebracht. Außerdem kommen noch Legierungselemente wie Ferromangan, Ferrosilizium oder Aluminium (rund 10 kg/t Rohstahl) und Kalk (rund 60 kg/t Rohstahl) hinzu. Mit einer wassergekühlten Sauerstofflanze wird reiner Sauerstoff auf das flüssige Eisenbad aufgeblasen. Nach einer Blaszeit von 15 bis 20 Minuten sind die Begleitelemente des Roheisens - allen voran Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor - auf das gewünschte Maß reduziert und der Schrott geschmolzen. Aus Roheisen ist Rohstahl geworden.
Das LD-Stahlwerk 3 der voestalpine in Linz produziert in drei Konvertern mehr als 5,1 Millionen Tonnen Rohstahl pro Jahr. Dieser wird an den Stranggussanlagen zu Brammen vergossen. Über 400 Stahlqualitäten können heute im LD-Stahlwerk 3 der voestalpine hergestellt werden, von unlegierten Baustählen bis zu mikrolegierten und hochkohligen Spezialstählen.

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Literatur:
Fiereder, Helmut: Der Weg zu LD und Breitband. Die Hütte Linz im Kontext der österreichischen Eisen- und Stahlplanung nach dem Zweiten Weltkrieg, in: Historisches Jahrbuch der Stadt Linz 1991 (1992), S. 261-313.
Köstler, Hans Jörg Köstler: Der Weg zur Stahlerzeugung nach dem Sauerstoffaufblas-(LD)Verfahren, in: Blätter für Technikgeschichte 59, 1997, S. 9-54.
Lackner, Helmut - Stadler, Gerhard A.: Fabriken in der Stadt: eine Industriegeschichte der Stadt Linz. Linz 1990.
Rapp, Stefan: Die Bedeutung des Innovationsmanagement für nachhaltigen Unternehmenserfolg am Beispiel des LD-Verfahrens. Dipl. Linz 2007.

Oberösterreichische Nachrichten, 26. März 2008

 

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