Titel: Hawkins's verbesserte Eisen- und Stahlfabrication.
Autor: Hawkins, John Isaak
Fundstelle: 1837, Band 66, Nr. XLVI. (S. 218–222)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj066/ar066046

XLVI. Verbesserungen in der Eisen- und Stahlfabrication, worauf sich John Isaak Hawkins, Ingenieur von Chase Cottage, Hampstead Road in der Grafschaft Middlesex, am 4. Julius 1837 ein Patent ertheilen ließ.

Aus dem Repertory of Patent-Inventions. Okt. 1837, S. 226.

Die unter gegenwärtigem Patente begriffene Erfindung, welche mir von Hrn. William P. Boydon mitgetheilt wurde, besteht 1) darin, daß ich das Eisenerz in geröstetem Zustande, nachdem die flüchtigen Theile auf gewöhnliche Weise aus demselben ausgetrieben worden, anwende, und es nach gewissen Proben, die ich mir auf eine später zu beschreibende Art verschaffe, einem Cementationsprocesse unterwerfe. Bei diesem Processe wird das geröstete Erz in einem geschlossenen, dem Luftzutritte unzugängigen Gefäße mit Kohle oder mit einer anderen Substanz, in der eine hinreichende Menge Kohlenstoff enthalten ist, umgeben, einer Hize ausgesezt, bei der es nicht in Fluß kommt. Durch diese Cementation erziele ich ein neues Product, welches durch einfache, schnell ausführbare und wohlbekannte Processe in Gußeisen, Gußstahl, geschmeidigen Stahl und Schmiedeisen verwandelt werden kann. Sie besteht 2) darin, daß ich mir eine Reihe von Proben bereite, nach denen ich die Cementation leite, um Eisen oder Stahl von irgend einer gegebenen Textur oder Qualität zu erzeugen.

Ehe ich auf die Beschreibung meines Verfahrens übergehe, muß ich die Bemerkung vorausschiken, daß die Resultate der Cementation wenigstens von 17 verschiedenen Umständen abhängen. Diese Umstände, die man sämmtlich genau kennen muß, sind:

1) die natürliche Beschaffenheit des Erzes;

2) der Grad der Röstung;

3) die Größe der Stüke, in welche das Erz zum Behufe der Cementation zerschlagen wurde;

4) die Porosität oder Dichtheit des Erzes;

5) die in einem Gefäße der Cementation unterworfene Quantität;

6) die inneren Dimensionen des Cementirgefäßes und die Dike seines Bodens sowohl, als seiner Wände;

7) die Art, wie die Oefen gesezt sind, um die Hize mit Vortheil auf die Cementirgefäße wirken zu lassen;

8) die Substanzen, aus der die Kohle gebrannt worden ist, und welche aus Knochen oder anderen thierischen Stoffen, oder aus |219| hartem, oder aus weichem Holze, oder aus anderen Körpern bestehen können;

9) den Grad, in welchem die Kohlen gebrannt sind;

10) das Alter der Kohlen und deren Feuchtheit oder Trokenheit;

11) der Grad ihrer Zerkleinerung;

12) die Quantität der angewendeten Kohle;

13) die Sorgfalt, womit die Erzstüke mit der Kohle vermengt worden sind;

14) die zum Anfachen des Feuers verbrauchte Zeit;

15) die Dauer der vollen Feuerung;

16) der erzielte Hizgrad;

17) endlich die Zeit, die nach dem Auslöschen des Feuers zum Abkühlen gelassen wurde.

Aus einer genauen Würdigung aller dieser Punkte wird man abnehmen, daß es unmöglich ist, für das Erz, die Kohle und die Dauer der Hize bestimmte Verhältnisse anzugeben: Verhältnisse, bei denen man aus allen Erzsorten und bei jeder Behandlung gleiche Resultate erhält. Ich bin daher gezwungen, gewisse Prüfungsmittel anzugeben, mit deren Hülfe Jedermann, der in der Eisen- und Stahlfabrication erfahren ist, ausmitteln kann, wie viel er von einer bestimmten Qualität gerösteten Erzes zu nehmen hat, und wie er es behandeln muß, um cementirte Erze von solcher Qualität zu erzielen, daß Gußeisen, Gußstahl, geschmeidiger Stahl und Schmiedeisen nach gegebenem Muster daraus gewonnen werden können.

Ich bediene mich, was den Cementationsproceß betrifft, zweier verschiedener Methoden. Nach ersterer nehme ich so viel grob gepulverte Kohle, daß jedes Stük gerösteten Erzes, dessen Stüke nicht über 3 oder 4 Pfd. betragen sollen, so viel als möglich damit umgeben ist. Die Hize lasse ich in diesem Falle mehr oder minder lang einwirken, damit das Erz je nach dem Stahle oder Eisen, das aus ihm erzeugt werden soll, seine gehörige Quantität Kohlenstoff mitgetheilt erhält. Nach der zweiten Methode hingegen nehme ich eine bestimmte Quantität fein gepulverte Kohle und eine bestimmte Quantität gerösteten Erzes in Stüken von 2 bis zu 3 Unzen, und seze beide sorgfältig in das Cementirgefäß gepakt, so lange der Einwirkung der Hize aus, bis alle Kraft der Kohle auf die Cementirung verwendet worden ist, und bis also eine längere Fortsezung der Heizung von verhältnißmäßig geringen Folgen seyn würde. Wenn man im Kleinen arbeitet und gute Gehülfen zur Hand hat, so dürfte die zweite Methode bessere Resultate geben, als erstere; allein im Großen und mit gewöhnlichen Arbeitern gebe ich dieser den Vorzug, weil die Zeit der Feuerung und der Grad der Hize leichter zu controliren |220| ist, als das bei der zweiten Methode nöthige sorgfältige Abwiegen und Einpaken in die Cementirgefäße.

Um mir nun die Proben zu verschaffen, welche als Anhaltspunkte zu dienen haben, wenn irgend ein Erz nach der ersten Methode behandelt werden soll, nehme ich gegen 400 Pfd. geröstetes Erz von einer Qualität, die der des zu bearbeitenden Erzes beiläufig gleichkommt, und zerschlage sie in Stüke von 3 bis 4 Pfd., welche ich jedoch mit den Splittern, die sich hiebei ablösen, vermengt lasse. Nachdem dieß geschehen ist, theile ich die Masse in 20 Portionen von je 20 Pfd. Jede dieser Portionen umgebe ich in einem starken gußeisernen Tiegel mit grob gepülverter Kohle, wobei ich auf das Verhältniß nicht Rüksicht nehme, und eine Qualität auswähle, die man sich leicht und regelmäßig zu verschaffen im Stande ist. Die oberste Erzschichte bedeke ich in jedem Tiegel wenigstens einen halben Zoll hoch mit Kohle, und auf diese bringe ich noch eine Schichte Sand von einem oder zwei Zoll Dike. Damit der Sand im Feuer nicht aufgerührt werde, bedeke ich den Tiegel mit einem Ziegel oder auch mit einem metallenen Dekel. Die solcher Maßen gefüllten Tiegel seze ich nach einander in einen Windofen, dessen Zug durch das Aschenthürchen und durch ein Register gut regulirt werden kann, und in welchem ich die Hize allmählich verstärke, bis sie in beiläufig 12 Stunden eine aus Weißglühen gränzende Rothglühhize erreicht hat. Ein Hizgrad, bei dem das Gußeisen in Fluß käme, muß vermieden werden. Auf dieser Hize erhalte ich meinen ersten Tiegel so gleichmäßig als möglich durch 80 Stunden, worauf ich ihm gegen 12 Stunden zum Abkühlen gestatte. Ich seze zum Behufe des Erhizens und des Abkühlens deßhalb einen so langen Zeitraum fest, weil in großen Oefen nothwendig dasselbe Statt finden würde; und weil mein Verfahren die im Großen eintretenden Vorgänge nachahmen soll. Sollten daher zum Heizen und zum Abkühlen des großen Ofens mehr als 12 Stunden nöthig seyn, so müßte auch bei dem Verfahren im Kleinen gehörige Rüksicht hierauf genommen werden. Auf dieselbe Weise behandle ich auch die übrigen 19 Tiegel, nur daß ich den zweiten durch 76, und den dritten durch 72 Stunden möglichst gleichmäßig erhizt halte, und daß ich an den übrigen Tiegeln die Dauer der Hize je um vier Stunden abkürze, so daß der zwanzigste Tiegel nur vier Stunden lang einer gleichmäßigen Hize ausgesezt bleibt. Nach dem Auskühlen des ersten Tiegels trenne ich das Erz von dem Sande und von der Kohle, und seze es in einem Tiegel, wie ihn die Gußstahlfabrikanten benuzen, einer Schmelzhize aus. Beinahe alle Erze liefern auf diese Weise beim Ausgießen einen Metallklumpen, der ein Muster von Roheisen gibt. Mit dem im zweiten |221| Tiegel erzielten Producte schlage ich ein gleiches Verfahren ein, und eben so auch mit jenem der nächstfolgenden Tiegel, bis das Metall endlich nicht mehr fließt, sondern während es ganz heiß ist, eine teigige Masse bildet, die mit einem Eisenstabe in Klumpen geformt und auf ähnliche Weise wie beim Puddlirprocesse von den Schlaken getrennt werden kann. Diese Masse bringe ich entweder unter den Hammer oder ich lasse sie durch ausgekehlte Walzen laufen, und erziele auf diese Weise einen Stab, der bei der Behandlung der meisten Erze als milder Stahl befunden werden wird. Das in den nächstfolgenden Tiegeln erzielte Material wird in den meisten Fällen einen noch milderen Stahlstab geben: und so wird man mit den nächstfolgenden Tiegeln immer milderen und milderen Stahl, und endlich Schmiedeisen erhalten, welches immer mehr und mehr an Güte abnimmt, bis endlich jenes des lezten Tiegels sich als ganz roh und unbrauchbar zeigt. Der lezte jener Tiegel, deren Inhalt in Fluß geräth, liefert Gußstahl; und dasselbe gilt auch von den zwei oder drei ihm zunächst vorausgehenden Tiegeln: nur wird der Gußstahl eines jeden Tiegels von anderer Qualität seyn. Alle jene Tiegel, welche eine längere Feuerung erduldeten, als die lezten jener Tiegel, die Gußstahl gaben, werden Gußeisen liefern, und zwar je nach der Dauer der Hizeinwirkung, von verschiedener Qualität.

Um mir die Proben, nach denen ich meine zweite Methode leite, zu verschaffen, schlage ich ganz dasselbe Verfahren, wie es eben angegeben wurde, ein; nur nehme ich hier fein gepulverte Kohle und Stüke gerösteten Erzes, welche nicht über 3 oder 4 Unzen wiegen. In dem ersten Tiegel nehme ich dem Gewichte nach an Kohle 25 Proc. des Erzes; in dem zweiten 24 Proc., und so herab in jedem Tiegel um ein Procent weniger, bis in dem lezten Tiegel die Kohlenquantität nur mehr 6 Proc. des Erzes beträgt. Wenn das Erz so innig als möglich mit dem Kohlenpulver vermengt in die Tiegel eingetragen worden ist, so seze ich sämmtliche Tiegel 24 Stunden lang mit Ausschluß der zum Erhizen und zum Abkühlen nöthigen Zeit einer möglichst gleichmäßigen Hize aus. Die in den einzelnen Tiegeln gewonnenen Metallmassen behandle ich ganz auf die oben beschriebene Art. Auf gleiche Weise, wie es hier angegeben worden ist und mit Beibehaltung derselben Kohlenmengen, mit dem einzigen Unterschiede jedoch, daß ich die gleichförmige Hize 48 Stunden lang unterhalte, verschaffe ich mir eine zweite Reihe von Proben. Bei einigen Erzen ist es sogar gut, sich auch noch eine dritte Reihe von Proben unter Anwendung einer gleichmäßigen Hize von 72stündiger Dauer zu bereiten.

Einige Erze von ungewöhnlichen Eigenschaften mögen, was diese |222| Proben betrifft, eine noch größere Ausdehnung oder Verminderung der Erhizungszeit sowohl, als auch der Kohlenmengen erfordern; und ebenso kann ein größerer Wechsel in der Größe der Erzstüke nöthig werden. Wenn man höchst genaue Proben haben will, so kann man dieselben auch noch dadurch vervielfältigen, daß man ihrer solche bereitet, die in Hinsicht auf die dabei angewendeten Verhältnisse zwischen den angegebenen in der Mitte stehen. Um mir übrigens in kürzester Zeit approximative Anhaltspunkte zu verschaffen, beginne ich gewöhnlich mit einer Reihe von fünf Tiegeln, bei deren Behandlung ich zwischen den einzelnen Tiegeln einen vier Mal größeren Unterschied als den oben angegebenen walten lasse. Erst später bereite ich mir dann je nach der Beschaffenheit der Erze und je nach den Anforderungen des Marktes gehörige Zwischenproben.

Bei der Anwendung dieser meiner Verbesserungen im Großen bediene ich mich jener Oefen, in denen man die Stahlerzeugung gewöhnlich vorzunehmen pflegt, wobei ich mich sowohl in Hinsicht auf die Beschikung, als in Bezug auf die Feuerung möglichst genau an die Proben, welche ich nachzumachen gesonnen bin, halte.

Ich erkläre schließlich, daß ich weder irgend einen Theil des Röstungsprocesses der Erze, noch das Gießen des Eisens oder Stahles, noch auch die Erzeugung von geschmeidigem Stahle oder Eisen aus dem cementirten Erze als meine Erfindung in Anspruch nehme. Eben so wenig gründe ich solche Ansprüche auf die Cementirung des Erzes als chemischen Proceß, da ich wohl weiß, daß dergleichen chemische Versuche bereits öfter gemacht wurden. Ich beschränke mich daher auf die fabrikmäßige Anwendung des Cementationsprocesses auf geröstete Erze, um nach einer systematischen Reihe von Proben ein neues Product zu erhalten, welches durch den einfachen und bekannten Schmelzproceß in Gußeisen und Gußstahl, oder durch das Puddliren, Ballen oder Frischen, und mittelst der Walzwerke in geschmeidigen Stahl oder in Schmiedeisen verwandelt werden kann.

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