Titel: Sanderson's Verbesserungen im Ausschmelzen der Eisenerze.
Autor: Sanderson, Charles
Fundstelle: 1841, Band 80, Nr. VIII. (S. 29–35)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj080/ar080008

VIII. Verbesserungen im Ausschmelzen der Eisenerze, worauf sich Charles Sanderson, Stahlfabrikant in Sheffield, am 11. Okt. 1838 ein Patent ertheilen ließ.

Aus dem London Journal of arts. Dec. 1840, S. 216.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

Den Gegenstand meiner Verbesserung im Schmelzproceß der Eisenerze bildet ein Verfahren, die Schlake oder andere erdige und fremdartige Stoffe auf eine bessere und ökonomischere Weise von dem Metall abzuscheiden, als dieß gewöhnlich beim Schmelzen der Eisenerze geschieht. Dieses Verfahren besteht in einer neuen oder verbesserten Aufbereitungsmethode des Erzes, wonach ich im Stande bin, die in demselben enthaltenen Schlaken oder erdigen Stoffe von den metallischen Theilen zu trennen und wegzuschaffen, ohne nöthig zu haben, Metall und Schlaken in flüssigen Zustand zu versezen, und dann das flüssige Eisen von der Schlake ablaufen zu lassen, wie dieß bei Hohöfen gebräuchlich ist. Ich behandle nämlich das Erz auf folgende Weise: ich verseze die Schlaken oder sonstigen fremdartigen, im Erze enthaltenen Materien in einen flüssigen Zustand, so daß sie von dem Metalle sich trennen und abfließen, ohne daß das Metall selbst geschmolzen ist. Das Metall bleibt, nachdem die Schlake von demselben abgesondert worden ist, in einem Zustande teigartiger Consistenz zurük, und ist nun so weit fertig, daß es aus dem Ofen geschafft werden kann. Nach dieser Behandlung läßt es sich zu verschiedenen Zweken verwenden, entweder zur Darstellung des Stabeisens durch den Puddlingsproceß, zum Raffiniren oder zum Umschmelzen und zum Gusse in Flossen oder in andere verlangte Formen.

Nachdem ich gegenwärtige Verbesserung vorläufig in der Hauptsache dargestellt habe, will ich zur näheren Beschreibung der Methode schreiten, nach welcher meine Erfindung praktisch auszuführen ist, wobei ich mich zunächst auf die gewöhnliche Aufbereitungsmethode des Eisenerzes beziehe, um den Unterschied zwischen dieser und meiner verbesserten Behandlungsweise zu zeigen.

Bei dem gewöhnlichen Schmelzverfahren der Eisenerze kommt das Erz, nachdem es geröstet worden ist, mit dem Zuschlag und dem Brennmaterial in einen Ofen, und wird darin der Einwirkung einer intensiven, durch einen continuirlichen Luftstrom (mittelst des Gebläses) unterstüzten Feuerhize ausgesezt. Schlaken und andere fremdartige Stoffe sowohl als auch die metallischen Theile werden sonach |30| in einen flüssigen Zustand versezt, und sinken in den unteren Theil des Ofens herab. Das flüssige Metall als das schwerste kommt unten auf den Boden zu liegen, während die flüssige Schlake dasselbe bedekt. Sobald die leztere ins Schmelzen kommt, läuft sie durch eine zu diesem Zwek in den Ofen gemachte Oeffnung ab; das flüssige Metall fließt durch eine tiefer liegende Oeffnung ab, um sich in „Flossen“ oder anderen Formen zu sammeln.

Man sieht demnach, daß sowohl das Metall als auch die Schlaken in flüssigen Zustand versezt werden, daß die metallischen Theile durch die Schlake hindurchsikern und auf den Boden des Ofens fallen; wogegen bei meiner verbesserten Methode die Schlake allein flüssig wird, von dem Metall abfließt und dieses in einem Zustande teigartiger Consistenz zurükläßt, worin es so weit fertig ist, daß es sich zu mancherlei Zweken verwenden läßt. Ich gehe nun zur näheren Beschreibung meines verbesserten Verfahrens über, indem ich mich auf die beigefügten Zeichnungen beziehe.

Ich nehme Thoneisenstein, oder irgend eine andere Gattung Eisenerze, sie möge reich oder arm an Metall seyn, und mehr oder weniger erdige oder sonst fremdartige Bestandtheile enthalten. Nachdem diese Erze auf die gewöhnliche Weise kalcinirt oder geröstet worden sind, werden sie soweit zerkleinert, daß sie durch einen Sieb mit 1/2 Zoll weiten Maschen fallen. So vorbereitet wird das Erz mit einem kohlenstoffhaltigen Material, z.B. Holzkohle, zerkleinerten Kohks, oder einer sonstigen zu vorliegendem Zweke sich eignenden Substanz vermengt; die Quantität richtet sich nach den Umständen, ich halte indessen 10 Procent d.h. 10 Pfund Holzkohle oder Kohks auf 100 Pfund zerkleinertes Erz für das geeignetste Verhältniß. Wenn das Erz in seinem natürlichen Zustande Erdarten in solchen Verhältnissen beigemischt enthält, daß ihre Verschlakung bei der niedrigsten Temperatur, bei welcher die auf solche Weise verbundenen Erden schmelzen, vor sich geht, dann braucht kein Flußmittel beigefügt zu werden; enthalten dagegen die Erze solche Erdarten, welche bei der niedrigsten Temperatur nicht schmelzen, oder welche schwerflüssig sind, oder sind die Erdarten zwar schmelzbar aber nicht so, daß ihre Scheidung von dem Eisen, ohne auch nothwendiger Weise dieses zu schmelzen, vor sich geht, so muß dem Erze und den zerkleinerten Kohks eine Quantität Zuschlag in solchem Verhältnisse beigemengt werden, daß die erdigen Theile in dieser Mischung sehr leicht sich verschlaken. Meine Absicht geht darauf hinaus, ein vollständiges Schmelzen der im Erze enthaltenen erdigen Stoffe bei einem möglichst niedrigen Hizgrade zu Stande zu bringen, während das Metall selbst ungeschmolzen oder in nicht flüssigem Zustande zurükbleibt. |31| Das Erz oder die Mischung von Erz und Zuschlag kommt nach gehöriger Vorbereitung in einen Röstofen von irgend geeigneter Bauart, um die Feuchtigkeit zu entfernen, und das Erz vollkommen zu troken und zu erhizen. In diesem Zustande wird es in einen Ofen von passender Construction geschafft, worin es zunächst einer gelinden Hize ausgesezt wird, bis es sich desoxydirt hat; darauf wird die Hize allmählich gesteigert, bis das Erz mit dem Flußmittel zusammenzubaken und in eine Masse zusammenzusintern beginnt. Jezt steigert man die Hize noch rascher, bis die Schlake flüssig wird. Von diesem Zeitpunkt an wird die Hize auf gleichem Grade erhalten, worauf man das am Boden des Ofens befindliche Schlakenloch öffnet, um der Schlake, so wie sie flüssig wird, den Abfluß zu gestatten. Das Metall bleibt zurük, bis auf einen kleinen Theil, welcher sich während der Operation mit den Schlaken des Zuschlags verbunden haben mag. Sollte das Erz Bestandtheile enthalten, welche der Erzeugung einer guten Eisenqualität nachtheilig sind, z.B. Schwefel, Arsenik oder Phosphor, so schlage ich vor, solche Substanzen beizumengen, von denen man weiß, daß sie in Verbindung mit dem Erze und den Flußmitteln bei der Reductionsarbeit diesen Nachtheilen entgegenwirken, indem sie diese schädlichen Substanzen ganz oder theilweise beseitigen, und dadurch zur Vervollkommnung des Schmelzprocesses wesentlich beitragen.

Es ist demnach klar, daß der Metallgehalt des Erzes zwar in Metall verwandelt wird, welches mit Schlaken aufs innigste vermengt ist, ferner daß das Metall, je nach dem Grade der angewendeten Hize, sich in einem teigartigen Zustande von größerer oder geringerer Consistenz befindet, daß es aber nie in den Zustand vollständiger Schmelzung gelangt. Somit werden in Folge meiner Verbesserung alle jene Resultate, welche man in dem gewöhnlichen Hohofen erlangt, in diesem Ofen erreicht, bis auf den Umstand, daß das Metall nie in flüssigen Zustand versezt wird. Diesen Erfolg verschafft man sich ohne die Nothwendigkeit eines künstlichen Windstroms, und bei einem weit niedrigeren Hizgrade, als der beim gewöhnlichen Hohofen erforderliche. Das von der Schlake abgesonderte Metall muß nun durch Zangen oder auf irgend eine andere passende Weise aus dem Ofen geschafft werden.

Ich erlaube mir hier die Bemerkung, daß die obigen Resultate durch verschiedene Modificationen von Oefen erreicht werden können, weßwegen ich mich nicht auf irgend eine specielle Form oder Bauart derselben beschränke. In den Abbildungen habe ich nur eine solche Einrichtung dargestellt, welche dem vorliegenden Zweke zu entsprechen |32| schien, und zur Erläuterung des Verfahrens dient, meine Verbesserung mit praktischem Erfolge in Ausführung zu bringen.

Fig. 27 ist der Verticaldurchschnitt eines Präparirofens, worin das Erz geröstet und mit Kohle behandelt wird, indem man es mit der kohlehaltigen Substanz vermengt, und eben so wie in dem obern Theil oder dem oberen Kasten des gewöhnlichen Hohofens, den Einwirkungen der Hize aussezt. Fig. 28 ist ein Grundriß des Ofens, und Fig. 29 ein horizontaler Durchschnitt desselben nach der Linie x, y, Fig. 27.

Der Ofen theilt sich in zwei Kasten oder Kammern a, b zur Aufnahme des Erzes oder des Gemenges von Erz und kohlenstoffhaltigem Material. Diese Kasten oder Kammern werden von einer Feuerstelle d aus erhizt, und sind durch die Rauchfänge und Heizkammern c, welche von der Feuerung aus nach dem Schornstein e zu laufen, von einander geschieden. Hier ist der Ofen als rund dargestellt; er kann aber jede andere Gestalt besizen und ist, wie dergleichen Werke überhaupt, aus Ziegeln und Eisen aufgeführt. f, f ist das Hauptgewölbe aus Baksteinarbeit, worauf das ganze Bauwerk ruht. Zur Aufnahme des Erzes oder des mit kohlehaltigen Stoffen vermengten Erzes ist die äußere Kammer a oben offen; sie ist ferner mit Thüren g, g versehen, durch welche das in der Behandlung befindliche Material, sobald es geröstet ist, herausgenommen und in die innere oder Präparirkammer b geschafft wird. Auch diese ist oben offen, und besizt eine Thür h, durch welche das präparirte Erz nach Erforderniß herausgenommen und in einen kleinen eisernen Waggon, oder ein anderes geeignetes Behältniß geladen wird, mit dessen Hülfe es in den Reducirofen Fig. 30 gelangt, wo die Trennung der Schlake von dem Metalle vor sich geht.

Kommt das Erz ohne kohlenstoffhaltigen Zuschlag in die Kammer a, so muß solcher Zuschlag beim Herüberschaffen des gerösteten Erzes aus der Kammer a in die innere Kammer b, wo die Behandlung mit Kohle vor sich gehen soll, beigegeben werden. Ich ziehe es indessen vor, das Erz und die kohlenhaltigen Stoffe vor dem Rösten mit einander zu vermengen, und behandle das Gemenge auf folgende Weise.

Nachdem das rohe Erz zerkleinert, mit kleinen Kohks oder Anthracitkohle aufs innigste vermengt, und in die Kammer a gefüllt worden ist, wird es so weit erhizt, daß die flüchtigen Stoffe vollständig entweichen. Im Verlauf der Procedur kommt es unten an dem Boden an, von wo aus dasselbe von Zeit zu Zeit herausgenommen und durch geeignete Mittel nach der oberen Mündung der Kammer b gehoben wird. Hier wird das Erz, während es im erhizten |33| Zustande sich befindet, mit irgend einem von der Qualität des Erzes abhängigen Flußmittel beschikt. So wie das Gemenge allmählich auf die Sohle des Ofens herabsinkt, wird es durch die Thüre h in demselben physischen und chemischen Zustande herausgeschafft, wie das Erz in einem gewöhnlichen Hohofen an derjenigen Stelle ihn darbietet, wo Erz und Flußmittel im Begriff sind zusammenzuschmelzen. Dieses zubereitete Erz kommt nun in den Reducirofen Fig. 30, welcher, ohne Aenderung des Resultates, auf verschiedene Weise construirt seyn mag. Das für die Reducirarbeit sich qualificirende Product des Präparirofens sollte folgende Eigenschaften besizen: der metallische Antheil muß so wenig Kohlenstoff als möglich enthalten, und die dem Erze beigemengten erdigen Bestandtheile müssen mit dem Flußmittel so verbunden seyn, daß sie bei einer möglichst niedrigen Temperatur sich verschlaken und abfließen.

Fig. 30 ist der verticale Durchschnitt eines Reducirofens, worin die Absonderung der Schlake von dem Eisen vor sich geht.

Fig. 31 zeigt einen Grundriß desselben im Durchschnitt, wobei der Dekel der Reducirkammer weggenommen ist. Vorliegender Ofen ist gleichfalls aus Baksteinarbeit und Eisen aufgeführt. k ist die zur Aufnahme des zubereiteten Erzes und Flußmittels bestimmte Reducirkammer; sie ist aus feuerfesten Baksteinen gebaut, und wird erhizt, indem sie in unmittelbarer Berührung mit dem Feuer steht; zu ihrer Erhizung trägt ferner die von der Feuerung bei l aufsteigende heiße Luft bei, welche durch die Heizkammern m nach dem Schornstein n strömt. o, o ist das den Ofen umschließende Hauptgemäuer aus Baksteinen, welches unten den Aschenfall bildet; p ist der bewegliche Dekel der Reducirkammer, und q das Schlakenloch, durch welches die flüssige Schlake ablaufen kann, während das Metall zurükbleibt. Nachdem eine frische Beschikung heißen präparirten Erzes in die Kammer k geschafft worden ist, so wird die obere Ofenmündung durch den Dekel p verschlossen, und das Feuer, wie oben bemerkt, auf dem verlangten Hizgrade erhalten. Wenn nun die Schlaken alle abgeflossen sind, so wird das Metall auf irgend eine geeignete Weise hinweggeschafft, und der ferneren Bearbeitung übergeben, oder zu einem der oben namhaft gemachten Zweke verwendet, worauf der Reducirofen bereit ist, eine neue Beschikung zu empfangen.

Fig. 32 ist der senkrechte Durchschnitt einer andern Modification eines Reducirofens, worin derselbe Erfolg erzielt werden kann. Die äußere Einfassung dieses Ofens besteht aus Eisen, und die Feuerstelle umgibt die Reducirkammer ringförmig. Eine Zugröhre r, welche in den Aschenfall s sich erstrekt, unterhält, an der Stelle des natürlichen im vorhergehenden Ofen erzeugten Luftzugs, den Brand.

|34|

Fig. 33 ist ein horizontaler Durchschnitt nach der Linie a, b Fig. 32. Da gleiche Buchstaben die der vorhergehenden Figur entsprechenden Theile bezeichnen, und die Construction so wie auch das Verfahren aus der vorangegangenen Beschreibung und den betreffenden Abbildungen verständlich ist, so wird eine weitere Beschreibung nicht nöthig seyn. Derselbe Effect kann auch zum Theil, wenn auch auf eine unvollkommene Weise in dem offenen Ofen, in welchen ein Windstrom geleitet wird, erzielt werden. Die senkrechten und horizontalen Durchschnitte Fig. 34 und 35 zeigen diese Einrichtung; a ist die aus Baksteinen gebildete mit einem eisernen Mantel b umgebene Reducirkammer. Der zwischen dem Mantel b und der Kammer a befindliche Raum ist mit Wasser gefüllt, um die Wärmestrahlung oder die Zerstörung des Gemäuers zu verhindern. c, c sind die Gebläsedüsen.

Das präparirte Erz kommt mit dem Brennmaterial in die Kammer, das Gebläse wird angelassen, und dem zum Schmelzen der Schlaken erforderlichen Hizgrade gemäß regulirt. Durch das Schlakenloch d fließt darauf die Schlake ab, das Metall aber bleibt in der Kammer zurük, nachdem das Brennmaterial consumirt worden ist, und zum größten Theil in Dampfgestalt sich verflüchtigt hat. Ein gleicher Erfolg kann übrigens auch durch eine Modification des gewöhnlichen Hohofens erreicht werden, indem man eine Reducirkammer dieser Art an demjenigen Theil des Ofens befestigt, wo Erz und Schlaken im Begriff sind zu schmelzen und in den gewöhnlichen Schmelzkasten herabzusinken. Ich ziehe es indessen vor, auf die oben angegebene Weise mit besonderen Präparir- und Reduciröfen zu arbeiten, indem der Scheidungsproceß der Schlake von dem Metall weit vollkommner und ökonomischer vor sich geht.

Wenn das Metall zur Erzeugung von Stabeisen durch den Puddlingproceß verwendet, oder wenn es durch Raffiniren in Feineisen verwandelt werden soll, so kann es in dem Zustande, worin es aus dem Reducirofen kommt, genommen werden. Braucht man es zum Gießen, so kann man es von diesem Zustande aus schmelzen; will man dasselbe dagegen als Rohmaterial verkaufen, so thut man am besten, es umzuschmelzen, und in Flossen laufen zu lassen. Jede Art von Ofen von derselben Beschaffenheit wie die zur Darstellung des Flosseneisens in den Gießereien gebräuchlichen, eignet sich zu diesem Zweke.

Die ökonomischen Resultate meines verbesserten Schmelzprocesses werden erreicht durch die Kostenersparniß der Errichtung großer Hohöfen mit Dampfmaschinen und Gebläsen, wie solche zum Behuf des Eisenschmelzens gegenwärtig in Staffordshire, South Wales u.s.w. |35| im Betrieb sind. Ein weiterer Vortheil meiner Methode besteht darin, daß ich während der ganzen Zeit, in welcher der Ofen im Gang ist, eine gleichförmige Eisenqualität erzeuge, wobei die Production täglich sich gleich bleibt, und die Quantität derselben mit der Weite des Ofens im Verhältniß steht.

Nachdem ich nun meine Erfindung und das Verfahren, sie praktisch auszuführen, beschrieben und erläutert habe, bemerke ich, daß mir wohl bekannt ist, daß Eisenerze dem chemischen Proceß der Cementation bereits unterworfen wurden; eben so weiß ich, daß das Metall mit den erdigen Theilen, oder mit Flußmitteln, oder Schlaken in einem gewöhnlichen Schmelztiegel unter Anwendung von Hize in eine teigartige Masse reducirt, und ein Theil des Metalles durch Puddeln oder Rühren mit einer eisernen Stange davon ausgeschieden wurde; allein dieß geschah nur auf eine sehr kostspielige und verschwenderische Weise, lediglich als ein chemisches Experiment, oder um sich Proben von dem Erze zu verschaffen; das aus der teigartigen Masse ausgeschiedene Metall war dann mehr oder weniger mit Schlake vermischt. Bei meinem verbesserten Processe dagegen werden Schlaken und Flußmittel so behandelt, daß sie ins Schmelzen gerathen, abfließen und von dem Metalle sich abscheiden, ohne Rühren, Puddeln oder eine sonstige mechanische Operation. Deßwegen nehme ich als meine Erfindung in Anspruch: die verbesserte Methode, auf die erdigen oder sonst fremdartigen in dem Erze enthaltenen Stoffe so einzuwirken, daß sie ins Schmelzen gerathen, von den metallischen Theilen sich absondern, abfließen, und das Metall in dem Ofen oder in der Reducirkammer zurüklassen.

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