Titel: Stirling, über einige Verbesserungen in der Eisenfabrication.
Autor: Stirling, John D. Morries
Fundstelle: 1853, Band 129, Nr. XLVIII. (S. 212–219)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj129/ar129048

XLVIII. Ueber einige Verbesserungen in der Eisenfabrication; von Hrn. J. D. Morris Stirling.

Vorgetragen in dem Institut der Maschinenbauer zu Birmingham.

Aus dem London Journal of arts, Mai 1853, S. 375.

Nach einer kurzen Einleitung, in welcher die Wichtigkeit einer chemischen Untersuchung der Eisenfabrication entwickelt wird, bemerkt der Verfasser, daß die hauptsächlichsten in Britannien angewendeten Arten von Eisenerzen der Thon-, der Kohlen- und der Roth-Eisenstein sind. Aus dem Rotheisenstein wird das reinste Roh- und das festeste Stabeisen bereitet; aus Thoneisenstein im Allgemeinen ein festeres Stabeisen, als von Kohleneisenstein. Ein geschickter Hüttenmann kann aber die verschiedenen Qualitäten ändern, so daß gutes Stabeisen eben sowohl aus Kohleneisenstein, als aus Roth- oder Thoneisenstein producirt werden kann.

Das erste Stadium in der Eisenfabrication besteht in der Verwandlung der Erze in Roheisen, welches auf mehrfache Weise bewirkt werden kann. In Britannien werden die Erze, wenn es erforderlich ist, zuvörderst geröstet und dann schichtweise mit Steinkohlen oder Kohks und mit Fluß (gewöhnlich kohlensaurem Kalk) in den Hohofen gebracht, welchem auch ein starker Windstrom, entweder von gewöhnlicher oder hoher Temperatur zugeführt wird, der durch die glühende Masse dringt, die Verbrennung des Brennmaterials und die Verwandlung und Schmelzung der Erze beschleunigt. Das erhaltene Roheisen wird gewöhnlich alle zwölf Stunden in Formen von prismatischer oder plattenförmiger Gestalt abgelassen. Man unterscheidet zuvörderst bei kalter und bei heißer Gebläseluft erzeugtes Roheisen, und theilt ferner beide Sorten in Roheisen Nr. 1, 2 und 3, welches zum Vergießen, und in weißes Roheisen, welches nur zum Verfrischen oder zur Stabeisenfabrication verwendet wird. Diese verschiedenen Nummern oder Sorten von Roheisen sollen durch ihren Kohlenstoffgehalt von einander verschieden seyn, obgleich dieß von vielen Chemikern bezweifelt wird. Nr. 1 ist dunkler, weicher und scheint mehr Kohlenstoff zu enthalten als die übrigen Nummern; weißes oder Frischroheisen scheint dagegen weit weniger Kohlenstoff als alles Gießerei-Roheisen zu enthalten. Da wir jedoch sehen, daß letzteres durch plötzliche Abkühlung, |213| wenigstens auf der Oberfläche und bis auf einige Tiefe, in weißes Roheisen verwandelt werden kann, so wird man zugestehen, daß die Farbe kein sicheres Kennzeichen des Kohlenstoffgehaltes sey. – (Das schwarzgraue Roheisen vom heißgaaren Gange des Hohofens, Nr. 1 der englischen Hütten, enthält nur 1 bis 2 1/2 Proc. chemisch gebundenen Kohlenstoff, dagegen 3 bis 4 Proc. Graphit, welcher dem Roheisen mechanisch beigemengt ist und die dunkle Farbe bedingt. Lichtgraues Roheisen Nr. 3 enthält 1 bis 1 1/2 Proc. gebundenen Kohlenstoff, und 1 bis 2 Proc. Graphit) weißes Roheisen vom rohen Gange (Frischroheisen) enthält 1 bis 2 Proc. gebundenen Kohlenstoff, aber keinen Graphit; Spiegeleisen endlich, das reinste Roheisen, welches in England nur wenig erzeugt wird, in Steiermark, Kärnthen, Siegen etc. aber ein gewöhnliches Product des Spatheisensteins mit Holzkohlenbetrieb ist, enthält 5 bis 5 1/2 Proc. gebundenen Kohlenstoff, aber ebenfalls keinen Graphit. Die Redact.)

Die Nummern 1, 2 und 3 geben jedoch keinen richtigen Begriff von der Beschaffenheit des Roheisens; sie zeigen bloß die Unterschiede zwischen dem Roheisen eines und desselben Hüttenbezirks oder eines gleichen Betriebes an. So gleicht Nr. 1 der Waleser Hütten sehr Nr. 2 der Schottischen und entspricht im Allgemeinen Nr. 2 der Staffordshirer Hütten. Waleser Roheisen Nr. 2 ist vollkommen so hart als Staffordshirer Nr. 3, oder wie Schottisches Nr. 4, welches zwischen Nr. 3 und dem Frischroheisen steht. Als allgemeine Regel kann gelten, daß Nr. 1 und 2 zu kleinen Güssen, Nr. 2 und 3 im Gemisch zu Güssen mittlerer Schwere und Nr. 3 oder Mischungen von diesem und 4 von schottischem Roheisen und Nr. 3 von englischem Roheisen, zu schweren Gußstücken zweckmäßig sind. Gemische von Waleser und Schottischem, oder von Staffordshirer, Waleser und Schottischem Roheisen, geben festere und bessere Gußsachen als solche von bloß einer Roheisensorte.

Dieses Verfahren zur Fabrication fester Gußwaaren ist schon lange in Gebrauch, und die dadurch erlangte Festigkeit ist ohne Zweifel eine genügende; stets fehlt es jedoch den Güssen an Gleichförmigkeit und zuweilen ist es auch schwierig, sich die von dem Maschinenbauer oder Architecten vorgeschriebenen, oder von dem Gießer in Folge eigener Erfahrung gewählten Roheisensorten zu verschaffen.

Es erschien dem Verfasser daher sehr wünschenswerth, wo möglich eine Roheisensorte zu erlangen, welche eine gleichförmige und constante, oder doch eine nicht unter einer gewissen Gränze stehende Festigkeit hat. Nach zahlreichen Versuchen und Proben erreichte er seinen Zweck durch |214| gewisse Gemische von Schmied- und Roheisen, welche verstärktes Gußeisen (toughened cast-iron) genannt wurden.38)

Roheisen Nr. 1 hat die geringste und Nr. 3 die größte Festigkeit. Um nun die Festigkeit dieser Sorten, so wie solcher von verschiedenenen Hütten auszugleichen, braucht man nur dem Roheisen verschiedene Mengen von Schmiedeisen beizumischen. Dadurch werden die bisher üblich gewesenen Mischungen unnöthig und es wird eine weit größere Festigkeit erlangt, so daß zufällige Fehler beim Guß, oder eine Gewichtsverminderung der Stücke weniger Nachtheile haben. Die mittlere Festigkeit der besten Roheisen-Gemische, so wie des verstärkten Gußeisens ist nach den bekannten Versuchen von Hodgkinson folgende:

Relative Festigkeit von Stäben von 1 Zoll im Quadrat, welche auf 4 1/2 Fuß von einander entfernten Stützpunkten aufliegen.

Roheisen, mittleres Brechungsgewicht 436 Pfd.
Verstärktes Gußeisen „ 733 „

Absolute Festigkeit.

Roheisen, mittleres Zerreißungsgewicht 7,036 Ton.
Verstärktes Gußeisen „ 11,790 „

Rückwirkende Festigket.

Roheisen, mittleres Zerdrückungsgewicht 38,582 Ton.
Verstärktes Gußeisen „ 59,522 „

Um das Gesagte verständlicher zu machen, sind unten die Verhältnisse mitgetheilt, welche man angewendet hat, um sehr weiches schottisches Roheisen (Nr. 1, heiß erblasen), und sehr hartes Waleser (Nr. 2, kalt erblasen), fast gleich fest zu machen.

Schottisches Roheisen, Nr. 1, heiß erblasen, zerbricht unvermischt mit 430 Pfd.
Bei einer Vermischung mit 33 Procent altem Brucheisen mit 713 „
Dasselbe schottische Roheisen, mit nur 20 Procent Schmied-Brucheisen,
zerbrach mit

620 „
|215|
Hier zeigt sich also eine zu geringe Beimischung von Schmiedeisen.
Waleser Roheisen, Nr. 2, kalt erblasen, zerbrach ohne Beimischung mit 440 Pfd.
Bei einer Vermischung mit 10 Procent Schmied-Brucheisen zerbrach es mit 689 „

Sehr günstig sind die von Hrn. Hodgkinson erhaltenen, und in der nachstehenden Tabelle mitgetheilten Resultate, welche er aus einer Reihe von Versuchen ableitete, die er als Mitglied einer Kommission zur nähern Untersuchung dieses Gegenstandes angestellt hat. Es ist das Zerbrechungsgewicht für Roheisen und für verstärktes Gußeisen angegeben.


Stäbe von 2 Zoll im Quadrat.
Relative
Festigkeit, die
Belastung in
der Mitte.

Absolute
Festigkeit.

Rückwirkende
Festigkeit.


Verstärktes Gußeisen, mit 20 Proc.
Schmied-Brucheisen



Pfund.

2174
Tonnen
auf den Zoll.
11,50
Tonnen
auf den Zoll.
54,64
Low Moor, Nr. 1 1207 5,67 27,00
Blaenavon, Nr. 1 1220 7,46 49,11
30,50
Warrington, beste Geschütz-Mischung 1375

Versuche im größern Maaßstabe, welche in Auftrag der Admiralität von Hrn. Owen angestellt wurden, ergaben gleich genügende Resultate. Als absolute Festigkeit fand er 12,50 Tonnen.

Seitdem diese Untersuchungen angestellt wurden, ist das verstärkte Gußeisen mit gutem Erfolg bei mehreren öffentlichen Bauwerken angewendet worden, wie z.B. bei der Windsor-, Chelsea- und Yarmouth-Brücke etc. Wir wollen dabei bemerken, daß durch verhältnißmäßige Verminderung der Dimensionen der Gußstücke, bei Anwendung des verstärkten Gußeisens, die Lieferanten der schweren Gußstücke für den Manchester-Viaduct ihren Contract mit Vortheil erfüllen konnten, während sie bei Anwendung von gewöhnlichem Gußeisen, und wenn sie sich an den Contract gehalten hätten, schwere Verluste erlitten haben würden.

|216|

Zu Wellen, Walzen, Getrieben, Zahnrädern, gußeisernen Eisenbahnwagenrädern, Cylindern und andern Güssen, welche Festigkeit und eine dichte Textur erfordern, ist das verstärkte Gußeisen sehr zweckmäßig. Roheisen, welches unvermischt nicht zum Schalenguß tauglich ist, läßt sich bei einem entsprechenden Zusatz von Schmiedeisen mit geringerer Abnahme an Festigkeit als gewöhnlich, sehr gut dazu anwenden.

Um überzeugt zu seyn, daß in dem zu vergießenden Roheisen das gehörige Verhältniß von Schmiedeisen vorhanden ist, und um das Gemisch leichter versenden zu können, zieht Hr. Stirling es vor, dasselbe sogleich an den Hohöfen zu machen. Dieß wird dadurch bewirkt, daß man die geeignete Menge Brucheisen in die Formen legt, in welche das Roheisen abgestochen wird. Das Schmiedeisen vereinigt sich auf diese Weise besser mit dem Roheisen und schmilzt leichter und regelmäßiger beim Umschmelzen im Kupol- oder Flammofen; das Roh- und das Schmiedeisen erhitzen sich stufenweise bis zum Schmelzpunkt des erstern, jenes wirkt auf dieses leicht ein und schmilzt es.

––––––––––

Das Verfahren bei der Verwandlung des Roheisens in Stab- oder Schmiedeisen ist noch verschiedenartiger, als der Schmelzproceß der Erze zu Roheisen. In einigen (brittischen) Bezirken wird ein großer Theil des Roheisens vor dem Verfrischen raffinirt oder gefeint, während in andern nur wenig Feineisen verwendet wird. In manchen Hütten wird das Roheisen unmittelbar verfrischt und diese Methode findet immer mehr Eingang.

Der Raffinirproceß ist vielleicht weniger genügend erklärt, als irgend ein anderer Zweig des Eisenhüttenbetriebes. Das Eisen wird in Berührung mit Kohle in einem flüssigen Zustande erhalten und der Gebläseluft ausgesetzt; und obgleich es den Anschein hat, daß unter solchen Umständen noch mehr Kohlenstoff mit dem Eisen verbunden werden müßte, so zeigt doch die Erfahrung, daß in der Beschaffenheit des Metalles eine große Veränderung hervorgebracht, und soviel wir wissen, der Kohlengehalt vermindert worden ist. Das Feineisen steht dem Stabeisen näher und kann auch leichter in dasselbe verwandelt werden als Roheisen.

Das Raffiniren ist ein sehr kostspieliger Proceß, wobei ein großer Materialaufwand unvermeidlich ist; allein bei gewissen Eisensorten ist es nothwendig und die Mehrkosten werden zum Theil durch die größere Geschwindigkeit ausgeglichen, womit nachher der Puddelproceß erfolgt.

|217|

Das Puddeln ist der letzte und wichtigste Proceß bei der Verwandlung des Roheisens in Stabeisen. Es besteht im Einschmelzen des Fein- oder Roheisens, oder eines Gemisches von beiden, auf dem Herde eines eigenthümlich eingerichteten Flammofens, und sobald das Metall flüssig ist, wird es umgerührt, bis sich spießige oder körnige Theilchen zeigen. Schon vorher kocht das geschmolzene Metall auf, und es entwickelt sich Gas aus demselben. In dieser Periode scheint die Verwandlung zu beginnen; die festen Theile vermehren sich und die ganze Masse wird teigig. Der Puddler vereinigt die festen Theilchen zu kugelförmigen Massen, sogenannten Luppen, deren Größe stets zunimmt, und es wird mit der Luppenbildung so lange fortgefahren, bis alles Frischeisen vereinigt ist und nur Schlacken in einem vollkommen flüssigen Zustande zurückbleiben. Letztere werden aus dem Ofen abgelassen und in gewissen Verhältnissen beim Hohofenproceß zugeschlagen. Von der Entfernung dieser Schlacken aus dem Eisen durch das Puddeln, Drücken oder Zängen der Luppen mit dem Hammer oder irgend einer andern Maschine, so wie endlich von dem Auswalzen, hängt die Qualität des erzeugten Stabeisens wesentlich ab.

Den Raffinirproceß zu vermeiden, den Puddelproceß abzukürzen, und die Qualität des gewonnenen Stabeisens zu verbessern, wäre offenbar sehr wünschenswerth. Hr. Stirling suchte dieß auf folgende Weise zu erzielen: statt Feineisen in den Puddelofen zu bringen, wird das oben erwähnte Gemisch von Stab- und Roheisen, welches durch Abstechen des letztern aus den Hohöfen in Formen mit Schmied-Brucheisen erhalten ist, eingetragen und auf die gewöhnliche Weise verpuddelt. Man hat gefunden, daß dadurch der Puddelproceß so abgekürzt wird, daß man in einer zwölfstündigen Schicht eine bis zwei Chargen mehr machen kann. Der Abgang ist geringer und die Qualität des Eisens ist in Beziehung auf absolute und relative Festigkeit größer. Solches Eisen ist daher ganz besonders zu Ketten- oder Seileisen, zu Spannstäben, Wellen etc., jedoch nicht zu der Fahrbahn der Eisenbahnschienen oder zu Spurkränzen der Locomotiv- und Eisenbahnwagen-Räder anwendbar.

––––––––––

Der Verfasser besprach nun die Legirungen des Roheisens.

Die erste dieser Legirungen besteht aus Eisen und Zinn; sie ist außerordentlich hart, klingend und kann eine sehr hohe Politur annehmen. Ein Zusatz von Mangan, so wie von wenigen Procenten Zink, ertheilt ihr eine etwas größere Zähigkeit. Aus diesen Legirungen gegossene Glocken haben einen reinen und hellen Ton. Das Roheisen nimmt 20 bis 25 Proc. Zinn auf.

|218|

Mit Zink legirtes Roheisen hat eine dichtere Textur, ist, nach den Versuchen des Verfassers, fester und nicht minder geschmeidig. Legirungen mit Wismuth, Antimon, Kupfer und Silber bieten bis jetzt nur ein wissenschaftliches Interesse dar.

Da Zinn das Roheisen härter macht, so versuchte der Verf. ein solches Gemisch in dem Puddelofen, wobei er fand, daß, während Roheisen ungefähr ein Fünftel seines Gewichts metallisches Zinn aufnimmt, Schmiedeisen für eine folgende Bearbeitung zu hart wird, wenn es mehr als 1 Proc. Zinn aufgenommen hat. Bei den verschiedenen brittischen Eisensorten (der Staffordshirer, Schottischen und Waleser) bringt ein halbes Procent Zinn eine Eisensorte hervor, die eine krystallinische und dichte Textur hat und härter als gewöhnliches Stabeisen ist.

Letztere Eisensorte ist nach angestellten Versuchen sehr zweckmäßig zu den Deckschienen bei den Packeten zur Eisenbahnschienen- und zur Spurkranzreifen-Fabrication, da ihre Härte die Abnutzung der oberen Schienenfläche und der äußeren Oberfläche der Wagenkränze verhindert. Schienen dieser Art schiefem nicht und nutzen sich sehr gleichartig ab, nur muß bei ihrer Fabrication eine große Sorgfalt angewendet werden. Zu Zungen bei Weichen, bei Uebergängen u.s.w., bei starken Steigungen, überall wo eine starke Abnutzung stattfindet, haben diese Schienen mit harter Oberfläche bereits die doppelte Zeit der gewöhnlichen ausgehalten, und da sie sich bis jetzt noch gar nicht abgenutzt haben, so kann man gegenwärtig die Zeit ihrer Dauer noch nicht bestimmen. Der Verf. ist nicht der Meinung, daß diese größere Dauer lediglich der größeren Härte zuzuschreiben ist, sondern er glaubt, daß sie mehr noch von der eigenthümlichen krystallinischen Textur und dem feinen Korn des Eisens herrührt, die jede Schieferung verhindern, welche bei Schienen aus fadigem Eisen große Geschwindigkeiten und schwere Maschinen so bald veranlassen.

Der Zusatz von Zink und seinen Oxyden veranlaßt gerade die entgegengesetzten Wirkungen von denen, welche Zinn und die andern erwähnten Metalle hervorbringen. Kaltbrüchiges Eisen wird durch Zinkzusatz fadig, zäh und fest; rothbrüchiges Eisen wird durch denselben ebenfalls verbessert, es ist aber ein größerer Zusatz von Zink oder von seinen Erzen zur Verbesserung des Rothbruchs erforderlich, als zur Verbesserung des Kaltbruchs. Die Menge, welche zur Verbesserung des kaltbrüchigen Eisens erforderlich ist, wechselt nach den Eisensorten. Will man Zinkerz zusetzen, so muß man dessen Metallgehalt genau kennen und auch überzeugt seyn, daß das Erz keine Substanzen enthält, welche dem Zink entgegenwirken könnten. Der Zusatz dieser Metalle beim Puddeln geschieht am besten dann, wenn das Eisen zu kochen beginnt.

|219|

Der Verf. war sehr befriedigt, in der amerikanischen Abtheilung der Londoner Industrieausstellung eine Bestätigung seiner Versuche über diesen Gegenstand zu finden. Von Natur kalt- und rothbrüchiges Eisen war durch Zusatz von Zinkerz von diesen Fehlern befreit worden, und es lagen Stücke aus allen Stadien der Bearbeitung vor.

Tabelle über die verhältnißmäßige Festigkeit von Stabeisen.

Textabbildung Bd. 129, S. 219
|214|

Wir verweisen auf die früheren Mittheilungen über Stirling's verstärktes Gußeisen und Eisenlegirungen, im polytechn. Journal Bd. CXVII S. 307 und Bd. CXXI S. 274.

A. d. Red.

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