Titel: Müller's, über Bessemer's Stahlbereitung.
Autor: Müller, Alexander
Fundstelle: 1861, Band 160, Nr. LXXXVI. (S. 291–297)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj160/ar160086

LXXXVI. Bessemer's Stahlbereitung; von Prof. Alexander Müller.

Aus dem Journal für praktische Chemie, 1861, Bd. LXXXII S. 496.

Die herrliche Idee Bessemer's, das Roheisen durch wohl abgemessene Entkohlung unmittelbar in Gußstahl zu verwandeln, statt diesen, wie bisher, durch mühsames Schmelzen der äußerst schwierig zu sortirenden Stücke von Cementstahl zu bereiten, der seinerseits durch die kostspielige und unsichere Methode des Glühens mit Kohle aus Stabeisen gewonnen ward, welches letztere, seinen chemischen Eigenschaften nach, als das natürliche Endproduct aller Eisenindustrie, doch noch allgemein den Ausgangspunkt für alle Eisenwaaren von niedrigerem Kohlengehalt als dem des Roheisens, trotz seiner höchst umständlichen Herstellung, bildet – diese herrliche Idee ist nun endlich in das Stadium der Verwirklichung gelangt, daß ihre industrielle Ausführbarkeit nicht mehr bezweifelt wird. Die ersten größeren Versuche sind zwar bereits vor fünf Jahren in England |292| angestellt worden, aber noch vor zwei Jahren, nachdem man während ungefähr 10 Monaten mit der Methode auch in Schweden experimentirt hatte, betrachteten die Männer der Praxis die Bessemer'sche Stahlbereitung als eine müßige und hoffnungslose Erfindung, weil dieselbe nie ein homogenes, schlackenfreies Product liefern könne. Leider war die Wirklichkeit nicht im Stande, jene verurtheilende Behauptung völlig zu widerlegen, indem ein tadelloser Stahl nur ausnahmsweise erzeugt wurde, wenn die Konstellation der einwirkenden Umstände eben eine günstige war; diese Umstände zu beherrschen, war man weit entfernt, weil man sie trotz vielfachen und höchst kostspieligen Probirens mit Tausenden von Centnern Roheisen noch nicht hatte kennen lernen. Die Idee sollte gewaltsam verwirklicht werden.

Auch die eisernste Geduld mußte bei so erfolglosen Versuchen ermüden, selbst wenn die Geldkrisis vom Jahr 1857 nicht gleichzeitig zu haushälterischer Sparsamkeit ernst gemahnt hätte – und der Besitzer des Eisenwerkes Edsken in Gestriksland, Hr. Consul Göranson, war entschlossen, alle weiteren Versuche mit der Bessemer'schen Stahlbereitung einzustellen.

In diesem traurigen Zustande fand ich die Angelegenheit, als mich eine Amtsreise Ende Juni 1858 in die Nähe von Edsken führte und mit Hrn. Göranson bekannt machte. Ich wohnte einer Stahlblasung bei; ich sah, daß die befolgte Methode viel zu wünschen übrig ließ, aber bei näherer Besprechung der Verhältnisse befestigte sich mit mit unwiderstehlicher Gewalt die Ueberzeugung, daß man mit Einhaltung eines mehr naturwissenschaftlichen Weges als dem des rohen Probirens nach den Kunstregeln der gewöhnlichen Eisenindustrie, wohl zu einer gewissen Herrschaft über die einwirkenden Umstände müsse gelangen können.

Diese Ueberzeugung gewann ich vorzüglich durch die Thatsache, daß die Selbstverbrennung69) des Gußeisens im Stahlofen mehr als einmal |293| von einer Temperatur gefolgt war, welche fast völlig entkohltes Eisen, weiches Schmiedeeisen, wie Quecksilber zum dünnen Fluß brachte. Aus der Dünnflüssigkeit des mehr oder weniger entkohlten Eisens aber beruht die Möglichkeit, das welche Eisen oder den Stahl schlackenfrei und homogen zu gewinnen. Mit der Herrschaft über eine ausreichend hohe Temperatur war also die Möglichkeit, ein brauchbares Product zu erblasen, aufs engste verknüpft; in zweiter Linie stand dann die Aufgabe, der Entkohlung so Herr zu werden, daß man nach Belieben, und nicht nach Zufall, härteren oder weicheren Stahl oder Schmiedeeisen erzeugen könne.

Bezüglich des ersten Punktes mußte man untersuchen, auf welche Weise man am sichersten und vollständigsten der Abkühlung vor und während der Entkohlung entgegenwirken könne.

Mit je höherer Temperatur das Eisen in den Stahlofen gebracht wird, desto leichter oxydirt es sich. Das beste würde seyn, das Roheisen direct vom Hohofen in den Stahlofen fließen zu lassen; wo das nach den örtlichen Verhältnissen nicht thunlich ist, muh man sein Augenmerk darauf richten, die Gießkelle, welche das Roheisen aufnehmen soll, vorher möglichst zu erhitzen und in kürzester Zeit in den Stahlofen zu entleeren. Mit gleicher Sorgfalt ist dem Stahlofen vor Aufnahme des Roheisens eine möglichst hohe Temperatur zu geben. Zu solcher Anheizung eignen sich Kohks am besten, wenn nicht etwa deren Berührung einen ungünstigen Einfluß auf das schmelzende Holzkohleneisen ausübt.

Ebenso sehr war darauf zu achten, daß nicht die eingeblasene Luft, statt durch Unterhaltung des Verbrennungsprocesses die Temperatur zu erhöhen, vielmehr die Abkühlung beschleunigte. Obgleich das Eisen für sich zur Erzeugung einer hohen Verbrennungstemperatur sehr geeignet erscheint, weil dessen Verbrennungsproduct ein fester Körper ist, im Gegentheil zu den stark wärmebindenden Verbrennungsproducten des Kohlenstoffs oder der festen Kohlenwasserstoffverbindungen, so verschwindet doch dieser Vortheil in dem Grade, als der Sauerstoff der Luft nur theilweise verbraucht wird und der Rest gleich dem Stickstoff der Luft, statt Wärme zu geben, Wärme entführt. Selbst die Schnelligkeit der Oxydation ist von Bedeutung, denn je schneller die Verbrennung des Eisens verläuft, um so mehr übersteigt die Wärmebildung die unmöglich ganz zu vermeidende Wärmeleitung nach außen.

War diese erste Aufgabe, nämlich die Temperatur des verbrennenden Eisens hinlänglich hoch und damit zugleich das Eisen dünnflüssig zu erhalten, gelöst, so konnte man mit ziemlicher Sicherheit auch auf die Erreichung des anderen Zieles hoffen, auf das Ziel eines willkürlichen |294| Abschlusses der Oxydation bei mehr oder weniger vollständiger Entkohlung des Roheisens. Die Gewichtsmenge des eingeblasenen Sauerstoffs im Vergleich mit der Gewichtsmenge des eingesetzten Roheisens mußte ein um so sicherer Maaßstab für den Verlauf des Processes werden, je gleichartiger die übrigen Bedingungen von einer Operation zur anderen gegeben wurden. In erster Reihe mußte hierbei die Gleichartigkeit des Ganges im Hohofen als Bedingung eines gleichartigen Roheisens gefordert werden. Wenn auch der calorische Effect verbrennenden Eisens nicht wesentlich geändert werden kann durch die Unterschiede im Kohlenstoffgehalt des grauen oder halbirten Eisens oder des Spiegeleisens, oder selbst durch Unterschiede im Mangangehalt und anderer Beimengungen, so scheint doch die Vermuthung gerechtfertigt, daß durch diese Verhältnisse die Neigung des Eisens zur Oxydation ganz bedeutend beeinflußt werde. Besonders möchte der Mangangehalt des Roheisens von entscheidendem Einfluß seyn, weil mit das Mangan vor allen anderen Bestandtheilen des Roheisens geschickt erscheint, wie ein Zunder die Oxydation einzuleiten und zu unterhalten. Mit der Erzeugung eines fortwährend gleichartigen Roheisens hängt auch die Gleichartigkeit der Temperatur zusammen, wenn man nur immer mit gleicher Sorgfalt die Abkühlung des abgestochenen Eisens während des Ueberfüllens in den Stahlofen verhütet oder vermindert.

Man hatte ferner eine möglichste Gleichmäßigkeit zu erstreben in der Beschaffenheit des Stahlofens und der Gebläseluft. Bezüglich des Stahlofens ist vorzüglich zu berücksichtigen die Temperatur vor dem Einsetzen des Eisens; da er häufige Erneuerung verlangt, theils der Formen, theils der inneren Auskleidung überhaupt, so können leicht Ungleichheiten in der Gestalt wie im Trocknungsgrad vorkommen. Bezüglich der Luft ist möglichste Gleichmäßigkeit zu beachten in deren Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt, in deren Druck und Schnelligkeit, sowie Richtung und Vertheilung. Nach den lehrreichen Beobachtungen des königl. preuß. Oberinspector Eck scheint ein größerer Feuchtigkeitsgehalt der Luft eine Temperaturerniedrigung im Hohofen zur Folge zu haben; eine ähnliche Wirkung dürfte die Feuchtigkeit der Luft im Stahlofen äußern. Eine höhere Temperatur der Luft scheint vortheilhaft, weil sie der Abkühlung des Ofens entgegenwirkt, dagegen dürfte dieser Vortheil mehr als aufgewogen werden durch die damit verbundene Verdünnung der Luft. Der Druck der eingeblasenen Luft muß nach der Höhe der Eisensäule bemessen werden, welche zu durchbrechen ist; er muß den Druck der Eisensäule noch um etwas übertreffen, um das Einströmen des Eisens in die Formen zu verhüten. Jeder Ueberschuß trägt dazu bei, die Schnelligkeit der Luftströmung |295| durch das Eisen zu befördern, also die Entweichung der Luft aus dem Eisen, ohne völlige Ausnutzung des Sauerstoffs, zu beschleunigen. Mit Einhaltung dessen wird eine Vergrößerung der Eisensäule oder mit anderen Worten: eine Ausstreckung des Ofens in der Höhenrichtung auf Kosten der Weite, zur Verdichtung des eingeblasenen Sauerstoffs und so mittelbar zur Lebhaftigkeit des Verbrennungsprocesses beitragen.

Wir haben endlich von der Richtung und Vertheilung der eingeblasenen Luft zu sprechen, insofern davon die Verwerthung ihres Sauerstoffs abhängt. In je kleineren Blasen und je weiter in das Innere die Luft in die Eisenmasse eindringt und je länger sie darin zurückgehalten wird, um so leichter muß die Entkohlung des Eisens vor sich gehen. Zugleich hat man in der eingeblasenen Luft den einfachsten Rührapparat, um die innigste Mischung des mehr oxydirten mit dem noch weniger entkohlten Eisen zu bewirken, worauf ein kurzes Stehenlassen des flüssigen Eisens im Ofen70) zur Abscheidung der noch eingemengten Schlackentheilchen auf die Oberfläche des schwereren Metalls genügen dürfte.

Die hier dargelegten Ansichten vom Wesen der Bessemer'schen Stahlbereitung schienen von der Wahrheit nicht sehr abzuweichen; sie erklärten einige Beobachtungen und zeigten, auf welche Weise die ferneren Versuche zu führen wären. Sie erklärten, daß Anwendung erhitzter Gebläseluft ohne Nutzen war, daß im Gegentheil die Stahlbereitung während des Winters bessere Resultate lieferte als während des Sommers; daß eingeblasener Wasserdampf den Gang des Stahlofens sehr verschlechterte, daß Einführung von Kieselsäure, Kohlenstaub und Braunsteinpulver mit der Gebläseluft in den Stahlofen ebenso erfolglos war, als eine Ladung des Ofens mit den gekörnten Stahlabfällen oder Schlacken einer früheren Schmelzung, daß dagegen ein Mangangehalt des Roheisens die Entkohlung wesentlich fördern müsse.

Bezüglich dessen, was in Zukunft zu geschehen habe, schien es wohl deutlich, daß eine Verbesserung des Hohofenganges, eine stärkere Anheizung der Schöpfkellen und des Stahlofens, eine beschleunigte Ueberfüllung des Roheisens vom Hohofen in den Stahlofen, eine Verengerung des letzteren zur Hervorbringung einer höheren Eisensäule, eine Verstärkung des Druckes der Gebläseluft und vorzüglich die Anwendung einer einzigen Reihe Formen statt der bisher gebrauchten zwei Reihen, zu einem regelmäßigen Gang der Stahlbereitung beitragen werde, doch glaubte ich den |296| Rath geben zu müssen, alle weiteren Experimente so lange ganz zu unterlassen, bis man einen wissenschaftlich gebildeten Chemiker gewonnen habe, der den Gang der Operationen durch sorgfältig ausgeführte Analysen aufhellen könne. Eine vergleichende Untersuchung von Proben des eingesetzten Eisens, vor und während des Stahlblasens, sowie von den gleichzeitig gebildeten Schlacken und dem Endproducte, dem fertigen Stahl oder weichen (vielleicht stiffstoffhaltigen) Eisen71) genommen, mußte Einsicht in die allmähliche Verwandlung des Roheisens und in die Rolle der mehr oder minder zufälligen Begleiter des Eisens, als des Mangans, der Kieselsäure u.s.w., geben. Die wichtigsten Aufschlüsse aber dürfte man von einer Untersuchung der aus dem Stahlofen strömenden Gase erwarten; durch sie erhält man ein Bild von der Betheiligung der Gebläseluft an der Entkohlung des Eisens, theils in wie weit der Sauerstoff bei dieser oder jener mechanischen Anordnung des Ofens und der Formen, mehr oder weniger vollständig, verbraucht wird, theils in welchem Verhältniß die Verbrennung des Kohlenstoffs zur Oxydation des Eisens und dessen Begleitern steht.

Eigenthümliche Umstände ließen jedoch den Besitzer des Eisenwerkes auf Benutzung der von den vorgeschlagenen wissenschaftlichen Untersuchungen zu verhoffenden Aufschlüsse verzichten und ein weiteres Experimentiren auf gut Glück vorziehen.

In der That schien auch das Glück hold zu seyn. Mit Einführung der oben angedeuteten Verbesserungen gewann die Stahlbereitung unzweifelhaft an Sicherheit. Besonders vortheilhaft zeigte sich die Beschränkung der Formen auf eine einzige Reihe nahe am Boden des Stahlofens, indem hierdurch bewirkt ward, daß sämmtliche Gebläseluft die Eisensäule in deren gesammten Höhe durchdringen mußte, wie viel oder wie wenig das Eisen auch aufschäumen mochte, während vordern die von der oberen Reihe eingeblasene Luft mehr oder weniger unbenutzt, also abkühlend, durch die geringere Menge darüber stehenden Eisens entwich. Zahlreiche und theuere Versuche kostete dagegen die Beantwortung der Fragen, welche Weite der Formen, welche Anzahl und Richtung derselben, welche Windpressung ist für die gegebenen Verhältnisse des Stahlofens die zweckmäßige?

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Betreffend die Richtung der Formen war es wohl bei der Cylindergestalt des Ofens das Natürlichste, die Luft von der Peripherie nach dem Centrum einzublasen; bei gehöriger Pressung drang die Luft auf solche Weise in aufsteigender Bogenlinie nach der Mitte der Eisenmasse, hob sie gleich einer Fontaine gegen die Decke des Ofens und ließ beim Entweichen das Eisen an den Wänden des Ofens zu erneutem Kreislauf zurücksinken. Man hatte aber zur Zeit den Formen eine etwas excentrische Stellung gegeben, um das Eisen in eine rotirende Bewegung zu versetzen. Wozu das nützen sollte, war dem Hüttenpersonal nicht klar, genug die Einrichtung war so getroffen und an dem so eingerichteten Ofen versuchte man weitere oder engere Formen mit schwächerer oder stärkerer Pression, doch ohne entscheidende Erfolge. Man stellte dann die Formen einmal central und fand dabei eine deutliche Verschlechterung des Ganges, zufolge einer auffallenden Abkühlung des Eisens während des Blasens. Man kehrte darauf zur excentrischen Stellung der Formen zurück, aber mit Verdoppelung ihrer Anzahl und beobachtete eine ebenso auffallende Temperatursteigerung im Eisen, als kurz zuvor Abkühlung mit den central gerichteten Formen.72) Von diesem Tage an (Ende Juli 1858) ging die Stahlbereitung unvergleichlich sicherer als früher, weil man die Erzeugung und Erhaltung des nöthigen Hitzegrades mehr in seine Gewalt bekommen hatte, aber die Methode hat seit dieser Zeit nicht die Fortschritte gemacht, die man damals zu hoffen berechtigt war, und wird wohl auch nur langsam sich fortentwickeln, so lange man die Ausführung der von mit angedeuteten wissenschaftlichen Untersuchungen für überflüssig hält. Ueber die technische Seite der Bessemer'schen Stahlbereitung sind durch Hrn. Hüttendirector Grill erschöpfende Berichte in den Annalen des schwedischen Eisencontors mitgetheilt worden.73)

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Ich spreche von einer Selbstverbrennung des Roheisens während der Bessemer'schen Stahlbereitung, weil ich die vom Urheber der Methode gehegte Ansicht auch jetzt noch nicht aufgegeben habe, daß nämlich die Entkohlung des weißglühenden Eisens auf einer unmittelbaren Oxydation durch die eingeblasene Luft beruht, in ähnlicher Weise als man aufspritzende Tropfen des eben vom Hohofen rinnenden Eisens oder als man eine Stahlfeder in Sauerstoffgas mit lebhaftem Funkensprühen verbrennen steht, nur daß sie nicht wesentlich durch vorerst gebildetes Oxyd oder durch Frischschlacke bedingt wird, so wichtig auch die Gegenwart dieser Körper für die Frischung bei verhältnißmäßig niediger Temperatur ist, um den Sauerstoff der Gebläseluft auf das Eisen zu übertragen. Das schließt nicht aus, daß unmittelbar gebildetes Eisenoxyd (oder Eisenoxydul) zur seinen Vertheilung des Sauerstoffs durch die Eisenmasse dienen kann, indem es in dem flüssigen Metall mechanisch einmengbar ist, wie Thon (oder auch Luft) mit Wasser angerührt werden kann. Das eigenthümliche gewaltsame Aufkochen des Eisens, das man mitunter im Bessemer'schen Ofen oder selbst während des Abzapfens in die Coquillen beobachtet, scheint darauf zu beruhen, daß unvollständig entkohltes Eisen und mit fein eingemengtem Oxyd beladenes Eisen durcheinander geschüttet werden.

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In sehr sinnreicher Weise verschließt Hr. Bessemer nach vollendeter Entkohlung durch von der Gebläseluft bewegte Thonpropfen die Formen von innen gegen das von außen eindringende Eisen.

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Das welche Eisen, was mitunter statt Stahl durch zu weit geführte Entkohlung gewonnen wurde, war großblätterig krystallinisch im Bruch, wenig zäh und weicher als gewöhnliches Schmiedeeisen, übereinstimmend mit den Eigenschaften, wie sie vom Stickstoffeisen berichtet werden. Die Zähigkeit läßt sich vielleicht durch wiederholtes Ausrecken und Zusammenschweißen (Gerben) vermehren. Die kohlenstoffärmsten Sorten solchen Eisens dürften sich zur Herstellung von Ankern, Leitungsdrähten u.s.w. für galvanomagnetische Zwecke eignen.

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Die aus der doppelten Anzahl (10) Formen excentrisch eingeblasene Luft scheint demnach hinreichend in das rotirende Eisen einzudringen und von ihm hinreichend lange zurückgehalten zu werden, daß ihr Sauerstoff vollständiger als bei centraler Einblasung zur Oxydation Verwender wird. Eine ähnliche Einrichtung dürfte Überall da zweckmäßig seyn, wo eine Flüssigkeit zur Absorption oder Waschung eines Gases (z.B. bei der Leuchtgasfabrication in den Kalkwassertrögen) angewendet wird.

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Von diesen Berichten hat Hr. P. Tunner eine deutsche Uebersetzung veröffentlicht, welche im polytechn. Journal Bd. CLVIII S. 364 mitgetheilt wurde.

A. d. Red.

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