Titel: Bessemer's Verf. zur Fabrication von Stabeisen und Stahl.
Autor: Bessemer, Henry
Fundstelle: 1868, Band 190, Nr. XVII. (S. 32–37)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj190/ar190017

XVII. Verfahren zur Fabrication von Stabeisen und Stahl mittelst Entkohlung des geschmolzenen Roheisens durch Natronsalpeter; von Henry Bessemer.

Aus dem Practical Mechanic's Journal, August 1868, S. 143.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

Die Specification eines am 11. Februar 1856 H. Bessemer ertheilten Patentes (polytechn. Journal Bd. CXLI S. 428) enthält die Beschreibung eines neuen Verfahrens zur Umwandlung von eingeschmolzenem Roheisen oder von umgeschmolzenem oder gefeintem Roheisen in Stahl oder Stabeisen, ohne Anwendung von Brennmaterial zum Wiedererwärmen oder zur Erhaltung der Temperatur des flüssigen Metalles. Diesen Zweck erreicht der Genannte dadurch, daß in und zwischen die Theilchen einer Masse von geschmolzenem Eisen atmosphärische Luft oder eine andere gasförmige Substanz eingepreßt wird, welche eine genügende Menge Sauerstoff enthält oder zu entwickeln vermag, um die Verbrennung des im Eisen enthaltenen Kohlenstoffes zu unterhalten, bis die erwähnte Umwandlung vor sich gegangen ist. Dieses Verfahren ist jetzt als „Bessemerproceß“ allgemein bekannt. Die im Folgenden zu beschreibende Methode der Ausführung dieses Processes (patentirt am 31. December 1867) besteht darin, an den Boden des das geschmolzene Eisen enthaltenden Gefäßes ein Kästchen mit durchbrochenen Wandungen zu bringen, welches eine hohe Temperatur zu ertragen vermag und eine starre Substanz, z. B. salpetersaures Natron, enthält, welche beim Erhitzen Sauerstoff abgibt. Das durch die Hitze des flüssigen Eisens aus dem Natronsalpeter entwickelte Sauerstoffgas tritt durch die Löcher des Kästchens hindurch in und zwischen die Partikelchen des geschmolzenen Eisens in derselben Weise, als wenn, wie bei dem gewöhnlichen Verfahren zum Bessemern, Gebläsewind durch die Formen zugeführt wird. Werden zur Sauerstoff-Entwickelung starre Substanzen benutzt, wie z. B. Natronsalpeter, so ist es vortheilhaft ein Umwandlungsgefäß (sogen. Birne) wie es bei dem gewöhnlichen Bessemerprocesse üblich ist, d. h. also ein Gefäß zu benutzen, welches auf Zapfen ruht und mit einer Oeffnung oder einem Ausgusse zum Eintragen und Ausgießen des Metalles versehen ist, aus welcher gleichzeitig die während der Umwandlung des letzteren entstandenen Gase entweichen können; überdieß hat das Gefäß eine Oeffnung am Boden. Diese letztere dient gewöhnlich zur Aufnahme der Düse oder als Windkasten und wird vom Metalle bedeckt, sobald das Gefäß im Betriebe steht und die |33| Formen Wind zuführen. Bei der Anwendung von starren Substanzen zur Erzeugung von Sauerstoff hingegen wird dieser Windkasten durch einen mit feuerfestem Material beschlagenen Behälter ersetzt, den man mit salpetersaurem Natron anfüllt und mittelst eines durchlöcherten feuerfesten Backsteines oder einer durchbrochenen Platte von feuerfestem Thone verschließt. Der Kasten hat solche Dimensionen, daß die Oberfläche des Natronsalpeters im Vergleich mit dem größten Horizontalschnitte des im Umwandlungsgefäße enthaltenen Metalles nur gering ist; dadurch wird die Intensität der Einwirkung des Reagens gemäßigt und die rasch verschlackende Wirkung verhindert, welche in Folge des Hindurchtretens des Gases zwischen dem Metalle und den Seiten des Gefäßes auftreten müßte. Auch schmilzt man den Natronsalpeter und gießt ihn dann in das Kästchen, in welchem man ihn erstarren läßt, um auf diese Weise eine größere Regelmäßigkeit der Wirkung zu erzielen, als sonst erfolgen würde, indem dann das flüssige Metall nur aus die Außenfläche des Blockes von dem geschmolzenen Salze einwirken kann. Auch kann man den Salpeter in eine besondere Form gießen und nachher in den Kasten bringen. In manchen Fällen wird der Natronsalpeter vor dem Eintragen in den Kasten mittelst eines kräftigen Druckes in Formen gepreßt und die Heftigkeit seiner Einwirkung auf das Eisen durch Zusatz von Thon oder einer anderen indifferenten Substanz in beliebigem Grade vermindert.

Zum besseren Verständnisse, wie das Gefäß, welches das Sauerstoff abgebende Material (den Natronsalpeter) enthält, bei der zum Bessemern allgemein üblichen Birne anzuwenden ist, geben wir in Fig. 13 den Verticalschnitt von einem in dieser Weise vorgerichteten Apparate. Am unteren Theile der Birne a ist ein eiserner Reif b an den diesen unteren Theil bildenden Platten a′ befestigt; die zur Aufnahme des Salpeters bestimmte Kammer d ist an ihrer oberen Kante mit einer Flansche versehen, welche auf dem Gefäß durch eine Reihe von Vorsteckstiften e befestigt wird. Diese Kammer ist mit feuerfestem Thon gefüttert. Nachdem sie mit dem Natronsalpeter g gefüllt worden, wird sie mit dem aus Scharmotte bestehenden durchbrochenen Deckel h bedeckt und ist nun zum Gebrauche fertig. Wenn aber der Salpeter in geschmolzenem Zustande in die Kammer d eingegossen wurde und in derselben erstarrte, so kann der Deckel h wegbleiben; das Metall wirkt dann direct auf die Oberfläche des Salpeters und bringt diesen allmählich zum Schmelzen, so daß niemals Krystalle desselben durch das Metall aufsteigen können.

Vor dem Eintragen der Roheisenbeschickung ist es zu empfehlen, die Birne vorzuwärmen; zu diesem Zwecke wird mittelst der Vorsteckstifte e |34| ein eiserner Rost an dem Boden der Birne befestigt und auf demselben ein Feuer angezündet; die Verbrennungsgase entweichen dann durch die Mündung i der Birne. Nachdem die Birne hinlänglich abgewärmt worden, wird der Rost beseitigt und die Kammer d angesetzt, wie Fig. 13 zeigt. Die Kanten der Platte h werden mit dünnem Brei aus Thon und Sand lutirt; dann wird die Birne um ihre Zapfen (von denen der eine bei j durch punktirte Linien angedeutet ist) gedreht und in die Stellung gebracht, in welcher sie mit dem umzuwandelnden Roheisen vollständig beschickt werden kann, ohne daß eine Wirkung des Salpeters stattfindet; alsdann erhält das flüssige Metall durch eine Aufwärtsbewegung der Birne auf einmal die zu seiner Umwandlung erforderliche Lage. Das Metall fließt nämlich nun durch die Löcher der Platte h und kommt mit dem Natronsalpeter in Berührung; sofort entwickelt sich Sauerstoffgas und dringt in so viel Strömen, als die Deckelplatte Löcher hat, durch das flüssige Eisen, ganz in derselben Weise wie der zugesührte Gebläsewind beim gewöhnlichen Bessemerfrischen. Das Sauerstoffgas entkohlt das Roheisen und verwandelt es in Stabeisen oder Stahl, worauf die erhaltenen Producte in der üblichen Weise durch Drehen der Birne um ihre Achse aus der Mündung i ausgegossen werden.

Eine Abänderung des Verfahrens besteht darin, daß die beim Erhitzen Sauerstoff abgebende Substanz vorerst in einem passenden Gefäß zum Schmelzen gebracht und dann durch enge Oeffnungen oder Formen in dünnen Strahlen in das geschmolzene Metall mit hinreichender Kraft injicirt wird. Es ist zu empfehlen, das Salz in eisernen, mit einem zur Circulation von überhitztem Dampfe oder heißer Luft dienenden Mantel versehenen Gefäßen zu schmelzen; in den unteren Theil der Birne setzt man eine oder mehrere aus feuerfestem Thon bestehende Formen ein, welche mittelst eines kurzen Rohres mit dem den flüssigen Salpeter enthaltenden Gefäße in Verbindung gesetzt werden. Dieses Rohr wird durch überhitzten Dampf oder heiße Luft vorgewärmt, bevor man den geschmolzenen Salpeter hineintreten läßt, um das Eindringen des flüssigen Metalles in die Formwandungen zu verhindern. Ebenso verfährt man, nachdem die ganze Masse des flüssigen Salpeters injicirt worden ist, damit das Eisen nicht in die Formen selbst eindringen kann. Um diese Strahlen geschmolzenen Natronsalpeters in das flüssige Eisen hineinzupressen, läßt man überhitzten Dampf oder heiße Luft von hinreichend starkem Drucke auf die Oberfläche des flüssigen Salzes einwirken, wobei die Mündung des dasselbe enthaltenden Gefäßes mittelst eines Ventiles geschlossen wird.

Die gebräuchlichen Bessemer'schen Birnen lassen sich für die Anwendung |35| von Salpeter anstatt von atmosphärischer Luft leicht umändern, wie sich aus Fig. 14 ergibt, welche den Verticalschnitt einer solchen Birne nebst dem mit ihr verbundenen Apparate zur Anwendung von geschmolzenem Natronsalpeter darstellt. Die Birne A besteht aus Eisenplatten und ist mit einem Futter von feuerfestem Thone B versehen. Am unteren Theile der Birne ist ein Kranz C befestigt, an welchem geschlitzte Lappen D vorstehen, mittelst deren die Formplatte E mit der Birne verbunden wird. Diese Platte ist mit einem röhrenförmigen Theile F versehen, und mit einem über ihre Oberfläche vorstehenden etwas conischen Ringe G, in welchen ein Pfropf (Gebläseform) von gebranntem feuerfestem Thon genau anschließend eingesetzt wird, den man dann mit etwas Portlandcement oder Gyps luftdicht verstreicht. Der centrale Theil dieser thönernen Form ist hohl und in ihm convergiren mehrere engere Oeffnungen I, I, welche dazu bestimmt sind, den flüssigen Natronsalpeter in Form dünner Strahlen in dem geschmolzenen Metalle zu vertheilen. An der Hinterseite der Birne ist die Kammer J befestigt; dieselbe ist mit einem Mantel L versehen, welcher auch den Vierweghahn M umschließt, der von außerhalb gestellt wird, daher sein Schlüssel in der Zeichnung nicht sichtbar ist. K, K sind Seitenbacken, mittelst deren der Mantel L mit dem Gehäuse der Birne verbunden ist.

Bevor man den Apparat in Thätigkeit setzt, zündet man ein Feuer in der Birne an, läßt das Gebläse an und leitet einen heißen Luftstrom durch die Thonform G, um das Feuer zu unterhalten. Inzwischen wird der Natronsalpeter mittelst des Trichters und des Hahnes N in die Kammer J eingetragen; dann wird der Hahn geschlossen. Hierauf wird durch die bei P mittelst durchbrochener Linien angedeutete hohle Achse (den Zapfen) der Birne mittelst des Rohres Q heiße Luft in den Mantel von J zugelassen, welche man durch den Hahn R ausströmen läßt; diese Luft muß so heiß seyn, daß sie den in J enthaltenen Salpeter zum Schmelzen bringt; auch kann letzterer, bevor man ihn in J einträgt, in einem anderen Gefäße geschmolzen und durch die in den Mantel eingelassene Luft in flüssigem Zustande erhalten werden. Während das Metall in die Birne abgestochen wird, benutzt man einen Strom heißer Luft, um die Röhren (Düsen) und die Form, durch welche der flüssige Salpeter zu passiren hat, zu erhitzen und gleichzeitig das Eindringen von geschmolzenem Eisen in dieselben zu verhindern; diese Luft wird aus der hohlen Achse der Birne mittelst des Rohres S zugeleitet, tritt durch den Vierweghahn M und die Röhren T und T′ zu der thönernen Form (Formblock) und zieht durch die Röhren oder Düsen derselben ab. Wenn die Mündung der Birne O aufwärts gedreht wird, senkt sich der Formblock oder die |36| Form; sobald dieselbe in das flüssige Metall einzutauchen beginnt, wird der Vierweghahn gedreht und dann die Birne in die in der Zeichnung angegebene Stellung gebracht.

In Folge der Drehung des Vierweghahnes tritt die gepreßte Luft nicht länger aus den Röhren T und T' durch die Form hindurch, sondern nunmehr durch das Rohr U in den oberen Theil der Kammer J, drückt hier auf die Oberfläche des flüssigen Salpeters und preßt ihn durch den Vierweghahn und die Röhren T und T' sowie durch die verschiedenen Düsenmündungen I hindurch in das geschmolzene Metall. Nachdem die ganze flüssige Salzmasse in das Metall injicirt worden ist, folgt ihr die gepreßte Luft auf demselben Wege und drängt das Metall von der Form so lange hinweg, bis die Birne wieder gesenkt und von ihrem Inhalte entleert wird. Wendet man eine solche Menge von Salpeter an, daß das Roheisen nur theilweise entkohlt wird, so wird durch das Hindurchdringen der Luft nach der Injection der ganzen Salpetermasse nicht allein die Entkohlung in dem erforderlichen Grade vervollständigt, sondern auch die Temperatur des Metalles erhöht. Diese Temperaturerhöhung tritt noch rascher ein, wenn eine Quantität flüssiges Spiegeleisen zugesetzt wird, nachdem aller Salpeter injicirt worden ist.

Zur leichteren Auswechselung einer alten Form gegen eine neue wird das Rohr T' bei W mit einem Gelenke versehen. An dem Knierohr T ist ein Ring festgebolzt, der mit Schwalbenschwanz versehen ist; das Rohr T' hat eine entsprechende, gleichfalls mit Schwalbenschwanz versehene Flansche, welche in den Ring paßt, so daß das Rohr T', wenn seine Flansche von der Formplatte E gelöst wird, mittelst des Gelenkes W aus dem Wege geschoben und somit die Formplatte von der Birne abgenommen werden kann.

Von dem Natronsalpeter wird gewöhnlich eine solche Quantität angewendet, daß das in Arbeit genommene Roheisen sogleich in Stabeisen oder Stahl verwandelt wird; in manchen Fällen ist es jedoch räthlich, eine geringere Menge zu nehmen und das Rohmaterial in leichtflüssiges Gußeisen von besserer Qualität zu verwandeln, welches man alsdann nach dem gewöhnlichen Verfahren dem Bessemerproceß unterwirft oder anderweitig verwendet.

Wie in der Eingangs dieser Mittheilung erwähnten Patentspecification, sowie in einem anderen, H. Bessemer am 31. Mai 1856 ertheilten Patente in allgemein gehaltenen Ausdrücken bemerkt worden, kann flüssiges Eisen mit salpetersaurem oder mit chlorsaurem Natron und Kali behandelt werden, indem man das betreffende Salz mittelst eines Luftstromes oder mehrerer Luftströme unter die Oberfläche |37| des Metalles führt und in das Metallbad hineinpreßt. 11 In manchen Fällen ist es indessen wünschenswerth, die Umwandlung des Metalles, anstatt theilweise durch den zugeführten Gebläsewind, theilweise durch Salpetersäure‐ oder Chlorsäuresalz, ausschließlich und gänzlich durch ein solches Salz zu bewerkstelligen, in welchem Falle ein indifferentes Gas, z. B. Kohlensäure oder Wasserdampf, zur Vertheilung des gepulverten, Sauerstoff abgebenden Salzes in der Masse des Metalles angewendet wird. Zu diesem Zwecke, wird empfohlen, das Salz zunächst möglichst zu entwässern, dann recht fein zu pulvern und das Pulver mittelst einer mechanischen Vorrichtung (speisenden Schraube) den Röhren zuzuführen, durch welche das Gas in das flüssige Metall geleitet wird. Die gasförmigen Vehikel, mittelst deren die Sauerstoffentwickler in das Metall geleitet werden, erhält man z. B. dadurch, daß man Luft oder Wasserdampf unter genügend starkem Drucke durch ein mit feuerfestem Thon ausgeschlagenes, glühende Kohks enthaltendes Gefäß leitet.

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Der Chemiker I. Hargreaves hat zuerst im Jahre 1864 die Einwirkung des Kali‐ und Natronsalpeters auf flüssiges Roheisen einer näheren Prüfung unterworfen und dabei die Beobachtung gemacht, daß mittelst Anwendung von Natronsalpeter, dessen zu heftige Einwirkung durch Zuschlag von Eisenoxyd oder Braunstein gemäßigt werden kann, das geschmolzene Roheisen sich in beliebigem Grade entkohlen läßt, wobei das frei gewordene Alkali mit dem im Eisen enthaltenen Silicium, Schwefel und Phosphor chemische Verbindungen bildet. Sein auf diese Beobachtung begründetes Verfahren zur Fabrication von Stahl und Stabeisen ließ er sich gemeinschaftlich mit dem Eisengießereibesitzer Th. Robinson zu Widnes patentiren. (Man sehe die Abhandlung von Hargreaves im polytechn. Journal Bd. CLXXXVII S. 480, zweites Märzheft 1868.) Nun benutzt Bessemer eine ganz allgemein gehaltene Angabe in seinen Patenten vom Jahre 1856, um das Verfahren von Hargreaves in modificirter Ausführung seinerseits ausbeuten zu können.

A. d. Red.

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