Titel: Heaton's Stahlfrischproceß mit Anwendung von Natronsalpeter.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1868, Band 190, Nr. CXIX. (S. 465–472)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj190/ar190119

CXIX. Heaton's Stahlfrischproceß mit Anwendung von Natronsalpeter.

Aus dem Engineer, October 1868, S. 307.

Mit Abbildungen auf Tab. VII.

Bei diesem Verfahren wird Roheisen oder Gußeisen von jeder beliebigen Qualität in einem gewöhnlichen Kupolofen mit Kohks eingeschmolzen und eine bestimmte Menge — gewöhnlich von 1 Tonne auf einmal, bis später vielleicht zu 5 Tonnen — von dem flüssigen Metalle in eine an einem Krahne hängende Gießpfanne abgestochen; diese wird dann an die Seite des Converters (Umwandlungsgefäßes) transportirt. Der letztere besteht in einem großen, aus Kesselblech angefertigten, unten offenen Cylinder, welcher in einer gewissen Höhe über dem Boden steht. Dieser Cylinder ist mit feuerfesten Steinen ausgefüttert; über seinem oberen Theile oder seiner Haube erhebt sich die kegelförmige Esse. An den Boden des Cylinders kann ein kurzer, mehr breiter als tiefer, mit feuerfesten Ziegeln und Masse ausgeschlagener, beinahe cylinderförmiger Untertheil, der eine Art Gießpfanne bildet, beweglich angesetzt und mittelst einfacher Vorrichtungen an dem Cylinder selbst befestigt werden. Solche bewegliche Gießpfannen oder Untergestelle sind in größerer Anzahl vorhanden, so daß sie der Reihe nach benutzt und gegen einander ausgewechselt werden können. In eine von diesen Gießpfannen bringt man eine bestimmte Gewichtsmenge von rohem salpetersaurem Natron in grober Pulverform, wie es im Handel vorkommt; dann ebnet man die Oberfläche des Salzes, und bedeckt sie mit einer kreisrunden, ziemlich dicken, mit zahlreichen Löchern versehenen Gußeisenplatte, welche in Folge ihres Gewichtes fest auf dem Salze aufliegt. Darauf verbindet man das so vorgerichtete bewegliche Untergestell mit dem unteren Theile des Cylinders und der Converter ist zum Gebrauche fertig. An der einen Seite des Cylinders ist eine Art von Einfülltrichter angebracht, der mit einer leicht beweglichen und lose aufliegenden Klappe aus Kesselblech geschlossen ist. Diese Klappe wird aufgeschlagen und dann wird die mit flüssigem Roheisen gefüllte Gießpfanne auf einmal in den Trichter entleert; das |466| Eisen fließt in den Converter und fällt direct auf die kalte, durchbrochene Gußeisenplatte hinab. Letztere wird durch das flüssige Metall keineswegs aus ihrer Lage gebracht. Die Platte wird sehr rasch heiß und erhitzt den unter ihr liegenden Natronsalpeter. „Nach ungefähr zwei Minuten,“ sagt Professor Miller, einer der ausgezeichnetsten Chemiker Englands, in seinem nach persönlicher Beobachtung abgegebenen Berichte, „begann die Wirkung; zuerst entwickelten sich rothbraune Salpetrigsäuredämpfe in mäßiger Quantität; darauf folgten reichliche Mengen von schwärzlichen, dann grauen, dann weißlichen Dämpfen, hervorgerufen durch das Entweichen von Wasserdampf, welcher einen Theil des Flußmittels in suspendirtem Zustande mit sich fortriß. Nach Verlauf von fünf bis sechs Minuten erfolgte die Verbrennung des Kohlenstoffes des flüssigen Roheisens (das wirkliche Frischen des letzteren) unter brausendem Geräusche, und eine glänzende gelbe Flamme schlug oben aus der Esse heraus. Diese Erscheinungen hielten etwa anderthalb Minuten lang an und hörten dann ebenso plötzlich auf, als sie begonnen hatten. Als Alles ruhig geworden war, wurde der Converter von der Esse losgemacht und sein Inhalt auf die eiserne Hüttensohle ausgeleert. Letzterer bestand aus rohem Stahl und Schlacke. Der „rohe Stahl“ zeigte einen teigigen Zustand, die Schlacke war flüssig; die durchlöcherte Gußeisenplatte war zusammengeschmolzen und nebst der eingegossenen Roheisencharge gefrischt worden.“

Dieses von Heaton als „roher Stahl“ bezeichnete erste Product seines Processes ist in Wirklichkeit Schmiedeeisen von der reinsten und besten Qualität. Die aus demselben direct gebildeten Luppen werden zunächst unter einem Quetsch- oder Patschhammer zusammengedrückt, damit sie ihre schwammige Beschaffenheit verlieren, erhalten dann in einem gewöhnlichen Schweißofen eine Hitze und werden nun zu Rohschienen ausgewalzt oder zu irgend einer anderen Form verschmiedet oder verwalzt. In diesem Zustande wird das Product vom Erfinder sehr unpassender Weise als Stahleisen bezeichnet; auf diese Bezeichnung hat es sehr geringe Ansprüche, denn durch Ablöschen in Wasser wird es kaum irgend wahrnehmbar härter. In Wirklichkeit besteht es aus einem beinahe absolut schwefel- und phosphorfreien Schmiedeeisen von krystallinisch-fadiger Textur, von großer Festigkeit und Zähigkeit, und ist zu allen baulichen Zwecken in demselben Grade geeignet wie das berühmte Stabeisen von Lowmoor und Bowling. Es schweißt auf das Vollkommenste, ist zähe bei allen Temperaturgraden, weder roth- noch kaltbrüchig und läßt sich bei den beiden für Schmiedeeisen so kritischen Temperaturen, welche als harte Proben für seine Qualität gelten müssen |467| — nämlich bei schwacher Rothgluth sowohl, als bei tüchtiger Hellgelbgluth — sehr gut ausschmieden.

Das Material besitzt, wie es unmittelbar aus dem Converter kommt, eine solche Güte, daß eine zweite oder gar noch eine dritte Hitze mit nachfolgendem Auswalzen — wie dieß selbst bei dem besten durch den Puddelproceß erzeugten Stabeisen allgemein üblich ist — nicht nur unnöthig, sondern ganz zwecklos ist. Das Stahleisen ist nach dem ersten Durchgange durch die Walzen (bei einer bestimmten Reduction seiner Dimensionen) ebenso zähe, ebenso fest und nervig, wie es durch wiederholte Hitzen und durch wiederholtes Ausschweißen gleich großer Ballen oder Luppen zu Schienen von denselben Dimensionen umgewandelt werden kann. —

Wir wollen nun mit Hülfe unserer Abbildungen, welche den auf den Langley Mills Steel Works im Erewash-Thale bei Nottingham unter Heaton's eigener Leitung construirten neuesten Apparat darstellen, die sehr einfachen und wenig kostspieligen Vorrichtungen zur Ausführung des neuen Frischverfahrens beschreiben.

Fig. 27 ist eine Seitenansicht des Apparates, welche gleichzeitig den Verticalschnitt der einen Hälfte des Kupolofens A gibt; Fig. 28 ist eine Vorderansicht; in beiden Figuren sind gleiche Theile mit gleichen Buchstaben bezeichnet. Fig. 2932 sind Grundrisse von verschiedenen einzelnen Theilen des Apparates. A, A sind Kupolöfen in denen das Metall umgeschmolzen wird; f, f (Fig. 27) sind Formen; g Oeffnung zum Aufgeben der aus Eisen und Kohks bestehenden Beschickung, welche mittelst eines Gichtaufzuges herbei transportirt wird; B, B Converter, in welche das umgeschmolzene Metall direct aus den Kupolöfen abgestochen wird; aus diesen Convertern wird der geschmolzene Stahl in den Schweißofen C abgestochen. D ist ein mit der Ueberhitze des letzteren Ofens geheizter Dampfkessel. Fig. 29 ist ein Horizontalschnitt des beweglichen Bodens eines Converters, mit seinem Massenbeschlage oder feuerfesten Futter d, d, d; derselbe wird in der angegebenen Weise mit Natronsalpeter gefüllt. Fig. 30 zeigt die mit Löchern versehene Metallplatte, mit welcher der im Converter befindliche Salpeter bedeckt wird. Fig. 31 stellt den Horizontalschnitt eines mit der durchbrochenen Platte versehenen Converters dar. Fig. 32 zeigt den Grundriß eines Converters mit den acht, auch aus Fig. 28 ersichtlichen Klammern c, c, c, mittelst deren der Converterboden während der Dauer des Umwandlungsprocesses an dem Körper des Converters befestigt wird.

Das erwähnte „Stahleisen“ ist natürlich schon an und für sich ein fertiges sehr werthvolles Handelsproduct, aus welchem Heaton seinen |468| Gußstahl darstellt, d. h. bevor es irgendwie die Walzen passirt, und so lange es noch im Zustande von „rohem Stahl“ ist, der durch den Patschhammer in Kuchenform gebracht worden. Diese Kuchen werden zerschlagen und in gewöhnliche Thontiegel von der üblichen Größe (deren jeder also circa 60 Pfd. hält) eingetragen. Je 100 Pfd. dieses Materiales werden mit etwa 2½ bis 3 Pfd. Spiegeleisen oder mit der äquivalenten Menge von Manganoxyd und etwas Holzkohle versetzt; diese Beschickung wird eingeschmolzen und in die gewöhnlichen schmiedeeisernen Zainformen gegossen. Dieses Product ist ein vortrefflicher Gußstahl, welcher zu Schienen verwalzt wird und nun fertige Waare ist.

Die Einfachheit dieses Processes bedarf für den Fachmann keines weiteren Commentars.

Am 10. Juli 1868 erschienen Dr. Allen Miller, Vicepräsident der Royal Society, Professor der Chemie am King's College und Münzwardein, nebst dem Civilingenieur Robert Mallet auf Wunsch der Patentbesitzer auf den Langley Mills und verfolgten den Proceß der Umwandlung von Cleveland- und Northamptonshire-Roheisen in die oben beschriebenen Producte Schritt für Schritt.

Die nachstehenden Auszüge aus Miller's vorläufigem officiellen Berichte werden genügen, jeden Eisenhüttenmann von dem großen Werthe dieses Processes zu überzeugen.

„Ein abgewärmter, leerer Kupolofen,“ sagt Dr. Miller, „wurde mit 6¼ (engl.) Centner Clay-lane-forge-Roheisen Nr. 4, und gleich darauf noch mit 6¼ Ctr. Stanton-forge-Roheisen Nr. 4 beschickt; nachdem das Ganze eingeschmolzen war, wurde es in die Gießpfannen abgestochen und in denselben zum Converter transportirt. Ich untersuchte folgende Proben: Nr. 4, im Kupolofen umgeschmolzenes Roheisen; Nr. 7, mit dem Patschhammer bearbeiteten „rohen Stahl“; Nr. 8, ausgewalztes stahliges Eisen; Nr. 5, Converterschlacke. Die Analysen jener drei Metallproben ergaben die nachstehenden Resultate:

Kupolosen-Roheisen Roher Stahl Ausgewalztes Stahleisen.
(4). (7). (8).
Kohlenstoff 2,830 1,800 0,993
Silicium mit etwas Titan 2,950 0,266 0,149
Schwefel 0,113 0,018 Spuren
Phosphor 1,455 0,298 0,292
Arsen 0,041 0,039 0,024
Mangan 0,318 0,090 0,088
Calcium 0,319 0,310
Natrium 0,144 Spuren
Eisen (aus der Differenz) 92,293 97,026 98,144
––––––– ––––––– –––––––
100,000 100,000 100,000
|469|

„Aus einer Vergleichung dieser Resultate ergibt sich, daß durch die Einwirkung des salpetersauren Natrons ein beträchtlicher Theil des Kohlenstoffes, Siliciums und Phosphors, sowie der größte Theil des Schwefels, entfernt worden ist. Die Menge des Phosphors, welcher in der aus dem Converter genommenen Probe von „rohem Stahle“ zurückgeblieben war (0,298 Proc.), ist offenbar nicht bedeutend genug, um die Qualität des Productes beeinträchtigen zu können.“

„Der Schienenstahl (das stahlartige Stabeisen) wurde in unserem Beiseyn mehrfachen strengen Proben unterworfen. Er wurde kalt gebogen und scharf rundgehämmert, ohne daß er zerriß; er wurde ferner sowohl bei Kirschrothgluth, als bei heller Gelbgluth geschmiedet und in derselben Weise wie im kalten Zustande probirt, gleichfalls ohne zu zerreißen; auch schweißte er ganz genügend.“

„Die Beseitigung des im Roheisen vorhandenen Siliciums ist ebenfalls ein unverkennbares Resultat der Einwirkung des salpetersauren Salzes.“

„Für die Praxis liegt die Hauptsache offenbar darin, möglichst gleichförmige Resultate zu erzielen, so daß man bei Verwendung von Roheisensorten von ähnlicher Zusammensetzung Stahl von gleichbleibender Qualität zu erhalten versichert seyn kann. Die von Kirkaldy über die Festigkeit verschiedener Proben abgeführten Versuche geben den augenscheinlichen Beweis, daß eine solche Gleichartigkeit der Producte allerdings erreichbar ist.“

„Das dem Heaton'schen Verfahren zu Grunde liegende chemische Princip erweist sich als gut und die Art, in welcher das angestrebte Resultat erreicht wird, ist ebenso einfach, als rasch ausführbar. Die Salpetersäure des Natronsalpeters gibt an die im Roheisen stets vorhandenen fremdartigen Bestandtheile Sauerstoff ab und verwandelt sie dadurch in Verbindungen welche sich mit dem Natron vereinigen, mit demselben in die Schlacken treten und in diesen entfernt werden. Diese Wirkungsweise des Natronsalpeters bildet einen der charakteristischen Züge des Heaton'schen Processes und verleiht demselben ein Uebergewicht über die gewöhnlich üblichen Oxydationsmethoden.“

„Eine vollständige Analyse der Schlacke hielt ich nicht für nothwendig; ich beschränkte mich auf die Bestimmung des Gehaltes derselben an Sand, Kieselsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure und Eisen. An Wasser gab die Schlacke weniger ab als ich erwartet hatte, und sie war nicht zerflossen, obwohl ich sie nur in Papier eingewickelt aufbewahrt hatte.“

„Von 100 Theilen des feinen Schlackenpulvers lösten sich 11,9 Th. |470| in Wasser; sie enthielt 47,3 Proc. Sand, 6,1 chemisch gebundene Kieselsäure, 6,8 Phosphorsäure, 1,1 Schwefelsäure, 12,6 Eisen (zum großen Theile in metallischem Zustande), 26,1 Natron und Kalkerde; im Ganzen 100 Th.“

„Es ergibt sich daraus, daß ein bedeutender Antheil des vorhandenen Phosphors durch die oxydirende Einwirkung des salpetersauren Salzes eliminirt und daß eine gewisse Menge Eisen mechanisch in der Schlacke vertheilt wird.“

„Die Menge der Schlacke im Verhältniß zu dem Ausbringen an rohem Stahl wurde durch einen directen Versuch nicht bestimmt; nach der Menge der angewendeten Materialien berechnet, konnte indessen ihr Maximum 23 Proc. von der Gewichtsmenge des umgeschmolzenen Metalles nicht überstiegen haben. Demzufolge entsprach der 12,6 Proc. betragende Eisengehalt der Schlacke höchstens einem Verluste von 3 Proc. des verarbeiteten Eisens.“

gez. Wm. Allen Miller.

In seinem an die Besitzer von Heaton's Patent gerichteten Privatbericht (London, 12. September 1868), sagt der oben erwähnte Ingenieur Hr. Robert Mallet:

„Auf Ihren Wunsch, bezüglich des Wesens und des commerciellen Werthes des patentirten Verfahrens von Heaton zur Fabrication verschiedener Sorten von Stahl, namentlich der von diesem Erfinder als „Stahleisen“ und „Hammergußstahl“ bezeichneten Producte, meine Ansicht gegen Sie auszusprechen, besuchte ich die Langley Mills-Werke, auf denen dieses Verfahren seit einiger Zeit im Großen betrieben wird, zweimal.“

„Dieser Proceß der Umwandlung von Roheisen in Stahl mit Anwendung von salpetersaurem Natron in Heaton's patentirtem Converter wurde in meiner Gegenwart auf dem genannten Hüttenwerke vielfach ausgeführt. Ich habe die Einzelheiten dieses Processes in Bezug auf ihre Verwendbarkeit für den Betrieb im Großen, sowie die mit demselben erhaltenen Resultate eingehend geprüft, ebenso habe ich die Ergebnisse von Professor Miller's chemischen Untersuchungen der Schmelzmaterialien und der aus denselben erzeugten Producte genau in Betracht gezogen und bin Augenzeuge bei den Versuchen gewesen, welche Hr. David Kirkaldy auf seinem Probirwerke in Southwork über die physikalischen Eigenschaften der in meiner Gegenwart auf den Langley Mills nach diesem Verfahren dargestellten Erzeugnisse abgeführt hat. Den |471| sämmtlichen von mir selbst beobachteten Thatsachen gegenüber kann ich die nachfolgenden Sätze als zweifellos erwiesene Wahrheiten aufstellen:

1) Heaton's patentirtes Verfahren zur Umwandlung von Roheisen in Stahl mittelst salpetersauren Natrons steht in allen Stücken mit den Grundsätzen der theoretischen Metallurgie in vollkommener Uebereinstimmung; dasselbe läßt sich mit vollkommener Zuverlässigkeit, Gleichförmigkeit und Leichtigkeit in großem Maaßstabe ausführen und liefert Producte von hohem Handelswerthe.

2) In Bezug auf die Productionskosten vermag Heaton's Verfahren mit jeder anderen Methode zur Darstellung von Stabeisen und Stahl aus Roheisen siegreich in Concurrenz zu treten.

3) Abgesehen von den geringeren Herstellungskosten ermöglicht das neue Verfahren die Production von Stabeisen erster Qualität und von ausgezeichnetem Stahle aus ungereinigten, stark schwefelhaltigen und an Phosphorreichen Roheisensorten, aus denen durch keinen andern bekannten Proceß, selbst nicht durch das Bessemerverfahren irgend ein verkäuflicher Stahl oder ein Schmiedeeisen dargestellt werden kann, welches nicht in stärkerem oder geringerem Grade kaltbrüchig oder rothbrüchig ist. So wurde in meiner Gegenwart aus sehr Phosphor- oder schwefelreichem Cleveland- und Northamptonshire-Roheisen ein Stabeisen und ein Gußstahl von sehr ausgezeichneter Qualität erzeugt, was bekanntlich bisher noch nicht möglich gewesen ist.“

„Demnach bietet das Heaton'sche Verfahren in der Zukunft ein beinahe unbegrenztes Feld dar für die Verpflanzung der Fabrication eines vorzüglichen Stabeisens und eines ausgezeichneten Stahles in die Cleveland- und andere große Eisenhüttendistricte Englands, welche bis jetzt in Folge der geringen Qualität ihre Rohproducte von der Erzeugung eines solchen Materiales ausgeschlossen waren. Ebenso ermöglicht es die Einführung der Stahlfabrication in Gegenden, wo Brennstoffe so wenig vorkommen und in solchem Preise stehen, daß ohne den neuen Proceß dieser Industriezweig nicht würde aufkommen können.“

„Es ist mir in dieser kurzen Mittheilung nicht möglich, auf die ungemeinen Vorzüge näher einzugehen, welche die Einführung des Heaton'schen Systemes darbieten wird bezüglich einer bedeutenden Verminderung des jetzigen Verbrauches an Rohmaterial, Brennstoff, Zeit und Arbeitslöhnen, wie ihn der gewöhnliche Puddelproceß bedingt, sowie bezüglich einer erheblichen Verringerung der mit den Arbeiterfragen verknüpften Schwierigkeiten, welche diesem Processe zum großen Nachtheile des englischen Eisenhüttengewerbes anhaften. Ebenso wenig bin ich im Stande die bedeutende Reduction der Anlagekosten, welche das in Rede stehende |472| System, im Vergleich mit allen anderen Methoden, für ein und dasselbe jährliche Stabeisen- und Stahlausbringen ermöglicht, ausführlicher zu erörtern.“

Dr. Miller hat unwiderleglich nachgewiesen, daß durch den Heaton'schen Proceß fast der ganze Gehalt an Schwefel und Phosphor aus dem Roheisen ausgeschieden wird und daß die zurückbleibenden Spuren dieser Körper so gering sind, daß sie die Qualität des erzeugten Stabeisens und Stahles nicht beeinträchtigen, selbst wenn zur Herstellung dieser Producte die an diesen schädlichen Nebenbestandtheilen reichsten brittischen Roheisensorten verwendet werden.“

„Das in meiner Gegenwart aus Cleveland- und Northamptonshire-Roheisen erzeugte Stabeisen, welches in meinem Beiseyn auch auf seine Festigkeit probirt wurde, zerriß bei einer Belastung von 23 Tonnen (engl.) auf den Quadratzoll mit einer Dehnung von beinahe dem vierten Theile seiner ursprünglichen Länge. Demnach ist dieses Eisen sehr fest und sehr zähe, obschon die erzeugte Sorte aller Wahrscheinlichkeit nach noch keineswegs die allerbeste ist, welche man mittelst dieses Processes später wird darstellen können. Es besitzt alle Eigenschaften, welche ein Stabeisen für artilleristische Zwecke, zur Verwendung für Panzerplatten, eiserne Schiffe und Dampfkessel vorzugsweise geeignet machen.“

„Der ebenfalls in meinem Beiseyn aus demselben Roheisen wie das eben erwähnte Stabeisen dargestellte gehämmerte oder Hammergußstahl zerriß bei einer Belastung von ungefähr 42 Tonnen per Quadratzoll, mit einer Dehnung von mehr als einem Zwölftel seiner ursprünglichen Länge. Demnach besitzt auch dieser Stahl einen bemerkenswerthen Grad von Zähigkeit und ist zu Schienen, zum Schiffbau und zu Ingenieurzwecken überhaupt sehr gut geeignet. Mittelst des Heaton'schen Verfahrens ist man folglich im Stande aus Roheisen von sehr geringer Qualität, aus welchem sich durch keine einzige der übrigen bekannten Methoden überhaupt Stahl darstellen läßt, einen zu allen technischen Zwecken sehr brauchbaren Stahl zu erzeugen.“

gez. Robert Mallet.

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