Titel: Caron, über die Ursache des Spratzens der Eisencarburete und über einige neue Eigenschaften des reinen Eisens.
Autor: Caron, H.
Fundstelle: 1870, Band 197, Nr. LVIII. (S. 234–238)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj197/ar197058

LVIII. Ueber die Ursache des Spratzens der Eisencarburete und des Funkenwerfens dieser Metalle, sowie über einige neue Eigenschaften des reinen Eisens; von H. Caron.

Aus den Comptes rendus, t. LXX p. 1263; Juni 1870.

Die Versuche, welche ich der (französischen) Akademie in meiner letzten Abhandlung mittheilte,44) beweisen, da Stahl und Roheisen niemals spratzen, wenn man sie in einer Atmosphäre von Wasserstoff oder Kohlenoxyd schmilzt, daß das Spratzen dieser Metalle beim Schmelzen und Vergießen keineswegs einem Austreten reducirender, während des Schmelzens absorbirter Gase zugeschrieben werden kann.

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Ich habe gezeigt daß, wenn im Augenblick des Erstarrens ein Spratzen stattfindet, man diese Erscheinung der Reaction zuschreiben muß, welche in diesem Moment das Eisenoxyd auf die Kohle des Eisencarburets ausübt. Dazu ist es aber nicht nöthig anzunehmen, daß Sauerstoff und Kohle sich im schmelzflüssigen Stahle gleichzeitig aufgelöst befinden müssen. Um sich davon zu überzeugen, braucht man nur den Vorgang im Tiegel von dem Augenblicke an wo er beschickt wird, bis zum Spratzen des vergossenen Metalles aufmerksam zu untersuchen.

Das in Stücken in den Tiegel eingesetzte Metall (Stahl oder Roheisen) wird sehr lange erhitzt, bevor es in Fluß geräth; während dieser Zeit bedecken sich die Stücke mit einem Ueberzug von Eisenoxyd, unter dem eine dünne Schicht von entkohltem Stahl sich befindet; der Kern der Stücke behält seinen ursprünglichen Zustand. Wenn die Temperatur den Schmelzpunkt des Metalles erreicht hat, schmelzen die Kerne der Stücke zunächst und der Stahl füllt den Tiegel und umgibt das Skelett der genannten Rinden. Diese Skelette wirken ziemlich lange Zeit auf das Carburet ein und geben das Kohlenoxyd, wobei sie von der oxydirenden Wirkung der Tiegelwände, wie ich bereits früher nachwies, unterstützt werden.

Wir haben jedoch hier noch eine andere Ursache von Gaserzeugung zu berücksichtigen. Sobald das Metall völlig in Fluß gerathen ist, bereitet man sich zum Gusse vor; der Tiegel muß geöffnet werden, wobei sofort Luft in denselben eindringt; dann oxydirt sich der flüssige Metallstrahl beim Eingießen in die Form in Folge der Berührung mit der Atmosphäre und reißt beim Falle neben einer gewissen Menge Luft ein Gemenge von Eisenoxyd und Eisencarburet mit sich, welche bis zum Erstarrungsmomente, vielleicht auch noch nachher, aufeinander reagiren. Es wird daher sicher Kohlenoxyd erzeugt.

Dieß sind wahrscheinlich die Hauptursachen des Spratzens der in geschmolzenem Zustande in eine oxydirende Atmosphäre gebrachten Eisencarburete.

Was die Funken des brennenden Stahles oder Eisens betrifft, so habe ich mich in meiner letzten Mittheilung darauf beschränkt, nachzuweisen daß sie nicht von einem durch das Ausstoßen eines reducirend wirkenden Gases verursachten Spratzen herrühren können, jedoch ohne eine neue Erklärung dieser Erscheinung aufzustellen. Die Versuche über welche ich nun berichten werde, dienen zur Stütze der früheren und gestatten diese Funken einer bisher unbekannten Ursache zuzuschreiben.

Reines Eisen, ja selbst gewöhnliches Eisen, wie es im Handel vorkommt, spratzt bekanntlich niemals, wenn man es in einem gehörig verschlossenen |236| Thontiegel oder in einer Röhre schmilzt, durch welche ein Strom von reinem Wasserstoff- oder reinem Kohlenoxydgas geleitet wird; dieß ist aber nicht mehr der Fall oder scheint vielmehr sich anders zu verhalten, wenn man dasselbe Eisen in einer offenen Schale aus Kalk mit der directen Flamme des Knallgaslöthrohres schmilzt. Wenn auch dafür gesorgt wird, daß in der Flamme stets der möglich größte Ueberschuß von Wasserstoff vorhanden ist, so oxydirt sich das Eisen während des Schmelzens doch zum großen Theile, und wenn man nach vollständig erfolgter Schmelzung das Feuer unterbricht, so tritt ein merkliches Spratzen ein, häufig von einem glänzenden Funkenwerfen begleitet.

Ich vermuthete, daß der anscheinende Widerspruch zwischen dem Schmelzen des Eisens im geschlossenen Tiegel und dem in offener Schale von der im letzteren Falle entstandenen großen Oxydmenge herrühre; um diese Vermuthung zu prüfen, stellte ich folgende Versuche an.

Eine ähnliche Kalkschale wie die zum Schmelzen des Eisens benutzte wurde mit reinem zu kleinen Cylindern gepreßtem Eisenoxyd gefüllt und dieses mit aufgesetztem Hut vor dem Knallgaslöthrohr geschmolzen, indem ich wie früher in der Flamme den größtmöglichen Ueberschuß von Wasserstoff unterhielt. Nachdem vollständige Schmelzung eingetreten war, stellte ich das Feuer ab, ließ aber den Hut darauf; ich bemerkte dann, daß die Masse anfangs an der Oberfläche erstarrte, dann aufstieg und zuletzt (wenn das Erkalten langsam stattfand) stark spratzte, ohne daß zugleich Funkenwerfen eintrat. Verlängert man die Schmelzung zu sehr, so bemerkt man kein Spratzen mehr; es bildet sich dann wahrscheinlich eine Verbindung von Eisenoxyd und Kalk, welche nicht mehr dieselben Eigenschaften besitzt.45)

Da das Material des Schmelzgefäßes auf diese Erscheinung von Einfluß seyn kann, so wendete ich statt des Kalkes reine Magnesia zur Herstellung desselben an; die erhaltenen Resultate waren aber dieselben. Schließlich verfertigte ich mir Schmelzgefäße aus reinem, stark zusammengepreßtem Magneteisenstein; auch in diesen erfolgte das Spratzen, aber schwieriger. Dasselbe Resultat erhält man mit Schmelzgefäßen aus Manganhyperoxyd (Mn³O⁴, Pyrolusit).

Ich brauche wohl kaum zu bemerken, daß ich, ungeachtet des in der Flamme im Ueberschuß vorhandenen Wasserstoffgases niemals reducirtes Eisen erhielt; dieß war vorauszusehen, da dieselbe Flamme bei den vorhergegangenen Versuchen das Eisen oxydirt hatte; übrigens ist durch die Versuche von Magnus längst bekannt, daß die Oxyde des Eisens |237| durch Wasserstoffgas dem eine gewisse Menge Wasserdampf beigemengt ist, bei keiner Temperatur reducirt werden. Ohne Zweifel findet dieser Fall hier Statt.

Hieraus ersieht man, daß das anscheinende Spratzen des im Kalktiegel geschmolzenen Eisens durch ein Gas verursacht wird, welches während der Schmelzung vom Oxyd absorbirt wurde. Dieses Gas kann kein reducirendes seyn, da weder Reduction, noch Funkenbildung stattfand; welches aber seine eigentliche Natur seyn mag, so gibt doch das von demselben hervorgebrachte Spratzen eine genügende Erklärung des Funkenwerfens. Das Oxyd, welches sonst die Eisentheilchen der Oberfläche umgibt, zieht sich durch das Spratzen von ihnen ab und entblößt das glühende Metall, das herausgeschleudert in Form von Funken verbrennt.

Ich gehe jetzt zu gewissen Eigenschaften des reinen Eisens über, welche ich bei meinen Versuchen beobachtet habe und die ich für neu halte.

Die Schmelzung des reinen Eisens in Wasserstoff läßt sich nicht ohne Schwierigkeiten ausführen, da der Verflüssigungspunkt des Metalles sehr selten vor dem Erweichen der (im Handel vorkommenden) Porzellanröhren eintritt. Die erforderliche Temperatur läßt sich mittelst des Schlösing'schen Löthrohres rasch erreichen; ich habe diesen Apparat stets angewendet und derselbe gab mir die zu diesen Versuchen erforderliche Hitze in reichlichem Maaße.

Ist das Eisen gut geschmolzen, so zeigt es sich blasenfrei; ich habe auf diese Weise mit über 1 Kilogrm. gearbeitet, in Portionen von 50 bis 150 Grammen; stets beobachtete ich dieselbe Erscheinung, welche bestätigt daß Wasserstoff von geschmolzenem Schmiedeeisen nicht absorbirt wird. Bestimmt man übrigens die Dichtigkeit des nicht ausgeschmiedeten Eisenzaines, so findet man sie merklich höher als beim gewöhnlichen Schmiedeeisen. Meine Versuche ergaben nachstehendes Resultat:

Gewicht Dichtigkeit
bei 160 C.
Reines, in Wasserstoff geschmolzenes Stabeisen, 83,879 Grm. 7,880
nicht ausgeschmiedet
dasselbe, ausgeschmiedet 79,074 „ 7,868
dasselbe, zu Draht von 1 Millimet. Stärke gezogen 10,312 „ 7,847
gutes Eisen, aus dem Handel bezogen, nochmals 81,540 „ 7,852
geschweißt (Stab von 1 Quadratcentimeter)
im Tiegel geschmolzener König von reinem Eisen 117,540 „ 7,833

Aus diesen Zahlen ergibt sich, daß die Dichtigkeit des im Wasserstoffstrom geschmolzenen reinen Eisens größer ist als die der sämmtlichen |238| anderen in einer nicht reducirenden Atmosphäre geschmolzenen oder ausgeschmiedeten Eisensorten. Besonders bemerkenswerth ist, daß dieses Metall vor dem Ausschmieden eine größere Dichtigkeit besitzt als nach der Bearbeitung mit dem Hammer.

Die Hämmerbarkeit in der Kälte wie in der Hitze ist sehr verschieden, wenn man das in einem Wasserstoffstrom geschmolzene reine Eisen mit dem in einer schwach oxydirenden Atmosphäre geschmolzenen Metalle vergleicht. Ersteres läßt sich bei Rothglühwärme leicht hämmern, ohne daß dabei besondere Vorsichtsmaßregeln erforderlich sind, und es ähnelt dem Kupfer darin, daß es sich in der Kälte gut ausziehen läßt.

Ich konnte in diesem Metalle keine Spur von Kohlenstoff auffinden, obgleich ich bei der Analyse die empfindlichste Methode anwendete.46)

Das im Tiegel geschmolzene reine Eisen ist dagegen merklich härter als das vorige; die großen und glänzenden Flächen auf seinem Bruche sind denen sehr ähnlich, welche verbranntes oder solches Eisen zeigt, das längere Zeit fortwährenden Erschütterungen ausgesetzt war. In rothglühendem Zustande läßt es sich nur schwierig strecken; um es gehörig und ohne Kantenrisse ausschmieden zu können, muß man ihm erst eine Schweißhitze geben; aber niemals erlangt es die Hämmerbarkeit des ersteren. Beim Erstarren im Tiegel erleidet es eine sehr merkliche Zusammenziehung und oft findet man in der Mitte des Königs eine Höhlung mit glänzenden Wandungen, welche vom Schwinden des Metalles herrührt; dieser Punkt ist bei Bestimmung der Dichtigkeit zu berücksichtigen.

Ein Gußkönig dieses im Tiegel geschmolzenen Eisens, in dünne Scheiben und Blätter zersägt, gibt bei längerem Erhitzen zur lebhaften Rothgluth in einem Strome von trockenem Wasserstoffgas eine beträchtliche Menge Wasser; nach dem Erkalten constatirt man einen Gewichtsverlust, welcher zum großen Theil dem in dem Metalle ursprünglich vorhanden gewesenen Sauerstoff zugeschrieben werden kann. Manche Theile des Königs, z.B. die unteren, haben bis 5 Tausendtel ihres Gewichtes eingebüßt, ein Verhältniß welches natürlich mit der oxydirenden Wirkung des Tiegelschmelzens wächst.

Aehnliche Untersuchungen habe ich mit Stahl ausgeführt, welche ich demnächst veröffentlichen werde.

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Polytechn. Journal Bd. CXCVI S. 126 (zweites Aprilheft 1870).

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Das Spratzen wird durch eine geringe Menge Kieselsäure gleichfalls verhindert.

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Boussingault fand in diesem Eisen bei Anwendung seiner sehr genauen Methode keine Spur von Silicium.

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