Titel: Tunner, über directe Darstellung des Eisens aus den Erzen.
Autor: Tunner, Peter
Fundstelle: 1873, Band 207, Nr. CVI. (S. 387–394)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj207/ar207106

CVI. Ueber die direkte Darstellung des Eisens aus den Erzen; von Peter v. Tunner.

Aus der österreichischen Zeitschrift für Berg- und Hüttenwesen, 1873, Nr. 7.

Die Bestrebungen der directen Darstellung des Eisens aus den Erzen scheinen durch das Danks'sche Maschinenpuddeln in ein neues Stadium gelangen zu sollen. Da bei diesem Maschinenpuddeln 6 bis |388| 7 Procent mehr Puddeleisen ausgebracht als Roheisen eingesetzt wird, und dabei überdieß von dem Gewichte des verpuddelten Roheisens 6 bis 7 Procent fremde Bestandtheile in Wegfall kommen, so müssen bei jedem Centner des verwendeten Roheisens 12 bis 14 Pfund Eisen aus den Erzen gewonnen werden. Oder mit Berücksichtigung, daß angeblich das Danks'sche Puddeleisen 2 bis 3 Procent mehr Schlacke enthält wie das gewöhnliche Puddeleisen, beträgt die per Centner des verwendeten Roheisens aus den Erzen gewonnene Menge an Eisen durchschnittlich bei 10 Pfund. Da nun auf einen Centner Roheisen ungefähr 30 Pfund Erze verbraucht werden, so berechnet sich das Ausbringen an Eisen aus den verwendeten reinen Erzen zu 30 bis 35 Procent, was mit Danks' Angabe übereinstimmt, daß aus diesen reinen Erzen beiläufig die Hälfte des darin enthaltenen Eisens gewonnen werde.

Es ist dieß offenbar eine directe Darstellung des Eisens aus den Erzen, nur ist dieselbe hierbei nicht der Haupt-, sondern bloß ein Nebenproceß. Bewerkstelligt wird dieser Proceß vorwiegend durch den im Roheisen enthaltenen und mit diesem im flüssigen Zustande befindlichen Kohlenstoff, welcher mit den großentheils gleichfalls in flüssigen Zustand versetzten und anderentheils die feste innere Umfassungswand bildenden Erzen, in der innigsten Berührung erhalten wird.

Nachdem dieser Erfolg einer directen Darstellung des Eisens als Nebenproceß vor Augen lag, war die Idee sehr nahe gerückt, in ähnlicher Weise die directe Darstellung als Hauptproceß durchzuführen. Wirklich ist dieser Gegenstand in der Versammlung der Mitglieder des Iron- and Steel-Institute am 20. und 21. März 1872 zu London mehrseitig besprochen worden. Hr. Siemens, welcher bekanntlich seit Jahren im Großen Versuche mit der directen Darstellung des Eisens und Stahles aus den Erzen durchführt, erklärte in dieser Versammlung,67) daß es in einem rotirenden Herde sehr schwer halten würde, eine solche Temperatur zu erzeugen, um 5 bis 6 Tonnen reines Eisen im flüssigen Zustande zu erhalten, und daß es ferner insbesondere nicht möglich seyn würde, darin Stahl im Fluß zu erhalten, weil dieser in Berührung mit den aus Eisenerzen bestehenden Ofenwandungen sofort seines geringen Kohlengehaltes beraubt werden müßte. Zugleich bemerkte er, daß er schon vor einigen Jahren auf rotirende Apparate seine Aufmerksamkeit gewendet habe, und zwar nicht zum Puddeln, sondern zur Ausführung des gegentheiligen Processes, nämlich zur Reduction der Oxydate in den metallischen Zustand, |389| und daß er hoffe, in Kürze dem Institute seine dießfallsigen Erfolge zur Kenntniß bringen zu können.

Hr. Snelus, welcher mit großer Umsicht und fast erschöpfend den chemischen Theil des Danks'schen Maschinenpuddelns bearbeitet hat,68) gab auf eine dieserwegen an ihn gestellte Interpellation die Erklärung ab,69) daß er nicht glaube, daß es möglich sey, in dem Danks'schen Ofen die directe Darstellung des Eisens aus den Erzen viel weiter zu treiben, wie es als Nebenproceß bereits geschehen ist, weil es nicht möglich sey, mehr Kohlenstoff (und dasselbe gilt von Silicium) im flüssigen Zustande zur Wirksamkeit zu bringen, als eben im Roheisen enthalten ist. Er ist demnach der Ansicht, daß zur Reduction des Eisens aus den Erzen in einem dem Danks'schen Apparate ähnlichen rotirenden Herde, die Anwesenheit des wirksamen Kohlenstoffes im flüssigen Zustande nothwendig sey.

Es kann füglich nicht bezweifelt werden, daß die Vermengung mit den in flüssigen Zustand versetzten Erzen und als Folge davon auch die Berührung und Einwirkung des Kohlenstoffes, im flüssigen Zustande eine vollständigere seyn müsse, als es bei fester Aggregatform der Erze und des Kohlenstoffes möglich ist. Selbst bei dem gasförmigen Zustande des Kohlenstoffes, als Kohlenoxydgas, kann die Einwirkung desselben auf die zu reducirenden Erze keine so energische seyn, als sie es bei dem durchweg tropfbar flüssigen Zustande ist, weil im ersteren Falle entweder die Temperatur eine niedrigere oder die Berührung zwischen den geschmolzenen Erzen und den Kohlenoxydgasen eine unvollkommenere ist. Indessen steht doch außer Zweifel, daß unter Umständen, wie sie im Danks'schen Rotationsherde obwalten, eine Reduction des Eisens eintritt, namentlich wenn durch die Beigabe von reinem vegetabilischem oder mineralischem Brennstoff in festem Aggregatzustande nachgeholfen, also Holzkohle, Anthracit, Kohks oder reine Stückkohle im zerkleinerten Zustande in entsprechender Menge beigegeben werden. Durch die Rotation des Herdes muß dabei die Berührung zwischen den mehr oder weniger geschmolzenen Erzen und der festen Kohle eine relativ sehr vollkommene, und darum in dieser höheren Temperatur die Reduction des Eisens eine ziemlich energische werden. Es darf dieß umsomehr angenommen werden, als in den ersten Vierziger-Jahren, in Steiermark wie in Oberschlesien, aus reinen Eisenerzen durch ähnliche Behandlung auf dem Herde gewöhnlicher Puddelöfen Eisen dargestellt, aber als nicht ökonomisch wieder aufgegeben worden ist.

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Bei den älteren langgeübten Manipulationen und auch den neueren Versuchen mit der directen Darstellung des Eisens ward die Reduction des Eisens bei fester Aggregatform der Erze, somit in relativ niedrigerer Temperatur durchgeführt, als dieß im Hohofen, wenigstens vorwaltend, der gleiche Fall ist. Hierbei erfolgt die Reduction sehr langsam, und auch ziemlich ungleich, je nach der Lage und Größe der einzelnen Erzstücke und Stückchen. Eine Temperatursteigerung bis zum Schmelzen der Erze wird dabei thunlichst vermieden, weil die Reduction des Eisens aus den geschmolzenen, verschlackten Erzen dadurch sehr erschwert wird, daß den reducirenden Gasen der Zutritt zu den nicht reducirten Theilen gehindert und (wie dieß im Hohofen eintritt) die geschmolzenen Partien sich überdieß rasch der weiteren Berührung des gasförmigen und des festen Kohlenstoffes entziehen. Daß jedoch die Reduction des Eisens aus den flüssigen Schlacken durch Kohle sehr rasch erfolgt, wenn die innige Berührung zwischen beiden erhalten wird, beweist das Verhalten der Eisenschlacken bei der Probe im Kohlentiegel, bei welcher diese Schlacken sich als leichtflüssig zeigen, während sie im Hohofen doch sehr strengflüssig sind, d.h. viel Brennstoff bei ihrer Verhüttung erfordern.

Bei den neueren Versuchen mit der directen Darstellung des Eisens ward die Reduction der Erze entweder als abgesonderter Proceß betrieben, wie es bei den Tiegel-, Röhren- und Schacht-Reductionsöfen nach Gerstorf und Chenot der Fall war, oder er wurde ohne Abkühlung der reducirten Erze, in einem aus mehreren einzelnen aber zusammenhängenden Herden bestehenden Apparate, bis zur fertigen Luppe fortgesetzt, wie dieß bei der Methode von Yates geschehen ist. Die Reduction ist bei allen diesen Versuchen mit eingemengtem Kohlenklein und mit äußerer Erhitzung zwar etwas langsam, aber immerhin genügend und theilweise selbst bis zur Bildung von Roheisen erfolgt; allein bei der darauf zu vollbringenden Absonderung der Schlacke vom Eisen stellten sich die Schwierigkeiten ein. Namentlich bei dem Verfahren von Yates war für die Durchführung der Reduction nur der mit den feingepochten Erzen vermengte Brennstoff (22 Procent Steinkohlenpulver vom Gewichts der zu reducirenden Erze) benöthigt, indem die äußere Erhitzung durch die vom Schmelzherde abziehende Ueberhitze bewerkstelligt wurde. Gerstorf und Chenot begnügten sich zuletzt mit der Verarbeitung der reducirten Erze in Frischherden oder Rennherden, während Yates einen Puddelherd mit erhitztem Unterwind verwendete, und, wie bekannt, alle diese Methoden sind als nicht ökonomisch verworfen worden.

Als feststehend erscheint, daß (abgesehen von der vorläufigen Darstellung eines kohlenreichen leichtflüssigen Eisens) zur Trennung der |391| Schlacken- und Metalltheilchen in den reducirten Erzen zunächst nur zwei Wege offen stehen: entweder bei gewöhnlicher Schmelztemperatur die Bildung einer eisenreichen aber leicht- und dünnflüssigen Schlacke in einem Apparate ähnlich einem Frisch- oder einem Puddelherde; oder unter Bildung einer ungewöhnlich hohen Temperatur, bei welcher selbst das wenig gekohlte Eisen in entsprechend flüssigen Zustand versetzt wird und sich von der hierbei auch ohne größeren Eisengehalt dünnflüssig zu erhaltenden Schlacke gehörig absondern kann. Für den letzteren Weg ist nur allenfalls mit einem Siemens-Ofen die nöthige Temperatur zu Stande zu bringen, und scheint Hr. Siemens jedenfalls diesen Weg vornweg eingeschlagen zu haben. Ob er auch bei Anwendung rotirender Apparate zur schließlichen Trennung von Schlacke und Eisen noch diesen Weg befolgt, muß dahin gestellt bleiben, bis er seinem Versprechen gemäß dem Iron and Steel-Institute darüber eine Vorlage zu machen in der Lage ist.

Obgleich sich bei der vorliegend in Frage gestellten Art der directen Darstellung des Eisens aus den Erzen auch rücksichtlich der technischen Durchführbarkeit einige Bedenken nicht unterdrücken lassen, wie namentlich die Bestimmung der richtigen Größe und Menge des beizugebenden Kohlenkleines und die schließliche Absonderung der Reste desselben u.a.m., so drängen sich die vornehmsten Zweifel für einen praktischen Erfolg doch ebenfalls wieder, wie bei den älteren Methoden, mehr auf der ökonomischen Seite heran. – Angenommen, es gelänge, das nachgetragene Kohlenklein so vollständig zu verzehren, daß die Absonderung der geringen Reste desselben durch die Schlacke keinem Anstande unterliegt und schließlich neben der entsprechend flüssigen Schlacke eine relativ reine Luppe erhalten wird, so muß diese Schlacke auch im rotirenden Herde nothwendig ein basisches Eisensilicat seyn, und dabei wird aus den reinen reichen Eisenerzen, wie die Erfahrung zeigt, höchstens die Hälfte des Eisens gewonnen, während die andere Hälfte in der Schlacke bleibt. Etwas unreinere ärmere Erze sind dabei absolut nicht zu verwenden. Wie bemerkt, wird bei der alten directen Darstellung des Eisens aus den Erzen, in Stucköfen und Rennherden, sowie bei dem neuen Danks'schen Maschinenpuddeln, aus den verwendeten reinen und reichen Erzen, auch nur beiläufig der halbe Gehalt an Eisen gewonnen, während die übrige Hälfte zur Bildung der dabei nothwendigen basischen Eisenschlacke gleichsam verloren geht. Je härter, stahlartig, das solchergestalt erzeugte Eisen ist, desto mehr wird an Eisen ausgebracht, desto weniger verbleibt davon in der Schlacke; aber erst dann, wenn das dargestellte Eisen dabei als Roheisen erscheint, kann der Eisengehalt der Schlacke auf wenige |392| Procente reducirt werden. Nur unter Umständen wie sie beim Bessemern obwalten, ist es möglich, selbst das flüssig bleibende Stabeisen von einem sehr geringen Kohlengehalt, mit einer nur wenige Procente Eisen haltenden Schlacke zu vereinigen.

Der Umstand, daß bei der in Frage stehenden directen Darstellung des Eisens in rotirenden Herden nur ungefähr die Hälfte des in den reichen Erzen enthaltenen Eisens gewinnbar ist, und dadurch die Kosten für die Erze auf das Doppelte gesteigert werden, bildet jedoch nicht das alleinige Bedenken rücksichtlich des ökonomischen Ausfalles, sondern der Brennstoffbedarf, welcher sich dabei einstellen muß, läßt den ökonomischen Erfolg nicht minder zweifelhaft erscheinen, wie folgende Betrachtung zeigt.

In einem rotirenden Herde von der Größe wie sie derzeit bei dem Danks'schen Maschinenpuddeln mit 6 Centner Roheiseneinsatz gebräuchlich sind, dürften auch Erz-Chargen mit 6 bis 8 Centner gemacht werden, die Dauer der Charge etwa eine Stunde betragen und an 1 3/4 bis 2 1/2 Centner schwere Luppen gewonnen werden. Sollte der Reductionsproceß in dieser höheren Temperatur und vollständigeren Berührung mit der Kohle sehr rasch erfolgen, dann würde allerdings die Chargendauer mit einer Stunde zu hoch, zugleich aber auch (wegen starkem Aufsteigen der Masse) das Erzquantum per Charge mit 6 bis 8 Centner zu groß angenommen seyn, daher das Schlußergebniß nahe ungeändert bleiben dürfte. In derselben Zeit werden bei dem Danks'schen Maschinenpuddeln mit Roheisen an 6 1/2 Centner Luppen erhalten, und dazu 7 bis 8 Centner Steinkohle verbraucht. Es dürfte somit der Brennstoffaufwand per Centner Luppeneisen aus den Erzen ungefähr 3 bis 4 Centner guter Steinkohle oder 4 1/2 bis 5 Centner gute Braunkohle, also ungefähr das doppelte bis dreifache Quantum von dem betragen, was gegenwärtig zum Verpuddeln des Roheisens benöthigt wird. Dabei ist immer vorausgesetzt daß nur sehr reine, reiche Eisenerze von circa 60 Procent Eisengehalt verwendet werden, Erze wie sie in den Eisenwerks-Districten von Oesterreich eine Seltenheit sind. Mit der Abnahme des Eisengehaltes in den Erzen müssen die Kosten für die Erze und den Brennstoff sich rasch steigern, so zwar, daß bei Erzen von 40 und selbst bis gegen 50 Procent Eisengehalt an eine directe Darstellung des Eisens kaum mehr zu denken ist, besonders dann nicht, wenn die das Erz begleitenden Bergarten vornehmlich Kiesel- oder Thonerde enthalten.

Die Aussichten für einen ökonomisch günstigen Erfolg sind dem- nach im Großen sehr gering, für Oesterreich um so geringer, als daselbst meist nur 40- bis 50 procentige Erze oder Beschickungen zu Gebote stehen. Dessenungeachtet ist ein dießfallsiger Versuch, speciell für |393| Innerösterreich, insofern nicht unbedingt zu verwerfen, als auf diesem Wege die Darstellung des Eisens, mit Umgehung des Hohofenprocesses, durch nicht backende Stein- und Braunkohlen ermöglicht wäre und man sich dieserwegen immerhin entschließen könnte, für diesen Proceß nur die sehr reinen und reichen Eisenerze auszuhalten und die größere Menge der armen Erze dem Hohofenproceß zu belassen. Wenigstens dort, wo ein Danks'scher Puddelapparat ohnedieß schon besteht, wäre es wohl gerechtfertigt, die relativ geringen Kosten nicht zu scheuen, welche einige dießfallsige Versuche verursachen würden, indem durch deren Ergebnisse mindestens bessere Anhaltspunkte für ein weiteres Vorgehen auf diesem Wege gewonnen würden, als die bloße Theorie zu bieten vermag.

Um auf dem in Frage stehenden Wege der directen Darstellung des Eisens weniger Eisen durch die abfallende Schlacke zu verlieren, könnte aber auch dergestalt manipulirt werden, daß vorerst durch die Beigabe einer größeren Kohlenmenge statt weichen Eisens, Roheisen und mit diesem eine wenig Eisen enthaltende Schlacke erhalten würde, wornach vorerst die Schlacke abgestochen und dann erst durch Beigabe einer neuen Erzpartie auf die Darstellung des reinen Eisens hingearbeitet würde. Oder mit anderen Worten, es soll zuerst im rotirenden Herde Roheisen dargestellt, und dieses sofort nach der Danks'schen Methode verpuddelt werden. Thatsächlich wurde bei den berührten Versuchen der directen Darstellung des Eisens aus seinen Erzen in gewöhnlichen Handpuddelöfen, und auch bei Yates' Verfahren ein ähnlicher Vorgang befolgt, indem vorerst ein roheisenartiges Metall erzeugt und dieses nach Beseitigung der eisenarmen Schlacke wie gewöhnlich verpuddelt ward. Allein bei dieser Manipulation, so scheint es wenigstens, zieht sich die Chargendauer so sehr in die Länge, wird der Brennstoffbedarf in einem solchen Grade erhöht und die Eisenproductionsmenge vermindert, daß die Aussichten auf einen ökonomisch günstigen Erfolg kaum Raum gewinnen, namentlich unter Verhältnissen wo auch der nicht verkohkbare mineralische Brennstoff Vergleichungsweise hoch im Preise steht, wie es derzeit in Innerösterreich der Fall ist, wo z.B. die Braunkohle in Leoben loco Grube 35 bis 70 kr. ö. W. per Zollcentner kostet. Aber jedenfalls bietet dieser Weg mehr Aussicht auf ein auch in ökonomischer Beziehung günstiges Resultat, als der zuerst betrachtete, um so mehr, als nach diesem Vorgange auch etwas minder reiche Erze von 40 bis 50 Procent, wie sie in Oesterreich am öftesten angetroffen werden, zur Verwendung gelangen können.

Hrn. Siemens stehen auf seinen Stahlwerken zu Landore bei Swansea nicht allein billigere und bessere Steinkohlen, sondern zugleich |394| die vorzüglichen reichen und reinen Magnet- und Brauneisensteine zu Gebote, welche aus Algier und Spanien mit einer relativ sehr kleinen Fracht zur See beschafft werden. Herr Siemens, im Besitze ausgezeichneter metallurgischer Kenntnisse, der Erfinder der Regenerativ-Gasöfen, schon seit mehreren Jahren mit der Lösung dieser Frage beschäftigt, ist daher vor Allen in der Lage, dieselbe mit ökonomisch günstigem Erfolge zu lösen, wenn dieß überhaupt möglich ist.

Wie aus diesen Erörterungen erhellt, hängt die Möglichkeit des Gelingens der directen Darstellung des Eisens auf dem in Frage gestellten Wege vornehmlich von den Verhältnissen der Reduction des verschlackten Eisens und der sofortigen Carbonisirung desselben, in dieser höheren Temperatur und bei dieser Art der beständigen Vermengung mit dem festen Kohlenstoff ab. Darüber müssen Erfahrungen erst gemacht und bekannt werden, indem die bisherige Praxis, sowie die Theorie nicht genügendes Anhalten bieten, um dießbezügliche Berechnungen für die Klarstellung der ökonomischen Seite durchführen zu können.

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Journal of the Iron- and Steel-Institute, Mai 1872, S. 294.

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Polytechn. Journal, 1872, Bd. CCIV S. 216.

|389|

Journal of the Iron- and Steel-Institute, Mai 1873, S. 300.

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