Titel: Untersuchungen über siliciumreiches Roheisen; von Troost und Hautefeuille.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1874, Band 214 (S. 78–80)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj214/ar214mi01_02

Untersuchungen über siliciumreiches Roheisen; von Troost und Hautefeuille.

Das Silicium, lange als eine Verunreinigung des Roheisens angesehen, zählt jetzt zu den nothwendigen Elementen der zum Bessemern bestimmten Roheisensorten. Die Metallurgen nennen solche siliciumreichen Sorten ganz charakteristerisch heißes Roheisen. Der heißere Gang des Converters, die größere Temperaturerhöhung, scheint von der Einführung einer größeren Menge eines brennbaren Stoffes im Roheisen abzuhängen. Das Silicium entwickelt durch die Verbrennung im Converter eine dreimal größere Wärmemenge als ein gleiches Gewicht Kohle, die sich in Oxyd verwandelt. Die Erhöhung des Wärmevermögens erfolgt um so bedeutender, je mehr Kieselsäure die Verbrennung des Siliciums ergibt – einen festen Körper, welcher im Apparat zurückbleibt, während Kohle ein Gas liefert, welches beim Entweichen aus dem Ofen einen Theil der erzeugten Wärme wegführt.

Aber in Wirklichkeit wird die Bezeichnung „heißes Roheisen“ durch die bemerkenswerthen Eigenschaften des Siliciums gerechtfertigt. Diese Eisensorten können während der Reinigung länger bei höherer Temperatur erhalten werden wie gewöhnliche Sorten. Durch die ausgezeichnete Reinigungsmethode Deville's mit Sauerstoff konnten wir nachweisen, daß sehr kieselreiches Roheisen sich bei hoher Temperatur in Gegenwart von oxydirenden oder reducirenden Gasen, wie sie sich identisch im Converter finden, ganz anders verhält wie gewöhnliches Eisen.

Kieselreiches Roheisen, in einem Tiegel von ungelöschtem Kalk unter Einwirkung eines Stromes von Leuchtgas und Sauerstoff flüssig erhalten, bildet ein Bad, welches selbst bei bedeutendem Sauerstoffüberschuß langsam oxydirt wird. Das Metall, durch den Gasstrom stets bewegt, bedeckt sich mit einem irisirenden Häutchen, welches die Badränder in Fluß erhält und sich wie beim Silberabtreiben unausgesetzt erneuert. Man kann, ohne die Erscheinung zu ändern, bedeutend über die Schmelztemperatur feuern. Diese Erscheinungen unterscheiden die Reinigung sehr kieselreicher Roheisensorten von derjenigen gewöhnlicher Sorten vollständig; diese, auf gleiche Weise behandelt, reinigen sich nur unter Erscheinung lebhafter und glänzender Funken. Diese Funkenerscheinung ist abhängig von der Entwickelung des Wasserstoffes und des Kohlenoxydes im flüssigen Bade; diese Gase, welche sich in den heißesten Theilen entwickeln, bewirken in den weniger heißen Theilen Auswürfe. Während nun gewöhnliches Roheisen viel solcher Gase entwickelt, geben sehr kieselreiche Sorten nur Spuren. Dieser Umstand erklärt den Unterschied beim Reinigen von kohlenstoffreichen und von siliciumreichen Roheisensorten. Wir konnten, nachdem wir kieselreiches Roheisen ruhig und lange bei sehr hoher Temperatur flüssig erhalten, dieselben lebhaften Funken erzeugen, indem wir eine passende Menge manganreichen Roheisens hinzusetzten. Auf ganz gleiche Weise lassen sich die Blasen, die sich bei dieser Reinigung entwickeln, eben so wie die, welche sich beim Erkalten im Metall bilden, nicht erklären; ihre Entwickelung ist oft von einer merklichen Aenderung in der chemischen Zusammensetzung des Roheisens oder des Stahles begleitet, wie dies die folgenden Versuche zeigen.

Das Kochen des Roheisens oder des Stahles, wie es die Hüttenleute täglich beobachten, kann im Laboratorium leicht beobachtet werden. Hierzu genügt, die Masse in feuerbeständigen Apparaten flüssig zu erhalten; die Erscheinung hält an, so lange das Metall ohne merkbare Temperaturveränderung flüssig bleibt. Diese Entwickelung ist nicht an eine Einwirkung des Metalles auf oxydirende Gase der Atmosphäre (Wasserstoff oder Kohlensäure) gebunden, da sie sich auch in deren Abwesenheit zeigt. Roheisen, welches 72 Stunden flüssig erhalten wurde in einem wohlverschlossenen Apparat und unter schwachem Druck, entwickelte noch Gas. Dasselbe Roheisen, in kohlenoxyd- und wasserstoffreiche Luft gestellt, verhält sich wie in einem trockenem Raume, und die Analyse zeigte uns, daß das entweichende Gas Kohlenoxyd ist.

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Diese anhaltende Gasentwickelung kann nicht von aufgelösten Gasen herrühren, weil die Temperatur unverändert bleibt; sie entsteht durch Einwirkung des Roheisens auf die Porzellanschale, wie die Analyse uns zeigte. Wir fanden nämlich, daß das Roheisen Kohlenstoff verliert und Silicium aufnimmt; wir konnten die Anreicherung des Roheisens an Silicium unter Erzeugung von Kohlenoxyd bis zu 8 Proc. Silicium verfolgen. Bei höherem Gehalt erhöht sich die Schmelzhitze des Metalles so sehr, daß wir darauf verzichten mußten, die Einwirkung auf Porzellan zu studiren. Diese ersten Versuche zeigten deutlich, daß bei einer höheren als der Schmelztemperatur des Roheisens das Kohleneisen die Eigenschaft besitzt, die Kieselsäure zu reduciren; aber sie gestatteten nicht, das Bestreben zu bestimmen, welches das Kohlenoxyd ausüben muß, damit soviel Silicium oxydirt werde, als durch die Einwirkung des Kohlenstoffes und des Eisens auf das Silicium und die Silicate erzeugt wird.

Wir mußten uns vorläufig begnügen, die Anreicherung an Silicium im flüssigen Roheisen unter einem analogen Druck des Kohlenoxydes, wie er in den metallurgischen Oefen stattfindet, nachzuweisen. Wir nahmen unsere Zuflucht zu der von Sauvage beschriebenen feuerbeständigen Substanz, der Gaize, welche gleichzeitig sehr kieselreich und sehr alkaliarm ist. In einem solchen Tiegel von sehr großer Dicke, welcher in einen Tiegel von Graphit und Kohle gefüllt war, wurde graues Roheisen mit 0,21 Proc. Silicium und 5,32 Proc. Kohlenstoff erhitzt; die Luft bildete hier in Berührung nur dem Roheisen Kohlenoxyd und Wasserstoff, wie im gewöhnlichen Coaksofen. Nach 24stündigem Erhitzen fanden wir, daß die Gaize um das Roheisen herum stark angegriffen war; das Metall war mit Silicium angereichert, und es hatte sich ein saures Silicat von Eisenoxydul gebildet. Einige Metallkügelchen hatten sich in Vertiefungen von mehr als 2 Centim. in die kieselige Masse hineingefressen.

Derselbe Versuch mit Stahl wiederholt, gab analoge Resultate, das Roheisen und der Stahl vor und nach diesen Versuchen analysirt, gaben folgende Zahlen:

Si. C.
1) Ursprüngliches Roheisen 0,21 5,32
Roheisen nach 48stündigem Erhitzen im Porzellantiegel 0,87 5,20
Roheisen nach 24stündigem Erhitzen im Gaizetiegel 1,07 3,90
Metallkörnchen, die sich in die Gaize hineingefressen 3,40
2) Ursprünglicher Gußstahl 0,10 1,54
Stahl nach 24stündigem Schmelzen im hessischen Tiegel 0,26 0,74
Stahl nach 24stündigem Schmelzen im Gaizetiegel 0,80 0,70

Diese Einwirkung des Roheisens und Stahles auf kieselige Massen beweist, daß, will man dem Metall kein Silicium zuführen, man die Schmelzung in Gefäßen aus Kalk oder Magnesia ausführen muß. Durch Erhitzen von siliciumreichem Eisen im Gaizetiegel haben wir nachgewiesen, daß eine Mischung von 20 Proc. Silicium, die nur einige Zehntausendstel Kohlenstoff enthielt, mehrere Tage flüssig erhalten werden konnte und dabei an Silicium weder merklich verlor, noch gewann. Geringe Mengen von Kohleneisen genügen demnach, um bei sehr kieselreichen Schlacken die Siliciumausscheidung zu compensiren. Erhitzt man reines Silicium in einem Kohlentiegel, so wird es bei seiner Schmelztemperatur langsam durch Kohlenoxyd oxydirt. Die Oxydation erfolgt nicht schnell, wie man dies durch die Absorption des Kohlenoxydes nachweist, wenn man die Temperatur erreicht, bei welcher Porzellan weich wird. Aber bei diesen Temperaturen befindet sich dann Kohlenoxyd großentheils aufgelöst, so daß die Oxydation hauptsächlich durch freien Sauerstoff bewirkt wird; unter diesen Umständen bemerkt man kleine Wolken unverbrannter Kohle, welche den Kohlenstoff in den Flammen vertreten.

Da im Hohofen Kohlenstoff, Eisen und die Silicate sich im Contact befinden, so beginnt die Zerlegung dieser Silicate durch den Kohlenstoff und das Eisen in der Rast und im Gestell; sie setzt sich fort im Herd, wenn die Wände sehr kieselreich sind; sie trägt also zur Anreicherung des Roheisens mit Silicium bei.

Diese Schlüsse schienen uns durch die Beobachtungen bestätigt, welche Jordan nach Veröffentlichung unserer Arbeit bekannt machte. Nach ihm soll man, um sehr kieselreiches Roheisen zu erzielen, den Hohofen sehr heiß und sehr langsam gehen lassen; die Reduction der Kieselsäure bei Gegenwart von Kohlenstoff und Eisen hat unter diesen Umständen Zeit, sich langsam auszuführen. Auch soll die Beschickung sehr kieselreich sein. Demnach darf man nicht vergessen, daß andere Ursachen bei Production von kieselreichen Roheisensorten eintreten können. Die Reaction des Kohleneisens auf |80| die Kieselsäure ist langsam, auch ist die basische Natur der Schlacken dabei wenig günstig.

Wir haben direct festgestellt, daß kieselreiches Roheisen, in Kalk oder in einem sehr basischen Kalksilicat erhitzt, Silicium verliert. Eine Ursache zur Erzeugung siliciumreicher Roheisensorten liegt in der Einwirkung auf die Silicate der alkalinischen Metalle, die stets in merklicher Menge im Schmelzgut vorhanden sind. Der Einfluß dieser Alkalimetalle ist leicht deutlich zu machen. Man erhitze in einem Windofen ein Gemenge von Pottasche, Kohle, Eisenfeilspänen und Kieselsäure; bei hoher Temperatur erhielten wir so ein Roheisen mit 15,16 Proc. Silicium und 2,94 Proc. Kohlenstoff. Diese Reaction, viel schneller wie die vorige, wirkt theilweise zur Erzeugung kieselreichen Roheisens während des schnellen Herabsinkens des Metalles in der heißen Zone des Hohofens. (Annales des mines, t. IV p. 1 durch die berg- und hüttenmännische Zeitung, 1874 S. 144.)

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