Titel: Bell, über die Ausscheidung der Verunreinigungen von Eisen.
Autor: Bell, Isaac Lowthian
Fundstelle: 1877, Band 225 (S. 351–357)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj225/ar225112

Ueber die Ausscheidung von Kohlenstoff, Silicium, Schwefel und Phosphor im Frischfeuer, um Puddelofen und im Bessemerconverter; von J. L. Bell.

(Schluß von S. 268 dieses Bandes.)

Eine Reihe von Analysen, welche auf den Werken der Weardale-Iron-Company mit Cleveland-Eisen angestellt worden sind, indem man in verschieden langen Zeitabschnitten Proben aus dem Bessemerconverter |352| genommen hat, mögen die Vorgänge bei dem Bessemerproceß veranschaulichen.

1) Es wurde eine Charge Clarence Nr. 3 im Cupolofen geschmolzen, dann in den Converter ausgegossen und 5 Minuten dem Einfluß des Windes ausgesetzt. Die alsdann gezogene Probe verhielt sich in ihrer Zusammensetzung zu der des verbrauchten Roheisens, wie folgt:

Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
Roheisen 3,60 1,76 0,175 1,64 Proc.
Probe 3,29 0,39 0,127 1,79 „
Verlust 8,61 77,72 16,63 (10,89 „ Zuwachs.)

2) Zwei andere Proben von Clarence Nr. 3, nach 5 Minuten gezogen, ergaben im Durchschnitt:

Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
Roheisen 3,14 1,68 0,10 1,43 Proc.
Probe 2,90 0,37 0,09 1,59 „
Verlust 7,63 77,96 (0,10 Zuw.) (11,21 „ Zuwachs).

3) Clarence Nr. 3, während 9 Minuten dem Gebläse ausgesetzt:

Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
Roheisen 3,452 1,626 0,120 1,423 Proc.
Probe 0,153 0,018 0,126 1,469 „
Verlust 86,03 98,80 (0,005 Zuw.) (3,23 „ Zuwachs).

4) Clarence Nr. 3, während 16 Minuten dem Gebläse ausgesetzt:

Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
Roheisen 3,48 2,07 0,05 1,46 Proc.
Probe 0,05 0,07 0,05 1,69 „
Verlust 98,56 96,61 0,00 (15,75 „ Zuwachs).

5) Clarence Nr. 3, während 20 Minuten dem Gebläse ausgesetzt:

Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
Roheisen 3,87 1,910 0,046 1,92 Proc.
Probe 0,063 0,007 0,062 1,62 „
Verlust 82,83 99,63 (34,78 Zuw.) (15,78 „ Zuwachs).

Im Allgemeinen kann man sagen, daß die Differenz gegen den ursprünglichen Gehalt an Metalloiden, in runden Zahlen und in Procenten ausgedrückt, folgende ist:

Silicium. Kohlenstoff. Schwefel. Phosphor.
Beim Feinen 90 Verlust. 10 Verlust. 30 Verlust. 50 Verlust.
Beim Bessemern, je
nach der Zeitdauer
des Blasens


77 bis 99 „


8 bis 99 „




10 bis 16 Zuwachs.

Um den wesentlichsten Unterschied, welcher zwischen dem Fein- und dem Bessemer-Proceß existirt, zum Zweck der vorliegenden Forschungen zu beseitigen, wurde ein Gemenge von geschmolzenem Eisenerz und Schlacke im Gewicht von 20 bis 30 Proc. des zu verarbeitenden Roheisens |353| in den Converter gegeben, worauf man das flüssige Eisen einlaufen ließ und das Gebläse in Thätigkeit setzte. Es trat sehr bald eine energische Reaction ein, ersichtlich aus dem gewaltsamen Auswerfen von Theilen der Schmelzmasse. Nach Verlauf von 10 Minuten wurde eine Probe gezogen. Die Analyse derselben ergab, daß das Eisen keinen Phosphor verloren hatte. Dies konnte daraus erklärt werden, daß die zugesetzten Erz- und Schlackenmassen, in Folge ihres geringern specifischen Gewichtes, auf der Oberfläche des Eisens schwammen, wodurch keine innige Berührung zwischen Metall und Zusatz möglich war.

Der Versuch wurde deshalb in anderer Art vorgenommen. In eine Charge von Clarence Nr. 4 wurde so lange geblasen, bis etwa der vierte Theil des Eisens oxydirt worden war. Das durch die darüber stehende Eisenmasse aufsteigende Oxyd hatte hinreichend Zeit, den Phosphor aus dem Eisen zu entfernen, wenn dies überhaupt möglich gewesen wäre. Das Eisen war nach der Operation flüssig wie Wasser, sämmtlicher Kohlenstoff daraus entfernt; allein der Phosphor blieb nach wie vor darin. Nachstehend die betreffenden Analysen des Eisens (I) und der gebildeten Schlacke (II).

I Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
Roheisen 3,13 1,87 0,12 1,33 Proc.
Probe 0,00 0,32 0,05 1,65 „
Verlust 100,00 82,46 58,33 (24,81 „ Zuwachs).
II
Eisenoxyd
Eisenoxydul
2,86
47,19
entsprechend 38,70 Proc. Eisen.
Manganoxydul 2,92
Kieselsäure 45,38
Thonerde 0,51
Kalk 1,40
Magnesia Spuren
–––––
100,26

Aus den Resultaten der vorstehend angeführten Versuche scheint die Thatsache hervorzugehen, daß verschieden hohe Temperaturen auf ein Gemisch von geschmolzenem, phosphorhaltigem Eisen mit Eisenoxyd völlig entgegengesetzte Wirkungen haben können. Bei verhältnißmäßig niedriger Temperatur im Puddelofen und Feinfeuer gibt das Eisen an das Eisenoxyd Phosphor ab. Bei der bedeutend höhern Temperatur im Bessemerconverter verliert das Eisen nicht nur keinen Phosphor, sondern vermehrt sogar seinen Gehalt an dieser Substanz. Nachstehender Versuch liefert einen weitern Beleg für diese Erscheinung. Eine Partie Clarence-Eisen wurde direct aus dem Hohofen über eine dicke, in einem |354| oben offenen Behälter befindliche Schicht geschmolzenes Eisenoxyd langsam abgestochen. In Folge der größern specifischen Schwere durchdrang das Eisen die Oxydschicht und setzte sich auf dem Boden des Behälters ab, von wo eine Probe genommen wurde. Die vorgenommenen Analysen ergaben:

Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
Roheisen 3,305 2,163 0,102 1,515 Proc.
Probe 2,731 0,028 0,056 0,838
Verlust 17,37 98,70 45,09 44,68
Verlust desselben Roheisens
beim Feinen

19,87

90,57

100,00

42,85

Bei einem andern Versuche blieb nur ungefähr 0,1 Proc. Phosphor im Eisen zurück.

Um eine möglichst vollständige Reinigung des Roheisens von den Metalloiden zu erzielen, ist es vor Allem nothwendig, daß sich das erstere im geschmolzenen Zustand befinde. Die Eigenschaft aber, bei verhältnißmäßig niedern Temperaturgraden zu schmelzen, verleiht dem Eisen der Kohlenstoff. Die Reihenfolge, in welcher die oben genannten vier Metalloide beim Reinigungsproceß des Roheisens, vom Bessemern abgesehen, ausscheiden, belehrt uns, daß die Affinität des Eisens zum Kohlenstoff größer ist als zu Silicium, Schwefel und Phosphor, und eben diese Eigenschaft ermöglicht daher die Entfernung der letztgenannten Stoffe im Puddelofen. Der alte sogen. Handpuddelproceß ist nun aber in Bezug auf das zu erzeugende Product ein außerordentlich unsicherer. Verbrennt der Kohlenstoff aus irgend welchem Grunde zu schnell, so hat der Phosphor nicht die nöthige Zeit zu seiner Entfernung. Ist während der Verbrennung des Kohlenstoffes die Temperatur im Puddelofen zu hoch, so wird der Phosphor ebenfalls in ungenügendem Maße ausgetrieben. Selbst auf den anerkannt best geleiteten Werken ereignet es sich nur zu oft, daß derselbe Puddler mit demselben Material und in demselben Ofen, ganz gegen seine Absicht, Luppeneisen von sehr verschiedener Qualität herstellt.

Der große Unterschied zwischen dem Einfluß des Bessemer- und des Puddelprocesses auf den Phosphorgehalt des Eisens kann wohl nicht schlagender nachgewiesen werden, als durch folgende Experimente.

1) Eine Partie Clarence-Eisen wurde, nachdem im Converter fast sein sämmtlicher Kohlenstoff verbrannt worden war, im flüssigen Zustande zum einen Theil in einen auf die gewöhnliche Weise besetzten und zum andern Theil in einen mit Eisenoxyd besetzten Puddelofen |355| gebracht. Das Eisen ballte sich schon nach 5 Minuten und die angestellten Analysen ergaben:

Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
Roheisen 3,48 2,07 0,05 1,46 Proc.
Nach dem Bessemern 0,05 0,07 0,05 1,69
Gepuddelt wie gewöhnlich Spur Spur 0,74
„ mit Eisenoxyd Spur Spur 0,54

2) Ein vorzugsweise Phosphor haltiges Roheisen, ähnlich wie oben behandelt, enthielt ursprünglich 2,10 Proc. Phosphor und nach dem Puddeln nur noch 0,56 Proc.

3) Noch vollständiger war die Austreibung des Phosphors bei einem vor dem Puddeln gefeinten Eisen:

Phosphorgehalt des Roheisens 1,47 Proc.
gefeinten Eisens 0,84 „
gepuddelten „ 0,27 „

Aus den verschiedenen, in Vorstehendem mitgetheilten Analysen ist ersichtlich, daß Kohlenstoff und Silicium bis auf Spuren durch alle bis jetzt angewendeten Reinigungsprocesse des Roheisens entfernt werden können. Der Phosphor dagegen verläßt das Eisen nur bei verhältnißmäßig niedrigen Temperaturgraden. Hieraus folgt, daß zur möglichsten Vertreibung des Phosphors im Puddelofen die erste Zeit nach dem Einschmelzen des Roheisens dazu benutzt werden muß, bei mäßiger Temperatur durch eine intensive, gleichmäßige Bewegung der ganzen geschmolzenen Masse dem Phosphor durch häufige und innige Berührung mit dem in der Schlacke enthaltenen Eisenoxyd Gelegenheit zur Oxydation zu geben.

Die Erfahrung lehrt, daß das Roheisen viel leichter die ihm anhaftenden fremden Stoffe abgibt, wenn es im flüssigen Zustand in den Puddelofen gebracht wird, als wenn man es kalt einsetzt. Die Luppenstäbe sind im erstern Falle stets stärker und enthalten weniger Phosphor. Eine Charge Clarence Nr. 4 ergab:

Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
5 Minuten im Bessemerconverter
geblasen

3,29

0,392

0,127

1,79

Proc.
Kalt gepuddelt 0,033 0,105 0,013 0,597
Warm gepuddelt 0,184 0,100 0,008 0,299

Bei einem andern Versuche wurde der Phosphorgehalt des Roheisens von 1,423 Proc., beim Kaltpuddeln auf 0,592 und beim Warmpuddeln auf 0,209 Proc. reducirt, während eine andere Charge desselben Eisens, ebenfalls warm gepuddelt, noch 0,328 Proc. Phosphor zeigte. Diese verschiedenen Resultate zeugen gleichzeitig wieder für die |356| oben schon besprochene Unsicherheit des Handpuddelns. Als weitern Beleg hierfür dienen nachstehende von Snelus veröffentlichte Analysen. Es wurden von einer Sorte Roheisen drei Chargen gepuddelt und ergaben:

Kohlenstoff. Silicium. Schwefel. Phosphor.
Roheisen 2,310 0,895 0,763 2,176 Proc.
1 Charge gepuddelt 0,692 0,089 0,446
2 „ „ 0,333 0,064 0,386
3 „ „ 0,184 0,044 0,201

Uebrigens sind die Schwankungen in Charakter und Qualität des beim Puddeln gewonnenen Productes jedem Eisenhüttenmann zur Genüge bekannt.

Von Snelus, sowie von Proctor liegen ferner interessante Analysen vor, welche nachweisen, in welcher Reihenfolge und in welchem Grade das in Danks' Puddelofen verarbeitete Roheisen die ihm beigemengten Metalloide abgibt. Die betreffenden Versuche wurden auf den Werken von Hopkins, Gilkes und Comp. angestellt. (Vgl. auch 1872 204 216.) Man verfuhr dabei in der Weise, daß aus dem Puddelofen Proben genommen wurden: 1) nach dem Einschmelzen, 2) bei eintretendem Garen, 3) vor dem Luppenmachen und 4) von der fertigen Luppe.

Sieht man hierbei von dem Schwefelgehalt des Eisens, welcher durchweg sehr gering ist und deshalb keine große Rolle spielt, ab, so ergibt sich aus diesen Analysen für die Reihenfolge, in welcher die andern drei Metalloide das Eisen verlassen, folgendes Schema:

Anzahl der Procente jedes einzelnen Metalloids, welche
aus dem Eisen ausgetreten waren in der
I. II. III. IV. Periode.
Kohlenstoff 36 40 65 95
Silicium 95 95 95 95
Phosphor 68 70 70 74

Hieraus erhellt deutlich, daß das Silicium schon während des Einschmelzens aus dem Eisen entfernt wird; der Phosphor kommt erst in zweiter Reihe und zuletzt der Kohlenstoff. In der dritten Periode sind sich Phosphor und Kohlenstoff ungefähr gleich, und von da ab bleibt der Phosphor nahezu unverändert. Dieser Umstand leitet ebenfalls zu der schon weiter oben ausgesprochenen Ansicht, daß durch die erhöhte Temperatur, welche während der III. und IV. Periode im Puddelofen eintritt, das fernere Ausscheiden des Phosphors verhindert werde.

Neben dieser Erscheinung bietet sich in recht auffallender Weise noch eine andere dar. Aus den Analysen geht nämlich hervor, daß |357| der Phosphorgehalt des Eisens im Puddelofen zuweilen gegen das Ende des Processes eine Zunahme erfährt. Dies führt zu der Annahme, daß in diesem Falle die Temperatur im Puddelofen, oder wenigstens in einem Theile desselben, eine Höhe erreicht hat, bei welcher kein Phosphor mehr oxydirt wird, und daß bei dieser hohen Temperatur sogar Phosphor aus der Schlacke in das Eisen übergeht. Nach Mittheilung von Dr. C. William Siemens findet dieser Uebergang auch beim Siemens-Martin-Proceß statt. Es wurde nämlich festgestellt, daß ein so zu sagen phosphorfreies Eisen, wenn es im Siemens-Martin-Ofen mit Phosphor haltiger Schlacke verarbeitet wurde, gegen das Ende des Processes Phosphor aufnahm. Wenn wirklich der Phosphor die Eigenschaft hat, bei höhern Temperaturgraden aus der Schlacke an das Eisen überzugehen, so wird er dies eben so wohl beim Maschinenpuddeln als beim Handpuddeln thun. Das erstere hat aber gegen letzteres den nicht zu unterschätzenden Vortheil einer gleichmäßigern Arbeit und in Folge dessen einer gleichmäßigem Temperatur in allen Theilen des Ofens.

Es ist nachgewiesen, daß das Eisen beim Maschinenpuddeln mehr von seinem Phosphorgehalt verliert als beim Handpuddeln. Während das bei diesem hergestellte Luppeneisen im Cleveland-District gewöhnlich 0,35 bis 0,50 Proc. Phosphor enthält, zeigen viele mit dem Producte aus Danks' Ofen vorgenommene Analysen nur 0,074 bis 0,257 Proc. dieser Substanz. Wie gleichmäßig die Arbeit in diesen Oefen ist, bewies die jüngst angestellte Untersuchung auf den Phosphorgehalt eines Luppenstabes in seinen einzelnen Theilen. Man fand an den beiden Enden 0,178 und 0,179 Proc. und in der Mitte des Stabes 0,176 Proc.

Das, was mit Danks' Puddelproceß bis jetzt noch nicht in wünschenswerthem Maße erreicht ist, beschränkt sich auf den Grad von Gleichmäßigkeit in der Zusammensetzung der Luppen aus verschiedenen Arbeiten, welchen man von dieser Puddelmethode hätte erwarten dürfen. Es unterliegt jedoch wohl keinem Zweifel, daß bei andauernd strenger Ueberwachung und Beobachtung desselben durch geeignete Persönlichkeiten in nicht zu ferner Zeit alle Umstände erkannt werden, welche im Verlauf des Processes auf die Beseitigung der dem Eisen schädlichen Substanzen von Einfluß sind, und daß es schließlich gelingen werde, uns diese Umstände dienstbar zu machen.

–r.

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