Titel: Ueber die directe Darstellung von Eisen und Stahl.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1878, Band 230 (S. 84–87)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj230/ar230026

Ueber die directe Darstellung von Eisen und Stahl aus Eisenerzen.

Wie schon (1877 225 266) erwähnt, hat Dr. C. W. Siemens vor einiger Zeit in Towcester eine Versuchsstation errichtet zur Darstellung von Fertigeisen aus Erzen in rotirenden Oefen. In der Herbstversammlung 1877 des Iron and Steel Institute zu Newcastle berichtete Siemens Näheres über die mit seinen Versuchen erreichten Erfolge und gestattet uns, durch Mittheilung eines Betriebsnachweises und einer Kostenberechnung Einsicht in einen Proceſs, welcher wegen seiner Einfachheit jedem Hüttenmann Interesse abgewinnen muſs, und wenn er auch bis dahin nicht zu einem befriedigenden Abschlüsse gekommen ist, doch für die Zukunft in vervollkommneter Form voraussichtlich in der Eisen- und Stahlfabrikation eine Rolle spielen dürfte.

Es ist längst bekannt, daſs verhältniſsmäſsig reiche, gepulverte Eisenerze, wenn sie mit ungefähr 25 Proc. ihres Gewichtes ebenfalls gepulverter Kohle gemischt eine Zeit lang der Hitze eines gewöhnlichen Schmiedefeuers ausgesetzt werden, ein leicht schmiedbares Eisen von ausgezeichneter Qualität liefern, namentlich dann, wenn die Erze eine leichtschmelzige Gangart enthalten. Auf Grund dieser Erfahrung begann Siemens seine Versuche, denen freilich bis dahin noch die Uebelstände entgegentraten, daſs nach allen gemachten Erfahrungen hierbei ungefähr die Hälfte des in den Erzen enthaltenen Eisens in der Schlacke bleibt, daſs die Erze sehr reich sein müssen, daſs zur Herstellung von 1t gehämmerter Luppen 3 bis 4t Holzkohlen erforderlich sind, und daſs der Arbeitslohn, auf die gleiche Menge Metall berechnet, sich auſserordentlich hoch stellt (beiläufig 33 Arbeitsschichten). Siemens begann im J. 1873 auf seinen Stahlwerken zu Birmingham unter Zuhilfenahme seiner Regenerativ-Gasöfen eine Reihe von Versuchen, geleitet von der Idee, daſs bei Behandlung groſser Massen, und fuſsend auf den durch die Chemie in dieser Richtung errungenen Resultaten, nicht unwesentliche Fortschritte zu erzielen seien, selbst bei Behandlung verhältniſsmäſsig armer und unreiner Erze. Die Erfolge waren überraschend, und hierdurch ermuthigt setzte er dieselben in gröſserem Maſsstab in Towcester fort. Dort standen ihm die sehr billigen, obgleich armen Northamptonshire-Erze zur Verfügung, wobei sich indeſsen bald herausstellte, daſs dieselben nothwendig mit reicherem Material vermischt werden muſsten, um einigermaſsen günstig zu arbeiten. Er wählte deshalb als Zusatz Walzenschlacke und spanische Eisensteine, welche dort wegen des hohen Transportes theuer zu stehen kommen. Die Luppen sollten auf auswärtigen Walzwerken ausgewalzt werden, da es im Plane lag, die Anlage erst dann zu vervollkommnen, wenn die Versuche von dem gewünschten Erfolg begleitet waren. Auf den Towcester Werken wurden drei rotirende Oefen angelegt. Zwei derselben hatten eine Trommel von 2m,743 Länge und 2m,134 Durchmesser; die dritte war von kleineren Dimensionen. Die brennenden Gase treten an dem einen Kopfende ein und auch wieder aus; an dem anderen befindet sich die feststehende Arbeitsthüre. Die Enden des rotirenden Behälters sind mit Bauxitsteinen ausgefüttert, während die seitliche Umfassung mit Eisenoxyden, bestehend aus Puddelofenschlacke, Walzenschlacke und geröstetem |85| Blackband in Stücken bekleidet ist. Ungefähr 1525k reiche Erze, gemischt mit 460k zerkleinerter Kohle, wurden in den Ofen gegeben und letzterer ungefähr 2½ Stunden lang langsam gedreht. Nach dieser Zeit war ein groſser Theil der Erze reducirt, und es hatte sich flüssige Schlacke mit bedeutendem Eisenoxydulgehalt gebildet. Nachdem die Schlacke abgelassen worden war, gab man unter vermehrten Umdrehungen stärkere Hitze, um das Zusammenballen des Metalles zu erleichtern. Die gebildeten Luppen wurden in gewöhnlicher Weise herausgezogen und auf noch näher zu beschreibende Art weiter behandelt. Letztere enthalten durchschnittlich 70 Proc. metallisches Eisen und 30 Proc. Schlacke. Sorgfältig angestellte Analysen haben ergeben, daſs das Eisen, nachdem es gänzlich von der Schlacke befreit worden war, fast chemische Reinheit zeigte, obgleich die Schlacke 6 Proc. Phosphorsäure und darüber und 1 bis 2 Proc. Schwefel enthielt. Beim Zangen dieser Luppen wird zwar der gröſste Theil der Schlacke ausgetrieben; allein es bleibt doch eine hinreichend groſse Menge zurück, um die Bruchfläche schwarz und ohne jede krystallinische Structur erscheinen zu lassen. In Folge des noch bedeutenden Schlackengehaltes ist das Metall bei der Weiterbehandlung brüchig. Dieser Uebelstand verschwindet indeſsen allmälig durch wiederholtes Ausschweiſsen und Hämmern. Es entsteht krystallinisches Eisen von groſser Reinheit und Zähigkeit.

Zur Verminderung des Abbrandes und der Arbeitslöhne war freilich eine Abkürzung des letzteren Verfahrens am Platze. Die Luppen wurden in Folge dessen nach der Herausnahme aus dem Ofen unter einem Hammer in flache Rosetten von 25mm Dicke ausgeschlagen, letztere durch eine Schere in schmale Stücke geschnitten, packetirt und die etwa 100k schweren Packete alsdann nach wiederholtem Hämmern zu Stäben ausgewalzt. Diese Stäbe, an Zähigkeit und Reinheit dem schwedischen Eisen vergleichbar, wurden in Staffordshire und Sheffield zu 140 bis 180 M. für 1t verkauft.

Nachdem, wie hieraus ersichtlich, die Qualitätsfrage gelöst war, blieb nur der Kostenpunkt eingehender zu untersuchen, wobei sich leider herausstellte, daſs eine befriedigende Lösung desselben noch weit vom Ziele lag. Der auf den Towcester Werken befindliche Schweiſsofen und der 1360k schwere Hammer sind nicht hinreichend, um das in den drei rotirenden Oefen erzeugte Eisen weiter zu verarbeiten; letzteres muſs, wie schon erwähnt, zu einem entfernt liegenden Walzwerke befördert werden, was nicht unwesentliche Kosten verursacht. Die Hauptfrage bleibt natürlich der Ofen selbst. Es liegt uns zur Beurtheilung derselben ein Betriebsbericht vor, welcher 18 auf einander folgende Chargen umfaſst; die Erzmischung jeder Charge bestand aus 610k 38 proc. Towcester-Erze, vermischt mit 406k gerösteten Fenton-Erzen, 51k Puddelschlacke, 51k Kalkstein und 330k pulverisirter Kohle. Jede Charge dauerte 3 Stunden 57 Minuten, und das Ausbringen an gehämmerten Luppen betrug durchschnittlich 335k, während der Metallgehalt jeder Charge etwa 460k ausmacht; der Verlust belief sich also auf 25 Proc.; da ein Theil der gefallenen Schlacken, so weit es die Verunreinigung derselben durch Phosphor, Schwefel und Thonerde zuläſst, wieder gebraucht werden kann, beziffert sich dieser Verlust allerdings verhältniſsmäſsig niedriger. Die in den Gaserzeugern verbrauchte Kohle betrug 2t, die Reductionskohle 1t, der Erzverbrauch einschlieſslich der Zuschläge 3t, für 1t gehämmerter Luppen. Die Gesammtkostenberechnung letzterer ist, wie folgt:

1t Reductionskohlen zu 8 M. = 8,00 M.
2t Gaserzeugungskohlen zu 4 M. = 8,00
3t Erze (eingeschlossen Zuschlag) zu 10 M. = 30,00
Materialien = 46,00
Arbeitslöhne = 15,00
Aushämmern der Luppen = 7,00
––––––––––
Summe 114,00 M.

Die Gesammtkosten der gehämmerten Luppen belaufen sich also auf 114 M. Hierzu kommen Reparaturen, und Generalkosten, sowie die Kosten des Auswalzens, welche natürlich nicht in allgemein maſsgebender Ziffer angegeben werden können. Die Kosten der Behandlung des Metalles im Feuer (hollow |86| fire), welche ungefähr 25 bis 30 M. für 1t betragen, sind hier ebenfalls nicht einbegriffen. Das geschweiſste Eisen wird also 139 bis 144 M. für 1t kosten.

Nach den mitgetheilten Analysen von 18 verschiedenen, nach Siemens verarbeiteten Eisensorten schwankte die chemische Zusammensetzung der erzielten Fabrikate zwischen folgenden Procentgrenzen:

Eisen 98,30 und 99,907 Phosphor 0,172 und Spuren
Silicium 0,932 und 0,126 Schwefel 0,106 Spuren
Kohlenstoff 0,235 Spuren Mangan 0,34 Spuren.

Die Schwankungen im Phosphorgehalt hängen hauptsächlich mit der durch die Verarbeitung bewirkten, gröſseren oder geringeren Austreibung der Schlacke zusammen.

Verschiedene Festigkeitsproben, welche mit diesem Stabeisen und Blech ausgeführt worden sind, ergaben nachfolgende Resultate: Eisenstäbe von 76mm × 16mm Querschnitt rissen bei einer Belastung von 3307 bis 3622k auf 1qc des ursprünglichen Querschnittes, zeigten auf der Bruchfläche eine Zusammenziehung von 26 bis 45 Proc. und erlitten eine Längenausdehnung von 22 bis 33 Proc. bei sehnigem Bruch. Bleche von 60mm Breite und 3,3 bis 3mm,5 Dicke hielten für 1qc des ursprünglichen Querschnittes eine Belastung von 3307 bis 3622k aus, erlitten eine Zusammenziehung von 15 bis 28 und eine Ausdehnung von 11 bis 20 Proc. bei ebenfalls sehnigem Bruch.

Die producirten Schlacken enthalten allerdings viel Eisen, allein man muſs berücksichtigen, daſs dieselben, bei verhältniſsmäſsig reinen Erzen, immer wieder zugesetzt und mitverarbeitet werden können. Sind die Erze unrein, so wirkt die Schlacke ähnlich wie Puddelschlacke, indem sie Schwefel, Phosphor u.s.w. aufnimmt und aus dem Eisen entfernt.

Wenn man reiche Eisenerze, wie Hämatit, haben kann, so ist es vortheilhaft, einen unbeweglichen Ofen anzuwenden und den Proceſs folgendermaſsen abzuändern: Eine Mischung gepulverter Erze, gemischt mit dem nöthigen Zuschlagmaterial und zerkleinerter Kohle, wird im Gewichte von 4 bis 5t in den erhitzten Ofenraum 300 bis 380mm dick aufgetragen. Bevor dies geschieht, bedeckt man indeſsen den Boden und die Wände des Behälters mit Kokes- oder Anthracitpulver. Hierauf erhöht man die Temperatur bis zu Schweiſshitze bei wenig oxydirender Flamme. Nach Verlauf von etwa 2 Stunden hat sich über der ganzen Oberfläche der Mischung eine dicke Haut von Schmiedeisen gebildet, welche mittels Haken abgezogen, unter einem Hammer möglichst von Schlacke befreit und in einer Hitze zu Platinen oder Stäben ausgewalzt wird; letztere werden zerschnitten, packetirt und im Schweiſsofen oder auf dem Holzkohlenherd zu fertiger Waare weiter verarbeitet. Nachdem eine Haut auf die angegebene Weise entfernt worden ist, wird der Ofen wieder geschlossen, worauf sich nach Verlauf von 1½ Stunden eine zweite Haut bildet, welche ähnlich der ersten behandelt wird. Nach mehrfacher Wiederholung dieses Versuches ist der Ofen nahezu leer, es wird eine frische Charge eingesetzt und dieselbe Operation wiederholt. Alle 12 Stunden reinigt man den Ofen vollständig und erneuert das Futter ringsum. Das so producirte und gehämmerte Metall bildet eine ausgezeichnete Schmelzmasse für den Siemens-Martin-Proceſs. Bei Verarbeitung reicher Erze, welche frei von Schwefel und Phosphor sind, wird unter Zusatz von Walzen- oder Hammerschlacke die Schmelzung vortheilhaft in dem Reductionsofen selbst vorgenommen.

Nachdem der Ofen mit ungefähr 5t der Mischung beschickt worden ist, erhitzt man ihn während 4 oder 5 Stunden und breitet alsdann 2t glühendes Hämatit-Roheisen auf der Oberfläche des Bades aus. Das Roheisen schmilzt auf der gebildeten Metallhaut, löst letztere auf und nach Verlauf von 2 bis 3 Stunden ist das ganze eingesetzte Material flüssig geworden und bildet eine geschmolzene Metallmasse mit nur geringem Kohlenstoffgehalt, welche bedeckt wird von einer ungefähr 15 Proc. Eisen enthaltenden, glasigen Schlacke. Der Kohlenstoff des Bades wird alsdann bis auf den gewünschten Grad reducirt und nach Zusatz von Spiegeleisen oder Ferromangan das Metall in gewöhnlicher Weise abgestochen. Das angegebene Verfahren erwies sich zur directen Darstellung von Guſsstahl über alles Erwarten geeignet. Der so erzeugte Stahl ist dem im offenen Herd dargestellten durchaus gleich, und durch |87| Zusatz von Drehspänen oder Scherabfällen von Eisen oder Stahl zu der geschmolzenen Masse laſst sich das metallische Ausbringen mit Vortheil noch bedeutend erhohen.

Dies sind in Kürze die bis heute erzielten Verbesserungen bei der Darstellung von Eisen und Stahl durch den geschilderten directen Proceſs. Es erscheint auf den ersten Blick auffallend, daſs bei der in dem Apparate herrschenden Temperatur, welche doch wahrscheinlich eben so hoch ist wie diejenige in manchen Puddelofen, keine Aufnahme von Phosphor seitens des Eisens stattfindet. Siemens begründet dies in folgender Weise. Obgleich die Gase in seinem Ofen eine auſsergewöhnliche hohe Temperatur haben, so geht doch die Reduction des Eisens bei derjenigen Temperatur vor sich, welche jener Reduction eigen ist; ähnlich wie Wasser bei derjenigen Temperatur verdampft, welche der Pressung, unter welcher die Verdampfung vor sich geht, entspricht. Hierzu kommt, daſs stets dafür Sorge getragen wird, eine sehr flüssige Schlacke zu erzeugen. Die erste Wirkung der Hitze auf die Schmelzmasse ist ohne Zweifel die Reduction des Eisens; aber in dem Maſse, wie diese Reduction fortschreitet, geschieht auch die Schmelzung der Gangmasse und letztere ist beendet, bevor die Reduction vollendet ist. Sobald die Schmelzung begonnen hat, was natürlicher Weise bei der möglichst niedrigen Temperatur geschieht, sammelt sich die von dem Eisen zurücktretende Schlacke auf dem Boden des rotirenden Gefäſses, das Eisen befreit sich mehr und mehr von ihr, und sobald eine einigermaſsen beträchtliche Menge Schlacke vorhanden ist, wird sie aus dem Gefäſs abgestochen. Es ist vorgekommen, daſs die erste auf solche Weise entfernte Schlacke bis zu 8 Proc. Phosphor enthielt. Während der Zeit, in welcher die flüssige Schlacke sich mit dem Eisen zusammen befindet, ist die Temperatur in dem Gefäſs nicht hinreichend hoch, um einen Uebergang des Phosphors aus der Schlacke in das Eisen zu gestatten. Das Luppenmachen, welches erst nach Entfernung der gebildeten Schlacke geschieht, wird bei möglichst niedriger Temperatur vorgenommen, um jede Aufnahme von Phosphor zu vermeiden. Ebenso wird beim Hämmern der Luppen die Temperatur dadurch möglichst niedrig gehalten, daſs man nicht mit groſsen Massen arbeitet und entweder Rosetten oder dünne Bleche herstellt. Gerade zur Vermeidung der Wiederaufnahme von Phosphor ist, wie dies schon oben angedeutet wurde, eine möglichste Beschleunigung beim Hämmern, Schweiſsen und Auswalzen am Platze. Wenn im Verlaufe der Abhandlung gesagt worden ist, daſs die verarbeiteten Towcester-Erze zu arm gewesen seien, um allein zur Verwendung zu kommen, so ist dabei unterlassen worden zu bemerken, daſs dieselben einen so hohen Gehalt an Thonerde haben, daſs auch ihre Verwendung im Hohofen ohne Beimischung anderer Erze unmöglich ist. Ebenso mögen die in dem beschriebenen Apparate täglich herstellbaren Mengen sehr gering erscheinen; man muſs jedoch hierbei berücksichtigen, daſs die bis dahin erzielten Resultate durchaus keine endgiltigen sind, sondern nur als erste Versuche bezeichnet werden können, und es steht bis heute nichts im Wege, daſs dieselben eine ebenso groſse Zukunft haben als andere auf demselben Gebiete errungene Fortschritte der Neuzeit.

(Schluſs folgt.)

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