Titel: Neuerungen in der Eisenerzeugung.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1879, Band 234 (S. 398–403)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj234/ar234155

Neuerungen in der Eisenerzeugung.

(Fortsetzung des Berichtes S. 308 dieses Bandes.)

J. v. Ehrenwerth führt in der Oesterreichischen Zeitschrift für Berg- und Hüttenwesen, 1879 S. 277 bis 432 aus, daſs es vortheilhafter sei, den basischen Zustand der Schlacke durch Kalk als durch Eisenoxyd herbeizuführen.

Bei der Berechnung der erforderlichen Menge Kalk ist zu berücksichtigen, daſs der Kieselsäuregehalt 14 Proc., die Phosphorsäure nicht 12 Procent der Schlacke überschreiten soll. Nimmt man nun an, daſs beim Bessemerproceſs 2 Proc. Silicium und 8 Proc. Eisen und Mangan verschlackt werden, so geben 100k Roheisen an Schlacke:

k
Kieselsäure 4,286 entspr. 29,41 Proc.
Mangan- und Eisenoxydul 10,286 70,59
–––––––––––––––––––––––
zusammen 14,572 100,00

oder für 1k Silicium 7k,286 Schlacke.

Bezeichnen wir nun die Menge des Siliciums im Roheisen mit s, des Phosphors mit p, des gebrannten Kalkes mit k, der Proceſsschlacke mit S, der Schluſsschlacke mit S', der Kieselsäure in 100 Th. Schluſsschlacke mit r und der darin enthaltenen Phosphorsäure mit q und nehmen an, daſs die normale Proceſsschlacke die obige einem Singulosilicat nahe entsprechende Zusammensetzung habe, so besteht unter Berücksichtigung der ersten Bedingung für die Ermittlung der Menge Zuschlagskalk die Gleichung:

und daraus ergibt sich

Unter der Annahme, daſs der Kalk 5 Proc. Kieselsäure enthalte, ist demnach

Wenn nun das Roheisen 1, 1,5 bis 2 Proc. Silicium und, wie dies dem Cleveland-Roheisen entspricht, 1,5 Proc. Phosphor enthält, so ergibt sich die Menge Zuschlagskalk in Procent des Roheisens, für einen Siliciumgehalt desselben von 1, 1,5 und 2 Proc., beziehungsweise zu 6,85, 12,90 und 18,95 Proc. Da 1 Th. Phosphor 2,25 Th. Phosphorsäure gibt, so besteht für die Gesammtmenge der Phosphorsäure die Gleichung: woraus sich für den Phosphorgehalt des Roheisens der Procentgehalt der Schlacke an Phosphorsäure ergibt aus der Formel

Durch Einsetzen der entsprechenden Werthe von s und k erhält man für obigen Siliciumgehalt den Gehalt der Schluſsschlacke an Phosphorsäure mit 19,2, 12,5 und 9,1 Proc.

Um also ein Roheisen mit 1,5 Proc. Phosphor mit günstigem Erfolge zu verbessemern, muſs dasselbe bei 1,5 Proc. Silicium nahe 13 Proc., bei 2 Proc. |399| Silicium aber sogar nahe 19 Proc. Kalkzuschlag erhalten, wenn man hierbei eine 14 Proc. Kieselsäure enthaltende Schlacke erzeugen will. Bei weniger als 1,5 Proc. Silicium aber wäre unter gleichzeitiger Einhaltung der 14 Proc. Kieselsäure enthaltenden Schlacke eine entsprechende Entphosphorung aus dem Grunde unmöglich, weil die Schlacke zu reich an Phosphorsäure würde. Da nun durch die angegebenen Versuche erwiesen ist, daſs eine weniger als 14 Proc. Kieselsäure haltige Schlacke hinsichtlich der Entphosphorung nur noch günstiger wirkt, so wird für die Siliciumgehalte unter 1,5 Proc. nur die Frage gestellt werden müssen: Wie viel Kalk ist zugeschlagen, damit der Gehalt der Schlacke an Phosphorsäure 12 Proc. beträgt? In dieser Richtung gibt uns die zweite Gleichung Aufschluſs, denn wenn wir darin q = 12 und p wie oben = 1,5 setzen und sie nach k auflösen, so erhalten wir:

es entfällt daher für einen Siliciumgehalt im Roheisen von 0,25, 0,50, 0,75, 1 und 1,25 Proc. die Kalkmenge mit 22,93, 21,11, 19,29, 17,47 beziehungsweise 15,65 Procent der Roheisenbeschickung.

Für die Bemessung des Kalkzuschlages hat man stets beide Formeln anzuwenden und dann das höhere Resultat zu benutzen.

Zur Beantwortung der Frage, ob das Thomas'sche Verfahren nicht auch den Schlüssel bieten könne zur Lösung der Aufgabe, Silicium arme Roheisensorten, also halbirtes oder weiſses Roheisen nach dem Bessemerverfahren zu behandeln, nimmt v. Ehrenwerth die Verbrennungswärme des Phosphors zu 4509c an.

Bei der Verbrennung mit Luft nimmt 1 Th. Sauerstoff 3,35 Th. Stickstoff mit, welche auf 1400° erwärmt 1144° abführen. Somit verbleiben beim Verbrennen von 1 Th. Sauerstoff mit Phosphor zu Phosphorsäure im Bade 4509 – 1144 = 3365c oder für 1 Th. Phosphor 3365 × (5556 : 4444) = 1,25 × 3365 == 4206c, während bei Verbrennung von 1 Th. Silicium zu Kieselsäure im Bade verbleiben: 7830 – 1307 == 6523c. Diesem nach würde hinsichtlich der Wärmemenge, welche durch Verbrennung entsteht und im Bade verbleibt, 1 Th. Phosphor ersetzen 4206 : 6523 = 0,654 Th. Silicium oder 1 Th. Silicium ersetzt werden durch 1,56 Th. Phosphor. Sind diese Zahlen richtig, dann muſs ein Roheisen mit 2,33 Proc. Phosphor unter sonst gleichen Umständen hinsichtlich der Wärmeentwicklung eben so gut verbessemerbar sein, wie ein solches mit 1,5 Proc. Silicium ohne Phosphor und Roheisensorten mit:


gleich-
zeitig

Si
P
I
0,00
3,12
II
0,25
2,73
III
0,50
2,33
IV
0,75
1,95
V
1,00
1,56
VI
1,25
1,17
VII
1,50
0,78
VIII
1,75
0,39
IX
2,00
0,00

sowie solche mit:


gleichzeitig

Si
P
I
0,00
2,33
II
0,25
1,95
III
0,50
1,56
IV
0,75
1,17
V
1,00
0,78
VI
1,25
0,39
VII
1,50
0,00

würden in der angedeuteten Richtung äquivalent sein.

Somit wird der Phosphor hinsichtlich der Wärmeverhältnisse im Stande sein, das Silicium zu ersetzen, so daſs die Gegenwart einer gewissen Phosphormenge es ermöglichen würde, auch ein Silicium armes Roheisen zu verbessemern; unzweifelhaft steht der Phosphor bezüglich der im Bade bleibenden Wärmemenge bedeutend höher als der Kohlenstoff, welcher für 1 Th. Sauerstoff nur 140c zurückläſst.

Um die Temperatur des Bades in der Bessemerbirne zu berechnen, ist die von dem Roheisen mitgebrachte Wärme, die vom Winde in Folge seiner Pressung mitgebrachte und die durch Verbrennen von Silicium, Phosphor, |400| Kohlenstoff, Mangan und Eisen entwickelte Wärme zu berücksichtigen. Unter der Annahme, daſs die ausströmenden Gase 1400°, der eintretende Wind 120° hat, ergeben sich nachfolgende Endtemperaturen des Bades:


Nr.
Auf 100 Roheisen verbrannt

Silicium

Phosphor

Zuschlag
Roheisen-
Temperatur
Temperatur
des Bades
1 1,5 0 0 1300° 1705°
2 1,5 0 5 1300 1622
3 1,5 0 5 1400 1684
4 2,0 0 5 1400 1804
5 2,0 0 15 1400 1650
6 1,0 1,5 17 1400 1557
7 1,5 1,5 12 1400 1744
8 2,0 1,5 20 1400 1736

Danach geht die Erhöhung der Roheisentemperatur nur zu etwa 60 Proc. auf das fertige Metall über, während 1 Proc. Silicium im Bessemerroheisen die Temperatur des Bades um fast 240° erhöht. Ein Zuschlag von 10 Proc. kaltem Kalk setzt bei einem Roheisen mit 2 Proc. Silicium die Temperatur des Bades von 1804 auf 1650° herunter, welcher Verlust durch Mehrverbrennung von 0,64 Th. Silicium oder 0,99 Phosphor etwa ausgeglichen werden könnte. Es ergibt sich aus dieser Berechnung ferner, daſs bei Roheisen mit 1,5 Proc. Phosphor und 1,5 Proc. Silicium der zur Verarbeitung dieses Roheisens erforderliche Zuschlag einschlieſslich Verschlackung von Ofenfutter von 12 Procent oder ein Zusatz von 20 Procent dieser Stoffe zu Roheisen mit 1,5 Phosphor und 2 Proc. Silicium, auch wenn er kalt zugesetzt würde, die Temperatur nicht in irgendwie bedenklicher Weise herab drückt. Roheisen von 1,5 Proc. Phosphor gebraucht nur 1,3 Proc. Silicium, um nach Thomas verbessemert werden zu können.

Die Frage, ob die Herbeiführung einer für die Entphosphorung erfahrungsgemäſs günstig wirkenden Schlacke nicht auf anderem Wege als durch Zuschlag so bedeutender Kalkmengen, die wieder einen hohen Gehalt an Silicium erfordern, zu erreichen sei, beantwortet v. Ehrenwerth dahin, daſs die nothwendige Menge Schlacke, deren Gehalt an Phosphorsäure 12 Proc. nicht übersteigen darf, ausgedrückt ist durch oder, wenn s das Silicium, p die Phosphormenge und k den Zuschlag bedeuten, = 7,286 s + 3,452 p+ k. Somit ist s = 2,1 p – 0,137 k und bei höchstens 14 Proc. Kieselsäuregehalt der Schlacke k = 12,48 s – 5,37 p, folglich s = 1,048 p und k = 7,71 p. Um also eine Schlacke mit 14 Proc. Kieselsäure und höchstens 12 Proc. Phosphorsäure zu erzeugen, braucht man nur wenig mehr Silicium in dieselbe übergehen zu lassen, als Phosphor zu entfernen ist, und etwa die 8 fache Menge Kalk zuzusetzen. Bei geringem Phosphorgehalt würde es sich somit empfehlen, den Proceſs zunächst in gewöhnlicher Art so lange fortzuführen, bis der Siliciumgehalt des Metalles auf s = 1,05 p herabgesunken ist, dann die Schlacke zu entfernen, k = 7,7 p Kalk zuzuschlagen und so fertig zu blasen. Dieses schon von Parmet (S. 312 d. Bd.) vorgeschlagene Verfahren soll in England bereits in der Weise ausgeführt werden, daſs man in der ersten Birne so lange bläst, bis der Siliciumgehalt auf 0,5 Proc. gesunken ist, dann nach Entfernung der Schlacke unter Anwendung der passenden Menge Zuschlag in einer zweiten Birne mit basischem Futter den Proceſs zu Ende führt. Der Proceſs gestaltet sich voraussichtlich in einem Ponsard'schen Ofen noch einfacher; vielleicht gelingt es auch, die Schlacke aus der Bessemerbirne in praktischer Weise zu entfernen, so daſs eine Uebertragung in die zweite Birne nicht erforderlich wäre.

Wird beim Proceſs möglichst wenig Zuschlag gegeben, so ergeben sich folgende Temperaturen und Zuschlagmengen:

|401|
Phosphorgehalt des Roheisens 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00
Siliciumgehalt des Roheisens 1,05 1,31 1,56 1,82 2,08 2,34 2,60 2,86 3,12
Gewicht des Zuschlages 7,71 9,64 11,57 13,49 15,42 17,35 19,28 21,20 23,13
Temperatur für
1400° Roheisentemperatur 1647 1720 1790 1850 1907 1960 2010 2056 2099
1300° „ 1586 1660 1730 1795 1856 1910 1960 2007 2053
Gewicht der Schlacke 18,47 23,42 28,11 32,79 37,48 42,16 46,85 51,53 56,22
Gewicht des Metalles 88,90 87,13 85,35 83,58 81,80 80,03 78,25 76,48 74,70

Folgende Tabelle gibt Aufschluſs über den Bedarf an Zuschlag, Roheisen und Wind in Kilogramm für 100k geblasenes Metall, wobei der Aufwand an feuerfestem Material zu je 6k angenommen ist, und zwar für die beiden ersten Verfahren bei basischem Futter:

Phosphorgehalt
des Roheisens

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

1,50

1,75

2,00

2,25

2,50

2,75

3,00
1) Arbeit mit einer Birne und dem Minimum an Silicium.
Zuschlag
Roheisen
Windmenge
Für 1700° Bessemer-
temperatur unökonomisch
8
118,0
89
12
119,5
63
16
121,0
67
20
122,5
71
24
124,0
75
28
125,5
79
32
127
83
2) Arbeit mit einer Birne und dem Minimum an Zuschlag.
Zuschlag
Roheisen
Windmenge
Für 1700° Bessemer-
temperatur unökonomisch
8
119
60
11
121,5
66
14
124
73
17
127
80
20
130
88
23
133
96
25
136
104
3) Arbeit mit zwei Birnen und Entfernung der sauren Schlacke.
Phosphorgehalt
des Roheisens

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

11,50

Bemerkung
Zuschlag
Roheisen
Windmenge
2,2
117
52
4,5
117,6
55
6,8
118,2
57
9,2
118,8
60
11,5
119,4
62
13,8
120
65
Für Berechnung noch keine sichere
Erfahrung vorliegend. Erfolge voraus-
günstiger als bei 1 und 2.

4) Arbeit mit phosphorreinem Roheisen von 1,8 Proc. Silicium.

Zuschlag 0 Windmenge 47,2
Roheisen 115

Nach diesen Angaben wird man die Kosten des einen oder anderen Verfahrens einigermaſsen beurtheilen können.

Ueber die in Witkowitz ausgeführten Entphosphorungsversuche berichtet F. Kupelwieser in der Oesterreichischen Zeitschrift für Berg- und Hüttenwesen, 1879 S. 451. Zur Ausführung der Versuche wurde eine der vorhandenen Bessemerbirnen mit basischem Futter versehen, ferner eine entsprechende Vorrichtung ausgeführt, um das Eisen aus der Birne mit saurem Futter in die andere überführen zu können. Um die bei dieser vorläufigen Einrichtung unvermeidlichen Wärmeverluste auszugleichen, wurde das dem Hohofen entnommene flüssige Roheisen mit 1,95 Proc. Siliciumgehalt durch Zusatz von Silicium reichem Roheisen auf 2,5 Proc. gebracht. In der Birne mit saurem Futter wurde der Bessemerproceſs in gewöhnlicher Weise durchgeführt. Nach dem Umleeren des erhaltenen Metalles in die zweite basisch ausgefütterte Birne, die möglichst gut angewärmt sein muſs und in welche die erforderlichen Zuschläge |402| vor dem Anwärmen eingetragen worden, so daſs dieselben ebenfalls vollkommen heiſs sind, ist nur eine Blasezeit von 3 bis 4 Minuten erforderlich, um den Proceſs zu vollenden. Da die Entkohlung sehr weit getrieben werden muſs, um die Entphosphorung des Metalles möglichst vollständig zu erreichen, so ist es nothwendig, dem erhaltenen Fluſsmetall eine entsprechende Menge von Ferromangan oder Spiegeleisen zuzusetzen, je nachdem man ein weicheres oder härteres Product erhalten will.

In der basischen Birne ist die erzeugte Schlackenmenge natürlich um so gröſser, je höher der Gehalt an Silicium ist, mit welchem das Metall hineingelangt, da eine gröſsere Menge von Zuschlägen erforderlich wird und der Abbrand steigt. Die Analyse des Roheisens und des Metalles aus der ersten Birne, sowie des Endproductes ergab folgenden Procentgehalt:

Roheisen 1. Birne Endproduct
Kohlenstoff 0,22 0,14
Silicium 2,50 0,81 Spur
Phosphor 0,176 0,20 0,036.

Setzt man die im Roheisen enthaltene Menge von Phosphor gleich 100, so ergeben sich für die beiden übrigen Producte folgende Verhältniſszahlen:

Phosphor 100 113,6 20,4.

Berücksichtigt man jedoch, daſs der Abbrand nahe 18 Proc. betrug, so ergibt sich, daſs mehr als 82 Procent des im Roheisen enthaltenen Phosphors abgeschieden wurden. Bei der Ueberführung des Metalles in die zweite Birne waren 68 Procent des Siliciumgehaltes des Roheisens abgeschieden; unter normalen Verhältnissen wird diese Ausscheidung erheblich weiter geführt werden.

Das erhaltene Product war ein vollkommen weiches, zähes Fluſseisen, das sich gut gieſsen und vollkommen gut bearbeiten lieſs und welches der Qualität nach den ähnlichen Producten aus den besten österreichischen Holzkohlen-Roheisensorten in keiner Weise nachsteht. Die vorgenommenen Festigkeitsversuche ergaben folgende Resultate:

Probestab
Querschnitt × Länge Bruchfestigkeit Dehnung Contraction
mm mm k auf 1qmm Proc. Proc.
23 × 8 100 45,6 29,5 61,6
23 × 8 100 44,3 28,0 63,1.

Die verwendeten basischen Steine bestehen aus 96 Proc. Kalk und Magnesia, 2 Proc. Eisenoxyd und Thonerde und 2 Proc. Kieselsäure. Dieselben haben einen dichten Bruch, sind hart, lassen sich leicht mit dem Hammer bearbeiten und zeigten bei ihrer Anwendung in der Birne eine solche Feuerbeständigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Corrosion durch basische Schlacken, daſs die Ausfütterung nach vollendetem Processe kaum von der Schlacke angegriffen erscheint. Nur in den Fugen zwischen den Steinen bleiben Schlacken und manchmal auch Spuren von Stahl zurück. Das basische Ausfütterungsmaterial läſst nach den |403| bisherigen Erfahrungen eine lange Dauer erwarten, so daſs die Erhaltungskosten der basisch zugestellten Birne keine bedeutenden werden dürften.

Reinigung des Eisens von Schwefel und Phosphor. N. Cordier in Paris (* D. R. P. Nr. 6788 vom 16. October 1878) will das zu reinigende Eisen in einem Cupolofen mit Kokes oder Kohlen niederschmelzen, welche vorher mit Erdöl getränkt waren. Der in der Gebläseluft enthaltene Sauerstoff soll in den durch Verbrennung entstehenden Zersetzungsproducten dieser zubereiteten Kohle einen Ueberschuſs an freiem Wasserstoff finden, der sich angeblich mit dem Schwefel, Phosphor und Arsen verbindet und als Schwefelwasserstoff u.s.w. entweicht. Durch Anwendung dieser mit Erdöl getränkten Kohlen im Hohofenbetrieb soll direct ein reines Eisen erzielt werden.

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