Titel: Ueber Bildung und Verarbeitung von Schlacken.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1884, Band 253 (S. 163–173)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj253/ar253060

Ueber Bildung und Verarbeitung von Schlacken.

Zur Kennzeichnung des Charakters der schottischen Hochofenschlacken gibt M. Weber in der Berg- und Hüttenmännischen Zeitung, 1883 S. 565 folgende Analysen:

Körnig Glasig Altes System
Kieselsäure 57,95 52,71 43,24
Thonerde 21,96 21,44 29,93
Kalk 16,24 19,13 25,18
Magnesia 0,43 3,70 0,88
Calcium 1,67 1,12
Schwefel 1,33 0,90
Manganoxydul 0,37 0,64
Eisenoxydul 0,05 0,36
–––––– –––––– –––––––
100,00 100,00 99,23.

G. Hilgenstock besprach auf der Generalversammlung des Vereins deutscher Eisenhüttenleute vom 9. December 1883 (vgl. Stahl und Eisen, 1884 S. 2) das Verhalten des Phosphors im Hochofen, namentlich ob, wie dies meist behauptet wird, sämmtliche in den Hochofen gebrachte Phosphorsäure sich als Phosphor im Roheisen wiederfindet, oder ob nicht vielmehr ein Theil derselben in die Schlacke geht bezieh. mit den Gichtgasen entweicht.

Zur Prüfung der Gichtgase auf flüchtige Phosphorverbindungen wurden wiederholt 150 bis 1000l Gase durch ein Asbestfilter gesaugt, um den Staub zurückzuhalten, dann durch rauchende Salpetersäure gesaugt oder mit Luft verbrannt, ohne daſs es gelang, Phosphorsäure aufzufinden. Es werden somit im Hochofen keine nachweisbaren Mengen Phosphor verflüchtigt. Wo man nach der Berechnung einen Abgang an Phosphor vermuthen sollte, liegt ein Fehler |164| in dieser vor, wobei zu berücksichtigen ist, wie schwierig es ist, eine dem Roheisen-Abstiche genau entsprechende Durchschnittsprobe der Schlacke zu gewinnen. So wurde wiederholt das Eisen aus der Schmelzung einer eigens untersuchten Beschickung auf Phosphor geprüft:

I II III IV
In der Beschickung auf 100 Eisen 3,235 3,235 3,25 3,25
Ab Phosphor in der Schlacke 0,24 0,07 0,33 0,225
––––– ––––– –––– –––––
Bleibt 2,995 3,165 2,92 3,025
Gefunden 2,76 2,74 3,18 3,41

Die Phosphorsäure kommt bekanntlich vorwiegend als Eisen- oder Calciumphosphat in den Hochofen und, da hier die Gegenwart von Eisen selbst die Reduction der erdbasischen Phosphate mittels Kohle herbeiführt, so ist anzunehmen, daß sämmtliche reducirte Phosphorsäure nur deshalb reducirt wird, weil der Phosphor ein so großes Vereinigungsbestreben zum Eisen besitzt, daß also sämmtliche reducirte Phosphorsäure Phosphoreisen bildet und keine Phosphorsäure reducirt wird, welche freien Phosphor bilden könnte.

Nun hat Finkener (1883 249 264) zwar gezeigt, daſs 3 basisch phosphorsaures Eisenoxydul in einem Strome von Wasserstoffgas erst bei heller Rothglut Wasserdampf, bei Weiſsglut auch Phosphorwasserstoff und Phosphor entwickelt, und man könnte meinen, daſs der mit dem Winde in den Hochofen tretende Wasserdampf, in Kohlenoxyd und Wasserstoff zerlegt, hier eine ähnliche Reaction bewirken könnte. Indessen ist zunächst dagegen zu halten, daſs dieser so sehr verdünnte Wasserstoff schwerlich dieselbe Wirkung auf verhältniſsmäſsig nur spärlich vorhandenes (3 basisches) phosphorsaures Eisenoxydul haben kann. Es spricht aber gegen die Verflüchtigung von Phosphor überhaupt die Thatsache, daſs Phosphor mit Kohlensäure schon in Rothglut zu Phosphorsäure verbrennt.

Beim Erblasen von hoch Phosphor haltigem Roheisen wurden folgende Resultate gewonnen:

Roheisen Schlacke
Nr. Silicium Phosphor Mangan Kohlenstoff Phosphor
1 Spur 5,96 0,92 0,88 2,57
2 Spur 7,20 0,36 1,11 2,39
3 0,02 6,24 0,51 0,95 1,74
4 0,06 6,07 0,75 1,19 1,22
5
6
7
0,09
0,28
0,28
4,57
3,61
3,79
1,98
1,69
1,13
0,90
1,19
1,12
0,38
0,18
0,19
Uebergang zu weniger
Phosphor haltiger Be-
schickung.

Diese sowie 23 weitere Analysen zeigen, daſs bei zunehmendem Phosphorgehalte der Beschickung der der Schlacke zunimmt, und zwar enthält diese den Phosphor als nicht reducirte Phosphorsäure. Dem entsprechend gibt die Lösung der Schlacke in Brom und Salzsäure oder in rauchender Salpetersäure stets dieselben Phosphormengen als Salzsäure allein. Sind gelegentlich von anderer Seite anscheinend widersprechende Resultate gefunden, so dürften diese auf Phosphor haltige Eisentheilchen zurückzuführen sein. Die Phosphorsäure bleibt auch um so mehr in der Schlacke, je weniger Reductionsmittel vorhanden bezieh. je niedriger die Temperatur ist. Diese Thatsache, die wohl Jedem von einem kleinen Rohgange her bekannt ist, bildete bekanntlich die Grundlage der Rennarbeit der Alten. Die obigen Schlackenanalysen beziehen sich aber auf einen durchaus normalen warmen Ofengang. Anscheinend kann auch die als Eisenphosphat in den Hochofen gebrachte Phosphorsäure in Berührung mit Kalk schon in Rothglut Calciumphosphat bilden, dessen Reduction durch Kohlenstoff nur bei Berührung mit metallischem Eisen in hoher Temperatur gelingt, in welchen die Calciumphosphate bereits verschlackt sind.

Wenn man obige Analysen über Phosphoreisen von sieben hinter einander folgenden Abstichen beachtet, so muſs, da das Eisen mit einem verhältniſsmäſsig hohen Kokeszusatz erblasen wurde, der geringe Gehalt an Silicium und Kohlenstoff auffallen. Fernere Analysen von 23 hinter einander liegenden Abstichen von Phosphoreisen bewegen sich zwischen den Grenzen:

|165|
3,26 Proc. Phosphor 1,03 Proc. Silicium 2,01 Proc. Kohlenstoff
12,12 0,02 0,87

so daſs unter sonst gleichen Verhältnissen im Hochofen bei zunehmendem Phosphorgehalte der Silicium- und Kohlenstoffgehalt im Roheisen abnimmt. Kohlenoxyd ist eben in hoher Temperatur eine beständigere Verbindung als Kieselsäure und Phosphorsäure und Kieselsäure ist beständiger als Phosphorsäure.

Daſs Silicium den Kohlenstoff im Roheisen verdrängt, ist zwar längst bekannt, aber besonders beachtet, seit man Ferrosilicium erbläst, welches nur bei den höchsten Temperaturen im Hochofen zu erzielen ist, in denen auch der Kohlenstoff des gekohlten Eisens in Berührung mit der Schlacke Kieselsäure aus derselben zu Silicium reducirt unter Bildung von Kohlenoxyd. Das Verdrängen des Kohlenstoffes im Eisen braucht aber keineswegs nach den Atomgewichten beider Stoffe stattzufinden, sondern auch nach den Formeln SiO2 + 2C = Si + 2CO und PO5 + 5C = 5CO + P bezieh. 5Si + 2PO5 = 2P + 5SiO2. Es ist eben nicht der Phosphor als solcher, welcher das Silicium und den Kohlenstoff im Roheisen verdrängt, sondern die Phosphorsäure, auf deren Kosten Silicium und Kohlenstoff sich oxydiren und deshalb müssen wir auch nicht meinen, daſs z.B. neben 12,12 Proc. Phosphor im Roheisen nicht mehr als 0,87 Proc. Kohlenstoff oder nur Spuren Silicium vorhanden sind bezieh. gelöst sein können. Halten wir den Sauerstoff der Phosphorsäure fern, d.h. bringen wir hoch phosphorirtes Roheisen zusammen mit hoch silicirtem oder hoch gekohltem Eisen, so werden wir finden, daſs in dem einen Falle ein hoher Siliciumgehalt und in dem anderen ein hoher Kohlenstoffgehalt in friedlichster Weise neben einem hohen Phosphorgehalte bestehen kann bezieh. gelöst bleibt und die ganzen Mengen der drei Stoffe in den Legirungen sich wiederfinden.

Etwa 15,5 procentiges Phosphoreisen mit gleichem Gewichte etwa 9procentigem Ferrosilicium ergab z.B. eine Legirung mit 7,73 Proc. Phosphor, 1,43 Proc. Kohlenstoff, 4,34 Proc. Silicium. Gleiche Theile Phosphoreisen und Ferromangan mit 5,7 Kohlenstoff ergaben eine Legirung mit 9,71 Proc. Phosphor und 2,85 Proc. Kohlenstoff. Es ist bei dieser Probe freilich zu beachten, daſs es das Mangan ist, welches den hohen Kohlenstoffgehalt in der Legirung ermöglicht hat; immerhin ist sie ein Beleg dafür, daſs ein hoher Phosphorgehalt neben einem höheren Kohlenstoffgehalte im Roheisen gelöst sein kann. Demnach beschränken sich Phosphor, Silicium und Kohlenstoff in ihrer Löslichkeit bezieh. Legirungsfähigkeit in hoher Temperatur nicht so, auch Silicium und Kohlenstoff wenigstens nicht in dem Maſse, wie man bisher wohl glaubte.

Das Steigen und Fallen der Manganlinie in den mitgetheilten Analysen läſst auf eine höhere oder niedrigere Ofentemperatur schlieſsen; mit ihr steigt und fällt der Kohlenstoffgehalt im Eisen und umgekehrt der Phosphorgehalt der Schlacke. Daraus folgt, daſs bei gesteigerter Temperatur auch im Hochofen ein höherer Phosphorgehalt neben einem beträchtlichen Siliciumgehalte erzielt werden kann.

Hoch Phosphor haltiges Eisen mit nur 0,8 Kohlenstoff und ohne Silicium ist aufs erordentlich dünnflüssig. Die Legirungsfähigkeit des Phosphors mit dem Eisen scheint fast unbegrenzt zu sein wie beim Mangan. Eine Probe enthielt 25,65 Proc. Phosphor. Der steigende Phosphorgehalt macht das Eisen mehr und mehr mürber, den Bruch krystallinisch, ähnlich dem des Ferromangans, schöne Nadeln zeigend. Bemerkenswerth ist auch, daſs mit steigendem Phosphorgehalt das Eisen mehr und mehr aufhört, magnetisch zu sein. Bei 9,6 Proc. Phosphor war noch keine merkliche Abnahme der magnetischen Eigenschaften zu erkennen; Eisen mit 16 Proc. Phosphor wurde von einem kräftigen Magnete nur noch schwach und ein solches mit 25,6 Proc. fast gar nicht mehr angezogen.

In der Analyse macht das hoch Phosphor haltige Eisen auſserordentliche Schwierigkeiten; es löst sich nur äuſserst langsam in mäſsig verdünnter Salpetersäure, ohne einen merklichen Rückstand zu hinterlassen, ebenso in verdünnter Salzsäure. Trotz mannigfacher Versuche aber wollte es nicht gelingen, behufs Bestimmung des Kohlenstoffes solches Eisen in Kupferchlorid-Chlorammon oder durch Behandlung mit Jod unter Wasser bei 0° zu lösen; es muſste vielmehr |166| zunächst aus Eisen durch Glühen im Chlorstrome verflüchtigt und der Kohlenstoff dann durch Verbrennen im Sauerstoffstrome bestimmt werden u.s.w. Die Hochofenschlacke enthält bei hoch Phosphor haltiger Beschickung um so weniger Phosphorsäure, je mehr Kieselsäure vorhanden ist.

Die Thatsache, daſs die in den Hochofen gebrachte Phosphorsäure wesentlich nur durch den Kohlenstoff reducirt wird, ist der Ausgangspunkt gewesen für jene zahlreichen Versuche, welche nicht nur dahin streben, den Phosphor vom Eisen fern zu halten, sondern auch den doch im Laufe der Jahre recht gut ausgebauten Umweg der Roheisendarstellung zu vermeiden. Man nahm und nimmt Reductionsmittel in Anspruch, die vermeintlich Phosphorsäure nicht reduciren: Wasserstoff und Kohlenoxyd. Es hat ja in der That etwas Verlockendes, durch geeignete Reductionsmittel Eisenoxyde bis zu dem Punkte zu reduciren, daſs sie beim Einschmelzen Fluſseisen oder Stahl ergeben würden. Es sei dahin gestellt, ob die praktische Durchführung mit unserer Fabrikationsmethode in ihrer heutigen Ausbildung auch nur concurrenzfähig gestaltet werden kann, insonderheit nach Einführung des Thomasprozesses.

Von den Reductionsmitteln wird reines Wasserstoffgas wohl schwerlich in Betracht kommen können. Wassergas, d. i. Wasserstoff und Kohlenoxyd oder auch Kohlenoxyd allein, würde vielleicht die Möglichkeit gewähren, in vorgedachter Weise in Anwendung zu kommen – bei reinen, von Phosphor freien Erzen. Wie schon erwähnt, wird 3basisches phosphorsaures Eisenoxydul durch Wasserstoff schon bei heller Rothglut reducirt und diese Temperatur müssen wir zur vollständigen Reduction der Erze doch wohl als nöthig voraussetzen. Mit Wasserstoff reducirte, Phosphor haltige Erze würden also kein von Phosphor freies Eisen geben, auch wenn das Gas in reinem Zustande angewendet werden könnte.

Kohlenoxyd nun reducirt 3basisch phosphorsaures Eisenoxydul selbst bei Weiſsglut nicht. Wohl aber, wie Finkener ebenfalls gezeigt hat, wird diese Verbindung bei Gegenwart von erheblichen Mengen Eisenoxyd reducirt. Daher können Phosphor haltige Erze auch durch Kohlenoxyd nicht reducirt werden zu Phosphor freiem Eisen; denn die Reduction von Eisenoxyden durch Kohlenoxyd ist stets mit einer Ablagerung mehr oder minder beträchtlicher Mengen Kohlenstoff verbunden bezieh. mit einer Kohlung des Eisens und dieser Kohlenstoff reducirt die Phosphorsäure.

Die Bestrebungen, welche dahin gehen, auf dem angedeuteten Wege die direkte Eisen- und Stahlerzeugung zu ermöglichen, sind also verlorene Mühe und wir haben mindestens alle Veranlassung, die gerühmtesten Verfahren dieser Art mit aller Vorsicht zu prüfen.

A. Ledebur (Stahl und Eisen, 1884 S. 249) betrachtet flüssige Schlacke als Lösungen verschiedener Sauerstoffverbindungen in einander, deren Bestandtheile beim Erstarren sich gemäſs den beeinflussenden Abkühlungsverhältnissen verschieden gruppiren können.

Eine in eine kleine Eisenform ausgegossene Martinschlacke zeigte z.B. an den rascher erkalteten Stellen glasige Beschaffenheit bei olivengrüner Farbe (I), die langsamer erkaltete war undurchsichtig, schwarz (II); die Analyse ergab:

I II
Kieselsäure 48,03 48,10
Thonerde 1,60 1,85
Eisenoxydul 16,23 16,66
Manganoxydul 31,53 31,67
Kalk 1,08

Die Unterschiede in der chemischen Zusammensetzung sind offenbar nicht groſs genug, um mit Sicherheit auf eine stattgehabte wirkliche Saigerung schlieſsen zu lassen.

Die Schlacke eines Holzkohlen-Hochofens, welche auſsen rasch, innen allmählich erkaltet war, zeigte äuſserlich glasige Beschaffenheit und lichtgrüne Farbe (I), während der Kern körnig-krystallinisches Gefüge besaſs und schön |167| ultramarinblau gefärbt war (II). Selbst im gepulverten Zustande behielt der Kern eine deutlich blaue Färbung bei. Die Analyse lieferte folgende Ergebnisse:

I II
Kieselsäure 43,43 43,33
Thonerde 17,80 17,28
Eisenoxydul 1,05 4,64
Manganoxydul 2,09 2,41
Kalk 33,30 31,57
Magnesia Spur
Schwefel
Alkalien u. Verlust 2,33 0,77

Ein ziemlich deutlicher, durch zweimalige Untersuchung bestätigter Unterschied zeigt sich hier betreffs des Eisengehaltes, welcher in dem langsamer erkalteten Theile 4mal so hoch ist als in dem rascher erkalteten, während letzterer sich entsprechend reicher an Kalk und Alkalien erwies. Immerhin ist der Unterschied in der gesammten Zusammensetzung der beiden Theile auch hier kaum bedeutend genug, um allein die erheblichen Abweichungen in den physikalischen Eigenschaften derselben zu erklären.

Erwähnenswerth dürfte es sein, daſs bei beiden untersuchten Schlacken der rasch erkaltete Theil durch Salzsäure fast vollständig und in kurzer Zeit zersetzt wurde, während der langsamer erkaltete sich auch bei längerer Einwirkung der Säure als auſserordentlich widerstandsfähig erwies. Nicht nur die physikalischen Eigenschaften waren also verschieden, sondern auch das chemische Verhalten war ein anderes, je nachdem die Schlacke langsamer oder rascher erkaltete.

Die chemische Zusammensetzung der Schlacken bei einem bestimmten metallurgischen Prozesse wird durch verschiedene Umstände beeinfluſst. Je reicher z.B. beim Hochofenprozesse das erfolgende Roheisen an Kohlenstoff, Silicium und Mangan und je höher die Temperatur im Hochofen ist, desto ärmer an Eisen fallt die Schlacke aus und jede Aenderung in der Beschaffenheit des einen Erzeugnisses bedingt auch sofort eine Aenderung des anderen.

Mangan, um im reinen Zustande durch Kohlenstoff aus seiner Verbindung mit Sauerstoff reducirt zu werden, erfordert eine Temperatur, welche schon die Verdampfungstemperatur des Mangans übersteigt oder doch jedenfalls erreicht. Die starke Neigung des Mangans aber, sich mit Eisen, Kohlenstoff, Silicium zu legiren, erklärt es, daſs solche Manganlegirungen schon in um so niedrigerer Temperatur dargestellt werden können, je geringer ihr Mangangehalt ist. Andererseits besitzt das Manganoxydul eine starke Verwandtschaft – ein Legirungsbestreben – zur Kieselsäure; aus diesem Grunde wird die Reduction des Mangans ebenfalls erleichtert, wenn die Schlacke arm ist an Kieselsäure, reich an kräftigen Basen. Die Schmelztemperatur einer solchen basischen Schlacke aber liegt erheblich höher, wenn ihr Basengehalt lediglich aus Erden besteht, als wenn neben denselben gröſsere Mengen Manganoxydul zugegen sind. Je niedriger die Temperatur im Ofen ist, desto reicher wird die Schlacke an Mangan und desto niedriger der Mangangehalt der erfolgenden Legirung; hoch Mangan haltiges Spiegeleisen und die Eisenmangane lassen sich deshalb nur mit heiſsem Winde und Anwendung von Kokes als Brennstoff erzeugen. Wird aber durch hochgetriebene |168| Temperatur und Anwendung reicher Brennstoffmengen mehr als ein bestimmtes Maſs des gesammten Mangangehaltes der Beschickung reducirt, also eine an Mangan arme Schlacke erzeugt, so wird aus derselben auch Silicium reducirt. Es erfolgt graues Roheisen, wenn der Mangangehalt desselben nicht bedeutend genug ist, die unter dem Einflüsse des aufgenommenen Siliciums stattfindende Graphitbildung zu hindern, oder eine Silicium-Eisen-Manganlegirung bei höherem Mangangehalte.

Bei Herstellung von schmiedbarem Eisen aus Erzen muſs die Schlacke reicher an Eisen sein als bei der Roheisendarstellung. Eine annähernd vollständige Reduction des Eisens würde, so lange man als Reductionsmittel Kohlenstoff oder Kohlenstoffverbindungen benutzt, nur unter Einflüssen möglich sein, welche zugleich eine Höherkohlung des Eisens, also die Entstehung von Roheisen verursachten; eben das in der Schlacke befindliche Eisenoxydul macht diese Höherkohlung unmöglich, da es als Oxydationsmittel auf den Kohlenstoff' wirkt. Je niedriger die Temperatur ist und je ärmer an Kohlenstoff das Eisen werden soll, desto reicher an Eisen wird die Schlacke sein. Auch die Zusammensetzung des verwendeten Erzes spricht hierbei mit. Je mehr Schlacken bildende Bestandtheile neben Eisen dasselbe enthält, je reichlicher also die Gesammtmenge der erfolgenden Schlacke ist, desto stärker wird das unreducirt gebliebene Eisen durch jene Schlackenbildner verdünnt, desto niedriger erscheint in der Schlacke sein Procentgehalt, auch wenn das Verhältniſs des reducirten Eisens zum unreducirt gebliebenen nicht günstiger ist als in anderen Fällen. Insbesondere liefern an Mangan reichere Erze aus diesem Grunde an Eisen ärmere Schlacken und umgekehrt. Unter Berücksichtigung dieser Einflüsse läſst sich eine ziemlich groſse Uebereinstimmung in der Zusammensetzung derartiger Schlacken nicht verkennen, auch wenn sie bei ganz abweichenden Arbeitsmethoden gewonnen sind.

Die Zusammensetzung der Schlacken bei den verschiedenen Frischprozessen und der Verlauf des Prozesses selbst hat nach Ledebur mit einer etwaigen Neigung der Stoffe, Silicate nach bestimmten chemischen Formeln zu bilden, nichts zu schaffen. In Betracht kommt hier lediglich die Temperatur, die Zusammensetzung des Eisens zu der Zeit, wo die Schlackenprobe genommen wurde, und die Beschaffenheit der Schlacken bildenden Bestandtheile, zu denen hier neben den aus dem Roheisen austretenden Stoffen und den etwa gegebenen Zuschlägen auch das Ofenflitter einen nicht unerheblichen Theil zu liefern pflegt. Auf dieses Ofenfutter wirkt die schon gebildete Schlacke um so kräftiger lösend ein, je höher die Temperatur ist. Verschiedene Stoffe haben ein verschieden starkes Bestreben, andere durch Auflösung zu verschlacken. Eine Schlacke, welche neben Eisenoxydul auch gröſsere Mengen Manganoxydul enthält, wird z.B. auf ein an Kieselsäure reiches Futter stärker auflösend einwirken als eine solche, welche bei gleichem Gehalte an |169| Kieselsäure nur wenig oder gar kein Mangan enthält u.s.f. Wenn nun anderseits eine hohe Temperatur, indem sie die Verwandtschaft des Kohlenstoffes zum Sauerstoffe steigert, die Entstehung an Eisen armer Frischschlacken in solchen Fällen begünstigt, wo denselben nicht Gelegenheit gegeben ist, neue Mengen Eisenoxydul oder Eisenoxyd aus dem Ofenfutter aufzunehmen, so kann doch in Oefen mit an Eisenoxyd reichem Futter der entgegengesetzte Erfolg bemerkbar werden, indem hier gröſsere Mengen des Futters gelöst werden. Wenn nun ein Mangangehalt des zu verfrischenden Roheisens in Oefen mit Kieselsäurefutter die Entstehung an Kieselsäure reicher Schlacken befördert, so zeigt sich in Oefen mit basischem Futter der entgegengesetzte Erfolg: die Schlackenmenge wird durch das hinzutretende Manganoxydul vermehrt, ohne daſs die Menge der anwesenden Kieselsäure zunehmen kann; der Procentgehalt der letzteren in der Schlacke fallt also geringer aus.

Beim Puddelprozesse ist der Ofen mit an Eisenoxyd reichen Stoffen ausgefüttert; in den meisten Fällen werden noch Zusätze von Hammerschlag u. dgl. gegeben. Kieselsäure aber kann der Schlacke nur aus dem Siliciumgehalte des Roheisens zugeführt werden; es ist natürlich, daſs hier eine stark basische, an Eisen reiche Schlacke entsteht und der eigentliche Zweck bei der Anwendung des aus Eisenoxyden bestehenden Ofenfutters ist ja, die Bildung einer solchen an Eisen reichen Schlacke zu ermöglichen. Ziemlich regelmäſsig läſst sich daher beobachten, daſs der Eisengehalt der Puddelschlacken in dem ersten Abschnitte des Prozesses sinkt, da einestheils durch die Verschlackung von Silicium und Mangan aus dem Roheisen die gesammte Schlackenmenge sich vermehrt, auſserdem aber auch jedenfalls Eisen durch jene Körper aus der Schlacke reducirt wird. Bis gegen Ende des Prozesses pflegt alsdann der Eisengehalt der Schlacke annähernd beständig zu bleiben und erst zuletzt, nachdem die gröſste Menge des Kohlenstoffes aus dem Eisen verschwunden ist, wird die Schlacke wieder an Eisen reicher. Bekanntlich enthält alle Puddelschlacke neben dem Eisenoxydule auch Eisenoxyd und mit Recht schreibt man gerade dem letzteren eine besonders kräftige Oxydationswirkung auf den Silicium-, Mangan- und Kohlenstoffgehalt des Eisens zu.

Beim Bessemerprozesse ist in Folge der höheren Temperatur die Verwandtschaft des Kohlenstoffes zum Sauerstoffe bedeutend gesteigert. So lange also noch Kohlenstoff im Eisen anwesend ist, muſs in jedem Falle der Eisengehalt der Schlacke bedeutend niedriger ausfallen als im Puddelofen; auch wenn der Kohlenstoffgehalt abnimmt, kann die Schlacke niemals so reich an Eisen als dort werden, da das verschlackte Eisen stets Gelegenheit findet, aus dem Ofenfutter fremde Stoffe aufzulösen. Je höher die Temperatur und je reicher der Mangangehalt des verarbeiteten Roheisens ist, desto ärmer an Eisen muſs die Schlacke werden. Die höhere Temperatur verstärkt nicht allein die Einwirkung des im Eisen |170| anwesenden Kohlenstoffes auf den Eisenoxydulgehalt der Schlacke, sondern befördert auch die reichlichere Auflösung der von Eisen freien Bestandtheile des Birnenfutters, trägt also zur Vermehrung der Schlackenmenge bei, ohne daſs die Menge des verschlackten Eisens vermehrt wird. Aehnlich wie die hohe Temperatur aber wirkt ein Mangangehalt: durch das entstehende Manganoxydul wird die Schlacken menge vermehrt und die Fähigkeit der Schlacke, das Birnenfutter anzugreifen, erhöht. Besonders deutlich tritt diese Eigenschaft der an Mangan reichen Schlacken in den Birnen mit saurem Futter zu Tage. Nimmt während der Arbeit die Temperatur zu, so steigt bei dem sauren Prozesse, so lange noch gröſsere Mengen Kohlenstoff in dem Eisenbade enthalten sind, der Kieselsäuregehalt und der Eisengehalt verringert sich; wird aber das Blasen noch fortgesetzt, nachdem der gröſste Theil des Kohlenstoffes entfernt war, so vermag der in geringer Menge zurückbleibende Kohlenstoff nicht mehr, die stärkere Oxydation des Eisens zu hindern, und die Schlacke wird reicher an Eisen. Ruft andererseits die Verbrennunggewisser Stoffe bei Beendigung des Prozesses – insbesondere des Phosphors beim Thomasprozesse – eine heiſse Endperiode und zugleich eine Vermehrung der Schlackenmenge hervor, so wirkt dieser Vorgang einer Vermehrung des procentualen Eisengehaltes entgegen, auch wenn nur noch sehr wenig Kohlenstoff im Bade zurückgeblieben sein sollte.

Beim Martinprozesse ist die Temperatur ebenfalls hoch und das Herdfutter ist reich an Kieselsäure, so daſs die Schlacken bedeutend mehr Kieselsäure und weniger Eisen enthalten müssen als bei den älteren Frischprozessen für Schweiſseisendarstellung. Im Groſsen und Ganzen wird der Kieselsäuregehalt der Martinschlacken sich innerhalb derselben Grenzen bewegen wie derjenige der Bessemerschlacken und ebenfalls um so höher sein, je höher die Temperatur des Ofens war und je mehr Mangan die Schlacke aufzunehmen Gelegenheit fand. Da aber im Martinofen der Mangangehalt des gröſstentheils aus schmiedbarem Eisen bestehenden Einsatzes erheblich niedriger zu sein pflegt als in der Bessemerbirne, welche ausschlieſslich Roheisen verarbeitet, so erklärt es sich, daſs auch das Verhältniſs zwischen dem Mangan- und Eisengehalte der Schlacken gemeiniglich niedriger ist als dort, wo der Mangangehalt fast immer den Eisengehalt überwiegt. Der Verlauf des Martinprozesses auf dem Schienenwalzwerke zu Graz (vgl. auch 1883 250 * 213) ergibt sich aus den in der Tabelle S. 171 zusammengefaſsten Analysen.

Im Anfange des Prozesses pflegt die Temperatur in dem Martinofen verhältniſsmäſsig niedrig zu sein. Die nach Beendigung des vorausgehenden Abstiches stattfindenden Arbeiten im Herde sowie der Wärmeverbrauch zum Schmelzen des ersten Einsatzes bringen eine Akühlung mit sich. Aus den Schlacken gebenden Bestandtheilen des Roheisens wie den Bestandtheilen des Herdfutters entsteht also eine Schlacke, deren Zusammensetzung dieser Temperatur entspricht, deren Kieselsäuregehalt insbesondere nicht sehr hoch ist.

So lange das Einsetzen noch nicht beendet ist, wird immer wieder durch das Schmelzen des eingesetzten Eisens dem Ofen Wärme entzogen und in der

|171|

Einsatz
Eisen Schlacke
C Mn Si SiO2 Al2O3 MnO FeO CaO MgO
I
6 Uhr 40. 1. Einsatz, best, aus:
2100k Vordernberger Roh-
eisen (weiſs),
1500 Löllinger Roheisen
(grau),
1000 Stahlenden.
Probe nach dem Einschmelzen
9 Uhr 10. 2. Einsatz, best, aus:
500k Radreifen,
500 Drehspänen,
2000 altem Kesselblech,
1000 Altschienen.
Probe nach dem Schmelzen
des 2. Einsatzes
11 Uhr 20. 3. Eins., bestehend
aus 3900k Altschienen.
Probe
12 Uhr 20. Probe
1 Uhr 40. Probe
1 Uhr 45. Zusatz von 120k
Silicium-Eisenmangan.
Durchschnittsprobe d. fertigen
Eisens






1,13





0,69



0,27
0,20
0,12



0,31






0,14





0,11



0,13
0,12
0,08



0,45






0,01















0,01






42,56





42,94



48,03
47,87
48,90



49,63






1,46





1,53



1,76
2,34
2,01









28,39





22,23



18,48
19,53
19,37



20,89






27,47





31,47



30,15
29,99
28,88



25,42






Sp.









0,78



























II
6 Uhr 15. 1. Einsatz, best, aus:
2100k Vordernberger Roh-
eisen (weiſs),
1300 Löllinger (grau),
1200 Stahlenden,
1000 Radreifen.
Probe nach dem Einschmelzen
9 Uhr. 2. Einsatz, best, aus:
1500k Radreifen,
500 Späne,
1900 Altschienen.
Probe nach dem Schmelzen
des 2. Einsatzes
12 Uhr 50. 3. Eins., bestehend
aus 3000k Altschienen.
Probe
2 Uhr. Probe
Zusatz von 100k Rotheisenerz;
alsdann
4 Uhr 35. Probe
4 Uhr 45. Zusatz von 120k
Silicium-Eisenmangan.
Durchschnittsprobe d. fertigen
Eisens






1,46





1,10


0,62
0,52


0,19



0,37






0,24





0,16


0,15
0,14


0,11



0,40






0,01
















0,02






42,13





49,56


50,06
51,47


57,43



59,07






1,57





1,96


1,84
1,54


2,66



1,85






35,19





32,25


28,92
29,39


18,29



19,99






20,37





14,44


18,14
17,06


17,28



14,68






0,70









0,53


3,01



3,18



















0,60



0,41

Zusammensetzung der Schlacke zeigt sich nur in so fern eine Aenderung, als mit der fortschreitenden Entkohlung des Metalles auch eine Verschlackung des Eisens Hand in Hand geht und demnach das Verhältniſs des Eisengehaltes der Schlacke zum Mangangehalte gröſser wird, während der procentuale Kieselsäuregehalt vorläufig unverändert bleibt; das entstehende Eisenoxydul löst offenbar aus dem Herdfutter so viel Kieselsäure auf, als der herrschenden Temperatur entspricht. Erst nach vollständiger Beendigung des Einsetzens steigt die Temperatur |172| und mit derselben der Kieselsäuregehalt der Schlacke; derselbe erreicht sein höchstes Maſs bei Beendigung des Prozesses, wo auch der gegebene Manganzusatz dazu beiträgt, die Neigung der Schlacke zur Auflösung von Kieselsäure zu steigern.

Beim zweiten Versuche ist die Zusammensetzung der Schlacken anders, weil beim Einsatze in dem Ofen sofort 1000k Eisen mehr als beim Einsatze I zugeführt und der Ofen stärker abgekühlt wird. Das mehr eingesetzte Eisen besteht aber im Wesentlichen aus Radreifen, welche vermuthlich nicht weniger als 0,40 Proc. Mangan enthalten haben werden. Die Gesammtmenge des dem Ofen zugeführten Mangans ist also beim Einsatze II gröſser, wenn auch der Procentgehalt des Einsatzes an Mangan eher niedriger als höher im Vergleiche zu dem Mangangehalte des Einsatzes I gewesen dürfte. In jedem Falle entsteht, wie die Analyse zeigt, eine an Mangan reichere Schlacke und auch das Eisen enthält nach dem Einschmelzen noch mehr Mangan als in dem anderen Falle; es muſs also in der vermuthlich niedrigeren Temperatur überhaupt weniger Schlacke entstanden sein. Ob vielleicht auch die Oxydationswirkung des Gasstromes bei dem Schmelzen des Einsatzes II geringer war als bei I und dadurch das Eisen stärker als dort vor Verschlackung geschützt wurde, lieſs sich nicht ermitteln. Trotz des höheren Mangangehaltes aber löst die Schlacke des Einsatzes II nicht mehr Kieselsäure auf als die an Eisen reichere und an Mangan ärmere des Einsatzes I, ein Umstand, welcher ebenfalls auf eine niedrigere Temperatur des Ofens schlieſsen läſst.

Während aber der zweite Eisenzusatz bei Einsatz I zur Hälfte aus Kesselblech, also vermuthlich einem wenig Mangan haltigen Materiale bestand, werden beim Einsatze II wiederum gröſsere Mengen Radreifen und Altschienen eingesetzt, dem Bade also neue Mengen Mangan zugefügt, wie auch der Mangangehalt der Schlacke erkennen läſst. Inzwischen ist aber die Temperatur des Ofens gestiegen und die an Mangan reichere Schlacke löst auch gröſsere Mengen Kieselsäure als in dem erstbesprochenen Falle auf. Wie dort steigt nunmehr der Kieselsäuregehalt der Schlacke stetig mit der Temperatur.

Die nächste Folge der niedrigen Aufangstemperatur und der Bildung einer an Mangan reicheren Schlacke ist aber eine Verzögerung der Entkohlung des Eisenbades. Während bei dem ersten Einsatze nach Verlauf von 8 Stunden die Arbeit bereits vollständig beendet ist, enthält bei dem zweiten Einsatze nach Verlauf der gleichen Zeit das Bad noch 0,52 Proc. Kohlenstoff. Man setzt also Rotheisenerz zu, um die Entkohlung zu beschleunigen. Ein Theil des Eisengehaltes des Erzes geht in die Schlacke und wirkt verdünnend auf deren Mangangehalt. Wenn trotzdem der Kieselsäuregehalt der Schlacke nicht niedriger, sondern sogar beträchtlich höher wird, so daſs er bei Beendigung des Prozesses 10 Proc. mehr als in der Endschlacke des Einsatzes I beträgt, so dürfte der Grund dafür theils in dem Umstände zu suchen sein, daſs bei der längeren Dauer des Prozesses auch der Ofen schlieſslich stärker als in dem anderen Falle erhitzt wurde, während anderentheils auch der mit dem Erze zugeführte Kalk- und Magnesiagehalt dazu beitragen wird, die Neigung der Schlacke zur Auflösung von Kieselsäure zu steigern. Der Eisengehalt der Schlacken aber ist wegen der höheren Temperatur des Ofens, des höheren Mangangehaltes der Schlacken und des höheren Kohlenstoffgehaltes des Eisens in allen Proben erheblich niedriger als bei dem Einsatze I. Die Schlacken enthielten meist neben Eisenoxydul noch etwas Eisenoxyd; welche jedoch nicht besonders bestimmt wurden.

Bei Verarbeitung an Mangan armer Einsätze auf an Kohlenstoff armes Eisen kann die Zusammensetzung der Endschlacken eine wesentlich andere sein, als vorstehend mitgetheilt wurde; immerhin aber wird mit dem Mangangehalte der Schlacke und der Ofentemperatur auch der Kieselsäuregehalt der Schlacke steigen, während der Eisengehalt derselben um so niedriger ausfällt, je höher die Temperatur des Ofens, der Mangangehalt der Schlacken und der Kohlenstoffgehalt des Eisens ist, wie folgende Untersuchungen über die Zusammensetzung der Endschlacken des Martinprozesses und des betreffenden Eisens in Oberhausen (I bis III) und Riesa (IV) zeigen:

|173|
Eisen Schlacke

Probe
Kohlen-
stoff

Mangan
Kiesel-
säure

Thonerde
Mangan-
oxydul
Eisen-
oxydul
I 0,13 0,20 50,13 1,86 17,99 29,55
II 0,22 0,36 45,75 3,03 13,67 36,46
III 0,13 0,17 47,26 2,06 9,58 40,11
IV 0,10 Spur 50,05 4,11 7,81 35,66

Bei der Entstehung der letzten Schlacke war es offenbar die zur Erzeugung des an Kohlenstoff sehr armen Eisens erforderliche hohe Temperatur, welche die Aufnahme einer verhältniſsmäſsig reichlichen Menge Kieselsäure auch durch die an Mangan wenig reiche Schlacke ermöglichte.

(Schluſs folgt.)

Suche im Journal   → Hilfe
Alternative Artikelansichten
  • XML
  • Textversion
    Dieser XML-Auszug (TEI P5) stellt die Grundlage für diesen Artikel.
  • BibTeX
Feedback

Art des Feedbacks:
Ihre E-Mail-Adresse:
Anmerkungen: