Titel: M. Jungck, über den Siemens-Martinprozeſs.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1884, Band 253 (S. 509–514)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj253/ar253175

Ueber den Siemens-Martinprozeſs.

Die Ausführung des Siemens-Martinprozesses auf der Hütte Phönix bei Ruhrort bespricht eingehend M. Jungck in einer Programmschrift1), welcher folgende Mittheilungen entnommen sind.

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Der Gasgenerator der Hütte Phönix besteht aus 8 Kammern, welche alle 3 Stunden mit etwa 600k Kohlen folgender mittlerer Zusammensetzung:

Kohlenstoff 71,10
Wasserstoff 4,24
Sauerstoff und Stickstoff 11,92
Asche 12,74

beschickt werden. Das Gas von 2 Kammern genügt für einen Flammofen, unter welchem sich 4 Regenerativkammern befinden. Ueber dem feuerfesten Gewölbe derselben kann durch seitliche Oeffnungen Luft eintreten, um den nach oben hin nun folgenden guſseisernen Boden des Herdes zu kühlen. Der Herd des Ofen selbst besteht auf der Hütte Phönix nicht, wie dies zuweilen als nothwendig angeführt wird, aus möglichst Kieselsäure freiem Materiale, sondern im Gegentheile aus ganz reinem Quarzsande. Bei der im Ofen herrschenden Temperatur sintert der Quarz bald oberflächlich zusammen und schmilzt später da, wo er frei liegt, zu einem klaren Glase. Die Beschickung des Ofens besteht aus Stahlabfallen, grauem Roheisen und Spiegeleisen; auch Schmiedeisenabfälle werden zur Beschleunigung des Ganges in kleinen Mengen zugesetzt. Versuche, das billigere weiſse Roheisen an Stelle des grauen zu setzen, worin nach verschiedenen Angaben ein Vorzug des Martingegen den Bessemerprozeſs liegen sollte (so gibt z.B. Kuppelwieser an, das Roheisen müsse an Silicium armes weiſses Roheisen sein), haben wenigstens auf der Hütte Phönix stets ein ungünstiges Ergebniſs geliefert, indem dann der Ofen zu kalt ging; d.h. er erforderte einen die erzielte Ersparniſs überwiegenden Mehrverbrauch an Gas. Das Spiegeleisen ist seines Mangangehaltes wegen, der auch hier als ein eine leicht flüssige Schlacke bildender Bestandtheil nicht entbehrt werden kann, erforderlich. Die Dauer einer Hitze betrug auf der Hütte Phönix etwa 8 bis 9 Stunden. Der Einsatz bestand meist aus etwa 400k grauem Roheisen, 150k Spiegeleisen, 1500k Stahlabfällen und etwa 25 bis 50k Schmiedeisenabfällen sowie zuletzt noch etwa 20 bis 40k Spiegeleisen zum Gar machen.

Jungck untersuchte zwei Prozesse und zwar einen normal und einen mangelhaft verlaufenden. Als Einsatz wurde Spiegeleisen, englisches graues Roheisen (Maryport) und in der Hütte Phönix selbst erzeugtes Bessemerroheisen verwendet. Eine gröſsere Durchschnittsprobe derselben hatte folgende Zusammensetzung:

Bessemerroheisen Engl. Roheisen
Graphit 3,09 3,45
Geb. Kohlenstoff 0,97 0,71
Mangan 2,55 0,12
Silicium 1,59 2,37
Phosphor 0,116 0,059
Kupfer 0,249 Spur
Schwefel 0,018 Spur
–––––– –––––––
Somit Eisen 91,417 93,291.
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Die als weiterer Einsatz verwendeten Bessemerstahlschienen-Abfälle Hatten im Durchschnitte 0,4 Proc. Kohlenstoff 0,26 Proc. Silicium (0,12 bis 0,32) und 0,1 Proc. Phosphor, ebenso viel etwa der Kopf der Kopfschienen, während eine gelegentliche Analyse von deren Fuſs und Steg 0,07 Proc. Mangan, 0,17 Proc. Silicium, 0,12 Proc. Schwefel, 0,09 Proc. Kupfer, 0,29 Proc. Phosphor und 0,08 Proc. Kohlenstoff ergab. Doch kann diese Analyse wie die obigen nur als eine ungefähre für die folgenden beiden Prozesse bezeichnet werden.

Beim ersten Verfahren wurden um 3 Uhr Morgens 300k Bessemerroheisen, 100k Maryport und 150k Spiegeleisen eingesetzt. Nach 45 Minuten war die Masse geschmolzen und erhielt nun:

2 Sätze von je 350k Bessemerschienenenden,
1 Satz 300 Bessemerkopfschienen,
5 Sätze 300 Bessemerschienenenden,
1 Satz 300 Bessemerkopfschienen,
2 Sätze 250 Bessemerschienenenden.

Es folgte dann um 11 Uhr 40 Min. ein Zusatz von 115k Spiegeleisen, worauf der Stahl die diesmal gewünschte Härte (gerade 5 der steirischen Skala) besaſs und abgestochen wurde. Die obigen Sätze gebrauchten je etwa 45 Minuten zum Einschmelzen und Durcharbeiten.

Vor jedem neuen Zusätze wurde dem Stahlbade eine Probe entnommen und auf Bruch geprüft. Die erste nach dem Einschmelzen des Roheisens und Spiegeleisens genommene Probe war im Bruche am Rande stark strahlig, innen feinkörnig und lichtgrau. Ihre Oberfläche war völlig glatt. Schon nach dem eisten Schienenzusatze war der Bruch rein weiſs und weniger strahlig, der Graphit also bereits ganz oder nahezu ganz in chemisch gebundenen Kohlenstoff umgewandelt. Von da ab wurde die Oberfläche mehr und mehr pockig und blasig und es zeigten sich moosähnliche Krystallbildungen. Schon nach dem 2. Einsatze verschwand die strahlige Structur und das Korn des Bruches ging bis nach dem 6. Einsatze ganz allmählich aus feinkörnigem Roheisen in feinkörnigen Stahl über. Nach dem 7. Einsatze zeigte die Probe ganz das Aussehen eines guten, höchst feinkörnigen, aber etwas harten Stahles.

In diesem Stadium des Prozesses könnte man also versuchen, ohne Zusatz von Ferromangan oder Spiegeleisen den Stahl ablaufen zu lassen und zu verwenden. Allein der so geleitete Stahlprozeſs würde nicht bloſs ein sehr unsicherer, sondern er wäre meist unökonomischer als der jetzige Martinprozeſs, da bei diesem nun noch 3 Einsätze gemacht, also ¼ Stahl auf einmal bei gleichem Einsatze von Roh- und Spiegeleisen mehr erzeugt bezieh. ⅓ Stahlabfälle mehr verarbeitet werden können. Vom 8. Einsatze ab begann der Uebergang des Stahles in Fluſseisen: Der Bruch wird grobkörniger; die schon bei den früheren Proben ziemlich zahlreichen Blasen durchsetzen allmählich die ganze Probe und werden mehr und mehr länglich, ein Beweis, daſs der Stahl nicht plötzlich erstarrt, sondern vorher eine zähflüssige Beschaffenheit annimmt, ein Umstand, der in der Praxis dazu benutzt wird, die so schädlichen Blasen des Stahles durch Druck aus demselben, ehe er fest geworden, möglichst zu entfernen. Die Oberfläche der Proben war bei der ersten stark gewölbt, bei den folgenden bildete sich aber allmählich eine tiefe Einsenkung in der Mitte, welche bei der vorletzen Probe bis zu ⅔ des Durchmessers ging. Diese Einsenkung rührt von den Gasblasen her, welche noch entweichen können, wenn der Stahl am Rande bereits fest geworden ist, und lehrt uns durch ihre Gröſse einerseits, wie stark die Reaction im Stahlbade ist, andererseits, daſs die Zähigkeit des Stahles mehr und mehr zunimmt. Die letzte vom fertigen Stahle genommene Probe war weit glatter als die vorhergehenden, nur wenig blasig, in der Mitte eher erhaben, weil der durch den Zusatz von Spiegeleisen aus |512| dem Fluſseisen erzeugte Stahl viel dünnflüssiger als jenes bei gleicher Temperatur ist. An ihrem Rande befand sich eine leichte Rinne; diese rührt daher, daſs der Stahl sich beim Uebergange von dem flüssigen Aggregatzustande zum festen stark zusammenzieht, also wie längst bekannt, auch keine scharfen Guſsformen liefert.

Der erhaltene Stahl entsprach bei den damit angestellten Proben den Anforderungen eines guten Martinstahles vollkommen. Seine Zusammensetzung war folgende:

Mangan 0,304
Kohlenstoff 0,336
Silicium 0,035
Phosphor 0,160
Schwefel 0,006
–––––––
Somit Eisen (mit einer Spur Kupfer) 99,159.

Auffallend ist der sehr geringe Siliciumgehalt. Derselbe zeichnet den Martinstahl überhaupt vor den anderen Stahlsorten so sehr aus, daſs er geradezu als Erkennungsmittel des ersteren bezeichnet werden kann. Im Ganzen kamen nach den obigen Analysen in den Einsätzen etwa 17k,7 Silicium in das Stahlbad, während der abflieſsende Stahl nur noch 1k,38 enthielt. Es sind also etwa 12/13 des gesammten Siliciums verschlackt worden. Rechnen wir bei dem eingeschmolzenen Roh- und Spiegeleisen durchschnittlich 4 Proc. Kohlenstoff (eine Probe des letzteren gab sogar 4,35 Proc), für die Stahlabfälle 0,4 und für die betreffenden Stege 0,1 Proc. so kamen in den Ofen 38k,9 Kohlenstoff, im Stahle blieben 13k,3, so daſs 25k,6 oxydirt wurden. Der hohe Phosphorgehalt stammt aus den Bessemerkopfschienen. Die ablaufende Schlacke2) hatte folgende Zusammensetzung:

Kieselsäure 50,18
Phosphorsäure 0,020
Schwefel 0,014
Eisenoxydul 25,75
Thonerde 2,61
Manganoxydul 20,44
Kalk 0,62
Magnesia 0,17
–––––––
99,804.

Schwefel und Phosphor wurden somit fast gar nicht abgeschieden; doch ist vom Schwefel auch nur wenig im Stahle zurückgeblieben, weil man Schwefel haltige Rohstoffe möglichst vermeidet.

Beim folgenden Prozesse ging der Ofen zu kalt, obgleich sehr viel Gas verbrannt wurde. Der Ofen war 7 Uhr früh mit 350k Ruhrorter grauem Bessemerroheisen, 150k Spiegeleisen und 100k englischem Eisen beschickt. Nach dem Einschmelzen erhielt der Ofen bis 2 Uhr 10 Minuten alle 35 bis 40 Minuten einen neuen Einsatz und zwar der Reihe nach:

|titlePage| |ad| [Vorkommen des Titelblattes hier ist ein Bindungsfehler des Druckexemplars.] |513|
2 Sätze von je 350k Bessemerabfälle,
1 Satz 300 Puddelstahlabfälle,
4 Sätze 300 Bessemer- und Martinstahlschienenenden,
2 Sätze 250 desgleichen.

Zum Schlüsse wurde das entkohlte Bad mit 125k Spiegeleisen versetzt, darauf eine Probe vom Bade genommen, ausgeschmiedet und durch Eintauchen in Wasser gehärtet. Da aber der Stahl zu weich war, so wurden noch 40k Spiegeleisen und nach einer zweiten abermals zu weichen Probe weitere 10k Spiegeleisen zugesetzt, worauf der Stahl die richtige Härte (3 nach der steirischen Skala, nach dem ersten Einsatze war er eine weiche 6, nach dem zweiten eine harte 5) besaſs, worauf um 2 Uhr 40 Minuten abgestochen wurde. Eine angesaugte Durchschnittsprobe des zugeführten Generatorgases hatte, nach dem von Stöckmann3) angegebenen Verfahren untersucht, folgende Zusammensetzung:

Vol.-Proc. Gew.-Proc.
Stickstoff 61,49 64,83
Kohlensäure 4,45 7,36
Kohlenoxyd 23,24 24,50
Kohlenwasserstoffe 2,07 1,24
Wasserstoff 6,49 0,55
Wasserdampf 2,26 1,52.

Das Gas enthielt noch 13,61 Gew.-Proc. Ruſs und Asche und 0,9 Proc. Theer. Da somit neben 13,61 Proc. Staub und Ruſs nur etwa 27 Proc. Wärme erzeugende Bestandtheile im Gase vorhanden waren, so ist die Abnahme der Temperatur im Ofen erklärlich.

Die abziehenden Gase enthielten 0,13 Proc. Asche und Ruſs, während der Theer völlig verbrannt war; die gasförmigen Bestandtheile enthielten:

Vol.-Proc. Gew.-Proc.
Stickstoff 68,17 65,74
Kohlensäure 12,76 19,33
Kohlenoxyd 1,73 1,66
Wasserstoff 0,78 0,05
Sauerstoff 6,05 6,66
Wasserdampf 10,51 6,57.

Das Vorkommen von Sauerstoff neben Kohlenoxyd und Wasserstoff erklärt sich daraus, daſs während 2 Stunden eine sogen. Durchschnittsprobe angesaugt war.

Im Vorwärmofen wird mit oxydirender Flamme gearbeitet, weil diese mehr Hitze gibt, also weniger Gas braucht als die reducirende. Die hier bis zu starker Rothglut vorgewärmten Eisenstücke haben daher stets eine dicke Glühspanschicht, welche zugleich mit dem in den Gasen des Stahlofens zuweilen vorkommenden freien Sauerstoffe dazu dient, den Kohlenstoffgehalt des Stahlbades zu oxydiren, und der Siemens-Martin'schen Stahlerzeugungsmethode den Charakter eines sehr verlangsamten Puddelprozesses verleiht, welcher aber in sehr starker Hitze |514| und bei stets geschmolzenen Massen vor sich geht und daher in seinen Apparaten und Behandlungen besonders am Schlüsse stark an das Verfahren bei der Erzeugung von Tiegelguſsstahl und beim Bessemern erinnert.

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Der Stahlprozeß im Siemens-Martinofen; von M. Jungck, Lehrer an der Oberrealschule in Gleiwitz. Programmschrift. 20 S. in 4. Preis 3 M. (Gleiwitz 1884.) Vom Verfasser gef. eingeschickt.

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Bemerkenswerte ist das starke Steigen der Schlacke beim Abkühlen. Eine mit Schlacken gefüllte Form gleicht einem kleinen Vulkane, aus dem beständig flüssige Schlacke von Gasblasen gefolgt, welche mit blauer Flamme an der Luft verbrennen und also wohl aus Kohlenoxyd bestehen, herausströmt. Es muſs also die flüssige Schlacke Kohlenoxyd in bedeutender Menge absorbiren.

Vorkommen des Titelblattes hier ist ein Bindungsfehler des Druckexemplars.
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Vgl. Ferd. Fischer: Chemische Technologie der Brennstoffe, S. 224.

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