# MKL1888:Eisen

Meyers Konversations-Lexikon 4. Auflage :
| Seite mit dem Stichwort „Eisen“ in Meyers Konversations-Lexikon Band 5 (1886), Seite 404–427 ||
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| Empfohlene ZitierweiseEisen. In: Meyers Konversations-Lexikon. 4. Auflage. Bibliographisches Institut, Leipzig 1885–1890, Band 5, Seite 404–427. Digitale Ausgabe in Wikisource, URL: https://de.wikisource.org/wiki/MKL1888:Eisen (Version vom 01.12.2024) ||
[404] Eisen (Ferrum), Fe, das nützlichste und verbreitetste aller Metalle, findet sich in zahlreichen Verbindungen und nimmt an der Zusammensetzung der Erdrinde wesentlichen Anteil.
Vorkommen. Eisenerze:
    1) Magneteisenstein S. 404
    2) Roteisenstein 404
    3) Brauneisenstein 405
    4) Spateisenstein 405
    5) Thoneisenstein 405
    6) Kohleneisenstein 405
Die verschiedenen Arten:
    I. Roheisen 406
    II. Schmiedbares Eisen 412
    1) Schweißeisen 414
    2) Flußeisen 418
1) Schweißstahl:
    a) durch Rennarbeit S. 419
    b) durch Herdfrischen u. Puddeln 419
    c) durch Glühfrischen 419
    d) durch Zementation 419
2) Flußstahl:
    a) Gußstahl 420
    b) Bessemerstahl:
       α) saurer Bessemerpr. 421
       β) basischer Prozeß 422
    c) Siemens-Martinpr. 422
    d) Siemensscher Erzpr. 423
Chemische Eigenschaften 423 Geschichte und Statistik 425
Gediegen findet es sich in Meteoriten, welche außer E. auch noch größere oder geringere Mengen von Nickel und Kobalt enthalten; sehr viel seltener ist das gediegene tellurische E., welches zuweilen durch Einwirkung von brennenden Steinkohlenflözen auf Eisenerze entsteht. Fast alle Mineralien und Gesteine enthalten wenigstens Spuren von Eisenverbindungen; sehr allgemein verdanken sie ihre roten, gelben, braunen, dunkelgrünen bis schwarzen Farben einem Gehalt von verschiedenen Eisenverbindungen. Nie fehlt E. in der Ackererde, auch im Quell- und Meerwasser ist es nachweisbar, und manche Quellen zeichnen sich durch sehr hohen Eisengehalt aus (Stahlwässer, Eisensäuerlinge). Endlich ist das E. auch in den Organismen ein nie fehlender Bestandteil und findet sich namentlich stets im Blattgrün und Blutrot.
Manche Eisenverbindungen treten in großen Massen auf, aber nicht jede natürliche Eisenverbindung kann zur vorteilhaften Darstellung des Eisens dienen, sondern man verwendet nur diejenigen Fossilien als Eisenerze, welche in dem Grad eisenhaltig und frei von schädlichen Beimengungen sind, daß daraus ein brauchbares Produkt mit ökonomischem Gewinn erzeugt werden kann. Als eigentliche Eisenerze kommen fast nur die oxydischen natürlichen Eisenverbindungen in Betracht; in untergeordneter Menge wird in der Neuzeit auch das aus dem häufig vorkommenden Eisenkies (FeS2) durch Röstung erhaltene Eisenoxyd auf E. verschmolzen. Die wichtigsten Eisenerze sind die folgenden:
1) Magneteisenstein (Magneteisenerz, Magnetit, Eisenoxydoxydul) FeO.Fe2O3, Fe3O4 ist in reinem Zustand das reichste Eisenerz und enthält 72,4 Proz. metallisches E. Das Magneteisenerz findet sich kristallisiert, körnig-kristallinisch eingesprengt, sandig, meist aber derb und in mächtigen Lagerstöcken im ältern kristallinischen Massen- und Schiefergebirge, seltener auf Gängen. Es ist eisenschwarz mit schwarzem Strich und Metallglanz. Seine Dichtigkeit erschwert die Reduktion und die Kohlung; es muß deshalb vor dem Verschmelzen sorgfältig geröstet werden. Die Menge der Gangart ist gewöhnlich nur gering; der Eisengehalt des Erzes beträgt meist 40–60 Proz. Das Erz liefert, wenn es nicht etwa mit Apatit (phosphorsaurem Kalk) oder Schwefelmetallen verunreinigt ist, ein sehr reines, ausgezeichnetes E. Hauptfundorte sind: Norwegen (Arendal), Schweden (Dannemora), Finnland, Lappland, Ural, Algerien, Kanada und die Vereinigten Staaten (New Jersey, Oberer See). Nur in untergeordneter Menge findet es sich in Deutschland, z. B. in Schmiedeberg (Schlesien), Berggießhübel (Erzgebirge) etc.
| Fundorte | Eisen­oxyd | Eisen­oxydul | Verschiedene Bestandteile | Be­merkungen |
| Fundorte | Proz. | Proz. | Proz. | Be­merkungen |
| Arendal | 73,84 | 21,48 $\left\{{\begin{aligned}\\\\\end{aligned}}\right.$ | 2,00 Mangan | schalige Struktur |
| Arendal | 73,84 | 21,48 $\left\{{\begin{aligned}\\\\\end{aligned}}\right.$ | 2,68 Kieselsäure | schalige Struktur |
| Dannemora | 75,27 | 24,73 | 0,15 Bergart | kristallisiert |
| Gellivara (Lappland) | 69,40 | 28,35 | – | derb |
| Arendal | 68,03 | 29,25 | 2,45 Bergart | derb |
| Berggießhübel | 67,95 | 29,92 | 1,86 Bergart | kristallisiert |
| Dannemora | 62,06 | 28,42 $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 1,44 Magnesia | |
| Dannemora | 62,06 | 28,42 $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 0,07 Eisensulfid | |
| Dannemora | 62,06 | 28,42 $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 7,60 Bergart | |
| Schmiedeberg | 54,82 | 24,67 $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 5,94 Thonerde | |
| Schmiedeberg | 54,82 | 24,67 $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 4,40 Calcium­karbonat | |
| Schmiedeberg | 54,82 | 24,67 $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 6,70 Eisensulfid | |
| Schmiedeberg | 54,82 | 24,67 $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 3,18 Bergart | |
Dem Magneteisenstein schließt sich der in New Jersey (Vereinigte Staaten) vorkommende Franklinit (RO, R′2O3; R = Fe, Zn und R′ = Fe, Mn) an; derselbe enthält neben ca. 45 Proz. E. 20 Proz. Zink und wird nacheinander auf Zink und E. (Spiegeleisen) verarbeitet.
2) Roteisenstein (Roteisenerz, Eisenoxyd) Fe2O3 enthält im reinen Zustand 70 Proz. E.; mit demselben gemeinschaftlich treten häufig auch andre Eisenerze (Magneteisen, Brauneisen, Spateisen) auf. Die Gangarten bestehen aus Kalkspat, Dolomit, Quarz oder Thon, und von den Verunreinigungen sind Schwefelkies [405] und Apatit die gewöhnlichsten. Der durchschnittliche Eisengehalt des Roteisenerzes beträgt 30 bis 45 Proz.; der Gehalt steigt jedoch zuweilen viel höher und beträgt z. B. bei den Erzen vom Obern See 65–66 Proz. Das Roteisenerz kommt in verschiedenen Varietäten vor: kristallisiert als Eisenglanz in stahlgrauen bis eisenschwarzen, metallglänzenden, oft irisierenden Kristallen, oder in blätterig-schuppigen Kristallen als Eisenglimmer oder Eisenrahm. Das ausgezeichnetste Vorkommen des Eisenglanzes ist auf der Insel Elba, deren Gruben schon von den Etruskern abgebaut wurden. Ferner kommt der Roteisenstein in strahligen, traubigen, kugeligen oder nierenförmigen Massen als roter Glaskopf, Blutstein oder Hämatit vor. Endlich findet sich das Erz auch in derben (Roteisenstein) oder in erdigen, mulmigen (ockeriger Roteisenstein, Roteisenmulm, gemeines Roteisenerz) oder in körnigen Massen (roter Rogeneisenstein, oolithisches Roteisenerz). Häufig ist Roteisenstein innig mit Thon oder Quarz gemengt und bildet dann den roten Thoneisenstein, resp. den kieseligen Roteisenstein. In jüngern Formationen kommt der Roteisenstein selten vor, häufig dagegen in Gängen, Stöcken oder Lagern des Ur- und Übergangsgebirges bis aufwärts zum Kohlenkalk. Alle Roteisenerze kennzeichnen sich durch den roten Strich. Der Roteisenstein ist ein sehr wichtiges Eisenerz (speziell auch für Mitteldeutschland). Fundorte sind in Deutschland: Lahngebiet, Eifel, Harz (Elbingerode und Büchenberg), Thüringen, Erzgebirge, Sudeten etc.; in England: Cumberland und Nordlancashire; in Belgien: Vezin, Namur; in Italien: Insel Elba; in Afrika: Algerien und endlich in den Vereinigten Staaten: am Obern See und in Missouri.
| Fundorte | Eisen­oxyd | Man­gan­oxyd | Kie­sel­säure | Phos­phor­säure | Thonerde, Kalk und Magnesia | Wasser |
| | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. |
| Wetzlar, Grube Engelsherberg | 80,95 | – | 16,74 | 0,51 | 0,97 | 0,83 |
| Desgl. von der Hermannszeche | 73,77 | – | 23,16 | 0,45 | 1,41 | 1,21 |
| Eisenrahm ebendaher | 92,45 | – | 5,63 | 0,19 | 0,65 | 1,08 |
| Hamm | 75,70 | – | 7,61 | 2,67 | – | 13,32 |
| Nassau | 62,50 | Spur | 17,80 | 1,10 | 11,61 | 7,02 |
| Cleator Moor in Cumberland | 95,16 | 0,24 | 5,68 | Spur | 0,07 | – |
| Oberer See | 93,75 | Spur | 3,27 | 0,32 | 1,57 | 1,09 |
| Tennessee | 76,96 | 0,66 | 9,38 | 0,85 | 8,70 | 3,14 |
3) Brauneisenstein (Brauneisenerz) besteht aus Eisenhydroxyd mit verschiedenem Wassergehalt. Am häufigsten hat der reine Brauneisenstein die Zusammensetzung 2F2O3, 3H2O und enthält dann 59,9 Proz. metallisches E. Das Brauneisenerz ist häufig durch Zersetzung andrer Eisenerze entstanden und kommt deshalb nicht selten zusammen mit diesen vor, findet sich aber auch zuweilen in eignen Lagerstätten. Die Gangarten bestehen meist aus Quarz oder Thon, nicht so häufig aus Kalk und Dolomit. Der Eisengehalt beträgt je nach der Menge der Gangart 20–60 Proz. Die meisten ältern Brauneisensteine zeichnen sich durch Reinheit und günstiges Schmelzverhalten aus. Durch den Wasserverlust in der Hitze werden sie porös, reduzieren sich leicht und geben bei einem Mangangehalt ein besonders für die Stahlbereitung ausgezeichnetes Material. Dieselben finden sich unter anderm im kristallinischen Zustand in nieren-, traubenförmigen oder stalaktitischen Formen als brauner Glaskopf im Devon des Siegener Landes, im Glimmerschiefer der Alpen, im kristallinischen Kalk der Pyrenäen etc., als gemeiner Brauneisenstein derb im Devon des Siegener Landes und Nassaus, in Steiermark und Kärnten, im Silur Böhmens, auf Gängen im kristallinischen Gestein und Silur der Pyrenäen u. a., als mulmiger Brauneisenstein auf dem Muschelkalk in Oberschlesien, bei Osnabrück etc. Verunreinigter durch Schwefelverbindungen von E., Blei und Zink, durch Thon etc. pflegen die Brauneisensteine aus den mittlern Gebirgsformationen, die meist in Form größerer oder kleinerer Kugeln auftretenden Bohn-, Linsen-, Oolith- oder Rogenerze aus dem Jura bis hinab zur Kreide und zum Tertiär zu sein, und die jüngsten, noch gegenwärtig entstehenden Gebilde dieser Art, die Raseneisensteine, Sumpf-, Wiesen-, Morast-, Seeerze etc., sind meist durch Phosphate, Sand, Thon, organische Substanzen, seltener durch Schwefelmetalle stark verunreinigt. Erdige Erze von höherm Wassergehalt besitzen oft eine gelbe Farbe und werden dann Gelbeisensteine genannt. Analysen vgl. S. 406.
4) Spateisenstein (Spateisenerz, Eisenspat, Stahlstein) besteht wesentlich aus kohlensaurem Eisenoxydul, welches aber stets mit den isomorphen Karbonaten von Mangan, Calcium und Magnesium gemischt ist (RCO3; R = Fe, Mn, Ca, Mg). Der Spateisenstein ist gelblichgrau bis braun, findet sich kristallisiert, häufig auch in kugeligen und nierenförmigen Massen mit faseriger Textur, wird an der Luft durch Verwitterung braun und geht in Brauneisenstein über. Die gewöhnlichen Beimengungen dieses Erzes sind Quarz und Kalkspat. Der Eisengehalt variiert meist von 30–42 Proz.; der wertbestimmende Gehalt an Manganoxydul steigt in kristallinischen Varietäten häufig bis zu 11 Proz. Der Spateisenstein ist ein gutartiges, leicht reduzier- und schmelzbares Eisenerz und wird speziell zur Herstellung von Spiegeleisen sehr geschätzt. Das Erz kommt in Kärnten und Steiermark (Erzberg), ferner auch in Siegen (Stahlberg bei Müsen) in großen Mengen vor und bildet Lager und Gänge von oft bedeutender Mächtigkeit in dem Grundschiefergebirge bis aufwärts zum Buntsandstein, vorzugsweise aber in der Devonformation.
5) Im Thoneisenstein (Sphärosiderit) ist Spateisenstein innig mit Thon oder Mergel gemischt; dieses Gemenge bildet kugelige, knollige oder nierenförmige Massen oder auch konzentrisch schalige Kugeln von muscheligem, zuweilen auch faserigem Bruch. Der Eisengehalt des Thoneisensteins beträgt 28–40 Proz. Er kommt hauptsächlich in der Steinkohlenformation vor und zwar namentlich in England (Yorkshire, Derbyshire, Südwales) und in Nordamerika (Appalachische Kohlenmulde), aber auch in Deutschland (Westfalen, Wesergebirge, Oberschlesien).
6) Der Kohleneisenstein (Schwarzstreif, engl. Blackband) ist ein Thoneisenstein, welcher durch Steinkohle (über 10 Proz.) schwarz gefärbt ist. Das Erz besitzt ein geschichtetes, gestreiftes Ansehen, bildet meist zusammenhängende Lager und enthält durchschnittlich 24–30 Proz. E.; es wurde zuerst im J. 1801 von Mushet in Schottland aufgefunden und wird seit Anfang der 30er Jahre zur Eisendarstellung benutzt. Die ausgedehnte Eisenindustrie Schottlands beruht auf dem Vorkommen dieses Erzes; auch in England (Südwales), Westfalen (Hörde), Schlesien (Waldenburg) wird Kohleneisenstein als Eisenerz benutzt.
| Bezeichnung | Eisen­oxyd | Man­gan­oxyd | Thon­erde | Kalk und Mag­nesia | Phos­phor­säure | Schwe­fel­säure | Kiesel­säure | Wasser |
| Bezeichnung | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. |
| Brauner Glaskopf von Hamm | 85,57 | 1,25 | – | – | – | – | 0,57 | 12,63 |
| Dichter Brauneisen­stein ebendaher | 76,76 | 16,56 | – | 7,04 | – | – | – | 5,64 |
| Bohnerz von Kandern | 70,46 | – | 5,88 | Spur | – | – | 13,04 | 11,12 |
| Linsenerz von Eßlingen in Baden | 66,33 | 6,42 | 7,74 | 0,78 | 0,02 | 0,03 | 12,97 | 11,77 |
| Bohnerz von Liptingen in Baden | 57,32 | – | 1,68 | 0,13 | 0,32 | Spur | 30,64 | 12,70 |
| Brauneisen­stein aus Algerien | 48,25 | 24,73 | 2,33 | 3,75 | 0,08 | 0,09 | 11,35 | 9,80 |
| Brauneisen­erz aus Südwales | 59,05 | 0,09 | Spur | 0,53 | 0,14 | – | 34,40 | 6,38 |
| Desgleichen von Spanien | 78,80 | 0,65 | 3,50 | Spur | – | 0,07 | 5,55 | 11,65 |
| Gelbeisen­stein von Ilmenau | 74,96 | 1,82 | 1,32 | – | – | – | 2,51 | 15,67 |
| Brauneisen­erz von Neubeuthen | 43,15 | 0,72 | 2,40 | 0,75 | – | – | 21,93 | 31,05 |
| Desgleichen von Rübeland | 86,77 | – | – | – | – | – | – | 13,23 |
| Sumpferz aus der Neumark | 49,60 | 1,10 | – | 1,40 | 5,60 | – | 19,20 | 23,10 |
| Seeerz von Småland | 65,58 | 3,87 | 5,09 | 0,97 | 1,13 | Spur | 7,15 | 16,21 |
| Bezeichnung | Bezeichnung | Eisen­oxy­dul | Man­gan­oxy­dul | Mag­nesia | Kalk | Koh­len­säure | Kie­sel­säure und Gang­art | Thon­erde | Or­gani­sche Subs­tanz (Kohle etc.) |
| | | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. |
| Spat­eisen­stein | aus dem Siegen­schen | 47,10 | 7,65 | 2,45 | 0,34 | 36,45 | 4,60 | – | – |
| „ | von Wölch in Kärn­ten¹ | 43,83 | 7,31 | 2,44 | – | 35,12 | – | – | – |
| „ | aus dem Stahl­berg bei Müsen | 47,96 | 9,50 | 3,12 | – | 39,50 | – | – | – |
| „ | aus Harz­gerode | 52,30 | 9,76 | 1,01 | 0,67 | 36,27 | – | – | – |
| „ | von Linz a. Rh. | 57,73 | Spur | 5,93 | – | 35,21 | 0,13 | – | – |
| Thon­eisen­stein | aus Ober­schle­sien | 50,80 | 1,65 | 0,63 | 0,54 | 31,71 | 11,87 | 2,80 | – |
| „ | aus der Weser­gegend | 47,26 | 0,36 | 5,11 | 3,74 | 35,67 | 7,67 | – | – |
| Kohleneisen­stein aus Schottland² | Kohleneisen­stein aus Schottland² | 40,77 | – | 0,72 | 0,90 | 26,41 | 10,10 | – | 17,38 |
| ¹ Enthält 11,30 Proz. Eisenoxyd; – ² enthält 2,72 Proz. Eisenoxyd und 1,00 Proz. Wasser. ||||||||||
Das aus den Erzen durch ein reduzierendes Verschmelzen erhaltene E. ist nie rein, sondern enthält 2–6 Proz. Kohlenstoff und wird Roheisen genannt; durch weitere Operationen wird es je nach Bedarf auf Stahl oder Schmiedeeisen verarbeitet. Das chemisch reine E. ist schwierig herzustellen, sehr weich und strengflüssig, so daß es in der Technik keine Anwendung findet; erst ein Gehalt an Kohlenstoff verleiht dem E. diejenigen Eigenschaften, welche es zum wichtigsten und nützlichsten aller Metalle und zum unentbehrlichen Hilfsmittel für die Existenz des Menschen machen. Roheisen, Schmiedeeisen und Stahl unterscheiden sich durch die Menge des in ihnen enthaltenen Kohlenstoffs. Roh- oder Gußeisen enthält 2–6 Proz., Stahl 0,6–2 Proz. und Schmiedeeisen 0,04–0,6 Proz. Kohlenstoff. Der Kohlenstoff kann in den technisch verwerteten Eisensorten in zwei verschiedenen Modifikationen enthalten sein, als chemisch gebundener (Cα) und als mechanisch beigemengter (Graphit; Cβ). Löst man weißes Roheisen, welches aus leicht schmelz- und reduzierbaren Eisenerzen erhalten wird, in Chlorwasserstoffsäure, so entweichen mit dem Wasserstoffgas die Dämpfe eigentümlich riechender Kohlenwasserstoffe, ohne daß sich dabei Kohlenstoff abscheidet; die Gesamtmenge des letztern ist im chemisch gebundenen Zustand vorhanden. Macht man mit grauem Roheisen, welches aus strengflüssigen Erzen erhalten wird, denselben Versuch, so scheidet sich ein Teil des Kohlenstoffs in schwarzen Blättchen als Graphit aus, während ein Teil wiederum als Kohlenwasserstoff entweicht; das graue Roheisen enthält also beide Modifikationen des Kohlenstoffs. Da der Gehalt an gebundenem Kohlenstoff im E. nicht konstant ist, sondern beträchtlich schwankt, so kann von einer eigentlichen chemischen Verbindung zwischen Kohlenstoff und E. nicht die Rede sein. Rammelsberg hält die Roheisensorten für isomorphe Mischungen (E., Kohlenstoff und Silicium kristallisieren regulär) und erklärt daraus das Schwanken der Zusammensetzung. In der Neuzeit teilt man die verschiedenen Eisensorten in folgender Weise ein:
| Roheisen | Roheisen | Schmiedbares Eisen | Schmiedbares Eisen | Schmiedbares Eisen | Schmiedbares Eisen |
| mit 2–6 Proz. Kohlenstoff (Ferromangane enthalten bis zu 7 Proz.); verhältnismäßig leicht schmelzbar und nicht schmiedbar. | mit 2–6 Proz. Kohlenstoff (Ferromangane enthalten bis zu 7 Proz.); verhältnismäßig leicht schmelzbar und nicht schmiedbar. | enthält weniger als 2 Proz. Kohlenstoff, ist schmiedbar u. schwerer schmelzbar als Roheisen. | enthält weniger als 2 Proz. Kohlenstoff, ist schmiedbar u. schwerer schmelzbar als Roheisen. | enthält weniger als 2 Proz. Kohlenstoff, ist schmiedbar u. schwerer schmelzbar als Roheisen. | enthält weniger als 2 Proz. Kohlenstoff, ist schmiedbar u. schwerer schmelzbar als Roheisen. |
| mit 2–6 Proz. Kohlenstoff (Ferromangane enthalten bis zu 7 Proz.); verhältnismäßig leicht schmelzbar und nicht schmiedbar. | mit 2–6 Proz. Kohlenstoff (Ferromangane enthalten bis zu 7 Proz.); verhältnismäßig leicht schmelzbar und nicht schmiedbar. | Stahl mit 0,6–2 Proz. Kohlenstoff; ist härtbar. | Stahl mit 0,6–2 Proz. Kohlenstoff; ist härtbar. | Schmiedeeisen mit 0,04–0,6 Proz. Kohlenstoff; nicht härtbar. | Schmiedeeisen mit 0,04–0,6 Proz. Kohlenstoff; nicht härtbar. |
| Graues Roheisen. Der Kohlenstoff ist größten­teils als Graphit zugegen. | Weißes Roheisen. Graphit ist nicht oder nur in geringer Menge vorhanden. | Schweiß­stahl, im nicht­flüssigen Zustand erhalten (Frisch-, Puddel- u. Zement­stahl). | Flußstahl, im flüssigen Zustand erhalten (Bessemer-, Martin- und Gußstahl). | Schweiß­eisen, im nicht­flüssigen Zustand erhalten (Frisch- und Puddel­eisen). | Fluß­eisen, im flüssigen Zustand erhalten (Bessemer- und Martin­eisen). |
Im Altertum war das Roheisen nicht bekannt; man stellte aus den Erzen durch ein reduzierendes Verschmelzen in Gruben oder Herden direkt schmiedbares E. her, wobei man je nach der Natur der Erze ein mehr schmiedeeisen- oder mehr stahlartiges Produkt erhielt. Erst im Mittelalter lernte man das Roheisen kennen,
[Ξ]
* Eisen I.
* Fig. 1. Westmans Gasröstofen. Fig. 2. Westmans Gasröstofen. Fig. 3. Rheinischer Kokshochofen. Fig. 6. Parryscher Trichter. Fig. 8–10. Puddelofen mit direkter Feuerung.
[Ξ]
* Eisen II.
* Fig. 4. Büttgenbachs Hochofen. Fig. 5. Büttgenbachs Hochofen. Fig. 7. Feineisenfeuer. Fig. 11. Puddelofen mit Gasfeuerung. Fig. 12, 13. Luppenquetscher. Fig. 14. Luppenmühle. Fig. 15, 16. Schweißofen.
[407] und gegenwärtig bildet dasselbe fast ganz allgemein das Ausgangsprodukt für die gesamte Eisenindustrie. Nur dadurch, daß man zunächst alles Erz auf Roheisen verschmelzt und daraus je nach Bedarf Stahl oder Schmiedeeisen herstellt, ist die gegenwärtige großartige Massenproduktion in der Eisenindustrie ermöglicht. Man ist dadurch auch weit besser als früher im stande, ein gleichmäßiges Produkt von bestimmter Qualität herzustellen. Nur noch ganz vereinzelt wird aus den Erzen direkt ein schmiedbares E. hergestellt, z. B. von den unzivilisierten Völkern Afrikas, den Eingebornen Indiens (Wootzstahl), in den Pyrenäen (Katalanschmieden) und in Siebenbürgen. Das Roheisen wird aus den Erzen dargestellt, indem man denselben bei allmählich steigender Temperatur in Gebläseschachtöfen (Hochöfen) durch Reduktionsmittel (Kohle, Kohlenoxydgas) ihren Sauerstoff entzieht, worauf das entstandene fein zerteilte metallische E. (Eisenschwamm) in höherer Temperatur durch Aufnahme von Kohlenstoff aus kohlenden Agenzien in Roheisen übergeht, welches dann bei einer noch höhern Temperatur schmilzt, während sich die beigemengten erdigen Bestandteile zu einer flüssigen, glasartigen Verbindung (Schlacke) vereinigen.
Auf die Eigenschaften des dabei entstehenden Roheisens influieren hauptsächlich die Temperaturverhältnisse und die Anwesenheit fremder Stoffe, welche Faktoren nicht nur die Qualität und Quantität des vom reduzierten E. aufgenommenen Kohlenstoffs beeinflussen, sondern auch in das gekohlte Metall fremdartige, bald schädlich, bald günstig wirkende Bestandteile einführen. Schon nach dem äußern Ansehen lassen sich weißes und graues Roheisen unterscheiden. Das Weißeisen entsteht im allgemeinen aus leicht reduzier- und kohlbaren und leichtschmelzigen Erzen, welche im heißesten Teil des Ofens, vor den Formen, keiner viel höhern Temperatur ausgesetzt werden, als die Schmelztemperatur des erzeugten und nach der Entfernung aus dem Ofen rasch abgekühlten Kohleneisens beträgt. Dasselbe enthält seinen Kohlenstoff im chemisch gebundenen Zustand. Wurden reine Eisensteine angewandt, erhielt die Schmelzmasse durch einen Mangangehalt den hinreichenden Grad der Leichtschmelzigkeit, und war die Temperatur in den Teilen über dem Schmelzraum so hoch, daß das E. sich vollständig kohlen konnte, so entsteht ein stark glänzendes, weißes, sehr hartes, sprödes, kristallinisch-blätteriges, in Kristallrudimenten auftretendes Produkt mit dem höchsten Kohlenstoffgehalt bis zu 6 Proz., das Spiegeleisen, wegen seiner Reinheit und seines Mangangehalts sehr zur Stahlfabrikation geeignet. Weiße Roheisensorten mit geringerm Kohlenstoffgehalt können bei reinen, leichtschmelzigen Erzen der angegebenen Art entstehen, wenn es an der zur vollständigen Kohlung des Eisens erforderlichen Temperatur im Ofen fehlt, und zwar in Gestalt von strahligen oder blumigen Flossen mit 3,5–4 Proz. Kohlenstoff, groß- und kleinluckigen (löcherigen) Flossen mit 3,5–2,7 Proz. Kohlenstoff und porösen, gekrausten Flossen mit bis unter 2 Proz. Kohlenstoff, welche schon Stahlnatur, unter anderm Anlauffarben in ihren Blasenräumen, zeigen. Mit abnehmendem Kohlenstoffgehalt erhöhen sich Weichheit und Dickflüssigkeit, so daß Spiegeleisen am härtesten ist und einen gewissen Grad Dünnflüssigkeit zeigt, gekrauste Flossen aber weich sind und teigartig einschmelzen. Während blumige und strahlige Flossen sich im Hochofen kontinuierlich erzeugen lassen, kann dieses bei luckigen Flossen nur periodisch geschehen, weil sonst die Temperatur leicht zu sehr sinkt, und gekrauste Flossen werden absichtlich nicht erzeugt, sondern entstehen nur bei Versetzungen im Ofen infolge zu niedriger Temperatur. Kohlenstoffärmere Weißeisensorten als Spiegeleisen können aber auch noch entstehen aus unreinen, phosphor- und schwefelhaltigen Erzen, bei deren Verschmelzung Phosphor und Schwefel ins E. gehen und dessen vollständige Kohlung verhindern. War die Temperatur hoch genug, so daß sich das Eisenoxyd vollständig reduzieren konnte, und die Verunreinigung nicht zu stark, so entsteht phosphor- und schwefelärmeres Weißeisen von garem Gang, bei größerm Schwefel- und Phosphorgehalt, welcher um so mehr ins Roheisen geht, je weniger dasselbe gekohlt ist, grelles Weißeisen und bei mangelnder Temperatur zur Reduktion des oxydierten Eisens Weißeisen vom Rohgang, welches meist kohlenstoffarm ist, aber größere Mengen von Verunreinigungen enthält. Die weißen Roheisensorten, deren Schmelzpunkt bei 1050–1200° liegt, und deren spezifisches Gewicht von 7,056–7,889 schwankt, eignen sich wegen ihrer Härte und Dickflüssigkeit nicht für die Gießerei, wohl aber in ihren reinern Varietäten (Spiegeleisen, blumige und luckige Flossen) zur Stahl- und Stabeisenfabrikation; die unreinern Sorten (weißes E. vom Gargang) liefern ordinäre Stabeisensorten, während grelles E. oder Weißeisen vom Rohgang kaum verwendbar ist. Ein Mangangehalt in der Beschickung befördert die Aufnahme von Kohlenstoff, somit die Bildung von Weiß- und namentlich Spiegeleisen, trägt zur Entfernung von Schwefel bei und macht die Schlacke leichtschmelzig. Bei der Stahldarstellung wirkt das Mangan insofern günstig, als dasselbe die im E. vorhandenen Oxyde reduziert und ferner die Schweißbarkeit und Festigkeit eines Silicium enthaltenden Stahls erhöht. Silicium wird bei der niedrigen Erzeugungstemperatur des Weißeisens nur in geringerer Menge aus Kieselsäure abgeschieden. Graueisen bildet sich, wenn mit Kohlenstoff gesättigtes E. im Schmelzraum stark über seinen Schmelzpunkt erhitzt und dann langsam abgekühlt wird. Das Roheisen ist durch den ausgeschiedenen Graphit um so dunkler gefärbt, je höher die Temperatur gestiegen war (schwarz bis hellgraue Roheisensorten). Die Übergänge des Graueisens in Weißeisen werden durch die halbierten Roheisensorten vermittelt, welche entweder in grauer Grundmasse lichtere Partien (schwach halbiert) oder umgekehrt (stark halbiert) zeigen. Bei der hohen Erzeugungstemperatur des grauen Roheisens, welches bei 1100–1300° schmilzt, reduziert sich auch aus der in der Schmelzmasse nie fehlenden Kieselsäure Silicium, welches ins Roheisen geht und die Abscheidung des Kohlenstoffs als Graphit begünstigt. Schwefel und Phosphor wirken der Graphitbildung entgegen, begünstigen somit die Entstehung von Weißeisen, können aber in geringen Mengen ins Graueisen eingehen und dasselbe leichtschmelziger machen. Das Graueisen, welches ein spezifisches Gewicht von 6,635–7,572 besitzt, wird hauptsächlich zur Gießerei verwandt, weil dasselbe bei dünnem Fluß die Formen gut ausfüllt und weiche, bearbeitbare Güsse gibt. Ein Schwefelgehalt macht das E. dickflüssiger, ein Phosphorgehalt dünnflüssiger, weshalb man phosphorhaltiges E. gern zu dünnen Gegenständen (Geschirren, Ofenrohren etc.) anwendet, die indes spröde sind und starke Stöße nicht vertragen. Ein zu großer Graphitgehalt macht das E. für die Gießerei wegen Dickflüssigkeit unbrauchbar. Außer zur Gießerei dient das Graueisen auch zur Stabeisen-, zuweilen zur Stahlfabrikation. Zwar kommt die Erzeugung von Weißeisen für diesen Zweck wegen mindern Aufwandes von [408] Brennmaterial billiger, und dasselbe gibt seinen chemisch gebundenen Kohlenstoff leichter an Sauerstoff ab als Graueisen; aber dennoch zieht man öfters bei unreinern, namentlich schwefelhaltigen, Erzen die Erzeugung des letztern vor, weil sich bei der in Anwendung zu bringenden höhern Temperatur bei passenden Zuschlägen die Unreinigkeiten vollständiger beseitigen lassen als bei der niedrigern Bildungstemperatur des Weißeisens.
Thomaseisen wird in neuerer Zeit ein 2–3 Proz. Phosphor enthaltendes Roheisen genannt, welches nach dem Thomas-Gilchristschen Verfahren (vgl. weiter unten) auf schmiedbares E. verarbeitet wird. An das Roheisen schließt sich das Ferromangan an, welches ebenfalls im Hochofen aus hochmanganhaltigen Erzen hergestellt wird und 20–70 Proz. Mangan enthält; steigt der Mangangehalt noch höher, so wird das Produkt Rohmangan genannt. Diese Produkte spielen als Reduktions- und Kohlungsmittel im Bessemerprozeß eine Rolle. Beim letztern Prozeß wird auch, namentlich zur Herstellung möglichst blasenfreier Güsse, Siliciumeisen, d. h. ein Roheisen mit 5–10 Proz. Silicium, als Zuschlag benutzt.
Als Rohmaterialien für die Roheisendarstellung dienen Eisenerze, Zuschläge und Brennmaterialien. Die Eisenerze lassen sich je nach ihrem Schmelzverhalten klassifizieren in leicht reduzierbare und leicht schmelzbare, zur Weißeisenbildung geneigte (manganhaltige Spateisensteine, jüngere Brauneisensteine, Raseneisensteine etc.), in leicht reduzierbare und schwer schmelzbare (Rot- und Brauneisensteine), welche ein graphitreiches graues Roheisen liefern, in schwer reduzierbare und schwerschmelzige (Magneteisensteine), für Graueisen mit geringerm Kohlenstoffgehalt als die vorigen, endlich in schwer reduzierbare und leichtschmelzige (Eisensilikate, Schlacken vom Frischen und Schweißen), zur Bildung von weißem kohlenarmen E. geneigt. Der Eisengehalt der Erze wurde früher durch Schmelzproben auf trocknem Weg bestimmt; jetzt wendet man dazu fast immer die weit genauern und weniger Zeit beanspruchenden Methoden der Maßanalyse an. – Nur selten werden die Erze, sobald sie aus der Grube kommen, direkt verschmolzen, sondern meistens werden sie einer Vorbereitung unterworfen, welche die Entfernung schädlicher Substanzen (mechanische Aufbereitung, Verwitterung, Röstung, Auslaugung), die Begünstigung der Reduktion und Kohlung (Zerkleinern grober Stücke, Auflockern durch Verwitterung und Röstung, Umwandlung von Eisenoxydul in Oxyd durch letztere) u. a. bezweckt. Die mechanische Aufbereitung kann bestehen: in einem Zerkleinern der Erze durch Hämmer, Poch- und Walzwerke und Steinbrechmaschinen; in einem Waschen und Schlämmen (speziell für Bohn- und Niererze) zur Entfernung von thonigen, seltener kalkigen und sandigen Partien, ausgeführt in geneigten Kanälen (Gräben), Schwenksieben und Waschtrommeln; nur die letztere Art eignet sich für Großbetrieb. Behufs der Verwitterung setzt man in Haufen gebrachte rohe oder geröstete Erze längere Zeit dem Einfluß der Atmosphärilien aus, wobei dieselben durch eindringendes und gefrierendes Wasser sich auflockern und unhaltige, erdige Teile (Letten, Thon) sich absondern können, auch Schwefelmetalle, namentlich Schwefel- und Kupferkies, sich in schwefelsaure Salze verwandeln, welche durch den Regen oder künstliche Bewässerung der Haufen ausgewaschen werden (Ver- oder Abwässern). Die wichtigste Vorbereitungsarbeit ist das Rösten, d. h. ein Erhitzen der Erze bei Luftzutritt auf solche Temperatur, daß dieselben physikalische und chemische Veränderungen erleiden können, ohne daß Schmelzung eintritt. Diese Operation bezweckt hauptsächlich: eine Auflockerung der Erze (speziell bei Magneteisenstein und dichtem Roteisenstein); Verflüchtigung von Substanzen, welche beim Entweichen im Hochofen selbst eine Abkühlung herbeiführen würden (Wasser aus Brauneisenstein, Kohlensäure aus Spateisenstein und kalkigen Erzen, Bitumen aus Kohleneisenstein); Zersetzung von Schwefelmetallen (seltener Arsenmetallen), welche sich unter dem Einfluß von Hitze und Luft zunächst in schwefelsaure Salze, dann teilweise unter Verlust der Schwefelsäure in Oxyde umwandeln. Außerdem bezweckt das Rösten die Überführung des Eisenoxyduls in Eisenoxyd. Untersetzte lösliche Sulfate (schwefelsaures Eisenoxydul, schwefelsaures Kupfer- und Zinkoxyd) können nach dem Rösten noch ausgewaschen werden. Je nach der Beschaffenheit des Erzes, und je nachdem bei dem Rösten nur die Hitze oder gleichzeitig der Sauerstoff der Luft zur Wirkung kommen soll, wendet man verschiedene Arten von Röstung an. Kohleneisensteine schichtet man in Haufen von 1–4 m Höhe,
* Fig. 1.
* Siegener Röstschachtofen.
6–11 m Breite und 40–60 m Länge und zündet den Haufen am Fuß durch brennende Kohlen an, worauf derselbe von selbst weiterbrennt u. die erforderliche Rösttemperatur entwickelt. Für kohlefreie Erze, denen das nötige Brennmaterial künstlich beigemischt werden muß, ist das Rösten in Haufen nicht empfehlenswert, weil dabei eine sehr schlechte Wärmeausnutzung stattfindet und ein sehr ungleichmäßig geröstetes Produkt erzielt wird. Dadurch, daß man die Rösthaufen mit niedrigen Mauern umgibt (Röststadeln), welche zur bessern Regulierung des Luftzutritts Zuglöcher enthalten, läßt sich bei besserer Röstung an Brennmaterial sparen; Röststadel eignen sich speziell für mulmige, schwefelhaltige Erze. Am häufigsten bedient man sich der Röstschachtöfen, welche in ihrer Konstruktion vielfach voneinander abweichen. Wo es hauptsächlich nur auf ein starkes Durchglühen der Erze behufs ihrer Auflockerung oder Verflüchtigung von Wasser, Kohlensäure etc. und weniger auf eine oxydierende Wirkung der Luft ankommt, bringt man die Erze in abwechselnden Lagen mit Brennmaterial in den Ofenschacht, zündet letzteres an und gibt immer frische Materialien oben auf, sobald unten eine Partie abgerösteten Erzes ausgezogen ist. In der unmittelbaren Berührung mit dem Erz wird bei diesem Verfahren das Brennmaterial gut ausgenutzt; aber dessen Asche kann das Erz verunreinigen, und an den Kontaktstellen geht letzteres leicht in schmelzbares Eisenoxydul über. Die Modifikationen bei diesen Öfen bestehen hauptsächlich in der abweichenden Innengestalt (bauchig, cylindrisch, abgestumpft pyramidal oder konisch, oval etc.), in dem Fehlen oder Vorhandensein eines Rostes (Plan-, Treppen-, Sattel-, Kegelrost), in dem Anbringen von seitlichen oder innern Zügen behufs vermehrter [409] Luftzuführung etc. Als Typus für einen hierher gehörigen Ofen, welcher eine große Leistungsfähigkeit bei leichter Bedienung besitzt, mag ein Siegener Ofen (Fig. 1) gelten. Der mit feuerfesten Steinen ausgefütterte Eisenmantel wird von vier Trägern gestützt. Man röstet in einem solchen Ofen täglich 20,000 kg Erz mit 0,329–0,439 cbm Brennmaterial (Cinder und Kokslösch). Bedarf es bei der Röstung zur Zerlegung von Schwefelmetallen einer kräftigen Oxydation, so bringt man besser innerhalb als außerhalb des Ofenschachtes eine Flammenfeuerung an (Flammschachtröstöfen) und läßt das Erz bei beliebig zu regelndem Luftzutritt nur durch die Feuergase erhitzen, wobei freilich die Hitze weniger vollständig ausgenutzt wird als bei der Schichtung des Brennmaterials mit dem Erz. Am vorteilhaftesten hinsichtlich der Kosten und der Qualität des gerösteten Erzes hat sich die Anwendung der aus Eisenhochöfen abgeleiteten, brennbares Kohlenoxydgas enthaltenden Gichtgase (Gasröstöfen) erwiesen. Derartige Öfen, zuerst in großen Dimensionen in Schweden und Norwegen ausgeführt, sind neuerdings durch Anwendung von Gebläseluft zur Verbrennung der Gichtgase von Westman in Schweden sehr vervollkommt worden. Westmans Ofen (Fig. 1 u. 2 auf Tafel I) hat nachstehende Einrichtung: a Ofenschacht, 7 m hoch; b Chargierkanal, mit einer Klappe verschließbar, durch welchen das Erz in den durch eine Stange von außen beweglichen Trichter c gleitet und aus diesem in die Mitte des Ofens gelangt, in dessen Achse dann, was zur Auflockerung dient, die dickern Erzstücke liegen bleiben; d zur Ofengicht a′b′ führende Öffnung; e Gasrohr, aus welchem die Gichtgase durch die kleinen Ansätze g und die Kanäle r in 12 Gasdüsen k strömt und aus diesen in den Ofen gelangt; f hohles, kranzförmiges Trageisen für den Kernschacht des Ofens, in welches aus dem Rohr h der Wind ein- und dann durch 24 kleine Düsenöffnungen aus dem Kranzeisen ausströmt, um sich mit den brennbaren Gasen innig zu mischen; i sechs Ausziehöffnungen; l und m Raumkanäle zum Einbringen von Brechstangen bei etwa stattgehabten Versetzungen; o Schaulöcher; n Schornstein. Ein Ofen von 6,59 m Höhe röstet in 24 Stunden 45–60,000 kg Erz durch; bei vollem Betrieb zieht man alle 1–11/2 Stunden das Erz aus. Seltener wendet man liegende Flammöfen mit horizontaler oder besser schräger Sohle an.
Die Zuschläge bezwecken hauptsächlich die Herstellung einer in der Temperatur des Hochofens schmelzbaren und flüssigen Verbindung aus den Beimengungen (Gangarten) des Erzes. Während die einzelnen in den Gangarten enthaltenen Bestandteile (Kalkerde, Thonerde, Kieselsäure) für sich unschmelzbar sind, geben sie eine schmelzbare Verbindung (Schlacke), wenn die genannten drei Stoffe in gewissen Verhältnissen gleichzeitig anwesend sind. Zuweilen ist dies in den Erzen bereits der Fall (selbstgehende Erze); meist waltet aber der eine oder andre Bestandteil vor (gewöhnlich Quarz oder Thon), und der fehlende (in der Regel Kalk) muß durch einen geeigneten Zuschlag ergänzt werden, damit das erzeugte Roheisen im Herde des Hochofens gegen die oxydierende Einwirkung der Gebläseluft eine schützende Schlackendecke erhält. Durch Änderung der Qualität oder Quantität eines Zuschlags hat man es in der Gewalt, das Erz strengflüssiger (z. B. durch Kalk) oder leichtflüssiger (z. B. durch manganhaltige Stoffe) zu machen und dadurch auf die Bildung von grauem oder weißem Roheisen hinzuwirken. Die Operation der Mischung von Erz und Zuschlag nennt man Möllerung (oft auch Beschickung). Zuweilen gelingt es auch ohne Zuschläge, durch Mengung verschiedener Erzsorten (Gattierung) eine schmelzbare Schlacke zu erzielen. In allen Fällen bestehen die Schlacken im wesentlichen aus Kalkthonerdesilikaten. Zweckmäßig breitet man beim Gattieren und Beschicken die verschiedenen Substanzen in horizontalen Lagen übereinander aus und sticht von dem oblongen Haufen (Möller) gerade nieder die Charge ab. Bei Kokshochöfen, namentlich den neuern kolossalen, stürzt man Erze und Zuschläge hintereinander in den Ofen.
Als Brennmaterial für den Hochofenbetrieb kommen in erster Linie Koks (speziell bei der Massenproduktion), in zweiter Linie Holzkohlen in Betracht; seltener wird Anthracit oder anthracitartige Steinkohle angewandt. Holz, Braunkohle und Torf werden an und für sich gar nicht benutzt, liefern aber durch Vergasung in Generatoren ein kohlenoxydreiches, wohl verwendbares Brennmaterial. Holzkohlen haben vor den Koks den Vorzug einer konstanten Zusammensetzung, eines geringern Aschengehalts (etwa 3 Proz.) und der Gutartigkeit der Asche, welche nur sehr geringe Mengen von Schwefel und Phosphor und Leichtflüssigkeit herbeiführende Alkalien enthält. Obgleich das dabei erfolgende E. bei reinen Erzen sich eines hohen Rufs erfreut, so werden doch die Holzkohlen immer teurer und weichen immer mehr den billigern Koks, trotzdem letztere variable Mengen (bis 15 Proz.) einer sehr strengflüssigen, kieselsäurereichen Asche und stets mehr oder weniger Schwefel enthalten. Man muß dann durch passende Zuschläge, namentlich Kalk, und eine höhere Temperatur, die allerdings zu einem größern Brennmaterialaufwand führen, die obigen Übelstände zu beseitigen suchen. Von wesentlichem Einfluß sind noch die Dichtigkeit und Festigkeit der Brennstoffe. Je größer dieselbe, um so höher kann man bei besserer Ausnutzung der Wärme den Ofen nehmen, ohne ein Zerdrücken des Brennstoffs durch die Erzsäule befürchten zu müssen; deshalb sind die Hochöfen bei Anwendung von Koks höher, als wenn Holzkohlen das Brennmaterial bilden; in letzterm Fall beträgt die Höhe gewöhnlich nur 7–10 m. – Während man früher kalten Gebläsewind anwandte, zeigte 1828 J. B. Neilson, daß es viel vorteilhafter sei, den Wind vor dem Eintritt in den Hochofen zu erhitzen (s. Winderhitzung), weil dadurch eine intensivere Verbrennung und ein höherer Temperaturgrad erzeugt werden. Während diese Steigerung der Hitze vor der Form zu einer beträchtlichen Brennstoffersparung und Erhöhung der Produktion, auch zur Entfernung eines Schwefelgehalts in die Schlacke beiträgt, begünstigt sie eine Reduktion der Kieselsäure und führt mehr Silicium ins Roheisen, wenn man einer solchen Reduktion nicht durch stärkere Kalkzuschläge entgegenwirkt, welche die Kieselsäure binden. Während man früher Windtemperaturen von höchstens 300–400° C. anwandte und dabei an 15–30 Proz. Brennmaterial gegen kalte Luft sparte, wendet man neuerdings meist eine Erhitzung auf 700–800° C. an und erzielt dadurch eine noch weitere Ersparung von etwa 20 Proz. Brennstoff. Die Erhitzung des Windes geschieht entweder in eisernen Röhrenapparaten oder in Kammern (Regeneratoren), welche mit feuerfesten Steinen ausgesetzt sind, und in welchen die kohlenoxydhaltigen Gichtgase des Hochofens verbrannt werden. Man verbraucht unter normalen Verhältnissen, wenn der Eisengehalt der Beschickung nicht unter 35 Proz. beträgt, zur Herstellung von 100 kg grauem Roheisen ca. 100 kg Fichtenkohle, 115 kg Laubholzkohle und 120–130 kg [410] Koks; zur Darstellung von Weißeisen kann der 0,7fache Betrag der Kohle genügen, während bei ungünstigen Verhältnissen (arme, schwer reduzierbare Erze, kalter Wind) die doppelte Menge von Kohle verbraucht werden kann.
Das Verschmelzen der Eisenerze geschieht in Gebläseschachtöfen, den sogen. Eisenhochöfen, indem man die Beschickung und das Brennmaterial schichtenweise von oben aus in den Ofen einträgt. Ein älterer rheinischer Kokshochofen mit frei stehendem Gestell und mäßig starkem Außen- oder Rauhgemäuer hat nachstehende Konstruktion (Tafel I, Fig. 3). Der innere Ofenraum B von der ungefähren Gestalt einer Tonne ist durch den feuerfesten Kernschacht E begrenzt, welcher auf einem Ring a und vier Säulen v ruht und von dem Rauhgemäuer G so umschlossen ist, daß zwischen beiden ein mit schlechten Wärmeleitern lose auszufüllender Zwischenraum (Füllung) bleibt. (Statt dieses Gemäuers G ist bei der sogen. schottischen Ofenkonstruktion ein aus Eisenblechplatten zusammengenieteter Mantel vorhanden.) Man teilt das Ofeninnere gewöhnlich in vier Räume, welche bei ältern Öfen scharf abgegrenzt sind, bei neuern mehr ineinander verlaufen. Der Teil von der Ofenmündung (Gichtöffnung, Gicht) A bis zur weitesten Stelle (Kohlensack, Bauch) B heißt Schachtraum, von da bis zu der stark zusammengezogenen Partie C Rast; dann folgt nach unten von C bis D der Schmelzraum (Gestell), und der unterste Raum bei D heißt Herd (Eisenkasten). Das Gestell ist entweder aus Steinen aufgeführt, oder aus Thon (Masse) aufgestampft (Massengestell) und entweder ringsum bis auf eine kleine Öffnung zum Schlackenabschluß und eine darunterliegende zum zeitweiligen Ablassen des flüssigen Roheisens geschlossen (Öfen mit geschlossener Brust, Blauöfen), oder der Herd ist an einer Stelle nur teilweise durch einen dicken Stein g (Wall- oder Dammstein) geschlossen, dem man durch eine Eisenplatte (Wallsteinplatte), welche durch einen davor angebrachten Luftkanal h gekühlt wird, größere Festigkeit gibt. Der Tümpelstein n, an der Vorderseite durch das Tümpelblech geschützt und auf einem Eisen (Tümpeleisen) ruhend, geht nicht bis zum Boden- oder Sohlstein e nieder. Die so zwischen g und n bleibende Öffnung nennt man Vorherd und mit einem solchen versehene Öfen Sumpföfen oder Öfen mit offener Brust im Gegensatz zu den oben erwähnten Blauöfen. Durch den Vorherd kann man behufs Ausräumung von Ansätzen in den Innenherd gelangen, und über den Dammstein g fließt die Schlacke auf der aus Thon und Kohlenlösche gebildeten Schlackentrifft M ab, die durch eine Gußeisenplatte F (Schlackenleiste) seitlich begrenzt ist. Man zieht neuerdings Öfen mit geschlossener Brust immer mehr denen mit offener vor, weil darin die Hitze im Gestell besser zusammengehalten wird, weniger leicht Ansätze im Herd entstehen und das Schmelzen weniger gestört wird. Der Sohlstein e ruht auf einem sichern Fundament, in welchem sich früher stets ein Kreuzkanal (Andreaskreuz) zur Abführung der Feuchtigkeit befand. Neuerdings werden diese Kanäle meist vermieden, weil leicht E. in dieselben eindringt und verloren geht, und sie kommen besonders nur noch da vor, wo beim Verschmelzen bleihaltiger Erze Bleidampf darin kondensiert und flüssiges Blei daraus abgestoßen werden soll (Oberschlesien). Meist besteht das Fundament aus einem Kreuzgewölbe, wenn kein fester Felsgrund vorhanden. Zuweilen bringt man unter dem Hüttensohlenniveau eine Feuerung L an und führt die Feuergase behufs Austrocknung des Gemäuers unter dem Sohlstein hin in vertikale, in dem Rauhgemäuer ausgesparte Kanäle. Die obere Mündung des Ofens (Gicht) umgibt zur Ableitung entweichender Gase ein Gichtmantel N, in welchem Öffnungen zum Einstürzen der Schmelzmaterialien in den Ofen gelassen sind.
Das Gichtplateau ist mit einer Galerie umgeben, die Gichtmündung entweder offen oder durch eine Vorrichtung verschlossen, welche ein bequemes Chargieren und ein Auffangen und Ableiten der nach obenhin gelangenden und noch brennbare Bestandteile enthaltenden Gase (Gichtgase) gestatten (Gichtverschlüsse, Gasfänger). Nach Ausweis der Zeichnung ist hier in die Gicht ein Cylinder O eingehängt, durch welchen die Schmelzmassen eingetragen werden, während die Gichtgase sich hinter dem Cylinder ansammeln, in den rings um den Ofen herumgehenden Kanal p entweichen und aus diesem durch das Rohr p′ nach dem zu erhitzenden Raum abgeleitet werden. Im untern Teil des Rauhgemäuers sind Arbeitsgewölbe K und Formgewölbe I ausgespart, nach obenhin durch Trageisen b begrenzt. Von den Formgewölben aus gehen Öffnungen f (Formöffnungen) in den Herd, welche einen hohlen Eisenkonus mit Wasserzirkulation (Wasserform) aufnehmen, in welchem das Ende der Windleitungsröhre m, die Düse, ruht. Der Raum zwischen Düse und Form läßt sich verschließen (geschlossene Form), um ein Entweichen von Wind durch dieselbe
* Fig. 2.
* Düse mit Form.
zu verhüten. Textfig. 2 stellt diese Einrichtung näher dar. w Wasserform, in deren Zwischenraum durch ein Rohr unten Wasser eingeführt und solches erwärmt oben abgelassen wird. d Düse. n Ring, welcher, mittels eines Bügels a an der Stange s befestigt, durch die Zahnstange z, das Getriebe r und das Laufrad i hin und her bewegt werden kann. Das nicht von Mauerwerk eingeschlossene, frei stehende Gestell wird durch Luft und auch wohl durch Berieselung mit Wasser, Ansetzen von Wasserkasten etc. gekühlt und dadurch vor dem raschen Wegschmelzen geschützt. Entstehende Schäden lassen sich leicht verbessern.
Eine neuere, vielfach in Aufnahme gekommene Ofenkonstruktion von Büttgenbach (Fig. 4 u. 5 der Tafel II) hat das Abweichende von der vorstehend beschriebenen, daß der Ofen nur einen Kernschacht ohne Rauhgemäuer hat (s. oben) und die Gichtgasableitungsröhren gleichzeitig als Träger für das Gichtplateau dienen. In die Gicht ist ein Eisenkonus eingehängt, durch welchen chargiert wird. Die Gichtgase werden teils hinter dem Konus durch seitliche Kanäle in die vertikalen Ableitungsröhren abgeführt, teils gelangen sie durch ein stehendes Rohr mitten im Konus ebenfalls in die Ableitungsröhren und aus diesen zur Reinigung von Staub in ein rings um den Ofen herumgehendes, teilweise mit Wasser gefülltes Waschreservoir. Als Nebenapparate für Eisenhochöfen sind noch anzuführen: Cylindergebläse [411] (s. Gebläse), Winderhitzungsapparate (s. Winderhitzung) und Gichtaufzüge (s. d.), letztere zum Emporschaffen der Schmelzmaterialien von der Hüttensohle bis zur Gicht bestimmt, wenn der Ofen nicht an einem Bergabhang liegt, von welchem aus er bedient werden kann. – Das Chargieren (Aufgeben) geschieht bei Holzkohlenöfen mit engerer Gicht aus Körben, Kasten, Schubkarren etc., bei Koksöfen in auf Schienen gehenden Gichtwagen, häufig mittels der Gichtaufzüge. Man sucht beim Aufgeben die Beschickung im allgemeinen so zu verteilen, daß die dickern Stücke mehr nach der Mitte, das Klein mehr an die Peripherie kommt und den aufsteigenden Gasen hier ein zu rapider Abzug verwehrt wird. Man erreicht dieses bei kleinern Öfen dadurch, daß man die Beschickung in mehreren Häufchen hart an die Peripherie stürzt, wo dann die dicken Stücke nach der Mitte rollen, das Klein aber an seiner Stelle liegen bleibt. Bei Öfen mit weiterer Gicht hat man besondere Verteilungsvorrichtungen, deren bekannteste und am häufigsten angewandte der Parrysche Trichter (Tafel I, Fig. 6) ist. B ist ein in die Gichtmündung eingehängter Trichter, in welchem ein Eisenkegel A an dem bei H durch die Scheibe F auf und nieder zu bewegenden Balancier GH gehoben und gesenkt werden kann. Wird bei der gewählten Kegelstellung der Trichter B mit Beschickung gefüllt, dann A gesenkt, so rutscht dieselbe durch die ringförmige Öffnung II nach der Peripherie D hin; hier bleibt das Klein liegen, während die größern Stücke nach der Mitte E hinrollen. Die Gichtgase ziehen durch seitliche Kanäle unter dem Trichter ab.
Was die Ofendimensionen betrifft, so richtet sich die Höhe hauptsächlich nach der Festigkeit des Brennmaterials und der im Gestell entwickelten Hitze. Die Höhe der Koksöfen beträgt meist 15–20 m und nur selten über 20 m (z. B. 30 m bei Öfen im Clevelanddistrikt); Holzkohlenöfen nimmt man meist niedriger, 7,85–9,98 m; jedoch kommen bei sehr festen Kohlen auch Höhen bis zu 16 m vor (Rußland). Die Weite der Öfen ist neuerdings sehr gestiegen, und man hat dadurch große Produktionen erreicht. Besonders maßgebend für letztere ist die Weite in der Formgegend. Mit zunehmender Weite ist die Windmenge, Anzahl der Formen, Stärke des Gebläses etc. gewachsen. Die größten Dimensionen dürften 3,14 m im Gestell, 9,41 m im Kohlensack und 6,28 m an der Gicht sein. Durch Herstellung tonnenförmiger und cylindrischer Schachtformen ist die Ofenkapazität ebenfalls erhöht worden. Die tägliche Produktion eines Hochofens variiert beträchtlich, je nach der Beschaffenheit der Erze und je nach der Größe der Hochöfen; die Menge des erzeugten Roheisens beträgt bei Anwendung von Koks 15–100,000 kg und zwar bei den neuern Hochofenanlagen meist 50–70,000 kg, auch wohl bis 90,000 kg. Beim Holzkohlenofenbetrieb ist die tägliche Produktion geringer und beträgt 10–40,000 kg. Beim Bau der Eisenhochöfen verfährt man im allgemeinen in der Art, daß auf dem Fundament zuerst das Rauhgemäuer oder der Mantel errichtet und dann erst der Kernschacht eingebaut wird. Das Schließen der Arbeitsseite des Herdes durch den Tümpel erfolgt zuletzt. Bevor der Ofen in Betrieb gesetzt wird, bedarf es eines sorgfältigen Anwärmens desselben, gewöhnlich in der Weise ausgeführt, daß unter dem Arbeitsgewölbe ein Flammofen erbaut wird und die Feuergase aus demselben so lange durch die offene Brust in den lose bedeckten Hochofen eingeleitet werden, bis etwa nach 2–3 Wochen keine Wasserdämpfe oben mehr ausziehen.
Behufs Inbetriebsetzens eines Koksofens (Anblasens) füllt man den Herd bis zur Rasthöhe mit Holz, verteilt darauf Koks und etwas Kalkstein zur Bindung der Koksasche, dann wieder Koks, gare Eisenhochofenschlacke und etwas leichtflüssige Beschickung. Nachdem der übrige Schachtraum noch mit abwechselnden Schichten von Koks und Beschickung, der man immer mehr und mehr an Schlackenzusatz abbricht, bis etwas unter die Gicht gefüllt worden, zündet man das Holz bei offener Gicht und geschlossenen Formen am Eisenabstich an, läßt den Wind schwach an, wenn das Feuer die Formen erreicht, und steigert allmählich die Windpressung, bis sich Schlacke am Eisenabstich zeigt, worauf man letztern mit Sand schließt und bei verstärktem Wind und vermehrter Beschickungsmenge zu einem normalen Satz, d. h. zu einem Verhältnis zwischen Brennmaterial und Beschickung, zu gelangen sucht, bei welchem ohne Eisenverschlackung dasjenige Roheisen erfolgt, welches man andauernd zu erhalten wünscht (Gargang, normaler Gang). Setzt man auf dieselbe gleichbleibende Menge Brennmaterial (Brennmaterialgicht) zu viel Beschickung (Satz), so tritt Abkühlung vor den Formen ein, und das unvollständig reduzierte E. geht in die Schlacke (Rohgang). Bei zu wenig Erz auf dieselbe Brennmaterialmenge steigt die Temperatur zu hoch, und es bilden sich graphitreiche schwarzgraue Roheisensorten (übergarer Gang). Sobald der Ofen in normalen Gang gekommen, das Anblasen beendigt ist, setzt man das regelmäßige Chargieren von vorher abgewogenen Beschickungs- und Brennmaterialmengen fort. Gewöhnlich nimmt man die Brennstoffquantität (Brennmaterialgicht) konstant an und ändert das Gewicht des jedesmaligen Beschickungssatzes nach dem dermaligen Ofengang.
Die chemischen Vorgänge, welche die Massen beim allmählichen Niedergehen im Ofen in verschiedenen Teilen erleiden, sind im wesentlichen die folgenden. Kommt das Brennmaterial mit einem Überschuß von Luft vor den Formen zusammen, so verbrennt dasselbe zu Kohlensäure, welche beim Aufsteigen in Berührung mit glühenden Kohlen Sauerstoff an dieselben abgibt und in Kohlenoxyd übergeht. Das in den Ofen gestürzte Erz verliert im obern Ofenteil (Vorbereitungszone) flüchtige Bestandteile, lockert sich auf und gestattet beim weitern Niedergang dem aufsteigenden Kohlenoxydgas Eintritt in seine Poren; das Eisenoxyd wird dadurch allmählich in der Reduktionszone bei 600–900° zu metallischem schwammförmigen E. reduziert, welches in den noch nicht geschmolzenen erdigen Bestandteilen verteilt bleibt. Gelangt das Erz in die Nähe des Kohlensackes, so nimmt das fein zerteilte E. bei 1000° Kohlenstoff auf und sättigt sich damit bei ca. 1400° in einem etwas tiefer gelegenen Teil des Ofens (Kohlungszone). Dadurch wird das E. schmelzbar und geht in dem heißesten Teil des Gestells, wo der erhitzte Wind eintritt, samt den beigemengten schlackebildenden Substanzen in den flüssigen Zustand über (Schmelzungszone). Im Herd schwimmt die spezifisch leichtere Schlacke auf dem Roheisen und schützt dasselbe vor der Oxydation durch den Gebläsewind. Je nach der Temperatur und der Schmelzbarkeit der Beschickung entstehen graue, halbierte oder weiße Roheisensorten (s. oben). Bei der hohen Temperatur im untern Ofenraum reduziert sich auch Silicium, namentlich aus der Kieselsäure der Asche durch Kohle und E., und geht in das Roheisen. Durch größere Kalkzuschläge bindet man die Kieselsäure schon, bevor sie in den Schmelzraum kommt, großenteils an Kalk, [412] desgleichen einen Schwefelgehalt, während Phosphor zum größten Teil in das Roheisen geht. Die Manganreduktion wird durch einen Überschuß von Brennmaterial, stark erhitzten Wind und kalkreiche Schlacke begünstigt. In Wirklichkeit sind die angedeuteten Vorgänge nicht scharf auf diese Ofenzonen beschränkt; je nach Beschaffenheit der Erze, z. B. der leichtern oder schwierigern Reduzierbarkeit, findet die Reduktion schon in höhern oder erst in tiefern Ofenteilen vollständig statt, und die Zonen gehen ineinander über.
Als Kennzeichen zur Beurteilung des Ofenganges dienen hauptsächlich die Beschaffenheit des Roheisens und der Schlacken, das Schmelzverhalten der Massen vor der Form und die Beschaffenheit der dem Ofen entströmenden Flamme (Gichtflamme), wenn die Gicht offen ist. Gargang charakterisiert sich durch Roheisen von der gewünschten Beschaffenheit (grau, halbiert, weiß etc.), ohne daß sich E. verschlackt. Die saurere Schlacke vom Holzkohlenofenbetrieb fließt dabei zäh, erstarrt langsam, erscheint nach dem Erkalten glasig und emailartig und von verschiedener (grauer, gelber, blauer etc.) Färbung, nur nicht grün von Eisenoxydul. Die kalkreichere, basischere Kokshochofenschlacke fließt dünner, erstarrt rascher, kann bei viel Kalk nach dem Erstarren zerfallen und zeigt auch verschiedene, bei einem Mangangehalt z. B. erbsengelbe Färbung, welche bei einem größern Eisengehalt braun bis schwarz erscheint. Die Gichtflamme zieht lebhaft aus, raucht und ist bei Holzkohlen violett gefärbt. Bei zu niedriger Temperatur im Ofen tritt Rohgang ein, das E. wird kohlenstoffärmer, die Schlacke eisenreich und die Gichtflamme bei Holzkohlen gelb gefärbt. Steigt die Temperatur zu sehr (übergarer Gang), so entstehen graphitreiche dunkle Roheisensorten. Als Hauptmittel zur Änderung des Ofenganges, wenn derselbe abnorm geworden, dienen das Abnehmen oder Zulegen an Beschickung auf dieselbe Brennstoffmenge, die Windstellung und Winderhitzung, die Veränderung der Beschickung u. a.
Das im Herd angesammelte Roheisen wird bei Sumpföfen mit Vorherd entweder direkt aus diesem oder aus einem damit kommunizierenden Schöpfherd mittels Kellen gleich in die Gießformen geschöpft, meist aber, und immer bei Öfen mit geschlossener Brust, abgestochen, indem man eine mit Sand oder Thon verstopfte Öffnung (Stich) unmittelbar über dem Bodenstein aufsticht, worauf man das flüssige Metall in Gießpfannen, Sand- oder Eisenformen etc. abfließen läßt, nach dem Abfluß den Stich schließt und den Herd sorgfältig bei Öfen mit offener Brust reinigt. Die Schlacken gelangen über dem Wallstein auf die Schlackentrift und werden, wenn sie zäh fließen (Holzkohlenofenschlacken), von hier nach einigem Erkalten abgeworfen; die dünnflüssigen Kokshochofenschlacken fließen in Eisenkasten, welche auf Schienenbahnen aus der Hütte entfernt werden. Neuerdings bringt man auch dem Eisenabstich gegenüber eine von Wasser gekühlte Form an, durch welche die Schlacke aus Koksöfen kontinuierlich abfließt (Lürmannsche Schlackenform). Läßt sich infolge zu starker Abnutzung des Hochofens ein regelmäßiger Betrieb nicht mehr durchführen, fehlt es an Schmelzmaterialien (Erz, Kohlen), hat man keinen Absatz an Produkten etc.: so schreitet man zur Beendigung der Schmelzkampagne durch das Ausblasen des Ofens, insofern man nicht bei sonstiger guter Beschaffenheit ein Dämpfen desselben, eine nur zeitweilige Sistierung des Betriebes, vorzieht. Letztere Operation besteht darin, daß man anfangs unter Einbringung der Brennmaterialgichten wie gewöhnlich die Erzgichten teilweise durch gare Eisenhochofenschlacken, dann ganz durch Schlacken ersetzt, hierauf wieder Schlacken mit steigendem Erzsatz gibt, bis die letzten noch Roheisen liefernden Schichten im Herd angekommen sind. Dann sticht man alles Flüssige ab, verschließt alle zum Herd führenden Öffnungen, bedeckt die Gicht mit einer Thonlage und kann so den Ofen wochen-, ja monatelang liegen lassen, indem durch die Fugen etc. immer so viel Luft eindringt, daß die Koks im Herd glühend bleiben; wenn nicht, so muß der Herd zu diesem Zweck zeitweilig geöffnet werden. Soll der Ofen wieder in Betrieb gesetzt werden, so braucht man nur vorsichtig den Wind wieder anzulassen. Beim Ausblasen zur völligen Beendigung der Kampagne verfährt man ganz ähnlich, füllt nur den Ofen zuletzt ohne Brennmaterial ganz mit Kalk, Eisenstein etc. und räumt die Massen, welche durch die Abhitze gebrannt werden und eine Schonung des Gemäuers gegen die Flamme gestatten, nach einigem Erkalten aus. Die Schmelzkampagnen können bei Öfen mit frei stehendem Herde, dessen Steine beim Schadhaftwerden leicht ersetzt werden können, bis 25 Jahre dauern, gewöhnlich 1–10 Jahre.
Als Hauptprodukt vom Eisenhochofenbetrieb erfolgt Roheisen von der früher angegebenen Beschaffenheit, für Zwecke der Gießerei und zur Darstellung von Stabeisen und Stahl verwendbar.
Die sauren, zähflüssigen Schlacken vom Holzkohlenofenbetrieb werden zuweilen in Formen eingedrückt und zu Bausteinen (Schlackensteinen) verwandt, oft auch gepocht und gewaschen, um mechanisch beigemengte Eisenkörner (Wascheisen) wiederzugewinnen, oder zuweilen in Wasser abgelassen, um die erfolgten Granalien als Formsand oder Sand zur Mörtelfabrikation zu benutzen. Die basischern, bei der Abkühlung zuweilen zerfallenden kalkreichen Kokshochofenschlacken werden entweder abgesetzt, oder granuliert zum Chausseebau, zu künstlichen Steinen, Zement etc. benutzt. Die Gichtgase, welche immer noch beträchtliche Mengen brennbares Kohlenoxydgas enthalten, werden für Heizzwecke verwandt, wobei auch noch die Wärme, welche sie mit aus dem Ofen bringen, nutzbar gemacht wird.
Die Tabelle auf S. 413 gibt ein Bild von der Zusammensetzung der verschiedenen Roheisensorten.
Wie bereits erwähnt, wurden früher Schmiedeeisen und Stahl direkt durch Reduktion aus den Erzen hergestellt (Rennarbeit), während man gegenwärtig fast ganz allgemein zunächst Roheisen aus den Erzen erzeugt und letzteres als Ausgangsprodukt für die Herstellung von schmiedbarem E. benutzt; der dabei gemachte Umweg wird dadurch reichlich aufgewogen, daß die zur Erzeugung des Roheisens ausreichende Temperatur auch zur Schmelzung desselben und zur Abscheidung der Gangarten in Form einer flüssigen und eisenfreien Schlacke genügt, während man bei der Rennarbeit das E. im festen, teigartigen Zustand gewinnt und außerdem einen großen Teil von E. durch Verschlackung verliert. Zur Erzeugung von schmiedbarem E. aus dem Roheisen wird dem letztern durch Oxydation ein Teil des Kohlenstoffs entzogen. Häufig wird die Entkohlung so weit fortgeführt, daß das erzeugte Produkt genau den Kohlenstoffgehalt des gewünschten schmiedbaren Eisens besitzt (Frisch- und Puddelprozeß); in vielen Fällen wird aber auch die Entkohlung weiter getrieben und das kohlenstoffarme Produkt durch erneute Hinzufügung von Kohlenstoff [413] (meist in Form von Spiegeleisen) wieder höher gekohlt. Man ist dadurch weit besser als früher im stande, Schmiedeeisen oder Stahl von bestimmter Qualität herzustellen.
Das Schmiede- oder Stabeisen, dessen Hauptunterschiede vom Roheisen bereits oben aufgeführt sind, wird in seinen Eigenschaften besonders durch den Kohlenstoffgehalt, die Anwesenheit fremder Beimengungen und die Art der mechanischen Bearbeitung beeinflußt. Hinsichtlich des Kohlenstoffgehalts unterscheidet man weiches, sehniges E. mit 0,02–0,2 Proz. und hartes oder Feinkorneisen mit bis 0,5 Proz. Kohlenstoff und darüber. Gutes Schmiedeeisen zeigt in der zu einem dicken Stab zusammengeschlagenen Luppe (s. unten) ein körnig-eckiges, kristallinisches Gefüge. Beim Ausrecken geht das Korn bei kohlenstoffarmem, weichem E. in Sehne über, während bei kohlenstoffreicherm, stahlartigem E. das Korn meist nur feiner wird und zur Sehnenbildung wenig geneigt ist. Das Feinkorneisen ist fester und härter als das sehnige, und beide finden für verschiedene Zwecke Anwendung. Durch anhaltende Erschütterungen wird sehniges E. kristallinisch und brüchig (Kettenbrücken, Eisenbahnwagenachsen etc.). Beim Erhitzen zeigt das Schmiedeeisen bei 200–400° C. wechselnde Anlauffarben, beginnt bei 525° C. zu glühen, zeigt bei 1000° Kirschrotglut und bei 1300° Weißglut, in welchem Zustand sich zwei aufeinander gelegte Stücke durch Druck (Hämmern oder Walzen) ineinander kneten (schweißen) lassen, was dadurch begünstigt wird, daß man die Oberfläche mit Oxydation verhindernden Substanzen (Schweißsand) bestreut: saftige Schweißhitze. Geschieht dies nicht, so verbrennt in der sogen. trocknen Schweißhitze leicht Kohlenstoff, und man erhält ein unregelmäßig grobkörniges, stark glänzendes, sehr brüchiges Produkt (verbranntes E.), dessen Oberfläche sich mit Eisenoxyduloxyd (Fe3O4, Hammerschlag, Glühspan) überzieht. Feinkorn schweißt früher als sehniges E. Bei Temperaturen von 1800–2250° C. schmilzt das Schmiedeeisen. Eine solche Temperatur läßt sich in gewöhnlichen Apparaten zur Eisendarstellung (Herden, Flammöfen) nicht erzeugen, wohl aber beim Bessemerprozeß.
Das Verhalten (Festigkeit, Schweißbarkeit etc.) des Schmiedeeisens in der Hitze und bei gewöhnlicher Temperatur wird durch fremde Beimengungen mehr oder weniger geändert. Durch einen geringen Schwefelgehalt (0,01 Proz. und weniger) verliert dasselbe an Schweißbarkeit und Festigkeit in der Hitze (Rotbruch), es zeigen sich bei der Bearbeitung Kantenrisse und bei größerm Schwefelgehalt auch Längsrisse. Phosphor erhöht die Härte und die Schweißbarkeit, erniedrigt den Schmelzpunkt, zeigt aber einen nachteiligen Einfluß auf die Festigkeit des Eisens bei gewöhnlicher Temperatur, wenn erheblichere Mengen von Phosphor zugegen sind (Kaltbruch); häufig läßt sich phosphorhaltiges E. im glühenden Zustand noch gut bearbeiten, während dies in der Kälte nicht mehr möglich ist. Die Schädlichkeit des Phosphors wächst mit dem Kohlenstoffgehalt, und ferner ist Flußeisen empfindlicher gegen Phosphor als Schweißeisen. Kohlenstoffarmes Schweißeisen kann bis zu 0,8 Proz. Phosphor enthalten, ohne kaltbrüchig zu sein, während man bei Flußeisenschienen die zulässige Grenze auf 0,1 Proz. setzt. Kaltbrüchiges E. besitzt ein kristallinisches, stark glänzendes, geschichtetes Gefüge, während das sich ähnlich verhaltende sogen. verbrannte E. unregelmäßig grobkörnig ist und sich durch saftige Schweißhitze verbessern läßt, was beim phosphorhaltigen E. nicht der Fall ist. Silicium erhöht die Härte, Sprödigkeit und Schmelzbarkeit, vermindert [414] aber die Schweißbarkeit des Eisens. Der Siliciumgehalt kann ohne nachteiligen Einfluß um so höher sein, je kohlenstoffärmer und je manganreicher das E. ist. Bei zu hohem Siliciumgehalt wird das E. faulbrüchig, d. h. spröde in der Kälte und Wärme; ein solches E. ist dunkelfadig und körnig, mit unganzen Stellen auf dem Bruch. 0,1–0,3 Proz. Silicium sind nicht merklich schädlich. Von wesentlichem Einfluß auf die Festigkeit des Schmiedeeisens ist noch die Art der Darstellung und der mechanischen Bearbeitung. Durch ungleichmäßiges Frischen des Roheisens wird Rohbruch herbeigeführt, zu erkennen an dem Zusammenvorkommen von gröberm Stabeisenkorn mit feinerm Stahlkorn auf dem Bruch. Ist infolge schlechter Schweißung oder Schmiedung Schlacke oder Hammerschlag in das E. eingeschlossen, so zeigt dasselbe auf dem Bruch Trennungsflächen sowie schwarze, glänzende Partien, und man nennt dasselbe „hadrig“ oder „schulfrig“. Von der Qualität eines Eisenstabes gibt Kenntnis das Ansehen der Oberfläche und des Bruches, eine Wurf- oder Biegungsprobe und das Verhalten beim Schweißen.
Die Darstellung des Schmiedeeisens durch direkte Reduktion von Erzen (die sogen. Rennarbeit) wird meist nur noch in unkultiviertern Gegenden, wo Brennmaterial billig ist und reiche und reine Erze zu Gebote stehen, bei sehr unvollkommenem Eisenausbringen in kastenförmigen Vertiefungen (Rennfeuern, Luppenherden) in der Weise ausgeführt, daß man den aus Eisenplatten gebildeten Kasten mit Kohle ausfüllt, die letztere durch zugeführte Gebläseluft verbrennt und das Erz (meist poröse, leicht reduzierbare Braun- und Spateisensteine) allmählich ins Feuer einführt, wobei sich ein Teil des Eisens reduziert und zu einem Klumpen (Luppe, Wolf, Stück) zusammenschweißt, während ein großer Teil des Eisens sich verschlackt. Die Luppe wird dann ausgehoben, zum Ausquetschen der eingeschlossenen Schlacke starken Hammerschlägen ausgesetzt („gezängt“), darauf in mehrere Stücke geteilt, diese schweißwarm gemacht und ausgereckt. Man erhält zwar bei reinen Erzen ein vorzügliches E., aber mit bedeutendem Aufwand an Brennstoff und großem Eisenverlust, welche Nachteile in manchen Hütten durch Erhöhung der Herde zu kleinen Schachtöfen von 1,3–3,8 m Höhe (Stücköfen, Wolfsöfen) verringert wurden. Aus den Stücköfen entwickelten sich dann allmählich die noch zur Zeit gebräuchlichen Hochöfen. – Die neuern Versuche, aus den Erzen direkt schmiedbares E. zu erzeugen, sind bisher noch ohne praktischen Erfolg geblieben.
Bei allen gegenwärtig gebräuchlichen Methoden zur Herstellung von schmiedbarem E. wird dem Roheisen durch einen Oxydationsprozeß (Frischprozeß) Kohlenstoff entzogen. Als Oxydationsmittel benutzt man in der Regel den Sauerstoff der Luft, zuweilen aber auch den in Oxyden (Eisenoxyd, Eisenoxydoxydul) enthaltenen Sauerstoff. Der Frischprozeß wird bei der Darstellung von Schweißeisen entweder in offenen Gebläseherden (Frischherden) unter Anwendung von Holzkohlen (Herdfrischprozeß) oder in Flammöfen (Puddelöfen) unter Anwendung von Steinkohlen oder Gasfeuerung ausgeführt (Puddelofenprozeß). Bei der Darstellung von Flußeisen wird in einem hängenden, birnförmigen Gefäß (Bessemerbirne) Luft in feiner Zerteilung durch ein Roheisenbad gepreßt (Bessemerprozeß), oder man benutzt Flammöfen mit Gasfeuerung und steigert dabei die Temperatur bis zum Schmelzen des schmiedbaren Eisens (Martinprozeß). Der Herdfrischprozeß ist der älteste aller Frischprozesse und liefert ein sehr reines, weiches und dehnbares E., erfordert aber als Brennstoff Holzkohlen und ist deshalb nur noch in holzreichen Gegenden im Gebrauch. Auch der Puddelofenprozeß, welcher bis vor kurzem noch in voller Blüte stand, wird gegenwärtig durch die weitere Entwickelung des Bessemer- und Martinprozesses immer mehr verdrängt; eine wesentliche Rolle spielt dabei das Streben nach Massenproduktion, z. B. werden 5000 kg Roheisen durch Herdfrischen in ca. 11/2 Woche, durch Puddeln in 11/2 Tag und durch Bessemern in 20 Minuten in schmiedbares E. verwandelt.
Reines Weißeisen (garschmelziges E.) kann ohne weiteres, siliciumreiches Weißeisen und graues Roheisen (rohschmelziges E.) dagegen erst nach einer vorbereitenden Arbeit (dem sogen. Feinen, Raffinieren oder Läutern) dem Herdfrischen oder Puddeln unterworfen werden. Das Feinen besteht in einem Einschmelzen des Roheisens unter Luftzutritt in besondern Apparaten; dabei oxydiert sich zunächst das Silicium zu Kieselsäure, welche mit dem gleichzeitig entstehenden Eisenoxydul eine Schlacke (Rohschlacke) bildet. In dem Maß, als sich das Silicium abscheidet, geht der Graphit in gebundenen Kohlenstoff über, ohne sich zu oxydieren; man erhält dann schließlich Weißeisen (Feineisen). Die Operation des Feinens (Hartzerrennens) führt man gewöhnlich in einem sogen. Feineisenfeuer (Fig. 7 auf Tafel II) aus. Dasselbe besteht aus einem kastenförmigen Raum f mit dem Schornstein a, an drei Seiten von Wasserbehältern c, an der Vorderseite durch eine Eisenplatte mit Stichöffnung geschlossen und mit einer Sand- oder Schlackensohle versehen. Vor den Kasten c, welche aus b mit Wasser gespeist werden, befinden sich Wasser enthaltende Tröge d zum Kühlen der Werkzeuge. Durch vier oder sechs stark geneigte Formen an zwei Seiten wird viel Wind zugeführt. Man füllt den Herd f mit Koks, setzt die Roheisencharge (2000–2500 kg) über die Formen, schmelzt dieselbe tropfenweise nieder und läßt den Gebläsewind auf das flüssig gewordene E. wirken. Man sticht das gefeinte Produkt (Feineisen) nach etwa 3–4 Stunden in Formen ab und begießt dasselbe noch mit Wasser. Auf 100 kg Feineisen braucht man etwa 20–30 kg Koks und hat 13–15 Proz. Eisenabgang. Da bei diesem Verfahren das Feineisen durch die Asche des Brennmaterials, z. B. durch den Schwefelgehalt der Koks, verunreinigt werden kann, so führt man den Feinprozeß auch wohl in Gasflammöfen (Weißöfen) aus (Oberschlesien). Zuweilen wird das Feinen von Graueisen auch direkt im Frischherd vorgenommen. In einigen Fällen genügt als Vorbereitung des Graueisens ein bloßes Übergießen des erstarrenden Eisens mit Wasser („abschrecken“) oder Einleiten des flüssigen Produkts in kalte Eisenformen oder Glühen zwischen Kohlen („braten“). Das reine Weißeisen oder das gefeinte Graueisen wird nun im Herd- oder Flammofen dem eigentlichen Frischprozeß unterworfen. Bei Einwirkung der Luft auf das geschmolzene E. findet eine lebhafte Oxydation des Eisens statt (Rohfrischperiode); es entsteht eine eisenreiche Schlacke, welche gebildetes Eisenoxyduloxyd auflöst, und dieses wirkt im gelösten Zustand energisch oxydierend auf den gebundenen Kohlenstoff unter Erzeugung von Kohlenoxydgas, welches in reichlicher Menge in Gestalt blauer Flämmchen entweicht und die Masse zum Aufschäumen (Kochen) bringt. Ist dieselbe wieder ruhig geworden, so ist ein Produkt mit dem Kohlenstoffgehalt von Stahl [415] entstanden, welchem zur Bildung von Schmiedeeisen noch Kohlenstoff entzogen werden muß. Man setzt deshalb den Oxydationsprozeß noch fort, und das im Überschuß gebildete, von der immer basischer werdenden Schlacke (Garschlacke) aufgelöste Eisenoxyduloxyd trägt zur weitern Entkohlung bei, bis an gewissen Kennzeichen (Weißglühen, knetbarer Zustand der Eisenteilchen etc.) das Ende der Periode (Garfrischperiode) erkannt wird. Reines Weißeisen frischt sehr schnell, weil durch das dickflüssige Einschmelzen (Spiegeleisen macht hiervon eine Ausnahme) eine energischere Oxydation ermöglicht wird. War das Weißeisen nicht ganz schwefelfrei, so kann das Frischen so rasch gehen, daß der Schwefel nicht Zeit findet, sich zu oxydieren, und es erfolgt ein rotbrüchiges Produkt. In solchem Fall gibt man Zuschläge, welche das Frischen verzögern (Sand, Thon, Rohschlacken), indem sie eine dünnflüssige Schlacke erzeugen, die das Kohleneisen bedeckt und die Luft mehr von demselben abschließt. Spiegeleisen frischt langsamer und schwerer als gewöhnliches Weißeisen, indem dasselbe dünnflüssig einschmilzt und sein Mangangehalt, welcher noch vor dem E. und neben dem Silicium oxydiert wird, eine dünnflüssige Schlacke bildet, die in der eben angegebenen Weise luftabhaltend wirkt. Außerdem löst sich das den Kohlenstoff energisch oxydierende Eisenoxydoxydul in der manganhaltigen Schlacke nicht auf, und daher wird die Entkohlung verzögert. Man verwendet das Spiegeleisen gern zur Stahlfabrikation, einmal wegen seiner Reinheit, dann, weil sich bei dem verzögerten Frischen der Punkt leichter treffen läßt, wo noch die zur Stahlbildung erforderliche Kohlenstoffmenge vorhanden ist, als wenn das Frischen zu rasch verläuft. Schwefel wird um so vollständiger entfernt, je länger der Prozeß dauert. Phosphor wird oxydiert, nachdem alles Silicium entfernt ist; eine vollständige Abscheidung findet aber nur dann statt, wenn die Schlacke basisch ist, die Temperatur nicht zu hoch steigt und ein E. mit geringem Kohlenstoffgehalt hergestellt wird. Die übrigen Verunreinigungen des Roheisens werden durch das Frischen leicht entfernt, nur das Kupfer macht davon eine Ausnahme. Man kann das Frischen künstlich beschleunigen durch Zusatz Sauerstoff abgebender (garender) Substanzen (Hammerschlag, Garschlacke etc.). Die zum Frischen dienenden Gebläseherde (Frischherde, Frischfeuer) bestehen aus einem mit eisernen Platten (Zacken) ausgekleideten Raume mit eiserner, gewöhnlich von unten gekühlter Bodenplatte. Man nennt die Eisenplatte, auf welcher
* Fig. 3.
* Frischfeuer.
die Form d (Textfig. 3) ruht, Formzacken (t), die gegenüber befindliche (h) Windzacken, die Hinterplatte (s) Aschenzacken und die Vorderplatte Vorder- oder Schlackenzacken. Durch das Ventil v ist der Zutritt der Gebläseluft aus w in die Düse zu regulieren. Man gelangt zu dem mit einer Esse (a) überdeckten Herde durch die Arbeitsöffnung bei b. Zuweilen sind die Frischfeuer überwölbt und mit Glühherden versehen, auf welchen das zu verfrischende Roheisen durch die abziehende Flamme vorgewärmt wird.
Die Modifikationen beim Frischen werden hauptsächlich durch die Beschaffenheit des Roheisens, namentlich durch seine Reinheit und das Verhalten beim Frischen, ob roh- oder garschmelzig, bedingt. Graues, rohschmelziges Roheisen erfordert zur Überführung in Schmiedeeisen die Durchführung der oben angegebenen drei Perioden des Feinens, Roh- und Garfrischens (Dreimalschmelzerei); Spiegeleisen und schwach gefeintes Roheisen bedingen nur die beiden letzten Perioden (Zweimalschmelzerei) und kohlenarmes Weißeisen, luckige Flossen oder stark gefeintes E. nur die letzte Periode (Einmalschmelzerei). Als Beispiel für die Dreimalschmelzerei diene die deutsche Frischschmiede für halbiertes und graues Roheisen, welche noch dadurch charakterisiert ist, daß das dabei erhaltene Luppeneisen behufs Schweißung und Ausreckung in demselben Feuer erhitzt wird, in welchem das Frischen gleichzeitig stattfindet. Man füllt den Herd mit Kohle, schiebt vom Windzacken her die Roheisenstücke (Gänze) in den Herd, läßt dieselben, mit Kohlen bedeckt, tropfenweise in den Herd schmelzen, wobei ein Feinen des Roheisens (s. oben) eintritt. Auf die Feinperiode (Gänzeschmelzen), in welcher nach Umständen rohe oder garende Zuschläge gegeben werden, folgt, nachdem die gebildeten Rohschlacken durch den Stich im Vorderzacken abgelassen worden, das Rohaufbrechen: die auf der Bodenplatte befindliche Eisenmasse wird mittels einer Brechstange (Speer) in mehrere Stücke gebrochen und jedes derselben nach und nach über die Form gehoben, um beim Niedergang vor derselben entkohlt zu werden. Die Anzahl der zu erzeugenden Stücke richtet sich nach der Reinheit, namentlich dem Schwefelgehalt des Roheisens. Je unreiner dasselbe, desto mehr und kleinere Stücke erzeugt man (Klumpfrischen mit nur einem Stück, Durchbrechfrischen mit vielen Stücken, kombiniertes Klump- und Durchbrechfrischen mit wenigen Stücken). Man sticht die entstandene Schlacke (Rohschlacke) ab, bricht die am Boden befindliche, etwa im Zustand des Stahls befindliche Masse nochmals auf (Garaufbrechen) und läßt die Stücke behufs weiterer Entkohlung wieder vor der Form vorbeigehen und sich dann unterhalb derselben zu einem Klumpen (Luppe, Deul, Dachel) vereinigen, welcher, nachdem er von allen Seiten dem Wind zur vollständigen Garung ausgesetzt worden, mittels Zange ausgehoben und zum Auspressen der darin enthaltenen Schlacke („zängen“) kräftigen Schlägen unter einem Stirn- oder Aufwerfhammer (s. Hammer) auf einem Amboß ausgesetzt und zu einem parallelepipedischen Stück (Massel) bearbeitet wird. Dieses teilt man in mehrere Stücke (Schirbel, Zaggel), wärmt dieselben während des Einschmelzens des Roheisens im Fokus des Frischfeuers an, während dahinter das Roheisen für die nächste Charge einschmilzt, und reckt sie unter Hämmern zu Stäben aus. Man setzt durchschnittlich 110–120 kg Roheisen ein, bringt 72–75 Proz. Schmiedeeisen aus und verbraucht auf 100 kg ausgeschmiedetes E. 1–1,5 cbm Holzkohle bei 4–6 Stunden Arbeitsdauer. Bei dem sogen. Anlauf- oder Judenfrischen steckt man in der letzten Periode einen Eisenstab in die Masse, an welchen sich dann das entstandene Frischeisen (Anlaufeisen) ansetzt, worauf man den Klumpen abhaut und ausschweißt. [416] Bei der Franche-Comté-Schmiede wird die Arbeit beschleunigt, namentlich durch häufiges Aufbrechen schon während des Ausschmiedens.
Zu den Zweimalschmelzereien gehören die Wallonenschmieden, charakterisiert durch Einschmelzen von gefeintem oder siliciumarmem Weißeisen, seltener halbiertem E., auf einem Garschlackenboden, welches je nach der Reinheit ein- oder mehrmals aufgebrochen wird. Das Anwärmen (Ausheizen) der Schirbel findet in besondern Feuern (Schweißfeuern) oder in Flammöfen (Eckmanscher Schweißofen) statt. Werden, wie bei der englischen Lancashireschmiede, die Frischfeuer überdeckt, mit Vorglühherden versehen und erhitzte Gebläseluft angewandt, so spart man gegen die deutsche Schmiede an 30 Proz. Brennstoff bei 5–10 Proz. Mehrausbringen an E. Bei der Einmalschmelzerei, z. B. der Siegenschen, wird reines, manganhaltiges, garschmelziges Roheisen einmal vor der Form niedergeschmolzen, wobei schon fertiges E. erfolgt, welches gezängt etc. wird.
Das Herdfrischen wird nur noch wenig angewandt, weil es zu viel und zu teures Brennmaterial (Holzkohlen) bei geringer Produktion erfordert, welche
* Fig. 4.
* Danks’ Ofen.
Schattenseiten man durch Anwendung von mit festem rohen Brennmaterial oder mit Gasen befeuerten Flammöfen (Puddelöfen, nach dem engl. to puddle, „rühren“, oder Rühröfen) beseitigt hat. Das erste englische Patent auf ein solches Verfahren wurde 1766 an Thomas und George Cranage erteilt. Dasselbe scheint aber ohne praktischen Erfolg geblieben zu sein, und man sieht allgemein als Erfinder des Puddelns mit Steinkohlen Henry Cort an, der sein Patent 1784 erhielt. Ein Puddelofen mit direkter Feuerung (Fig. 8–10 auf Tafel I) enthält einen durch die Schürthür a zu speisenden Rost b von 0,5–0,75 qm Fläche, durch die Feuerbrücke e getrennt von dem Herd f von etwa 1,5–1,6 m Länge, 1,3–1,4 m Breite und 0,2–0,7 m Tiefe, aus einem Garschlackenbett auf Unterlage von Eisenplatten gebildet. Der Herd ist durch die Fuchsbrücke n von der 12–15 m hohen Esse i getrennt, auf deren Boden die in den geneigten Fuchs aus dem Herd übergehende Schlacke gelangt, um durch den Stichkanal k abzufließen. Gewöhnlich sind Fuchs- und Hauptbrücke sowie das den Herd umgebende E. (Herdeisen) hohl, und es zirkuliert in dem Hohlraum zur Kühlung des Herdes Luft oder Wasser. Auch ist die eiserne Bodenplatte durch Luft von unten gekühlt, welche durch die Öffnungen oo ein- und durch Züge r wieder austritt. Gewöhnlich führt zum Herd nur eine Arbeitsöffnung g mit Arbeitsplatte m davor (einfacher Ofen), zuweilen ist behufs Erzielung größerer Produktionen noch eine zweite Arbeitsöffnung h vorhanden (Doppelöfen). Zur Erzeugung der in dem Puddelofen erforderlichen hohen Temperatur bedarf man eines guten Brennmaterials, gewöhnlich langflammiger Steinkohlen, deren Effekt dadurch noch gesteigert wird, daß man Gebläseluft (Unterwind) unter den Rost leitet. Wo solch gutes Brennmaterial nicht zu Gebote steht, verwandelt man minderes (z. B. Braunkohlen und Torfklein) in brennbares Gas und verbrennt dieses in dem Zustand, wie es aus dem Generator kommt, durch erhitzte Gebläseluft (Gasöfen), oder man erhitzt Gas und Luft in Regeneratoren, mit Steinen angefüllten Kammern, welche durch die vom Ofen abziehenden Feuergase glühend gemacht werden, um dann beim Durchstreichen der Verbrennungsluft und der brennbaren Gase Wärme an diese abzugeben (Regenerativfeuerung). Einen solchen Ofen stellt Fig. 11 auf Tafel II dar. M ist der Puddelofenherd, von welchem die Feuergase durch die Kanäle x und y nach unten in zwei nebeneinander liegende Regeneratoren, von denen nur der eine R′ sichtbar, ziehen, um die darin angehäuften Steine zu erhitzen, dann durch B, C′ u. d′ zur Esse zu gelangen. Während dieser Zeit strömen die Generatorgase und die kalte Gebläseluft durch das erhitzte Generatorpaar L′ auf den Herd. Sobald letzteres erkaltet ist, wird durch Ventile Z Gas- u. Luftstrom umgestellt, beide passieren das wieder erhitzte Regeneratorpaar R′ nebst Zubehör, das Gas tritt durch y, die Luft durch x aus, die bei Vereinigung beider entstehende Flamme zieht über den Herd, und die Feuergase gelangen an der entgegengesetzten Seite in das abgekühlte Regeneratorpaar etc.; a′ Lufteintritt. Die Abhitze bei Öfen mit direkter Feuerung oder mit gewöhnlicher Gasfeuerung wird häufig zur Dampfkesselheizung benutzt.
Während bei den gebräuchlichen Puddelöfen deren Herde feststehen und die sehr beschwerliche Arbeit des Rührens mit der Hand ausgeführt wird, ist man neuerdings bemüht gewesen, die Handarbeit durch mechanische Mittel zu ersetzen. Man hat die Rührstange durch Maschinenkraft bewegt, wobei der Arbeiter ersterer nur die Direktion zu geben hat (mechanische Puddler); diese Vorrichtungen haben indes keine allgemeine Anwendung gefunden, weil sie gerade für den beschwerlichsten Teil der Puddelarbeit, das Vereinigen der Eisenteilchen zu einer Luppe, nicht zu gebrauchen sind. Vollkommener ist der Zweck erreicht durch die rotierenden Puddelöfen, welche von Danks (1871) derart vervollkommt sind, daß sie wirklichen Eingang in die Praxis gefunden haben. Namentlich gebührt Danks das Verdienst, in den Rotatoren ein aus Roteisenerz hergestelltes Eisenoxydfutter angebracht zu haben, welches zur Abscheidung des Phosphors aus dem Roheisen beiträgt. Die Einrichtung des Danksschen Ofens zeigt Textfig. 4. a ist der cylinderförmige Rotator, welcher vermittelst des Zahnkranzes h durch eine Dampfmaschine in Bewegung gesetzt wird. a ist mit einem Eisenoxydfutter ausgekleidet, läuft auf Rollen und schließt sich direkt an die feststehende Rostfeuerung f, welche meist mit Unterwind betrieben wird. Durch den beweglichen, an einer Kette c aufgehängten Fuchs b werden die Feuergase in den Schornstein geleitet. Vorteile dieses Ofens sind eine bedeutend größere Produktion, [417] Ersparung an Brennmaterial und Arbeitslohn und Erzeugung eines guten, schmiedbaren Eisens. Nachteile des Ofens sind die großen Anlagekosten, die häufige Erneuerung des Futters und die dazu erforderlichen großen Zänge- und Walzvorrichtungen.
Ein neuerer Ofen dieser Art von Sellers ist mit Regenerativfeuerung versehen, während Crampton Kohlenstaubfeuerung verwendet. Der von Pernot konstruierte Ofen besteht aus einem rotierenden, tellerförmigen, schwach geneigten Herd, welcher, wie der Dankssche Ofen, mit einem Eisenoxydfutter versehen ist. Der Pernot-Ofen hat indessen zum Puddeln bisher noch keinen allgemeinen Eingang gefunden. Bei dem ältern, von Cort angegebenen Verfahren des Puddelns (Trockenpuddeln) wurde garschmelziges, stark gefeintes Roheisen auf dem Sandherd des Ofens in teigartigen Zustand versetzt, die Masse mit einer Kratze zerschlagen und dann unter dem Einfluß der Luft die Garung herbeigeführt. Aber dieses Verfahren eignet sich nur für sehr reines Roheisen wegen zu raschen Verlaufs des Frischens, und deshalb ist fast allgemein das auch für unreines und graphitisches E. geeignete Schlackenpuddeln (fettes Puddeln, Kochfrischen) eingeführt, bei welchem man durch passende Schlackenzuschläge den Prozeß in die Länge ziehen oder beschleunigen kann. Je nachdem man den Kohlenstoff mehr oder weniger vollkommen entfernt, erhält man sehniges oder körniges E. Beim Puddeln auf Sehne wird das Roheisen auf der Schlackensohle mit Zuschlägen während 25–45 Minuten eingeschmolzen (Feinperiode), die Masse abgekühlt und wiederholt mit einer Kratze umgerührt (das eigentliche Puddeln), wobei durch reichliche Bildung von Eisenoxyduloxyd der Kohlenstoff unter Entwickelung von Kohlenoxydgas und starkem Aufblähen der Masse oxydiert wird (Rühr- oder Kochperiode). Sobald die Masse wieder ruhig geworden und aus der Schlacke blendend weiße, schwammige Partien hervorstehen, befindet sich das E. in einem stahlartigen Zustand. Zur weitern Entkohlung in der Garfrischperiode rüttelt man die zusammengefrittete Masse mit der Brechstange kräftig durch („durchschlagen“), schiebt sie am Fuchs zusammen, bricht einzelne Brocken davon ab, die man nach der Feuerbrücke transloziert („umsetzen“), und wiederholt diese Operation, bis sich eine stark schweißende kompakte Masse gebildet hat. Dann schreitet man zum Luppenmachen, indem man die Masse in Stücke von 30–40 kg Gewicht teilt, dieselben (Luppen, Bals) durch Umwälzen in der Schlacke noch gart, kräftig zusammendrückt und dann unter Stirn-, Aufwerf- oder Dampfhämmern (s. Hammer) oder Zängewalzwerken (s. Walzwerke), Quetschern oder Luppenmühlen bearbeitet („zängen“), um die in reichlicherer Menge darin enthaltene Schlacke auszuquetschen und dichtere, prismatische Stücke (Kolben, Masseln) zu erhalten. Die Luppenquetscher (Fig. 12 u. 13 auf Tafel II) bestehen aus einem zweiarmigen Hebel ef mit Drehpunkt bei m. Die Kolbenstange einer Dampfmaschine a drückt beim Aufwärtsgehen den mit Stahlbacken versehenen Arm f gegen die Luppe g auf die Unterlage k; h Bock für das Achsenlager m, bd Steuerung, i Schwungrad, c Welle desselben. Die Luppenmühlen (Fig. 14 auf Tafel II) bestehen aus einem Cylinder a mit kannelierter Oberfläche, um die vertikale Achse c drehbar und mit einem vorn offenen, exzentrischen Mantel b umgeben, der durch fünf eiserne Säulen d auf einer starken Grundplatte feststeht. Die vorn zwischen b und a eingeworfene Luppe e wird bei der Drehung des Cylinders a immer mehr zusammengepreßt. Beim Puddeln auf Feinkorn wendet man ein rohschmelzigeres, kohlen- und manganreicheres, möglichst reines Roheisen in geringern Mengen an, führt den Prozeß bei höherer Temperatur durch und schützt das Produkt gegen das Ende gegen zu kräftige Oxydation, indem man mit etwas rauchiger Flamme arbeitet.
| | Puddeln auf Sehne | Puddeln auf Feinkorn oder Stahl |
| Einsatz von Roheisen | 200–250 kg | 125–150 kg |
| Erfolg an Luppeneisen | 85–90 Proz. | 84–91 Proz. |
| Verbrauch an Steinkohle pro 100 kg Luppeneisen | 100–120 kg | 120–150 kg |
| Anzahl der Einsätze in 24 Stunden | 12–16 | 8–14 |
| Durchschnittliche wöchentliche Produktion eines Ofens an Luppeneisen | 12–16000 kg | 10–12000 kg |
Das Puddeln im Rotierofen von Danks geschieht in der Weise, daß man in den Rotator die Roheisencharge (300 kg) nebst Zuschlag (Roteisenstein) einträgt, anfangs sehr langsam und nach dem Einschmelzen etwas rascher (etwa zwei Touren pro Minute) rotieren läßt. Dann steigert man die Temperatur durch Vermehrung des Unterwindes, hält den Ofen behufs Abstechens der Schlacke an, schließt den Stich und steigert die Temperatur bei zehn Umdrehungen pro Minute behufs energischer Durcharbeitung, wobei unter heftigem Kochen Frischeisen entsteht. Bei verminderter Feuerung und Umdrehungszahl (11/2 Tour pro Minute) läßt man die Eisenteilchen zu einem Klumpen (Luppe) zusammengehen, entfernt den beweglichen Fuchs, läßt die Luppe auf eine eingebrachte Gabel fallen, indem der Ofen eine halbe Umdrehung macht, zieht die Luppe heraus und zängt dieselbe unter einer Quetschmaschine. Auf 100 kg fertiges Schmiedeeisen verbraucht man 100 kg Kohlen, ca. 100 kg Roheisen und 20 kg Roteisenstein.
Behufs weiterer Verarbeitung des Luppeneisens zu Handelsware auf mechanischem Weg vereinigt man, um es weich, knetbar und homogener zu machen, mehrere Stücke durch umgelegten Draht zu einem Paket und setzt es einer Schweißung in Herden (Schweißfeuer) von ähnlicher Einrichtung wie die Frischfeuer (s. oben) oder in Flammöfen (Schweißöfen) aus, welche mit festem Brennmaterial oder mit Gasen geheizt werden. Wegen der zu erzeugenden hohen Temperaturen ist hierbei die Siemenssche Regenerativgasfeuerung besonders wirksam. Die Schweißöfen (Fig. 15 u. 16 auf Tafel II) unterscheiden sich von den Puddelöfen (s. oben) hauptsächlich dadurch, daß zur Erzeugung größerer Hitze der Rost A im Verhältnis zu dem aus Sand geschlagenen und von unten gekühlten Herd B von 2,9–3,5 m Länge und 1,5–3,5 m Breite größer ist, das Gewölbe sich tiefer senkt und die Fuchsbrücke fehlt, so daß die Schweißschlacke im Fuchs C herab nach dem Stichloch f zu und durch dieses abfließt. b Schüröffnung, c Feuerbrücke mit Luftkühlung, m Arbeitsöffnung mit Arbeitsplatte, o Säulen zur Unterstützung des Schornsteins D. Unterwind hat sich sehr wirksam erwiesen. Behufs des Schweißens bringt man das Luppeneisen oder die Pakete an die Fuchsseite, rückt sie dann allmählich nach dem heißesten Teil, der Feuerbrücke, zu, nimmt die schweißwarmen Stücke mit der Zange oder mittels maschineller Vorrichtungen aus dem Ofen und transportiert sie auf Wagen zur Bearbeitungsmaschine. Die Schlacken fließen, wie bemerkt, im Fuchs hinab zum Schlackenloch, welches man durch ein Steinkohlenfeuer warm [418] erhält. Der Einsatz kann 250–1500 kg und mehr betragen, man macht 12–13 Chargen in 12 Stunden und bringt in einer Hitze aus Luppeneisen 86–90 Proz. aus. Auf 100 kg E. braucht man bei direkter Feuerung 70–150 kg Steinkohlen, bei Regenerativgasfeuerung weit weniger. Man unterscheidet das ein- oder mehreremal im Schweißofen gewesene geschweißte E. von den Rohschienen, welche unmittelbar aus den gezängten Luppen als ein Zwischenprodukt hergestellt werden. Das E. wird schweißwarm Hämmern, Walzwerken, seltener Pressen zugeführt, um in Stabeisen, Blech oder Draht verwandelt zu werden. Als die wirksamste Maschine hierfür dient das Walzwerk. Man teilt das Schmiedeeisen je nach der Form und den Dimensionen, welche es bei der Bearbeitung erhalten hat, zunächst in Stabeisen, von kreis- oder ovalförmigem, quadratischem, oblongem oder polygonalem Querschnitt, und in Façoneisen, von unregelmäßigem, teils symmetrischem, teils unsymmetrischem Querschnitt (Winkeleisen, Fenstereisen, Eisenbahnschienen, Radreifen etc.), dann das Stabeisen nach seinen Querschnittsdimensionen wieder in Grob- und Feineisen (starkes und schwaches Flacheisen oder Bandeisen von oblongem Querschnitt, Quadrateisen etc.). Feineisen zu Nägeln (Nageleisen, Schneideisen) wird häufig durch Zerschneiden eines Flacheisenstabs mittels eines Schneidwerks erhalten, welch letzteres aus einer Anzahl ineinander greifender Ringe besteht, welche nach Art einer Kreisschere wirken. Endloses Stabeisen, z. B. zu Eisenbahnradreifen (Tyres, Bandagen), zu Verstärkungsringen für Dampfkessel etc. verwandt, erfolgt aus Ringen, welche teils durch spiralförmige Aufwickelung eines Eisenstabs um einen Dorn und nachherige Schweißung, teils durch Aufbiegen eines geschlitzten Eisenblocks oder durch Ausstanzen einer vollen Scheibe gebildet werden. Behufs des Ausstreckens durch Walzen in die erforderliche Größe und von dem verlangten Querschnitt muß der Ring über eine derselben geschoben werden.
Bezüglich der Darstellung von Flußschmiedeeisen kann auf die ganz analoge Darstellung von Flußstahl (s. S. 421 und 422: Bessemer- und Siemens-Martin-Prozeß) verwiesen werden. In beiden Fällen werden genau dieselben Apparate u. die nämlichen Methoden angewandt, und es hängt z. B. nur von der Menge des zum entkohlten, in der Bessemerbirne befindlichen E. gesetzten Spiegeleisens (resp. Ferromangans) ab, ob man Flußstahl oder Flußschmiedeeisen erhält.
Stahl ist die hinsichtlich ihres Kohlenstoffgehalts zwischen Roheisen und Schmiedeeisen liegende Kohlungsstufe des Eisens, welche mit ersterm die Schmelzbarkeit bei nicht zu hoher Temperatur, mit letzterm die Schmiedbarkeit gemein hat, von beiden aber sich durch die charakteristische Eigenschaft unterscheidet, daß sie, glühend in einer Flüssigkeit abgekühlt, härter wird. Der Übergang vom Schmiedeeisen zum Stahl ist ein ganz allmählicher, so daß man bei Produkten mit 0,45–0,65 Proz. Kohlenstoff zweifelhaft sein kann, ob sie zum Schmiedeeisen oder zum Stahl zu zählen sind. Mit Unrecht werden häufig Produkte als Flußstahl bezeichnet, die hinsichtlich ihres Kohlenstoffgehalts in die Kategorie des Fluß- (Schmiede-) Eisens gehören.
Guter Stahl zeigt bei leicht grauweißer Farbe keinen starken Glanz (nur Schimmer) und ein feines, gleichartiges Korn, bei mehrfachem Ausrecken oder bei einem Wolframgehalt selbst muscheligen Bruch. Die Festigkeit von Stahl ist größer als diejenige von Schmiedeeisen; das spezifische Gewicht ist für Flußstahl 7,400–7,825, für Schweißstahl 7,826–8,100 und beträgt durchschnittlich 7,7; das spezifische Gewicht vermindert sich mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt und beim Härten. Beim Erhitzen wird der Stahl weicher, schweißt früher, aber schwieriger als Schmiedeeisen (was beim Verstählen des Eisens zu berücksichtigen ist), schmilzt bei 1300–1800° und absorbiert im Fluß Gase, hauptsächlich Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenoxydgas, welche bei zu heißem Guß die Gußstücke blasig machen. Läßt man den flüssigen Stahl vor dem Gießen sich etwas abkühlen, so entweichen die Gase, bevor derselbe in die Formen gelangt, und die Güsse werden dichter. Bessemerstahl hält mehr Gase zurück als Martin- und Tiegelstahl, und letztere eignen sich deshalb besser zur Façongießerei. Wird der Stahl in glühendem Zustand in einer Flüssigkeit abgekühlt (abgelöscht), so wird er um so härter, je höher die Erhitzungstemperatur und je kälter und wärmeleitender die Härteflüssigkeit ist. Quecksilber, Salze und Säuren enthaltendes Wasser härten deshalb stärker als Wasser für sich, als Öl, Seife u. dgl. Da man nicht im stande ist, die Glühtemperatur und die Härtefähigkeit der Flüssigkeit hinreichend genau zu taxieren, um ein Produkt von bestimmtem Härtegrad zu erhalten, so macht man den Stahl durch Ablöschen anfangs härter, als er eigentlich sein soll, und führt ihn dann durch Ausglühen (Anlassen) auf den richtigen Härtegrad zurück. Der Stahl zeigt bei verschiedenen Temperaturen bestimmte Farben (Anlauffarben) infolge der Bildung einer ganz dünnen Schicht von Oxyd. Die Farben sind von einem geübten Auge leicht zu erkennen und damit also auch die anzuwendenden Temperaturen gegeben, welche auf die Härte verschieden influieren. Je stärker man einen Stahl nach dem Härten anläßt, um so weicher wird er. Die Anlauffarben treten in nachstehender Reihenfolge auf: bei 220° blaßgelb, zur Härtung chirurgischer Instrumente geeignet; 230° strohgelb, für Rasier- und Federmesser, Grabstichel, Drahtzieheisen; 255° braun, für Scheren und härtere Meißel; 265° braun mit Purpurflecken, für Äxte, Hobeleisen, Brot- und Taschenmesser; 277° purpurfarbig, für Tischmesser; 288° hellblau, für Säbelklingen und Uhrfedern; 293° dunkel- oder kornblumenblau, für feine Sägen, Rapiere, Bohrer, Dolche; 316° schwarzblau, für Hand- und Stichsägen. Die Gegenstände bleiben demnach viel härter, wenn man nur bis blaßgelb, als wenn man bis schwarzblau anlaufen läßt. Das Erhitzen des Stahls vor dem Ablöschen geschieht in einem offenen oder bedeckten Holzkohlenfeuer mit oder ohne Gebläse oder in einem Ofen mit durchbrochener Sohle und mit darunter befindlicher Feuerung, bei kleinern Gegenständen auch wohl vor dem Lötrohr oder in einem Metallbad. Behufs des Härtens läßt man die Härteflüssigkeit entweder auf den Gegenstand fließen (Strahlhärtung), oder man taucht ihn bei kreisender Bewegung ganz oder teilweise in die Flüssigkeit ein. Das Erhitzen zum Zweck des Anlassens geschieht auf einem von unten erhitzten Eisenblech, auf einem Sandbad, über Kohlenfeuer, in Substanzen mit bestimmten Schmelzpunkten (Blei, Zinn, Legierungen daraus) oder in Flüssigkeiten, deren Temperaturen mittels des Thermometers leicht zu messen sind (Öl, Talg etc.). Zuweilen härtet man eiserne Gegenstände oberflächlich dadurch, daß man sie mit Kohlenstoff abgebenden Substanzen (tierischen Stoffen, wie Haare, Horn, Leder etc., Cyanverbindungen) umhüllt und
[Ξ]
* Eisen III.
* Fig. 17. Zementierofen. Fig. 18–20. Gaszementstahlofen. Fig. 21. Gußstahltiegel. Fig. 22. Siemens’ Gußstahlofen mit Regeneratoren. Fig. 23. Siemens’ Gußstahlofen mit Regeneratoren. Fig. 24. Bessemerbirne. Fig. 25. Bessemeranlage. Fig. 26. Siemens-Martin-Ofen. Fig. 27. Siemens-Martin-Ofen.
[419] erhitzt (Oberflächenhärtung). Längere Zeit jedoch wiederholt bei Luftzutritt erhitzt, wird der Stahl verbrannt (überhitzt), kohlenstoffärmer und infolgedessen grobkörnig und mürbe, läßt sich aber durch Glühen mit Kohlenstoff abgebenden Substanzen (z. B. Cyan bildenden Schweißpulvern) wieder regenerieren. Stahl erstarrt weniger leicht als E. und löst sich je nach dem Grad seiner Härtung mehr oder weniger leicht in Säuren. Guter Stahl verbindet mit Härte bedeutende Elastizität und Festigkeit ohne Sprödigkeit, welche Eigenschaften modifiziert werden können hauptsächlich durch die Größe des Kohlenstoffgehalts (mit dem Kohlenstoffgehalt nehmen z. B. Härtbarkeit und Schmelzbarkeit zu, Schweißbarkeit aber ab), durch die Darstellungsmethode und die mechanische Bearbeitung, besonders aber durch fremde Beimengungen. Gegen Rotbruch erzeugenden Schwefel ist Stahl weniger empfindlich als Schmiedeeisen, und zwar verträgt Flußstahl einen höhern Schwefelgehalt als Schweißstahl. Guter Stahl kann bis zu 0,012 Proz. Schwefel enthalten, bei 0,04 Proz. ist aber bereits jeder Stahl unbrauchbar. Gegen Kaltbruch bewirkenden Phosphor ist Stahl empfindlicher als Schmiedeeisen und zwar um so mehr, je reicher der Stahl an Kohlenstoff ist. Außerdem ist der nachteilige Einfluß von Phosphor im Flußstahl erheblicher als im Schweißstahl. Bei Bessemerschienen setzt man die zulässige Grenze auf 0,1 Proz. Silicium macht den Stahl härter, spröder, schmelzbarer, weniger fest und minder schweißbar und zwar in um so höherm Grad, je höher der Kohlenstoffgehalt ist. In Bessemerstahl kann Silicium den Kohlenstoff zum großen Teil vertreten, ohne daß dadurch ein wesentlicher Nachteil entsteht. Bei Schienenstahl kann das Silicium die Hälfte des Kohlenstoffgehalts, bei Werkzeugstahl sogar noch mehr betragen. Kupfer kann z. B. im weichen Bessemerstahl bis zu 0,3 Proz. vorhanden sein, ohne für dessen Qualität schädlich zu werden. Wolfram macht den Stahl härter und erteilt ihm einen muscheligen Bruch sowie die Fähigkeit, den Magnetismus länger zu erhalten als gewöhnlicher Stahl (Anwendung von Wolframstahl zu Magnetstäben).
a) Die Erzeugung von Stahl durch direkte Reduktion von Eisenerzen, die sogen. Rennarbeit, ist nur noch ganz vereinzelt im Gebrauch, und es kann bezüglich dieser Darstellungsart auf das Schmiedeeisen verwiesen werden.
b) Durch das Herdfrischen und durch das Puddeln wird Stahl ganz in derselben Weise und in denselben Apparaten aus dem Roheisen gewonnen, wie das beim Schmiedeeisen schon beschrieben ist, nur wird bei der Stahlerzeugung die Entkohlung nicht so weit getrieben. Dabei wird als Rohmaterial ein manganreiches Weißeisen besonders hoch geschätzt.
c) Erzeugung von Stahl durch Glühfrischen. Während man beim Herdfrischen und Puddeln die Temperatur bis zum Schmelzen des Roheisens steigert, gelingt die Entkohlung von Weißeisen auch schon in der Glühhitze (Glühfrischen) ohne Änderung des Aggregatzustandes, indem man 2 cm starke Stangen von Weißeisen, in Thonkasten von 5000 kg Inhalt in grobkörnigen Quarzsand eingepackt, 15–35 Tage zum Glühen erhitzt; durch den Sauerstoff der Luft entsteht auf der Oberfläche des Roheisens Eisenoxydoxydul, welches den gebundenen Kohlenstoff in Kohlenoxyd überführt. Der erhaltene Stahl (Tunners Glühstahl) wird durch Umschmelzen in Tiegeln oder durch Umschweißen verbessert. Häufig ist es wünschenswert, eine spröde Gußware ohne Änderung der Form in schmiedbares E. überzuführen, um die Festigkeit zu erhöhen und die Möglichkeit einer leichtern Bearbeitung herbeizuführen (Temperguß, schmiedbarer Guß, hämmerbares Gußeisen). Man umgibt alsdann die aus reinem, möglichst graphitarmem, lichtgrauem oder halbiertem Roheisen gegossenen Gegenstände mit Roteisenstein (seltener mit andern Eisenerzen oder Braunstein, Zinkoxyd etc.) und glüht die schichtenweise in gußeiserne oder thönerne Kasten eingepackten Gegenstände 4–6 Tage lang in gemauerten Kammern bei Kirschrotglut. Die erfolgenden Gegenstände (z. B. Schlüssel, Pferdegeschirr- und Gewehrteile, Schrauben, Knöpfe, Thürbeschläge, Nägel, Portemonnaiebügel etc.) lassen sich in der Kälte und bei nicht zu hoher Temperatur schmieden und nehmen stahlartige Politur an, ohne jedoch große Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Stöße zu besitzen.
d) Erzeugung von Stahl durch Kohlung von Schmiedeeisen (Zementstahldarstellung). Möglichst reines Schmiedeeisen wird in etwa 50–130 mm breiten und 10–20 mm dicken Stäben in abwechselnden Lagen mit grobem Holzkohlenpulver (Zementierpulver, am besten Laubholzkohle) in Thonkasten A (Fig. 17 auf Tafel III) geschichtet, welche vom Feuerungsraum C aus erhitzt werden. Der viereckige Herdraum des Zementstahlofens ist mit einem flachen Gewölbe überspannt und dieses mit Zuglöchern versehen. Die Kisten bleiben meist offen oder werden mit einer Decke von Ziegelpflaster, Quarzsand und Thon versehen und binnen 24 Stunden auf Kupferschmelzhitze gebracht und bei dieser Temperatur erhalten. Zeigt die Bruchfläche einer Probestange nach 8–9 Tagen, seltener 6–7 Tagen, ein feinkörniges Gefüge ohne Eisenkern, so läßt man den Ofen bei geschlossenen Öffnungen 3 Tage abkühlen. Man verwendet zum Zementieren auf 100 kg Schmiedeeisen (am besten eignet sich dazu mit Holzkohlen erzeugtes) ca. 27 kg Holzkohle (1/2–3/4 im frischen Zustand); die Gewichtszunahme des erfolgenden Produkts beträgt 0,5–0,75 Proz. Auf der Crescent-Steelhütte zu Pittsburg in Pennsylvanien hat Swindell einen Zementierofen mit Gasfeuerung eingerichtet, bei welchem die Wärme sehr vollständig ausgenutzt wird (Fig. 18–20 auf Tafel III). A offen bleibende Kiste, a Kanal zur Gaszuführung, b Luftkanal; Gas und Luft treten an einer Seite, resp. durch die Kanäle c und d unter die Sohle e der Kiste, vereinigen sich hier, die Flamme steigt in Zügen f auf, und die Verbrennungsprodukte ziehen durch die Öffnung g in Kanälen h und i durch k und l in den Schornstein m. Bei dem Glühen in Holzkohle erleidet das Schmiedeeisen eine Kohlung, welche um so mehr nach innen fortschreitet, je länger das Zementieren dauert. Die Kohlung wird begünstigt durch das Entstehen von Cyanverbindungen und durch die aus den frischen Holzkohlen entwickelten gasförmigen Produkte. Es geht dabei die sehnige Textur des Eisens anfangs in eine kristallinisch-schuppige über, das spezifische Gewicht nimmt von 7,76 auf 7,71 ab, die kristallinischen Blättchen werden immer kleiner, und der Prozeß ist beendigt, wenn die Stäbe bei sehr feinkörnigem Gefüge und dunkler Farbe brüchig werden, auch oberflächlich sich mit Blasen überziehen (Blasenstahl, Rohstahl). Dieser Stahl ist wegen seiner Brüchigkeit direkt nicht zu verwenden, sondern muß nach sorgfältigem Sortieren entweder durch Schweißen (Gärbstahl) oder Umschmelzen in Tiegeln (Tiegelgußstahl, s. unten) homogen gemacht werden. Man kann dem Zementstahl, dem Herd- und [420] Puddelstahl gegenüber, sicherer eine bestimmte Härte geben, und aus bestem schwedischen E. dargestellt und in Tiegeln umgeschmolzen, liefert er den renommierten englischen Huntsmanstahl, welcher fast nur aus reinem Kohleneisen, höchstens mit 1/1000 Mangan und Silicium, besteht.
Behufs des Gärbens werden mehrere Stäbe zu einem Bündel (Garbe) zusammengelegt, dieses mit später abzuschlagenden Ringen umgeben, in einem offenen Gebläsefeuer zwischen Kohlen unter Aufstreuen von Sand (Schweißsand) ausgeheizt, die herausgenommene, nahezu schweißwarme, von Schlacke umgebene Garbe mit einem Handhammer zusammengeschlagen (das Ganzmachen), wieder ins Feuer gebracht und in schweißwarmem Zustand in mehreren Hitzen unter einem Schwanzhammer ausgereckt. Diese Operationen werden nötigen Falls noch drei- bis viermal wiederholt.
In die Rubrik des Zementstahls gehört auch noch der indische Damast- oder Wootzstahl, welcher auf die Weise dargestellt wird, daß man das durch Rennarbeit in niedrigen Herden erzeugte E. in kleinen
* Fig. 5.
* Windofen zum Umschmelzen des Rohstahls.
Thontiegeln mit Holz von Cassia auriculata und Windenblättern im Gebläseofen so lange erhitzt, bis infolge einer oberflächlichen Kohlung das E. äußerlich zu schmelzen beginnt, während der innere, kohlenstoffärmere Kern nur teigartig wird. Die erkaltete Masse wird an der Luft ausgeglüht und bei Schweißhitze zu Stäben ausgeschmiedet, welche beim Ätzen mit Säuren eigentümliche ader- und wellenförmige Zeichnungen (Damast) erhalten, indem sich die kohlenstoffärmern Partien leichter auflösen als die stahlartigen, kohlenstoffreichern. Wegen der Reinheit der angewendeten Rohmaterialien zeigt der Stahl große Elastizität im gehärteten Zustand. Bester Stahl dieser Art enthält nur 0,87–1,28 Proz. Kohlenstoff, zuweilen mit 0,04–0,14 Proz. Silicium. Dem echten Produkt kommt der unechte oder künstliche Damaststahl nicht gleich, welcher durch Zusammenschweißen von Stahl- und Schmiedeeisendraht, Winden des Stabes, Drehen, Durchhämmern und wiederholtes Schweißen der Masse erfolgt.
Flußstahl wird im geschmolzenen Zustand erhalten und ist deswegen stets homogener als Schweißstahl.
a) Die Erzeugung von Flußstahl (Gußstahl) durch Umschmelzen von Schweißstahl ist die älteste Darstellungsmethode und wurde zuerst 1740 von Huntsman in Sheffield ausgeführt. Das Umschmelzen wird am häufigsten mit Zement- und Glühstahl, zuweilen auch mit Herd- und Puddelstahl vorgenommen. Bei Anwendung von Zementstahl zerschlägt man die gehärteten Stahlstangen, sortiert die 20–80 mm langen Stückchen nach Bruch- und Oberflächenansehen und bringt dieselben (15–45 kg pro Tiegel) mittels eines Blechtrichters in glühende, sehr feuerfeste Tiegel von 390–420 mm Höhe (Fig. 21 auf Tafel III), welche entweder zu zweien oder vieren in einem mit Koks gespeisten Windofen, oder zu 20 und mehr in zwei Reihen in einem Siemensschen Regenerativofen stehen. Die Windöfen (Textfig. 5) haben für zwei Tiegel einen nach oben zusammengezogenen Schmelzraum a von etwa 940 mm Höhe, 630 mm Länge und 420 mm Breite mit Rost b, auf welchem die Tiegel stehen. Der Aschenfall c ist verhältnismäßig tief und die mit dem Fuchs e kommunizierende Esse f bis 20 m hoch; g ist ein mittels Zugstange h zu stellender Temper und d ein Deckel auf dem Ofenschacht. Der Siemenssche Regenerativofen (Fig. 22 u. 23 auf Tafel III), in welchem die Heizung durch brennbare Gase und Luft, beide durch die abgehenden Feuergase stark erhitzt, bei hoher Temperatur geschieht, hat nachstehende Einrichtung: A Gasgenerator, auf dessen Rost a′ durch den Cylinder b′ Brennmaterial geschüttet wird. Dasselbe verbrennt unmittelbar über dem Rost zu Kohlensäure, welche beim Durchstreichen der darüber befindlichen glühenden Brennmaterialsäule in brennbares Kohlenoxydgas übergeht. Dieses zieht durch den Kanal d, wenn dessen Absperrventil c (hier geschlossen) geöffnet ist und die Wechselklappe a die in der Zeichnung angegebene Stellung besitzt, durch den Kanal e, durch die noch kalten Regeneratoren f über die Feuerbrücke g in den mit beweglichen Deckelteilen versehenen Schmelzraum B, in welchem in zwei Reihen die Tiegel stehen. Die Verbrennungsluft fällt in den mit einem Gatter überdeckten Schacht C ein, zieht, nachdem das Absperrventil h (hier geschlossen) geöffnet worden, bei der dermaligen Stellung des Wechselventils b durch den Kanal x, den kalten Regenerator k und die Feuerbrücke l in den Schmelzraum B, mischt sich hier mit den aus g hervortretenden Gasen, erhitzt nach Entzündung der letztern die Tiegel, und die heißen Verbrennungsprodukte ziehen an dem dem Eintritt entgegengesetzten Ende einerseits durch z, p, q und r, anderseits durch y, m, n und o in den Schornstein D, wobei die in den Regeneratoren enthaltenen Steine in Glut versetzt werden. Ist dies zur Genüge geschehen, so stellt man die Wechselklappen a und b mittels einer bis über die Hüttensohle reichenden Handhabe um, worauf jetzt die brennbaren Gase aus A durch d, q, p und z, die Luft durch C, i, n, m und y in den Schmelzraum B ziehen und zwar beide, nachdem sie in den Regeneratoren p und m stark erhitzt worden. Die Feuergase ziehen jetzt durch q und l ab, und bei zeitweiligem Umstellen der Wechselklappen a und b wiederholt sich das Spiel. Nachdem der Stahl in den Tiegeln völlig geschmolzen ist, was man mittels einer in die Tiegel eingeführten Eisenstange fühlt, so läßt man denselben 1/2–3/4 Stunde ruhig stehen, wobei die absorbierten Gase entweichen, und gießt ihn dann in Formen. Der Siemens-Ofen erfordert weniger Brennmaterialien und gestattet eine größere Produktion als der Windofen. Sicherer als Bessemer-, Martin- und Landorestahl gibt Tiegelstahl dichte Güsse.
b) Entkohlung des geschmolzenen Roheisens durch eingepreßte Luft (Bessemern). Dieses [421] Verfahren wurde 1856 von Henry Bessemer erfunden, und seitdem ist in der ganzen Eisenindustrie eine vollständige Umwälzung eingetreten. Die ersten Versuche von Bessemer schlugen fehl, indem zwar Kohlenstoff und Silicium aus dem Roheisen entfernt wurden, aber Phosphor und Schwefel darin zurückblieben. Spätere in Schweden mit dem dortigen Holzkohlenroheisen angestellte Versuche ergaben gute Resultate; deshalb wurde das Bessemer-Verfahren in England auch wieder aufgenommen, und man erzielte nun hier ebenfalls Erfolge, besonders seitdem Mushet gezeigt hatte, daß die Nachteile einer zu weit gegangenen Oxydation durch einen Spiegeleisenzusatz wieder beseitigt werden konnten. In der neuern Zeit ist ein wesentlicher Fortschritt im Bessemer-Verfahren dadurch gemacht worden, daß man gelernt hat, auch aus stark phosphorhaltigem Roheisen (sogen. Thomaseisen) ein brauchbares schmiedbares E. zu erzeugen (Thomas-Gilchristsches Verfahren). Das Wesen des Bessemer-Verfahrens besteht darin, daß man durch das flüssig gemachte E. von unten stark gepreßte Gebläseluft (mit 80–140 cm Quecksilberpressung) in vielen feinen Strahlen leitet und die Entkohlung ohne Anwendung besondern Brennmaterials durchführt. Dieses ist dadurch möglich, daß bei der Einwirkung des Windes auf das flüssige Roheisen zunächst Silicium und Mangan, daneben auch E. und darauf der Kohlenstoff oxydiert werden, wobei namentlich durch das verbrennende Silicium eine so hohe Temperatur entsteht, daß das Metall während der verhältnismäßig kurzen Dauer des Prozesses (10–25 Minuten) flüssig bleibt. Siliciumarme Weißeisensorten, deren amorpher Kohlenstoff sehr rasch (weit rascher als der Graphit des Graueisens) verbrennen würde, eignen sich deshalb nicht für den Prozeß, weil durch die Verbrennung nicht die erforderliche Temperatur erzeugt wird. Da der Prozeß wegen der energischen Einwirkung des Windes bei der hohen Temperatur so rasch verläuft, hat ein größerer Schwefelgehalt nicht Zeit, sich hinreichend zu verschlacken. Ein Phosphorgehalt des Roheisens ist bei der gewöhnlich angewandten, viel Kieselsäure enthaltenden Ausfütterung der Bessemerbirne (saurer Prozeß) sehr schädlich, weil die Phosphorsäure aus dem entstehenden phosphorsauren Eisenoxydul durch die Kieselsäure der sauren Schlacke ausgeschieden und darauf reduziert wird und deswegen Phosphor wiederum ins E. geht. Der Phosphorgehalt des Roheisens darf aus diesem Grund beim sauren Prozeß höchstens 0,1 Proz. betragen. Wenn man bedenkt, daß mehr als 97 Proz. aller in Deutschland geförderten Eisenerze so phosphorhaltig sind, daß das daraus erzeugte Roheisen zum gewöhnlichen Bessemer-Prozeß nicht zu verwerten ist und man deshalb früher auf die Einfuhr ausländischer phosphorfreier Erze angewiesen war, so ergibt sich daraus, von welch hoher Bedeutung es ist, daß der Bessemer-Prozeß im J. 1879 von Thomas und Gilchrist so weit ausgebildet wurde, daß er nahezu allgemein anwendbar wurde und namentlich auch bei Verarbeitung phosphorhaltigen Roheisens gutes schmiedbares E. lieferte. Die Entphosphorung des Roheisens geschieht in der basisch ausgefütterten Bessemerbirne (basischer Prozeß).
α) Saurer (oder gewöhnlicher) Bessemer-Prozeß. Man verwendet am besten ein graues Roheisen (vgl. die Analysen von Bessemerroheisen) mit 3–4,5 Proz. Kohlenstoff, 2–4 Proz. Silicium, 0–4 Proz. Mangan und weniger als 0,1 Proz. Phosphor, 0,06 Proz. Schwefel und 0,3 Proz. Kupfer. Man kann den Entkohlungsprozeß nur so weit fortsetzen, daß gerade schmiedbares E. entsteht (schwedisches Verfahren); weit häufiger treibt man aber die Oxydation so weit, daß das Kohleneisen nicht bloß völlig entkohlt wird, sondern sogar noch Sauerstoff aufnimmt, fügt dann aber flüssiges Spiegeleisen hinzu, dessen Mangangehalt den das Produkt brüchig machenden Sauerstoff wegnimmt, und dessen Kohlenstoffgehalt das entkohlte E. wieder kohlt (englisches Verfahren). Letztere Methode ist die fast allein noch angewendete, weil sie sicherer ein Produkt mit bestimmtem Kohlenstoffgehalt gibt. Beim schwedischen Verfahren hat man vorübergehend einen feststehenden Ofen mit Düsen an der Peripherie angewendet (schwedischer Bessemer-Ofen), zur Zeit wird aber fast nur noch der englische Ofen mit beweglicher Birne (Konverter, Retorte) benutzt. Die Bessemerbirne A (Fig. 24 auf Tafel III) mit Hals B besteht aus dickem Eisenblech und ist innen mit feuerfestem, wenig thonhaltigem Sand (Ganister) oder mit schamottehaltigem Thon ausgestampft oder zuweilen auch mit feuerfesten Ziegeln ausgekleidet. Das Bodenstück C ist entweder an dem Hauptkörper A fest angenietet, oder kann davon abgenommen werden, um voll feuerfesten Materials gestampft zu werden, in welchem man konische Öffnungen zur Aufnahme von sieben Thonformen (Fern, Feren) läßt, deren jede wieder 7–13 cylindrische Kanäle (Düsen) von 9–12 mm Durchmesser zur Windzuführung hat. Mittels eines hydraulischen Kolbens k wird der auf Rollen laufende Windkasten D unter dem Boden der Birne angedrückt. Die Birne ist in Zapfen a und b aufgehängt, welche auf einem Gestell E ruhen. Die Gebläseluft strömt aus der Windleitungsröhre F durch die Röhre c in einen Raum zwischen dem Zapfen a und der auf dem Ständer E ruhenden Hülse d und begibt sich durch das Rohr e in den damit durch einen Bügel f verbundenen Windkasten D, aus welchem der Wind durch die Düsen in die Birne gelangt. Die Regulierung des Windes geschieht entweder von einem Arbeiter mittels eines Ventils an der Windleitungsröhre, oder der Windzutritt reguliert sich beim Kippen des Apparats von selbst mittels eines exzentrischen Ringes auf dem Zapfen a, welcher beim Drehen einen Hebelarm hebt und senkt und damit auch ein über der Röhrenmündung F in G befindliches, durch ein Gewicht niedergehaltenes Ventil. Die Bewegung der Birne A geschieht durch eine Kippvorrichtung mittels Zahnrades H, in welches eine von dem Kolben einer hydraulischen Presse bewegte Zahnstange g eingreift. Bei großen Birnen wendet man zu diesem Betrieb auch Dampfkraft, bei kleinen Bewegungen durch Handkurbeln an. Kleinere Birnen fassen bis 1000, größere bis 8000 kg; eine solche z. B. von 5–6000 kg Inhalt hat im mittlern Teil 1,5–2 m Durchmesser und 0,8–1 m Höhe, im Bodenteil resp. 0,7–1 und 0,6–0,8 m; Weite an der Mündung des 1,8 m hohen Halses 0,26–0,4 m, oberer konischer Teil 0,7 m hoch und am Hals 0,6 m weit.
Das Arbeitsverfahren in einem solchen Apparat ist folgendes: Man läßt das Roheisen entweder direkt aus einem Hochofen oder aus einem Kupolofen in einer Rinne durch den Hals der geneigten Birne A′ einfließen und kippt diese dann auf bei gleichzeitiger automatischer Anlassung des Windes. Bei dem sauren Prozeß gibt man vor der Entkohlung keinen Zuschlag zum Roheisen. Der Hals B′ (Fig. 25 auf Tafel III) befindet sich dann unter einem mit der Esse L′ in Verbindung stehenden Schirm K′. Bei der Einwirkung der Gebläseluft oxydiert sich zunächst das Silicium neben Mangan und wenig E., während der Graphit in dem Maß, als das Silicium abgeschieden [422] wird, in gebundenen Kohlenstoff übergeht (Feineisenbildung); es entsteht dabei eine saure Schlacke mit 45–52 Proz. Kieselsäure. Diese erste Periode (Fein- oder Schlackenbildungsperiode) ist beendigt, wenn sich an der Halsmündung eine kleine zugespitzte Flamme von orangegelber Farbe mit einigen blauen Streifen und weißem Saum bei geringer Leuchtkraft zeigt. Jetzt beginnt in der zweiten Periode (Rohfrisch-, Koch-, Eruptions- oder Stahlbildungsperiode) eine starke Oxydation des Eisens unter Bildung von Eisenoxyduloxyd, welches den amorphen Kohlenstoff unter starkem Aufkochen des Bades durch Kohlenoxydgasbildung oxydiert. Es findet ein lebhafter Auswurf von Schlacken und Eisenteilchen aus dem Birnenhals statt, und es zeigt sich eine helle, dichte, stark leuchtende, stoßweise austretende Flamme, mit Eisenfunken, Sternchen und Eisenkügelchen untermischt. Sobald sich das Metallbad wieder beruhigt hat und dann ein stahlartiges Produkt erzeugt ist, setzt man in der nun folgenden Garfrischperiode die Entkohlung durch neugebildetes Eisenoxyduloxyd weiter fort, bis sich ein sauerstoffhaltiges Produkt (überblasenes E.) gebildet hat. Die Flamme zeigt dann reichliche Funken von E., und ein gänzliches Aufhören derselben deutet das Ende des Prozesses an. Das Spektroskop bietet bei Beobachtung der dem Birnenhals entsteigenden Flamme ein ausgezeichnetes Hilfsmittel, um die einzelnen Stadien und den Schluß der Entkohlung zu erkennen. Ist die Entkohlung vollendet, so schreitet man zum Rückkohlen, neigt zu dem Ende die Birne, läßt in einem Kupolofen oder Flammofen M eingeschmolzenes Spiegeleisen durch den Hals einlaufen oder setzt glühendes Ferromangan oder Siliciumeisen zu, richtet die Birne nochmals auf, bläst, wenn erforderlich, noch 2–3 Sekunden und läßt dann bei abgestelltem Wind 5–10 Minuten ruhig stehen, damit absorbierte, blasige Güsse erzeugende Gase entweichen können. Hierauf wird die Birne A, wie in Fig. 25 auf Tafel III angedeutet, geneigt und ihr Inhalt in eine mit feuerfester Masse ausgekleidete Gießpfanne N entleert, welche sich am Ende des Balanciers O eines hydraulischen Kolbens P befindet, der gehoben und gesenkt werden kann. Q ist ein verschiebbares Gegengewicht am andern Ende des Balanciers, welches je nach dem Inhalt, somit dem Gewicht der Gießpfanne N vor- oder zurückgeschoben wird. Zur Füllung der im Halbkreis um den Kran stehenden eisernen Formen wird ein Stopfen h aus einer Öffnung im Boden der Pfanne gezogen und diese mittels Bewegung des Balanciers im Halbkreis über die Formen geführt, indem der Arbeiter durch eine Einrückvorrichtung bei i das Getriebe k in das Zahnrad l eingreifen läßt. Das Kippen der Gießpfanne N behufs ihrer Reinigung geschieht mittels der Stange m durch Drehung bei n; o Blechwand zum Schutz des die Kurbelscheiben i und n drehenden Arbeiters; pp′ Lager für die Preßcylinder der hydraulischen Maschine, welche zur Bewegung der Kippvorrichtung dient. Die großartigsten Leistungen weisen in der Neuzeit die Bessemerwerke in den Vereinigten Staaten von Nordamerika auf, wo z. B. auf Edgar Thompsons Werk in Pittsburg ein Paar Birnen in 24 Stunden 53 Güsse machten und 3521/2 Ton. à 1016 kg Stahlbarren (Ingots) und das Schienenwalzwerk 2211/2 T. Schienen lieferten. Diese großartige Produktion wird ermöglicht durch Vergrößerung der Apparate (Birnen zu 6–7 T. = 5080–7112 kg, mit rasch auswechselbaren Böden), durch zweckmäßige Konstruktion der maschinellen Vorrichtungen zum Bewegen der Birne, zur Handhabung der Gießpfanne, zur Verarbeitung der Stahlgüsse etc., durch passende Anordnung der Schmelzvorrichtungen (die Konverter stehen z. B. an 3 m über der Hüttensohle, die Gießformen auf derselben, wodurch der Transport derselben erleichtert und der Gießer mehr vor der Hitze geschützt ist als in der Gießgrube), durch Erzeugung von stets nur einem und demselben Fabrikat, z. B. Schienen, wo dann der Arbeiter große Fertigkeit erlangt, u. dgl. Die Stahlgüsse werden vor der weitern Verarbeitung auf Schienen, Achsen etc. in noch glühendem Zustand meist vorgeschmiedet oder vorgewalzt, und nur selten werden kleine Blöcke direkt fertig gewalzt oder profiliert gegossen.
β) Der basische Prozeß gewinnt immer mehr an Wichtigkeit; in Deutschland bestehen gegenwärtig auf 13 Eisenhütten 41 Birnen mit basischem Futter. Das phosphorhaltige Roheisen (Thomaseisen) muß 1,5–3 Proz. Phosphor, 2,5–3,5 Proz. Kohlenstoff, bis 2,5 Proz. Mangan, weniger als 1 Proz. Silicium und 0,1 Proz. Schwefel enthalten. Das basische Futter wird neuerdings meist dargestellt, indem man zerkleinerten Dolomit (Magnesiumcalciumcarbonat) bei hoher Temperatur im Kupolofen brennt und darauf den gebrannten, gemahlenen Dolomit mit ca. 7 Proz. Teer zu einer plastischen Masse verarbeitet, welche in die Bessemerbirne gestampft wird. Zum geschmolzenen Roheisen werden ca. 20 Proz. eines basischen Zuschlags (gebrannter Kalkstein, Dolomit, Gemenge von Dolomit mit Roteisenerz etc.) gegeben, um die Erzeugung einer stark basischen Schlacke (Thomasschlacke) zu ermöglichen, aus welcher die Phosphorsäure durch Kieselsäure nicht wieder ausgeschieden werden kann. Im übrigen wird der basische Prozeß in derselben Weise und in denselben Apparaten wie der saure Prozeß ausgeführt.
c) Erzeugung von Flußstahl durch Zusammenschmelzen von Roheisen mit Schmiedeeisen (Siemens-Martin-Prozeß, Martin-Prozeß). Man benutzte früher bei diesem schon seit dem Anfang des 18. Jahrh. bekannten Verfahren Tiegel aus feuerfestem Thon oder Graphit. In neuerer Zeit ist die Tiegelschmelzerei nur noch vereinzelt in Gebrauch (z. B. wenn es sich um die Erzeugung eines vorzüglichen Flußstahls handelt), weil die Produktion zu gering ist. Die Stelle des Tiegels vertritt jetzt der überwölbte, mit Quarzsand ausgekleidete Herd eines mit Regenerativfeuerung (nach Siemens’, Ponsards oder Richeroux’ System) versehenen Flammofens. 1865 versah zuerst Martin den Flammofen mit Siemensscher Regenerativfeuerung in nachstehender Weise (Fig. 26 u. 27 auf Tafel III). A Flammofenherd, auf einer mit Thonbrei überzogenen Eisenplattenunterlage mit sehr feuerfestem Sand muldenförmig ausgeschlagen, mit Neigung nach der einen Breitseite zu dem mit einer Rinne b kommunizierenden Stich hin. a Arbeitsöffnungen. Unterhalb des Herdes liegen zwei Paar mit feuerfesten Steinen in Lücken ausgesetzte Regeneratoren, von denen die beiden innern L und L′ von der Verbrennungsluft, die beiden äußern G und G′ von brennbaren, in einem Generator erzeugten Gasen (Kohlenoxydgas) durchstrichen werden. Bei passender Stellung der (hier nicht gezeichneten) Wechselventile treten in den Regeneratoren erhitzte Gase und Luft durch die miteinander abwechselnden vertikalen Kanäle g und l auf den Schmelzherd, verbrennen hier, erhitzen das Schmelzgut und entweichen am entgegengesetzten Ende durch die Kanäle g′ und l′ nach unten in die betreffenden Regeneratoren für Gas- und Lufterhitzung. Sind diese heiß genug [423] geworden, so stellt man die Wechselventile um, und es treten jetzt Gas und Luft erhitzt durch die Kanäle g′ und l′ auf den Herd u. s. f. Der Prozeß wird in der Weise ausgeführt, daß man 150–200 kg möglichst schwefel- und phosphorfreies Roheisen auf dem Herd einschmelzt, hierauf stark glühende Stahl- und Eisenabfälle in einzelnen Posten nacheinander einträgt, jedesmal mit Krücken oder Holzstangen umrührt, öfters Schlacke zieht und dann Schöpfproben nimmt, worauf man aus der Zähigkeit im rohen und gehärteten Zustand sowie aus dem Bruchansehen des Produkts den Verlauf des Prozesses ersieht. Da die im offenen Herd eingeschmolzenen Materialien mit Luft in Berührung kommen, so wird der Kohlenstoff nach und nach verbrannt. Zuweilen wird der Oxydationsprozeß auch noch durch eisenoxydhaltige Zuschläge (Roteisenerz) und durch Einleitung von Gebläsewind gefördert. Man treibt den Oxydationsprozeß bis zur völligen Entkohlung, ja zuweilen bis zur Oxydation des Produkts und fügt dann Spiegeleisen oder Ferromangan oder Siliciumeisen zur Rückkohlung und Entfernung des Sauerstoffs, ähnlich wie beim Bessemern, hinzu. Hierauf sticht man das gekohlte Produkt durch die Rinne b in die mit Zapfen d im Boden versehene und auf Rädern bewegliche Gießpfanne c ab, unter welcher die Formen stehen. Der Einsatz beträgt 1000–12,000, gewöhnlich 1500 bis 6500 kg. Das erzeugte Produkt wird Flammofenflußstahl oder Martinstahl genannt; es wird vorzüglich für Façonguß und für Gegenstände besonderer Qualität verwandt (z. B. Radeisen, Achsen, Walzen etc.). Die Ausgangsmaterialien müssen ganz rein sein, weil alle Verunreinigungen in das erzeugte Produkt mit übergehen. Es ist bei dem Martin-Prozeß ungleich leichter als bei dem Bessemer-Prozeß, eine verlangte Härtenummer genau zu treffen. Der Martin-Prozeß gewinnt von Jahr zu Jahr größere Bedeutung für die Eisenindustrie. In neuester Zeit ist man mit Erfolg bestrebt gewesen, auch in diesem Prozeß eine Entphosphorung des Roheisens durch Anwendung basischer, aus Dolomit hergestellter Herdfutter zu bewirken. An Stelle des Flammofens benutzt man auch den mit Regenerativgasfeuerung versehenen Pernotschen Ofen mit rotierender, tellerförmiger Sohle, und zwar wird dabei meistens ein die Oxydation beschleunigender Zusatz von Roteisenerz gemacht. – Schließlich sei hier noch
d) der Siemenssche Erzprozeß (Landore-Prozeß) beschrieben, bei welchem die Oxydation des im Roheisen enthaltenen Kohlenstoffs wesentlich durch eisenoxydhaltige Zuschläge (Eisenerze) erfolgt. Dieser Prozeß ist von Siemens auf seinen Werken zu Landore in England mit Erfolg durchgeführt. Der Ofen mit Regenerativfeuerung hat eine ähnliche Einrichtung wie der erwähnte Siemens-Martin-Ofen (Fig. 26 u. 27 auf Tafel III). Man setzt Bessemerroheisen und die Hälfte davon Abfalleisen kalt ein, schmelzt die Charge, z. B. von 8 Ton., in 4–5 Stunden ein, fügt zu wiederholten Malen Eisenoxyd in Form sehr reiner Erze (z. B. Moktaerz) hinzu und unterbricht den Prozeß, wenn das durch genommene Schöpfproben erhaltene Produkt im Bruch körnig ist, sich zäh zeigt und die Schlacke oberflächlich dunkel, im Bruch dicht und im Innern etwas lichter erscheint. Je nach der dem Produkt zu gebenden Härte fügt man mehr oder weniger Kohlenstoff in Gestalt von Spiegeleisen oder manganreichem E. (Ferromangan) hinzu und sticht alsdann das Produkt in eine Gußpfanne und daraus in Formen ab. Eine Charge dauert etwa 8–10 Stunden. – Die folgende Tabelle gibt eine
[Die Tabelle folgt am Ende.] Die Zusammensetzung der verschiedenen Sorten von schmiedbarem E. ergibt die Tabelle, S. 424.
Reines E. (Klavierdraht enthält nur 0,3 Proz. Verunreinigungen) ist fast silberweiß, kristallisierbar, weicher, hämmerbarer, weniger fest als Schmiedeeisen und vom spez. Gew. 7,84, das Atomgewicht ist 55,9. Es ist das härteste aller dehnbaren Metalle, läßt sich bei Weißglut schweißen, bröckelt aber bei höherer Temperatur unter dem Hammer. Reduziert man Eisenoxyd oder Eisenchlorür durch Wasserstoff, so erhält man reines E. als schwarzes Pulver, welches an der Luft verbrennt, durch stärkeres Erhitzen aber diese Eigenschaft verliert (Ferrum hydrogenio reductum) und dann eine grauweiße, schwammige Masse bildet. Das E. wird vom Magnet angezogen [424] und selbst magnetisch, verliert aber den Magnetismus sofort nach der Trennung vom Magnet; nur kohlenstoffhaltiges E. wird dauernd magnetisch. In trockner Luft hält sich E. bei gewöhnlicher Temperatur unverändert; beim Erhitzen oxydiert es sich zu Oxyduloxyd, welches unter dem Hammer abspringt (Hammerschlag). In reinem Sauerstoffgas verbrennt es mit glänzendem Licht zu Oxyduloxyd und Oxyd. In feuchter Luft bildet sich auf seiner Oberfläche, besonders unter dem Einfluß der Kohlensäure, kohlensaures Eisenoxydul, welches schnell mehr Sauerstoff aufnimmt und in Eisenoxydhydrat (Rost) übergeht. Die dabei frei werdende Kohlensäure wirkt weiter auf metallisches E., und so wird dies bald stark angegriffen. Säuredämpfe und Salze, besonders Ammoniaksalze, befördern die Rostbildung, während Alkalien sie verhindern. Auch bei metallischer Berührung mit Zink wird das E. vor Rost geschützt (vgl. Rosten des Eisens). Auch unter Wasser oxydiert sich das E., und wenn es in fein verteiltem Zustand als Eisenschwamm vorhanden ist, so verhindert es die Fäulnis von unreinem Wasser. Beim Glühen von E. in Wasserdampf entstehen Eisenoxyduloxyd und Wasserstoff. E. löst sich in verdünnten Säuren unter Entwickelung von Wasserstoff zu Eisenoxydulsalz, in warmer und überschüssiger Salpetersäure zu salpetersaurem Eisenoxyd, in heißer konzentrierter Schwefelsäure unter Entwickelung von schwefliger Säure; es verbindet sich direkt mit Schwefel, Chlor, Brom, Jod, Kohlenstoff; aus Kupfersalzen fällt es metallisches Kupfer, indem es sich als Eisenoxydulsalz löst. E. ist zweiwertig, doch tritt es auch in Verbindungen auf, deren Molekül stets 2 Atome E. enthält, und dieser Atomkomplex Fe2 ist sechswertig. Die Oxydationsstufen des Eisens sind: Eisenoxydul FeO, Eisenoxyduloxyd Fe3O4 und Eisenoxyd Fe2O3. Die großartige Verwendbarkeit des Eisens ist bekannt: es bildet mit der Kohle die Basis unsers industriellen [425] Lebens, und meist werden dabei seine physikalischen Eigenschaften verwertet. In der Metallurgie dient es bei der sogen. Niederschlagsarbeit, um aus gewissen Schwefelmetallen, z. B. aus Bleiglanz, das Blei abzuscheiden. Ebenso dient es zur Fällung von Kupfer aus Kupfervitriollösungen, zur Darstellung von gelbem Blutlaugensalz und von Anilin aus Nitrobenzol. Schwammförmiges E. benutzt man zum Filtrieren und Reinigen von Trinkwasser. Auch viele Eisenverbindungen finden technische und medizinische Verwendung. Für die Organismen ist es von höchster Bedeutung: ohne E. ergrünt keine Pflanze, und ohne das Blattgrün vermag die Pflanze bekanntlich keine organische Substanz aus den Nahrungsstoffen (Kohlensäure und Wasser) neu zu erzeugen; von ebenso großer Bedeutung ist das E. für die Tiere, bei denen es namentlich an die roten Blutkörperchen gebunden ist. Es spielt daher auch als Arzneimittel eine große Rolle. Bei innerlichem Gebrauch von E. färben sich die Schleimhäute und das Gesicht lebhafter; der Puls wird voller, resistenter, und die Körperkraft wächst. Bei zu langem Gebrauch treten Hitzegefühl, Neigung zu Blutungen ein und bei sehr großen Dosen Verdauungsstörungen, Erbrechen, Durchfall. E. begünstigt bei gleichzeitiger Zufuhr von guter Nahrung die Bildung roter Blutkörperchen, wodurch sich die günstigen Wirkungen desselben bei anämischen und kachektischen Zuständen erklären; es dient auch bei Menstruationsstörungen und Affektionen des Nervensystems, als adstringierendes Mittel bei chronischen Darmkatarrhen und als Styptikum. Der Kot wird beim Gebrauch von E. dunkel, oft ganz schwarz.
Die Kenntnis des Eisens ist sehr alt und in die Mythologie verflochten. Lepsius weist dem E. ein Alter vor der Steinzeit an. Wahrscheinlich benutzten die Ägypter schon mehrere Jahrtausende vor unsrer Zeitrechnung eiserne Werkzeuge. Zur Zeit Moses’ (1550 v. Chr.) waren die Hebräer im Besitz von Erfahrungen über das Ausbringen des Eisens aus den Erzen und über seine Verarbeitung. Nach Homer bestimmte der Pelide veilchenblau angelaufenes E. zum Kampfpreis für die Bogenschützen; nach derselben Quelle war E. bei den pelasgischen Völkern noch selten und Kupfer das gewöhnliche Material ihrer Waffen. Bei den Griechen waren das indische E. sowie das von den Chalybern am Schwarzen Meer erzeugte berühmt. Durch welches Verfahren die alten Völker des Orients das E. aus seinen Erzen schieden, ist nicht bekannt; wahrscheinlich aber geschah es durch denselben rohen Schmelzprozeß, dessen sich die Bewohner in dem Lande der urältesten Kultur, in Äthiopien (im Innern von Afrika), sowie die Völker Hochasiens noch jetzt bedienen. Man scheint die frühste Eisengewinnung in Gruben an Hügelabhängen ohne Anwendung eines Gebläses, bei Zugluft ausgeführt zu haben, indem man sehr reine Erze in die Glut eines niedergebrannten Feuers warf, mit Holz bedeckte und die entstandenen kleinen schmiedbaren Eisenpartien ausräumte. In Kärnten sind solche Gruben noch neuerdings aufgefunden worden sowie 0,95–1,26 m hohe gemauerte Windöfen mit Sumpf am Boden. Unter den Römern wurde die Eisenbereitung großartiger betrieben. Sie benutzten schon 100 Jahre v. Chr. die Eisenerzlager auf Elba und in Noricum und schätzten namentlich das norische E. aus dem heutigen Steiermark sehr hoch. Der Prozeß der Eisengewinnung wurde zur Römerzeit in niedrigen Herden (in Kärnten in kleinen Schachtöfen von den Dimensionen der Windöfen) mit reinen, reichen Erzen und Holzkohlen unter Anwendung von Hand- und Tretbälgen mit Thondüsen ausgeführt und der erfolgende Eisenklumpen ausgeschmiedet, wie es bei den Renn- oder Luppenfeuern mancher Länder noch heutigestags geschieht. Nach der Völkerwanderung, in welcher römische Kultur und Industrie untergegangen waren, erhoben sich die Eisenwerke zuerst wieder in Steiermark um 700 n. Chr. Die Eisenindustrie verbreitete sich von da im 9. Jahrh. nördlich über Böhmen nach Sachsen, Thüringen und dem Harz, südlich nach Spanien, dem Elsaß und Niederrhein. Im 12. Jahrh. standen die niederländischen Eisenwerke in großem Ruf; von ihnen verbreitete sich der Eisenhüttenbetrieb wahrscheinlich im 15. Jahrh. nach England und Schweden. Durch Erhöhung der Herde auf 1,9–2,5 m im 16. Jahrh. und auf 3,8 m im 18. Jahrh. bei gleichzeitiger Anwendung von durch Wasserräder getriebenen Blasebälgen entstanden die Stück- oder Wolfsöfen, deren Anwendung in Kärnten 1775 ihr Ende erreichte. Das Produkt derselben war noch immer ungeschmolzenes, stahlartiges E. („Wolf, Stück“); höher gekohltes, flüssiges Roheisen erfolgte erst bei kontinuierlichem Betrieb, als man die Wolfsöfen zu Blau- oder Blaseöfen und später zu Eisenhochöfen erhöhte. Schon 1490 goß man im Elsaß eiserne Öfen, während sich die ältesten Spuren von Eisenguß in Sachsen erst 1550 zeigen (nach Gützlaff sollen indessen schon 700 Jahre v. Chr. in China gußeiserne Pagoden hergestellt worden sein); in England wurden bereits 1543 eiserne Kanonen gegossen. Wann und wo die Hochöfen entstanden sind, läßt sich indes nicht mit Bestimmtheit nachweisen; doch ist dies wohl ebenfalls eine niederländische Verbesserung, die im 16. Jahrh. mit der ersten Übersiedelung dieses Industriezweigs nach England und Schweden auch dahinkam. In Sachsen, Brandenburg, am Harz finden wir die Hochöfen erst im Anfang des 17. Jahrh.; der erste Hochofen in Schlesien ist 1721 errichtet worden. Holzkohlen waren bis zum 18. Jahrh. überall das einzige Schmelzmittel. Die bedeutende Vermehrung der Eisenhochöfen im ersten Viertel des 17. Jahrh. in England, namentlich in der Grafschaft Sussex, lichtete die Wälder rasch und zwang zur Herbeischaffung eines andern Brennmaterials, welches in der Steinkohle gefunden wurde. Das Eisenwerk Colebrook Dale in Shropshire betrieb 1740 zuerst einen Hochofen mit Steinkohlen. Ferner begünstigten die seit 1760 in England eingeführten Cylindergebläse die Massenproduktion des Eisens, womit eine ausgedehntere Anwendung desselben beim Maschinenbau und für sonstige Zwecke verknüpft war. Der Zeitpunkt der ersten Benutzung der Koks als Brennmaterial ist nicht bekannt. 1620, 1633 und 1636 wurden in England Patente auf Verkohlung der Steinkohle erteilt, aber genauere Daten über die Erzeugung derselben in Meilern und geschlossenen Öfen liegen erst aus dem Jahr 1769 vor. Außerhalb Englands verbreitete sich die Anwendung der Steinkohlen weit langsamer; in Deutschland wurde der erste Kokshochofen 1796 zu Gleiwitz errichtet. Die 1791 in Pennsylvanien entdeckten Anthracite kamen erst 1815 in Nutzung, für die Eisenhochöfen noch einige Jahre später.
Zu den folgenreichsten Fortschritten beim Eisenhochofenbetrieb gehören die Erhitzung der Gebläseluft und die Verwendung der Gichtgase für Heizzwecke. Nachdem schon Seddler um 1799 und Leuchs 1822 auf die Vorteile der erhitzten Luft aufmerksam gemacht hatten, nahm Neilson dafür 1828 ein englisches Erfindungspatent und führte die Erfindung 1831 [426] mit Macintosh und Wilson auf den Clyde Iron Works in Schottland aus, worauf man die heiße Luft alsbald weiter bei Kupolöfen, Frischfeuern etc. anwandte. Während man früher in den eisernen Winderhitzungsapparaten Temperaturen über 400° meist nicht erlangen konnte, so erzielt man jetzt solche von 800° C. und mehr in den Regenerativapparaten von Cowper und Whitwell u. a.
Die Gichtgase wurden 1814 von Aubertot zum Erzrösten, Kalk- und Ziegelbrennen angewandt; 1836 nahm Sire zu Clerval ein Patent auf deren Benutzung für das Eisenfrischen, und 1837 führte Faber du Faur das Puddeln mit Gasen zu Wasseralfingen (Württemberg) aus, seit welcher Zeit die Sache erst allgemeiner bekannt geworden ist. Man hat dann die Anwendung der Gichtgase zur Erzeugung hoher Temperaturen (z. B. für Puddel- und Schweißöfen) meist aufgegeben wegen ihrer Abhängigkeit vom wechselnden Hochofengang und sie mit großem Vorteil beschränkt auf die Erzeugung niederer Temperaturen, welche zeitweilig schwanken dürfen (Gebläsewinderhitzung, Rösten, Kalkbrennen, Dampfkesselfeuerung etc.). Die Bestrebungen der Neuzeit beim Hochofenbetrieb gehen dahin, durch Anwendung großer Öfen bei gleichzeitig verstärktem Gebläse und stärker erhitztem Wind kolossale Produktionen unter Brennstoffersparung zu erzielen (das Großartigste in dieser Hinsicht wird im Clevelanddistrikt in England geleistet) und zweckmäßigere Konstruktion der Öfen zur Verlängerung der Kampagnen, bequemere Arbeit und Materialersparung (Öfen mit geschlossener Brust, Büttgenbachs Hochofen, Lürmanns Schlackenform, Annäherung der Innengestalt der Hochöfen an die Tonnen- oder Cylinderform etc.) zuwege zu bringen.
Von hoher Bedeutung für die Schmiedeeisenerzeugung war die Erfindung des Eisenpuddelns in Flammöfen mit Steinkohlen. Das erste englische Patent auf das Flammofenfrischen erhielten 1766 Thomas und George Cranage, wie es aber scheint, ohne praktischen Erfolg, den erst Henry Cort 1784 erzielte. Östlund gab 1838 die erste Anregung zu einem Puddelofen mit beweglichem Herd, welcher aber erst von dem Amerikaner Danks durch Erzielung eines haltbaren Futters 1871 lebensfähig gemacht ist. Eine Erweiterung erfuhr der Puddelprozeß durch die Generatorgasfeuerung, welche zuerst Bischoff in Mägdesprung 1839 ausführte. Während die Gase anfangs in dem Zustand, wie sie den Generator verlassen, durch kalte oder heiße Zug- oder Gebläseluft verbrannt wurden, lehrte Siemens 1860 nach seinem Regenerativsystem sowohl Generatorgase als Luft durch Überhitze stark zu erhitzen, seit welcher Zeit man Temperaturen zu erzeugen im stande ist, von denen man früher keine Ahnung hatte. Man kann dabei Brennmaterialien (Braunkohle, Holz, Sägespäne, Torf etc.) verwenden, die früher für die Eisenindustrie nicht verwertbar waren. Ponsard hat neuerdings versucht, die Regenerativfeuerung kontinuierlich zu machen und dieselbe mit Rotieröfen zu verbinden (Sellers Ofen). Auch die Anwendung von staubförmigem Brennmaterial überhaupt sowie besonders bei Rotieröfen macht Fortschritte (Cramptons Rotierofen). Durch die Einführung des Puddelprozesses stellte sich das Bedürfnis heraus, verbesserte und vergrößerte Walzwerke zu besitzen. Der erste Schritt auf diesem Feld war die Einführung des Zängewalzwerks statt des Zängehammers durch Henry Cort 1783 und W. Purnell 1787. Von da an kamen die später verschiedentlich abgeänderten Stabeisenwalzwerke in Gebrauch, deren indessen Payne schon 1728 erwähnt. In Frankreich kamen Walzwerke erst zu Ende des 18. Jahrh. in Anwendung, in Deutschland und Österreich erst im ersten Viertel des 19. Jahrh. Das Universalwalzwerk erfand Daelen in Hörde 1848. Die Walzwerke führten wiederum zur Herstellung von Dampfkesseln aus Eisenblech statt aus Gußeisen; 1820 fertigte der Engländer Birkinshaw gewalzte Eisenbahnschienen an, und 1825 baute Stephenson mit solchen die erste für das Publikum bestimmte Eisenbahn von Stockton nach Darlington, nachdem er bereits 1812 die erste Lokomotive für die Kohlenwerke von Darlington hergestellt hatte. Das älteste Projekt eines Dampfhammers der jetzt gebräuchlichen Art rührt von James Watt, dem Begründer des neuern Dampfmaschinenwesens, aus dem Jahr 1784 her, ohne daß dasselbe zur Ausführung kam. 1838 oder 1839 lieferte James Nasmyth zu Patricroft bei Manchester Zeichnungen zu einem Dampfhammer, welcher zu Creusot in Frankreich praktisch ausgeführt wurde. Das Eisenschneidwerk wurde 1618 Clement Dawbeny in England patentiert und um die Mitte des 18. Jahrh. auch in Deutschland bekannt. Die erste Luppenquetsche ist 1805 von John Hartop in England angewandt. Während die Roh- und Stabeisenbereitung allmählich bedeutende Fortschritte machte, blieb die Stahlerzeugung lange Zeit auf derselben Stufe stehen. 1730 gelang es zwar B. Huntsman (bei Sheffield), durch Umschmelzen von Zement- oder Herdfrischstahl einen vorzüglichen Gußstahl herzustellen; aber das Produkt war zu einer allgemeinern Verwendung zu teuer. Erst seitdem H. Bessemer 1856 die Entkohlung des geschmolzenen Roheisens durch eingepreßte Luft eingeführt hat, ist es möglich, Stahl (Bessemerstahl) in großen Massen und zu billigen Preisen zu liefern, und seitdem ist eine Umwälzung in der gesamten Eisenindustrie eingetreten. Von großer Wichtigkeit ist ferner die seit 1865 von Martin in größerm Maßstab eingeführte Darstellung des Flammofenflußeisens (Martineisens). Die wichtigste Erfindung der Neuzeit in der Eisenindustrie ist unstreitig die weitere Ausbildung des Bessemer-Prozesses durch Thomas und Gilchrist (1879), wodurch dieser Prozeß auch für phosphorhaltiges Roheisen anwendbar wurde. – Agricola ist der erste, der mit der Gründung der Metallurgie auch dem Eisenhüttenwesen eine wissenschaftliche Form zu geben suchte. Zu Anfang des 18. Jahrh. folgten Réaumur und Swedenborg mit ihren Werken, und gegen das Ende des vorigen Jahrhunderts verbreiteten Bergman und Sveen v. Riemann das erste Licht sowohl über die Natur des Eisens als auch über die bei seiner Gewinnung im großen angewandten Verfahrungsarten. Vollständige Aufklärung über die Ursache des Unterschiedes zwischen den verschiedenen Eisensorten verdankt man wesentlich den umfassenden Arbeiten Karstens.
Die Eisenindustrie hat in den letzten 40 Jahren einen ganz erstaunlichen Aufschwung genommen. Den Impuls dazu gaben direkt und indirekt die neuen Verkehrsmittel, Eisenbahnen und Dampfschiffe. Die Eisenbahnen bedürfen pro Meile zu neuer Belegung allein 10,500 Ztr. Schienen und zur Erneuerung pro Jahr 1200 Ztr. Danach berechnet sich der jährliche Bedarf der vorhandenen Eisenbahnen auf 42 Mill. Ztr. und für den Neubau auf 31 Mill. Der leichtere Verkehr regte aber Bedürfnisse auf allen Gebieten an, und zur Befriedigung derselben bedurfte man in erster Linie der Maschinen, welche enorme Mengen von E. verbrauchten. Die Produktion der preußischen Bergwerke an Eisenerzen betrug:
[427]
| | 1881 | 1882 | 1883 |
| Menge in Tonnen | 3933314 | 4027473 | 4118331 |
| Wert in Mark | 26968182 | 28318806 | 27507476 |
Die Produktion im Deutschen Reich (inkl. Luxemburg) betrug:
| | 1883 | 1883 | 1884 | 1884 |
| | Menge in Tonnen | Wert in Mark | Menge in Tonnen | Wert in Mark |
| a) Eisenerze | 8616245 | 38638813 | 8866941 | 36773637 |
| b) Roheisen | 3452335 | 183907208 | 3583315 | 171706367 |
| c) Schweißeisen | 1463863 | 215216158 | 1483906 | 198489005 |
| d) Flußeisen | 1044775 | 166380346 | 1122081 | 163654446 |
Nach den Mitteilungen des Vereins deutscher Eisen- und Stahlindustriellen war die Produktion der verschiedenen Gattungen von Roheisen (in Tonnen):
| | 1883 | 1884 |
| Puddeleisen | 2045396 | 2068692 |
| Spiegeleisen | 122180 | 120555 |
| Bessemereisen | 495920 | 486083 |
| Thomaseisen | 369685 | 488746 |
| Gießereiroheisen | 347607 | 371079 |
Ein- und Ausfuhr im Deutschen Reich 1883 (in Tonnen):
| | Einfuhr | Ausfuhr |
| Eisenerze | 800373 | 1886450 |
| Roheisen aller Art | 274821 | 259014 |
| Stabeisen | 16128 | 146989 |
| Eisenbahnschienen | 1485 | 176178 |
| Eisendraht | 3849 | 203627 |
Nach den Mitteilungen des Vereins deutscher Eisen- und Stahlindustriellen stellt sich 1884 die Einfuhr von Roheisen auf 272,282 T., die Ausfuhr auf 273,716 T.
Die Roheisenproduktion der sechs Hauptländer betrug nach Trasenter (in Tonnen):
| | 1881 | 1882 |
| Großbritannien | 8250000 | 8620000 |
| Vereinigte Staaten | 4210000 | 4696000 |
| Deutschland | 2914000 | 3380000 |
| Frankreich | 1886000 | 2033000 |
| Belgien | 624000 | 717000 |
| Österreich-Ungarn | 523000 | 573000 |
| Zusammen: | 18407000 | 20020000 |
Die Puddeleisenproduktion der ganzen Welt stellt sich auf 9 Mill. T., die Flußeisenproduktion auf 6,500,000 T.
Die Ausfuhr an Roheisen und schmiedbarem E. betrug (in Tonnen):
| | 1881 | 1882 |
| Großbritannien | 3877000 | 4415000 |
| Deutschland | 1135000 | 1065000 |
| Belgien | 400000 | 468000 |
| Schweden | 262000 | 286000 |
| Frankreich | 120000 | 105000 |
| Österreich-Ungarn | 47000 | 39000 |
| Zusammen: | 5840000 | 6380000 |
Litteratur: Sveen v. Riemann, Geschichte des Eisens, aus dem Schwedischen von Karsten (Liegn. 1814); Karsten, Handbuch der Eisenhüttenkunde (3. Aufl., Berl. 1841, 5 Bde.); Scheerer, Lehrbuch der Metallurgie (Braunschw. 1846–53, 2 Bde.); Hartmann, Vademekum für den praktischen Eisenhüttenmann (3. Aufl., Hamm 1863); Derselbe, Fortschritte des metallurgischen Hüttengewerbes, Bd. 1–6 (Leipz. 1858–63), fortgesetzt von A. v. Kerpely unter dem Titel: „Bericht über die Fortschritte der Eisenhüttentechnik“ (das. 1866–78); Kerl, Handbuch der Eisenhüttenkunde (2. Aufl., das. 1864); Derselbe, Grundriß der Eisenhüttenkunde (das. 1875); Dürre, Handbuch des gesamten Eisengießereibetriebes (2. Aufl., das. 1875, 2 Bde.); Percy-Wedding, Ausführliches Handbuch der Eisenhüttenkunde (Braunschw. 1864–78); Wedding, Schmiedbares E. (basischer Bessemer-Prozeß), 1. Ergänzungsband (das. 1884); Derselbe, Grundriß der Eisenhüttenkunde (2. Aufl., Berl. 1880); Kerpely, Die Anlage und Einrichtung von Eisenhütten (Leipz. 1873); Derselbe, Das E. auf der Wiener Ausstellung (Schemnitz 1873); Stölzel, Metallurgie (Braunschw. 1863 ff.); Bell-Tunner, Über die Entwickelung und Verwendung der Wärme in Eisenhochöfen (Leipz. 1870); Ledebur, Das Roheisen, mit besonderer Berücksichtigung seiner Verwendung in der Eisengießerei (2. Aufl., das. 1879); Derselbe, Die Verarbeitung der Metalle (Braunschw. 1877–79); Derselbe, Leitfaden für Eisenhütten-Laboratorien (das. 1881); Derselbe, Eisengießerei (Leipz. 1882); Reiser, Das Härten des Stahls (das. 1881); Rott, Fabrikation des schmiedbaren und Tempergusses (das. 1881); Beck, Geschichte des Eisens (Braunschw. 1884 ff.); „Stahl und Eisen“, Zeitschrift der nordwestlichen Gruppe des Vereins deutscher Eisen- und Stahlindustrieller (Düsseld., seit 1881).
Eisen, Charles, franz. Zeichner und Kupferstecher, geb. 1722 zu Brüssel, führte eine große Zahl von Zeichnungen für illustrierte Werke, namentlich für Descamps’ „Vie des peintres“, für Basoms Ausgabe der „Metamorphosen“ des Ovid, für Lafontaines Erzählungen etc. aus. Sein Hauptwerk sind die „Küsse“, nach Johannes Secundus, einem lateinischen Dichter des 16. Jahrh. Er war vorzugsweise in Paris thätig und gehörte zu den Zeichnern und Kupferstechern, deren Werke wegen ihrer Frivolität von den Sammlern als „galante Blätter“ bezeichnet werden. Er verließ Paris 1777 und starb 4. Jan. 1778 in Brüssel.
[413]
| Bezeichnung | Gesamt­kohlen­stoff C α + β | Gebun­dener Kohlen­stoff C α | Gra­phit C β | Sili­cium | Phos­phor | Schwe­fel | Man­gan | Ku­pfer | Ei­sen | Bemerkungen |
| Weißes Roheisen. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | Proz. | |
| Spiegel­eisen: | | | | | | | | | |
| Hochdahl in Siegen | – | 5,040 | – | 0,410 | – | 0,080 | 5,750 | 0,160 | 88,560 | |
| Vulkan bei Duisburg | – | 4,770 | – | 0,090 | 0,280 | 0,012 | 18,700 | 0,118 | 76,030 | |
| Gleiwitz | 3,490 | 3,060 | 0,430 | 1,290 | 0,950 | 0,100 | 2,990 | – | – | |
| Müsen | 4,010 | – | – | 1,040 | 0,040 | Spur | 9,380 | 0,160 | – | |
| Strahliges Eisen: | | | | | | | | | |
| Neuberg | 3,123 | – | – | 0,616 | 0,036 | 0,045 | 1,820 | 0,155 | 94,205 | |
| Vordernberg | 5,050 | 5,050 | – | 0,830 | – | Spur | 2,000 | – | – | |
| Eisenerz $\left\{{\begin{aligned}\\\\\end{aligned}}\right.$ | 3,830 | – | – | 0,410 | 0,040 | 0,020 | 0,980 | – | 94,680 | großluckige Flossen |
| Eisenerz $\left\{{\begin{aligned}\\\\\end{aligned}}\right.$ | 3,009 | – | – | 0,265 | 0,073 | 0,011 | 0,453 | – | 96,189 | kleinluckige Flossen |
| Gares, gewöhn­liches Weißeisen: | | | | | | | | | |
| Schwechat | 2,830 | – | – | 0,520 | 0,184 | 0,085 | 2,670 | – | 93,711 | |
| Mägdesprung | 2,550 | 1,510 | 1,040 | 0,250 | 0,180 | 0,050 | 3,720 | 0,060 | – | |
| Luxemburg | 2,100 | – | – | 0,910 | 1,820 | 0,080 | 0,220 | – | 94,870 | |
| Graues Roheisen. | | | | | | | | | |
| Gießerei­eisen: | | | | | | | | | |
| Oberhausen | 3,540 | 0,260 | 3,280 | 2,450 | 0,980 | 0,011 | 0,180 | 0,060 | 92,400 | |
| Dortmunder Union | 3,590 | 0,190 | 3,400 | 2,450 | 0,990 | 0,035 | 1,480 | 0,039 | 91,100 | |
| Steele (Phönix) | 3,650 | 0,490 | 3,160 | 2,110 | 0,850 | 0,021 | 0,970 | 0,040 | 92,000 | |
| Duisburg | 3,540 | 0,540 | 3,000 | 1,470 | 0,710 | 0,018 | 0,840 | 0,047 | 93,350 | |
| Hörde | 3,540 | 0,490 | 3,050 | 1,160 | 1,070 | 0,019 | 1,010 | 0,103 | 92,850 | |
| Ilsenburg | 4,300 | 0,532 | 3,768 | 0,432 | Spur | 0,151 | 1,426 | – | 93,691 | mit Holzkohlen erblasen |
| Bessemer­roheisen: | | | | | | | | | |
| Steirisches Roheisen | 3,930 | 0,750 | 3,180 | 1,960 | 0,040 | 0,018 | 3,460 | 0,085 | – | desgleichen |
| Hörde | 3,5–4 | – | – | 2,5–4,5 | 0,05–0,15 | 0,100 | 3,0–7,0 | – | – | |
| Westanfors (Schweden) | 5,052 | 3,342 | 1,710 | 0,748 | 0,031 | 0,005 | 3,119 | – | – | |
| Thomaseisen enthält | 2,5–3,5 | – | – | bis 1,0 | 2,0–3,0 | bis 0,1 | 2,0–2,5 | – | – | |
[423]
| Verarbeitung durch Herdfrischen zu | Verarbeitung durch Herdfrischen zu | Verarbeitung durch Herdfrischen zu | Verarbeitung durch Herdfrischen zu | Verarbeitung durch Herdfrischen zu | Verarbeitung durch Puddeln zu | Verarbeitung durch Puddeln zu | Verarbeitung durch Puddeln zu | Verarbeitung durch Puddeln zu | Verarbeitung durch Puddeln zu | Verarbeitung durch Bessemern. | Verarbeitung durch Bessemern. | Verarbeitung durch Bessemern. | Verarbei­tung im Martin-Ofen mit Schmiede­eisen oder Stahl |
| Schmiedeeisen. | Schmiedeeisen. | Schmiedeeisen. | Stahl. | Stahl. | Schmiedeeisen. | Schmiedeeisen. | Schmiedeeisen. | Stahl. | Stahl. | | Verarbeitung durch Bessemern. | Verarbeitung durch Bessemern. | Verarbeitung durch Bessemern. | Verarbei­tung im Martin-Ofen mit Schmiede­eisen oder Stahl |
| $\overbrace {\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \quad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \quad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \quad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \quad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \qquad \qquad \qquad }$ | $\overbrace {\qquad \qquad \quad }$ |
| Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Wird geschweißt und gewalzt. | Wird geschweißt und gewalzt. | Wird im Martin-Ofen mit Roheisen ge­schmolzen und zu Eisen­bahn­schienen, Radreifen oder Façon­guß verar­beitet. | Wird geschweißt und gewalzt. | Wird geschweißt und gewalzt. | Verarbeitung der | Verarbeitung der | Verarbeitung der | wie sub 8 und 13. |
| Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Wird zu Stäben aus­gereckt und dient als | Verarbeitung | Verarbeitung | Wird im Martin-Ofen mit Roheisen ge­schmolzen und zu Eisen­bahn­schienen, Radreifen oder Façon­guß verar­beitet. | Verarbeitung | Verarbeitung | Blöcke durch Schweißen und Walzen zu Eisen­bahn­schienen, Radreifen, Blechen. | Abfälle u. Enden | Abfälle u. Enden | | wie sub 8 und 13. |
| Handels­ware für Schmiede, Schlosser, zur Draht­fabri­kation etc. | Material für den Zementa­tions­prozeß. Es entsteht Zement­stahl. Material zu | Material für den Zementa­tions­prozeß. Es entsteht Zement­stahl. Material zu | Handels­ware (Kärn­tener Roh­stahl) für Anfer­tigung von Werk­zeugen etc. | Material für Gärb­stahl­dar­stellung. Be­nutzung wie sub 3. | zu Handels­ware, als: Stabeisen, Façon­eisen, Blech etc. | durch den Zemen­tations­prozeß zu Zement­stahl. Be­nutzung wie sub 2 und 3. | Wird im Martin-Ofen mit Roheisen ge­schmolzen und zu Eisen­bahn­schienen, Radreifen oder Façon­guß verar­beitet. | zu Handels­ware (Schie­nen, Rad­reifen, Material für grö­bere Werk­zeuge etc.). | durch Tiegel­schmelzen zu Tiegel­gußstahl, Achsen, Rad­reifen, Werk­zeugen. | Blöcke durch Schweißen und Walzen zu Eisen­bahn­schienen, Radreifen, Blechen. | zu Tiegel­gußstahl, Ge­schützen, Maschinen­teilen, Façon­guß. | im Martin-Ofen wie sub 8. | wie sub 8 und 13. |
| Handels­ware für Schmiede, Schlosser, zur Draht­fabri­kation etc. | Tiegel­gußstahl für die feinsten Werk­zeuge. | Gärbstahl für Federn, feine Werk­zeuge etc. | Handels­ware (Kärn­tener Roh­stahl) für Anfer­tigung von Werk­zeugen etc. | Material für Gärb­stahl­dar­stellung. Be­nutzung wie sub 3. | zu Handels­ware, als: Stabeisen, Façon­eisen, Blech etc. | durch den Zemen­tations­prozeß zu Zement­stahl. Be­nutzung wie sub 2 und 3. | Wird im Martin-Ofen mit Roheisen ge­schmolzen und zu Eisen­bahn­schienen, Radreifen oder Façon­guß verar­beitet. | zu Handels­ware (Schie­nen, Rad­reifen, Material für grö­bere Werk­zeuge etc.). | durch Tiegel­schmelzen zu Tiegel­gußstahl, Achsen, Rad­reifen, Werk­zeugen. | Blöcke durch Schweißen und Walzen zu Eisen­bahn­schienen, Radreifen, Blechen. | zu Tiegel­gußstahl, Ge­schützen, Maschinen­teilen, Façon­guß. | im Martin-Ofen wie sub 8. | wie sub 8 und 13. |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
[424]
| Bezeichnung | Gesamt­kohlen­stoff C α + β | Gebun­dener Kohlen­stoff Cα | Gra­phit Cβ | Sili­cium | Phos­phor | Schwe­fel | Man­gan | Ku­pfer | Ei­sen | Bemer­kungen |
| A. Schmiede­eisen. 1) Schweißeisen. a) Herdfrischeisen: | | | | | | | | | | |
| Mägde­sprung im Harz $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 0,400 | 0,380 | 0,020 | 0,014 | – | – | 0,303 | 0,320 | – | dicht |
| Mägde­sprung im Harz $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 0,497 | 0,237 | 0,260 | Spur | – | – | 0,294 | 0,112 | – | desgl. |
| Mägde­sprung im Harz $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 0,324 | 0,104 | 0,220 | 0,067 | – | – | 0,317 | 0,048 | – | sehr gut, weich, dicht |
| Rybnik (Schlesien) | 0,092 | – | – | 0,026 | – | 0,007 | – | – | – | |
| Schwedisches Eisen | 0,087 | 0,087 | – | 0,115 | 0,034 | 0,220 | – | – | – | |
| Russisches Eisen | 0,272 | 0,272 | – | 0,062 | – | 0,234 | – | – | – | |
| b) Puddeleisen: | | | | | | | | | | |
| Low Moor | 0,016 | – | – | 0,122 | 0,106 | 0,104 | 0,280 | – | – | Panzerplatte |
| Stabeisen, aus hellgrauem Cleveland-Roheisen erhalten | 0,150 | 0,150 | – | 0,140 | 0,470 | 0,040 | 0,140 | – | 97,130 | |
| 2) Fußeisen. a) Bessemereisen: | | | | | | | | | | |
| Neuberger Graueisen | 0,234 | 0,234 | – | 0,033 | 0,044 | Spur | 0,139 | 0,105 | 99,445 | saurer Prozeß |
| Atlas Works (Sheffield) | 0,370 | 0,370 | – | Spur | 0,590 | 0,090 | 0,649 | – | – | desgl. |
| Ebbw Vale (England) | 0,292 | 0,292 | – | 0,011 | 0,061 | 0,012 | 0,136 | – | – | desgl. |
| Rheinische Stahlwerke | 0,25–0,3 | – | – | Spur | 0,06–0,09 | – | 0,300 | – | – | basischer Prozeß (Schienen) |
| b) Martineisen: | | | | | | | | | | |
| Graz (Südbahnwalzwerk) | 0,3–0,4 | – | – | 0,01–0,02 | 0,08–0,12 | – | 0,10–0,25 | – | – | Schienen |
| Stahlwerk Hallside | 0,39–0,48 | – | – | 0,08–0,12 | – | 0,02–0,03 | 0,38–0,41 | – | – | |
| Alexandrowski-Stahlwerk bei St. Petersburg | 0,3–0,4 | – | – | Spur | 0,08–0,1 | – | 0,8–0,9 | – | – | Schienen |
| Desgleichen | 0,100 | – | – | Spur | 0,020 | 0,020 | 0,430 | – | – | basisches Futter |
| B. Stahl. 1) Schweißstahl. a) Herdfrischstahl: | | | | | | | | | | |
| Steirischer Edelstahl | 1,129 | – | – | Spur | – | Spur | – | Spur | – | |
| Siegener Edelstahl | 1,698 | – | – | 0,038 | – | Spur | – | 0,379 | – | |
| b) Puddelstahl: | | | | | | | | | | |
| Königshütte (Harz) | 1,380 | 1,380 | – | 0,006 | Spur | – | 0,012 | – | – | |
| Englischer Puddelstahl | 0,501 | – | – | 0,106 | 0,096 | 0,002 | 0,144 | – | – | |
| c) Zementstahl | | | | | | | | | | |
| aus Elberfeld | 0,496 | 0,416 | 0,080 | – | – | – | – | – | – | weich |
| Indischer Wootz | 1,648 | 1,336 | 0,312 | 0,043 | – | – | – | – | – | |
| 2) Flußstahl. | | | | | | | | | | |
| Englischer Zementgußstahl | 0,732 | 0,627 | 0,105 | 0,030 | – | 0,003 | 0,120 | – | – | |
| Kruppscher Kanonenstahl | 1,180 | – | – | 0,330 | 0,020 | – | Spur | 0,300 | – $\left\{{\begin{aligned}\\\\\\\end{aligned}}\right.$ | 0,120 Ni u. Co. Geschütz sprang beim ersten Schuß |
| Gußstahl (Schmalkalden) | 1,740 | 1,730 | 0,010 | 0,203 | – | 0,003 | – | – | – | |
| Bessemerstahl (Dowlais) | 0,566 | 0,566 | – | 0,030 | 0,055 | – | – | 0,039 | – | saurer Prozeß |
| Bessemerstahl (Graz) | 0,600 | 0,600 | – | 0,008 | – | – | – | – | – | desgl. |
| „ (Graz) | 1,050 | 1,050 | – | 0,010 | – | – | – | – | – | desgl. |
| „ (Maders­pach) | 0,650 | 0,005 | 0,645 | 0,052 | Spur | 0,088 | 0,072 | 0,068 | – | desgl. |
Ergänzungen und Nachträge :
| Band 17 (1890), Seite 273–274 ||
| <<< Eisele | >>> Eisenach |
| korrigiert ||
| Indexseite ||
[273] Eisen. Stahl mit einem Mangangehalt von 12 Proz. ist sehr schwer magnetisierbar. Wenn 1 g Manganstahl durch eine magnetisierende Kraft den Magnetismus 1 annimmt, dann nimmt 1 g Silberstahl in dicken Drähten den Magnetismus 3489, in dünnen 3141 an und 1 g E. sogar den Magnetismus 4395, bez. 3570. Die Magnetisierbarkeit des Manganstahls steht also ganz außerordentlich hinter der des Eisens und des Silberstahls zurück, und es dürfte daher der Manganstahl bei Schiffsbauten in höherm Grad zu verwenden sein, da er weniger störende Wirkungen auf die Kompasse auszuüben verspricht. Bemerkenswert ist, daß im Manganstahl die Hälfte des Magnetismus dauernd zurückbleibt, während Silberstahl selbst in dünnen Schichten nur etwa ein Viertel, E. etwa ein Neuntel als permanenten Magnetismus zurückhalten.
Die chemische Prüfung des Eisens ist ausschließlich eine quantitative, da bei den einzelnen Eisensorten nur die Menge der stets sich gleichbleibenden Bestandteile wechselt. Zur Bestimmung des [274] Kohlenstoffs löst man das E. in der Weise, daß der Kohlenstoff ungelöst zurückbleibt und zwar im Bunsenschen Element, indem man ein gewogenes Eisen- oder Stahlstück zur positiven, ein Platinblech zur negativen Elektrode macht und beide in verdünnte Salzsäure taucht. Ist nach etwa zwölf Stunden eine genügende Menge E. gelöst, so spült man das Eisenstück gut ab, trocknet und wägt es. Den ausgeschiedenen Kohlenstoff bringt man auf ein Asbestfilter, wäscht, trocknet und bestimmt die Menge desselben durch Elementaranalyse. Noch einfacher löst man das gröblich zerkleinerte E. in schwach erwärmter Lösung von Kupferammoniumchlorid, auch kann man den Kohlenstoff mit Hilfe von Chromsäure zu Kohlensäure oxydieren und letztere im Kaliapparat auffangen. Der Graphit bleibt ungelöst zurück, wenn man das E. in verdünnter Salz- oder Schwefelsäure löst und die Lösung bis zum Sieden erhitzt; den Rückstand wäscht man mit heißem Wasser, verdünnter Kalilauge, dann mit Alkohol und Äther. Bei graphitärmern Eisensorten bestimmt man den gebundenen Kohlenstoff kolorimetrisch, indem man fein gesiebtes Eisenpulver in reiner Salpetersäure löst, die Lösung anhaltend auf 80° erwärmt und dann ihre Färbung mit derjenigen einer Probelösung vergleicht, die man gleichzeitig und in gleicher Weise aus Stahl bereitet, dessen Kohlenstoffgehalt gewichtsanalytisch bestimmt worden war. Zur Bestimmung des Schwefels löst man nach Eggertz eine abgewogene Eisenprobe in verdünnter Schwefelsäure und läßt dabei den entwickelten Schwefelwasserstoff auf ein in dem nicht ganz luftdicht verschlossenen Gefäß aufgehängtes blankes Silberblech von bestimmter Größe einwirken. Nach der Färbung des Silbers beurteilt man den Schwefelgehalt des Eisens. Nach Classen löst man das E. in Schwefelsäure und leitet den Schwefelwasserstoff in ein mit Glasperlen gefülltes Rohr, durch welches eine Lösung von Brom in Salzsäure tröpfelt. Zur vollständigen Verdrängung des Schwefelwasserstoffs aus dem Lösungsgefäß leitet man reine Kohlensäure durch den Apparat. Die im Absorptionsgefäß gebildete Schwefelsäure wird als schwefelsaurer Baryt bestimmt. 100 Teile desselben entsprechen 13,75 Teilen Schwefel. Zur Bestimmung des Phosphors löst man das E. in Salpetersäure, verdampft zur Trockne, erhitzt, bis keine braunen Dämpfe mehr entweichen, digeriert mit konzentrierter Salzsäure, löst, filtriert die Kieselsäure ab, verdampft das Filtrat fast zur Trockne, verdünnt mit Wasser, übersättigt mit Ammoniak, löst den Niederschlag in Salpetersäure, fällt die Phosphorsäure mit molybdänsaurem Ammoniak und wägt sie als pyrophosphorsaure Magnesia, von welcher 100 Teile 27,95 Teilen Phosphor entsprechen. Die ausgeschiedene Kieselsäure wird nach dem Auswaschen und Glühen gewogen. 100 Teile derselben entsprechen 46,73 Teilen Silicium. Enthält die Kieselsäure noch etwas E., so schmelzt man sie mit kohlensaurem Natron und Salpeter, nimmt die Schmelze mit Wasser auf, fällt die Kieselsäure mit Salzsäure etc. Um die im E. enthaltenen Metalle zu bestimmen, löst man das E. in Salzsäure, filtriert, schmelzt den Rückstand mit kohlensaurem Natron und Salpeter, scheidet die Kieselsäure ab, filtriert in die Hauptlösung, oxydiert in dieser das Eisenoxydul mit Salpetersäure oder chlorsaurem Kali, verdünnt, versetzt mit Chlorammonium und fällt das E. durch Ammoniumcarbonat als basisches Carbonat. Aus dem verdampften und mit Salzsäure angesäuerten Filtrat wird das Kupfer durch Schwefelwasserstoff gefällt. Das Filtrat von letzterm wird mit Ammoniak neutralisiert und mit Schwefelammonium erhitzt. Man wird oft auf die Bestimmung von Kobalt und Nickel verzichten können und wägt dann den Niederschlag von Schwefelmangan ebenso wie den von Schwefelkupfer nach dem Auswaschen, Trocknen und Glühen im Wasserstoffstrom. Das Mangan kann man auch maßanalytisch bestimmen und wie E. und Kupfer auf elektrolytischem Weg, womit zugleich eine Schwefel- und Phosphorbestimmung zu verbinden ist.
Die Gewinnung des Eisens bietet keine eigentümlichen Schädlichkeiten dar. Bei Verhüttung von Thoneisensteinen entstehen Abwässer, welche Eisenvitriol und feinen Schlamm enthalten und deshalb vor dem Einlassen in öffentliche Wasserläufe mit Kalk gereinigt werden müssen. Die Arbeiter an Hochöfen sind der strahlenden Hitze und der Einwirkung der Gichtgase ausgesetzt, welche außer Kohlenoxyd und schwefliger Säure oft auch blei- und zinkhaltige Dämpfe führen, auch kommen Explosionen vor, gegen welche die üblichen Sicherheitsvorrichtungen nicht immer hinreichenden Schutz gewähren. Ebenso entstehen Explosionen beim Ablöschen der Schlacken mit Wasser. Ähnliche Gefahren bieten auch die weitern hüttenmännischen Arbeiten der Eisengießerei. Der aus den Öfen stammende Flugstaub wird wegen seines Gehalts an Eisensalzen der Vegetation auf weite Strecken schädlich. Die Former erkranken an „Kohlenlunge“, sind Explosionen und der Vergiftung durch Kohlenoxyd beim Trocknen der Formen durch offene Koksherde ausgesetzt. Daß bei der Gießerei Vorsichtsmaßregeln notwendig sind, um Verletzungen durch das flüssige Metall zu verhindern, ist selbstverständlich, ebenso sind beim Putzen des Rohgusses Schutzbrillen, Masken, gute Ventilation anzuwenden. Besondern Schutz bedürfen die Arbeiter an Dampfhämmern gegen umherfliegende glühende Eisen- und Schlackenteile. Über die Beschäftigung von Frauen und jugendlichen Arbeitern in Walz- und Hammerwerken hat der Bundesrat besondere Bestimmungen (23. April 1879) erlassen. Auch hat man in Drahtziehereien, in welchen zahlreiche Unfälle vorzukommen pflegen, selbstthätige Drahtführungen zum Schutz der Arbeiter eingeführt. Die Abwässer dieser Industrie enthalten Säuren und Eisensalze und sind mit Kalk zu behandeln. In der Eisenblechfabrikation haben die Arbeiter unter dem beim Polieren der Bleche entstehenden Staub zu leiden. Man hat den bisher benutzten Kalk durch Kleie ersetzt, welche nach der Benutzung noch als Schweinefutter verwertbar ist. Auf Emaillierwerken können Bleivergiftungen vorkommen, gegen welche die üblichen Vorsichtsmaßregeln geboten sind. Schmiede werden infolge der großen andauernden Muskelanstrengungen nicht selten herzkrank. Nadel-, Instrumenten-, Werkzeugschleifer und Feilenhauer atmen einen feinen, scharfen Staub ein, welcher die Schleiferkrankheit erzeugt, der die Arbeiter sehr früh erliegen. Englische Krankenhilfsvereine nehmen Schleifer gar nicht auf. Gute Saugvorrichtungen an den Schleifsteinen können erheblichen Schutz gewähren.
Jahres-Supplement 1890–1891 :
| Band 18 (1891), Seite 218–220 ||
| <<< Eis | >>> Eisenbahn |
| korrigiert ||
| Indexseite ||
[218] Eisen. Die Entphosphorung des Roheisens beim Thomasprozeß verläuft nach Hilgenstock etwa in folgender Weise. Befindet sich geschmolzenes Thomasroheisen von der Zusammensetzung I in der Birne,
| | I | II | III | IV |
| Phosphor | 3,00 | 1,50–2,00 | 0,050–0,07 | 0,060–0,09 |
| Mangan | 1,00 | 0,20–0,30 | 0,070–0,25 | 0,350–0,45 |
| Silicium | 0,15 | 0,01–0,02 | 0,008–0,01 | 0,008–0,01 |
| Kohlenstoff | 2,70 | 0,10–0,15 | 0,060–0,14 | 0,100–0,20 |
| Schwefel | 0,15 | 0,10–0,12 | 0,080–0,09 | 0,040–0,06 |
so ist alsbald nach dem Anlassen des Windes das Silicium verbrannt, es beginnt darauf die Verbrennung des Kohlenstoffs und die Oxydation des Mangans sowie des Phosphors, so daß nach der Entkohlung des Bades dasselbe die Zusammensetzung II zeigt. Nach Beendigung der nunmehr beginnenden Entphosphorungsperiode hat das Bad die Zusammensetzung III und enthält außerdem bis zu 0,3 Proz. Sauerstoff. Durch Reduktion mit Ferromangan erhält man schließlich fertigen Flußstahl (IV).
Die Oxydation und Abscheidung des Phosphors erfolgt zunächst als dreibasisch phosphorsaures Eisenoxydul (Fe3P2O8), diese Verbindung setzt sich aber mit [219] dem Ätzkalk sofort um, wobei ein vierbasisches Kalkphosphat (Ca4P2O9) entsteht, aus welchem durch metallisches E. kein Phosphor reduziert wird. Das frei gewordene Eisenoxydul wird durch Berührung mit dem Phosphor im Bade sofort wieder zu E. reduziert; so lange noch 0,3–0,5 Proz. Phosphor im Bade vorhanden sind, bleiben keine nennenswerten Mengen von Eisenoxydul unreduziert, und erst bei geringerm Phosphorgehalt steigt der Eisengehalt der Schlacke.
Das basische Verfahren von Thomas u. Gilchrist verdrängt den alten Bessemerprozeß in der sauern Birne mehr und mehr. In den letzten Jahren vollzog sich derselbe Vorgang auch auf dem Gebiet der Flußeisendarstellung im Flammofen. Die Gesamterzeugung an Flußeisen im Flammofen nimmt in letzter Zeit außerordentlich zu und fast ausschließlich unter Benutzung eines basischen Herdfutters. Flußeisen, welches den höchsten Anforderungen entsprechen soll, wird fast allgemein auf dem basischen Herde des Siemens-Martinofens erzeugt. Bei der Massenerzeugung von Flußeisen zur Herstellung von Schienen, Schwellen u. dgl. wird die Birne auch ferner verwandt werden, aber Bleche, Bandagen werden in der Neuzeit wesentlich aus Flammofenflußeisen hergestellt. Für beschränkte Produktionen ist ein basischer Siemens-Martinofen sowohl in der Anlage als auch im Betrieb wesentlich billiger als eine Thomashütte mit Bessemerbirnen; deshalb sind in der letzten Zeit zahlreiche neue Siemens-Martinanlagen in Betrieb gesetzt worden, zumal gegenwärtig die Herstellung jeder Qualität von Flußeisen, ob weich oder hart, aus billigem Einsatz möglich ist.
Auf der Ilseder Hütte fielen die Erzeugungskosten von 1 Ton. Roheisen 1867–87 von 41,96 Mk. auf 23,01 Mk., d. h. um 82 Proz. der jetzigen Kosten, obgleich in derselben Zeit die Kosten von 10 T. Erz von 11,05 Mk. auf 24,18 Mk., also um 118 Proz., stiegen. Im J. 1867 betrug der Koksverbrauch für 1 T. Roheisen 1348 kg, 1887 dagegen nur 851 kg; dagegen stieg die Menge des täglich durchschnittlich erzeugten Roheisens von 32,660 kg im J. 1867 auf 156,160 kg im J. 1887. Erzeugt wird auf der Ilseder Hütte ein Roheisen mit durchschnittlich 2,92 Proz. Phosphor, welches für Flußeisenherstellung nach der basischen Methode sehr geeignet ist. Während in Deutschland und Luxemburg 1884: 486,000 T. Bessemereisen und 488,000 T. Thomaseisen erblasen wurden, stellen sich diese Zahlen für 1887 auf 432,000 T. Bessemereisen und 1,076,000 T. Thomaseisen, ein Beweis für den Aufschwung des basischen Verfahrens. – Nach Gilchrist wurden ferner 1888 nach dem basischen Verfahren folgende Mengen Flußeisen erzeugt:
| England | 415131 | Ton. |
| Deutschland, Luxemburg und Österreich | 1296487 | „ |
| Frankreich | 225890 | „ |
| Belgien und andre Länder | 46976 | „ |
Man ist in der Neuzeit im stande, Chromroheisen mit bis zu 70 Proz. Chrom herzustellen. Mit Hilfe dieses Chromroheisens wird in Schweden ein außerordentlich guter Martinstahl hergestellt, der häufig sogar den besten englischen Tiegelstahl übertrifft. Der Chromstahl besitzt im kalten Zustand größere Härte bei gleicher Zähigkeit als gewöhnlicher Stahl mit gleichem Kohlenstoffgehalt. Der Chromgehalt braucht in den meisten Fällen 1,5 Proz. nicht zu übersteigen.
Größere Wichtigkeit scheint neuerdings auch Manganstahl mit 7–20 Proz. Mangan zu erlangen; die Zähigkeit und Widerstandsfähigkeit dieser Legierungen sind ganz außerordentlich. Dagegen sind Produkte mit nur 0,75–7 Proz. Mangan brüchig, zerbrechlich und infolgedessen unbrauchbar. Der Manganstahl läßt sich nicht wie gewöhnlicher Stahl härten und ist kaum magnetisch; der Magnet ist um so wirkungsloser, je höher der Mangangehalt.
Eine wichtige Rolle dürfte in der Zukunft das Aluminium in der Eisen- und Stahlgießerei erlangen. Geschmolzenes Schmiedeeisen, Mischungen von Gußeisen und Stahl oder Stahl allein, welche an und für sich blasige, fehlerhafte Gußstücke liefern würden, geben guten blasenfreien Guß, sobald eine geringe Menge (0,1–0,5 Proz.) Aluminium kurz vor dem Gießen zugesetzt wird (sogen. Mitisverfahren). Wie bekannt, bildet sich beim gewöhnlichen Guß durch Einwirkung von Eisenoxydul auf Kohlenstoff Kohlenoxyd, welches die Blasenbildung verursacht. Setzt man aber Aluminium hinzu, so wird das Eisenoxydul unter Bildung von festem Aluminiumoxyd reduziert und die Bildung von Blasen infolgedessen verhindert. Bei der Zersetzung des Eisenoxyduls findet eine beträchtliche Temperaturerhöhung statt, so daß das geschmolzene Metall dünnflüssiger wird und die feinsten Kanäle der Form gut ausfüllt. Aluminium verdrängt ferner den Kohlenstoff aus seiner Lösung im E. und verwandelt denselben in Graphit. Der ausgeschiedene Graphit ist durch die ganze Masse gleichmäßig verteilt, so daß die Härtung einzelner Stellen vermieden wird, die Gußstücke sich viel leichter bearbeiten lassen und eine größere Gleichartigkeit des Korns besitzen. Im allgemeinen ist es vorteilhafter, das Aluminium als Reinmetall II in Form der kleinen Stückchen anzuwenden, wie dieselben von der Fabrik zu Neuhausen (s. Aluminium) in den Handel gebracht werden. Reinaluminium löst sich sehr schnell im geschmolzenen E. auf und verteilt sich rasch durch die ganze Masse. Man legt es auf den Boden der Pfanne oder taucht es mit einer Zange unter; sobald sich das Aluminium gelöst hat, rührt man das Metall gut durch und schreitet sofort zum Guß. Nur beim Guß sehr kleiner Stücke ist die Anwendung eines 10–15proz. Ferroaluminiums vorteilhafter.
Für das im preußischen Eisenbahnbetrieb zur Verwendung kommende Eisenmaterial sollen nach dem Zirkularerlaß des preußischen Ministeriums für öffentliche Arbeiten vom 29. Jan. 1889 im amtlichen Verkehr folgende Benennungen gebraucht werden:
A. nach der Herstellungsweise des Materials:
1) Roheisen ist das Erzeugnis des Hochofens und kann nach seiner Herstellungsart als Koksroheisen oder Holzkohlenroheisen, nach seiner Farbe als weißes (Spiegeleisen, Weißstrahl, Weißkorn), graues oder halbiertes Roheisen bezeichnet werden.
2) Gußeisen ist das in besondere Formen gegossene, in der Regel vorher umgeschmolzene Roheisen. Stahlguß erhält man durch Zusetzen von Stahlabfällen beim Umschmelzen, schmiedbares Gußeisen (Temperguß) durch nachträgliches Schmiedbarmachen von Gußwaren, Hartguß durch Bildung einer harten Außenrinde (Gießen in eisernen Formen). Zur Bezeichnung der Art der Einformung sind die Ausdrücke Herdguß, Sandmasse oder Lehmguß anzuwenden.
3) Schweißeisen ist das im teigigen Zustand gewonnene, in der Regel im Puddelofen hergestellte, schmied- und schweißbare, aber nicht merklich härtbare E. (sonst gewöhnlich Schmiedeeisen genannt). Wird Schweißeisen zu Blechen oder Stäben ausgewalzt, ausgeschmiedet oder zu Draht gezogen, so kann es Blech, Walz- oder Stabeisen, auch Quadrat-, Rund-, [220] Flach-, Profil-, Bandeisen etc., Walzdraht oder Zugdraht genannt und diese Bezeichnung der Benennung Schweißeisen hinzugefügt oder dahinter in Klammern eingeschaltet werden. Die Benennung Schmiedeeisen fällt aus.
4) Schweißstahl ist das wie bei 3) gewonnene, aber merklich härtbare Material. Zur Angabe der Herstellungsweise sind die Bezeichnungen Puddelstahl, Raffinierstahl, Zementstahl etc. in Klammern anzufügen. Die Form (Blech, Stab, Draht etc.) wird in derselben Weise wie bei 3) bezeichnet.
5) Flußeisen ist das im flüssigen Zustand gewonnene, im Bessemer-, Thomas- oder Martinverfahren hergestellte schmiedbare, aber nicht merklich härtbare Material (hiernach unterschieden in Bessemer-, Thomas- oder Martinflußeisen). Die Form wird wie bei 3) bezeichnet.
6) Flußstahl ist das im flüssigen Zustand gewonnene, merklich härtbare E., und zwar je nach der Herstellung Tiegel-, Bessemer-, Thomas- oder Martinflußstahl. Die Form wird wie unter 3) angegeben. Die Benennung Gußstahl fällt aus.
Schweiß- und Flußeisen, bez. Stahl können auch noch nach der Beschaffenheit (z. B. sehniges Schweißeisen, Feinkorneisen) oder nach der Bearbeitung (als gehämmertes E., Raffinierstahl etc.) bezeichnet werden. Da die Grenze zwischen härtbarem und nicht härtbarem Material schwer festzustellen ist, so ist in der Regel ein Material mit einer Zerreißungsfestigkeit von 50 kg pro Quadratmillimeter und darüber als Stahl, ein Material von geringerer Zerreißungsfestigkeit als E. anzusprechen.
B. Bezeichnung nach den Verwendungszwecken. Soll das unter A. bezeichnete Material nach seiner verschiedenen Verwendbarkeit besonders gekennzeichnet werden, so sind dafür die folgenden Nebenbezeichnungen zu wählen und diese in der Regel in Klammern hinter den unter A. bezeichneten Hauptgattungsnamen einzuschalten.
1) Roheisen ist je nach seiner Bestimmung zum Gießerei-, Puddel-, Bessemer-, Thomasbetrieb mit Gießerei-, Puddel-, Bessemer-, Thomasroheisen etc. zu bezeichnen.
2) Gußstücke aus Gußeisen heißen Gußwaren. Gußwaren, die weiterer Bearbeitung auf Maschinen unterliegen, heißen Maschinenguß, zum Umschmelzen bestimmte Gußwaren oder Bruchstücke Gußschrott.
3) Dem Schweißeisen können die seiner verschiedenen Verwendung entsprechenden Bezeichnungen, z. B. Niet-, Mutter-, Ketten-, Brückeneisen, Kesselblech etc., gegeben werden. Alte abgängige Schweißeisenteile heißen Schweißeisenschrott, bez. Blechschrott.
4) Dem Schweißstahl kann die besondere Bezeichnung Stählstahl gegeben werden.
5) Flußeisen wird im Eisenbahnbetrieb vorzugsweise zur Anfertigung von Schwellen, Laschen, Achsen, Wagenradreifen, Trägern, Maschinenteilen, Blechen etc. verwendet und ist hiernach in ähnlicher Weise wie das Schweißeisen bei B 3) zu bezeichnen. Das zu diesen Gegenständen bestimmte Flußeisen wird als Schwellenflußeisen etc. bezeichnet. Die rohen Stücke heißen Blöcke. Das Wort Ingot fällt aus. In fertiger Form gegossene Stücke aus Flußeisen (besondere Maschinenteile) heißen Flußwaren.
6) Flußstahl wird im Eisenbahnbetrieb vorzugsweise zu Trag- und Spiralfedern, Schienen, Lokomotivradreifen sowie zur Anfertigung schneidender Werkzeuge gebraucht. Das zu diesen Gegenständen bestimmte Material ist dem entsprechend mit Federflußstahl etc. zu bezeichnen, auch kann der Bezeichnung Federstahl, Werkzeugstahl, Drehstahl, Meißelstahl, Gewindebohrstahl, Lochstempelstahl etc. das Wort Flußstahl in Klammern nachgesetzt werden. Die zur Herstellung dieser Gegenstände bestimmten rohen Stücke heißen Flußstahlblöcke, die daraus durch Guß in fertiger Form hergestellten Gegenstände Flußstahlwaren.
Soll der Verwendungszweck eines Materials mehr betont werden als die Herstellungsweise, so kann die unter B. angegebene besondere Bezeichnung vorangestellt werden, während die unter A. angegebene in Klammern dahinter gesetzt wird, z. B. Nieteisen (Schweißeisen), Werkzeugstahl (Tiegelflußstahl), Federstahl (Flußstahl), Lascheneisen (Flußeisen), Achsen (Martinflußeisen), Kesselblech (Schweißeisen) etc., oder es kann die Silbe Schweiß oder Fluß vorangestellt werden, z. B. Schweißnieteisen, Flußfederstahl etc. Die Aufnahme von weitern, namentlich im Eisenhüttenbetrieb gebräuchlichen, die Herstellung oder die Verwendung kennzeichnenden Benennungen, welche indes für den Eisenbahnbetrieb nur von untergeordneter Bedeutung sind, wird nicht beabsichtigt; erforderlichen Falls sind die in den benachbarten Industrierevieren gebräuchlichen Bezeichnungen anzuwenden.
Jahres-Supplement 1891–1892 :
| Band 19 (1892), Seite 215 ||
| <<< Eis | >>> Eisenbahnbetrieb |
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[215] Eisen. Gediegenes E. ist in den Goldwäschen von Berezowsk im Ural gefunden worden. Es stammt aus den goldführenden Sanden des alten Alluviums des Pischmathales, welche von einer 3,5–5 m dicken Schicht von Torf, Thon und goldarmem Sand bedeckt sind. Die Eisenstücke sind an der Oberfläche rostfarbig, sie sind stark magnetisch, ohne Polarität, vom spez. Gew. 7,59; sie enthalten kein Nickel und zeigen beim Ätzen mit Säure keine Widmanstättensche Figuren, sind also nicht außerirdischen Ursprunges. Beim Zersägen erhielt man in dem Feilicht außer Rostpartikelchen auch steinige Körnchen. Diese bestanden aus Quarz, Glimmer, Olivin, Angit, Serpentin, Feldspat, Eisenoxydul und Chromeisen. In dem E. konnte etwa 0,1 Proz. Platin nachgewiesen werden. Dies Zusammenvorkommen von magnesiumhaltigen Mineralien mit platinhaltigem, gediegenem E. ist bereits an andern Orten beobachtet und weist auf einen Ursprung aus den infragranitischen Tiefen des Erdkörpers hin. Alle Charaktere sprechen ferner dafür, daß das gediegene E. nicht etwa durch Reduktion aus einem Oxyd entstanden, sondern sich bei Abwesenheit oder wenigstens bei Mangel an Sauerstoff mit den übrigen Bestandteilen zu dem Fundstück associiert hat. Eine deutlich blätterige Struktur, eine eigentümliche Krümmung, die erkennen läßt, daß das Stück energisch um sich selbst gedreht ist, läßt sich kaum anders erklären, als durch die Einwirkung starker mechanischer Kräfte, welche beim Hervorpressen der Massen aus den infragranitischen Tiefen mitgewirkt haben.
Bei der ausgedehnten Benutzung des Eisens und Stahles zu Schienen, Brücken und sonstigen Bauzwecken ist es von höchstem Interesse, das Verhalten des Eisens bei niedriger Temperatur kennen zu lernen. Steiner benutzte zu seinen derartigen Versuchen Blechstreifen der verschiedenen Eisen- und Stahlsorten von 3–5 cm Breite, 20 cm Länge und 7–10 mm Dicke, ermittelte durch besondere Versuche die Festigkeit dieser Materialien und kühlte sie dann in einem aus zwei Samthülsen hergestellten Schlauch durch flüssige Kohlensäure, die bekanntlich bei der Verdampfung infolge der hierbei auftretenden Temperaturerniedrigung zum Teil erstarrt. Nachdem die Versuchsstücke 30 Minuten von fester Kohlensäure umhüllt in dem Frostsack verweilt hatten, wurden sie herausgenommen und durch Biegen auf ihre Festigkeit geprüft. Schweißeisen, Flußeisen und englischer Gußstahl ließen nach allmählicher Erwärmung auf Normaltemperatur keine wesentliche Änderung bei der Biegeprobe erkennen. Schweißeisen ließ sich auch im abgekühlten Zustande um 180° biegen, ohne zu brechen; war es aber vor der Abkühlung auf einer Seite mit einem Meißel etwa 1 mm tief eingekerbt worden, so ertrug es diese Biegung nicht mehr. Die Bruchfläche, die in ungekühltem Zustande faserig war, zeigte in gekühltem Zustande ein körniges Gefüge. Weiches, unverletztes Flußeisen und noch viel mehr der untersuchte Stahl sprang nach erlittener kleiner Biegung schon beim dritten schwachen Schlage klirrend wie Glas entzwei. Die, wie angegeben, eingekerbten Versuchsstücke dieser zwei Sorten zeigten dies Verhalten schon beim ersten leichten Schlage, ohne eine Biegung anzunehmen; die Bruchflächen der gekühlten Stücke zeigten körnige, der Stahl sogar fast grobkörnige Struktur. Diese Versuchsergebnisse zeigen klar den ungünstigen Einfluß hoher Kältegrade auf die genannten Baumaterialien und bestätigen die bekannte Regel, daß Brücken aus Flußeisen bei abnorm niedrigen Temperaturen nur langsam zu befahren sind, und daß äußere Verletzungen der Flußeisenbestandteile einer Brücke schon beim Bau, soweit irgend thunlich, vermieden werden müssen.
Die französische Regierung hat Versuche über das Verhalten von Kanonenstahl bei niedrigen Temperaturen angestellt. Es wurden gehärtete und nichtgehärtete Probestücke verschiedenen Prüfungen bei einer durch feste Kohlensäure mit Äther erzeugten Temperatur von −56 bis −73° unterworfen, und man fand, daß die gekühlten Stäbe durchschnittlich durch sechs Schläge zerbrochen wurden, während sie unter gewöhnlichen Verhältnissen 15 Schläge ertrugen. Diesen Versuchen gegenüber erscheint es auffallend, daß die eisernen Werkzeuge und Gewehrläufe der Nordpolfahrer so wenig unter dem Einfluß der Kälte (bis −56°) zu leiden scheinen. Besonders die Gewehrläufe, die dem heftigen Stoß des explodierenden Pulvers ausgesetzt sind, müßten eine Abnahme der Festigkeit des Eisens erkennen lassen. Hierüber ist aber nichts bekannt geworden, und man darf daher wohl annehmen, daß die eben angeführten Erscheinungen auf eine durch plötzliche, sehr starke Abkühlung bedingte momentane Umlagerung der Eisenmoleküle zurückzuführen sind, und daß bei allmählicher Erniedrigung der Temperatur die Moleküle Zeit finden, eine den neuen Verhältnissen entsprechende Lagerung anzunehmen.

## Anmerkungen (Wikisource)

* ↑ Vorlage: gleichzeitg