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Elemente
Eisen.
[* 2] 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||3.0||1.5-2||0.05-0.07||0.06-0.09|
|Mangan||1.0||0.2-0.3||0.07-0.25||0.35-0.45|
|Silicium||0.15||0.01-0.02||0.008-0.01||0.008-0.01|
|Kohlenstoff||2.70||0.10-0.15||0.06-0.14||0.10-0.20|
|Schwefel||0.15||0.10-0.12||0.08-0.09||0.04-0.06|
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 [* 3] 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) ^[(Fe3P2O8)], diese Verbindung setzt sich aber mit ¶
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dem Ätzkalk sofort um, wobei ein vierbasisches Kalkphosphat (Ca4P2O9) ^[(Ca4P2O9)] entsteht, aus welchem durch metallisches Eisen kein Phosphor reduziert wird. Das frei gewordene Eisenoxydul wird durch Berührung mit dem Phosphor im Bade sofort wieder zu Eisen 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 [* 5] und Luxemburg [* 6] 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 [* 7] 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 [* 8] 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 Eisen auf und verteilt sich rasch durch die ganze Masse. Man legt es auf den Boden der Pfanne oder taucht es mit einer Zange [* 9] 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.
Technische Verwendung.
Für das im preußischen Eisenbahnbetrieb zur Verwendung kommende Eisenmaterial sollen nach dem Zirkularerlaß des preußischen Ministeriums für öffentliche Arbeiten vom 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 Eisen (sonst gewöhnlich Schmiedeeisen genannt). Wird Schweißeisen zu Blechen oder Stäben ausgewalzt, ausgeschmiedet oder zu Draht [* 10] gezogen, so kann es Blech, Walz- oder Stabeisen, auch Quadrat-, Rund-, ¶
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Flach-, Profil-, Bandeisen etc., Walzdraht oder Zugdraht genannt und diese Bezeichnung der Benennung Schweißeisen hinzugefügt oder dahinter in Klammern [* 12] 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, [* 13] 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 Eisen, 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 Eisen, 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 Eisen 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 [* 14] 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.