Titel: | Bessemer's Stahlbereitung; von Prof. Alexander Müller. |
Fundstelle: | Band 160, Jahrgang 1861, Nr. LXXXVI., S. 291 |
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LXXXVI.
Bessemer's Stahlbereitung; von Prof. Alexander Müller.
Aus dem Journal für praktische Chemie, 1861, Bd. LXXXII S.
496.
Müller's, über Bessemer's Stahlbereitung.
Die herrliche Idee Bessemer's, das Roheisen durch wohl
abgemessene Entkohlung unmittelbar in Gußstahl zu verwandeln, statt diesen, wie
bisher, durch mühsames Schmelzen der äußerst schwierig zu sortirenden Stücke von
Cementstahl zu bereiten, der seinerseits durch die kostspielige und unsichere
Methode des Glühens mit Kohle aus Stabeisen gewonnen ward, welches letztere, seinen
chemischen Eigenschaften nach, als das natürliche Endproduct aller Eisenindustrie,
doch noch allgemein den Ausgangspunkt für alle Eisenwaaren von niedrigerem
Kohlengehalt als dem des Roheisens, trotz seiner höchst umständlichen Herstellung,
bildet – diese herrliche Idee ist nun endlich in das Stadium der
Verwirklichung gelangt, daß ihre industrielle Ausführbarkeit nicht mehr bezweifelt
wird. Die ersten größeren Versuche sind zwar bereits vor fünf Jahren in England angestellt worden, aber
noch vor zwei Jahren, nachdem man während ungefähr 10 Monaten mit der Methode auch
in Schweden experimentirt hatte, betrachteten die Männer der Praxis die Bessemer'sche Stahlbereitung als eine müßige und
hoffnungslose Erfindung, weil dieselbe nie ein homogenes, schlackenfreies Product
liefern könne. Leider war die Wirklichkeit nicht im Stande, jene verurtheilende
Behauptung völlig zu widerlegen, indem ein tadelloser Stahl nur ausnahmsweise
erzeugt wurde, wenn die Konstellation der einwirkenden Umstände eben eine günstige
war; diese Umstände zu beherrschen, war man weit entfernt, weil man sie trotz
vielfachen und höchst kostspieligen Probirens mit Tausenden von Centnern Roheisen
noch nicht hatte kennen lernen. Die Idee sollte gewaltsam verwirklicht werden.
Auch die eisernste Geduld mußte bei so erfolglosen Versuchen ermüden, selbst wenn die
Geldkrisis vom Jahr 1857 nicht gleichzeitig zu haushälterischer Sparsamkeit ernst
gemahnt hätte – und der Besitzer des Eisenwerkes Edsken in Gestriksland, Hr.
Consul Göranson, war entschlossen, alle weiteren Versuche
mit der Bessemer'schen Stahlbereitung einzustellen.
In diesem traurigen Zustande fand ich die Angelegenheit, als mich eine Amtsreise Ende
Juni 1858 in die Nähe von Edsken führte und mit Hrn. Göranson bekannt machte. Ich wohnte einer Stahlblasung bei; ich sah, daß
die befolgte Methode viel zu wünschen übrig ließ, aber bei näherer Besprechung der
Verhältnisse befestigte sich mit mit unwiderstehlicher Gewalt die Ueberzeugung, daß
man mit Einhaltung eines mehr naturwissenschaftlichen Weges als dem des rohen
Probirens nach den Kunstregeln der gewöhnlichen Eisenindustrie, wohl zu einer
gewissen Herrschaft über die einwirkenden Umstände müsse gelangen können.
Diese Ueberzeugung gewann ich vorzüglich durch die Thatsache, daß die
SelbstverbrennungIch spreche von einer Selbstverbrennung des Roheisens während der Bessemer'schen Stahlbereitung, weil ich die vom
Urheber der Methode gehegte Ansicht auch jetzt noch nicht aufgegeben habe,
daß nämlich die Entkohlung des weißglühenden Eisens auf einer unmittelbaren
Oxydation durch die eingeblasene Luft beruht, in ähnlicher Weise als man
aufspritzende Tropfen des eben vom Hohofen rinnenden Eisens oder als man
eine Stahlfeder in Sauerstoffgas mit lebhaftem Funkensprühen verbrennen
steht, nur daß sie nicht wesentlich durch vorerst gebildetes Oxyd oder durch
Frischschlacke bedingt wird, so wichtig auch die Gegenwart dieser Körper für
die Frischung bei verhältnißmäßig niediger Temperatur ist, um den Sauerstoff
der Gebläseluft auf das Eisen zu übertragen. Das schließt nicht aus, daß
unmittelbar gebildetes Eisenoxyd (oder Eisenoxydul) zur seinen Vertheilung
des Sauerstoffs durch die Eisenmasse dienen kann, indem es in dem flüssigen
Metall mechanisch einmengbar ist, wie Thon (oder auch Luft) mit Wasser
angerührt werden kann. Das eigenthümliche gewaltsame Aufkochen des Eisens,
das man mitunter im Bessemer'schen Ofen oder
selbst während des Abzapfens in die Coquillen beobachtet, scheint darauf zu
beruhen, daß unvollständig entkohltes Eisen und mit fein eingemengtem Oxyd
beladenes Eisen durcheinander geschüttet werden. des Gußeisens im Stahlofen mehr als einmal von einer
Temperatur gefolgt war, welche fast völlig entkohltes Eisen, weiches
Schmiedeeisen, wie Quecksilber zum dünnen Fluß brachte. Aus der
Dünnflüssigkeit des mehr oder weniger entkohlten Eisens aber beruht die Möglichkeit,
das welche Eisen oder den Stahl schlackenfrei und homogen zu gewinnen. Mit der
Herrschaft über eine ausreichend hohe Temperatur war also die Möglichkeit, ein
brauchbares Product zu erblasen, aufs engste verknüpft; in zweiter Linie stand dann
die Aufgabe, der Entkohlung so Herr zu werden, daß man nach Belieben, und nicht nach
Zufall, härteren oder weicheren Stahl oder Schmiedeeisen erzeugen könne.
Bezüglich des ersten Punktes mußte man untersuchen, auf welche Weise man am
sichersten und vollständigsten der Abkühlung vor und während der Entkohlung
entgegenwirken könne.
Mit je höherer Temperatur das Eisen in den Stahlofen gebracht wird, desto leichter
oxydirt es sich. Das beste würde seyn, das Roheisen direct vom Hohofen in den
Stahlofen fließen zu lassen; wo das nach den örtlichen Verhältnissen nicht thunlich
ist, muh man sein Augenmerk darauf richten, die Gießkelle, welche das Roheisen
aufnehmen soll, vorher möglichst zu erhitzen und in kürzester Zeit in den Stahlofen
zu entleeren. Mit gleicher Sorgfalt ist dem Stahlofen vor Aufnahme des Roheisens
eine möglichst hohe Temperatur zu geben. Zu solcher Anheizung eignen sich Kohks am
besten, wenn nicht etwa deren Berührung einen ungünstigen Einfluß auf das
schmelzende Holzkohleneisen ausübt.
Ebenso sehr war darauf zu achten, daß nicht die eingeblasene Luft, statt durch
Unterhaltung des Verbrennungsprocesses die Temperatur zu erhöhen, vielmehr die
Abkühlung beschleunigte. Obgleich das Eisen für sich zur Erzeugung einer hohen
Verbrennungstemperatur sehr geeignet erscheint, weil dessen Verbrennungsproduct ein
fester Körper ist, im Gegentheil zu den stark wärmebindenden Verbrennungsproducten
des Kohlenstoffs oder der festen Kohlenwasserstoffverbindungen, so verschwindet doch
dieser Vortheil in dem Grade, als der Sauerstoff der Luft nur theilweise verbraucht
wird und der Rest gleich dem Stickstoff der Luft, statt Wärme zu geben, Wärme
entführt. Selbst die Schnelligkeit der Oxydation ist von Bedeutung, denn je
schneller die Verbrennung des Eisens verläuft, um so mehr übersteigt die
Wärmebildung die unmöglich ganz zu vermeidende Wärmeleitung nach außen.
War diese erste Aufgabe, nämlich die Temperatur des verbrennenden Eisens hinlänglich
hoch und damit zugleich das Eisen dünnflüssig zu erhalten, gelöst, so konnte man mit
ziemlicher Sicherheit auch auf die Erreichung des anderen Zieles hoffen, auf das
Ziel eines willkürlichen Abschlusses der Oxydation bei mehr oder weniger vollständiger Entkohlung des
Roheisens. Die Gewichtsmenge des eingeblasenen Sauerstoffs im Vergleich mit der
Gewichtsmenge des eingesetzten Roheisens mußte ein um so sicherer Maaßstab für den
Verlauf des Processes werden, je gleichartiger die übrigen Bedingungen von einer
Operation zur anderen gegeben wurden. In erster Reihe mußte hierbei die
Gleichartigkeit des Ganges im Hohofen als Bedingung eines gleichartigen Roheisens
gefordert werden. Wenn auch der calorische Effect verbrennenden Eisens nicht
wesentlich geändert werden kann durch die Unterschiede im Kohlenstoffgehalt des
grauen oder halbirten Eisens oder des Spiegeleisens, oder selbst durch Unterschiede
im Mangangehalt und anderer Beimengungen, so scheint doch die Vermuthung
gerechtfertigt, daß durch diese Verhältnisse die Neigung des Eisens zur Oxydation
ganz bedeutend beeinflußt werde. Besonders möchte der Mangangehalt des Roheisens von
entscheidendem Einfluß seyn, weil mit das Mangan vor allen anderen Bestandtheilen
des Roheisens geschickt erscheint, wie ein Zunder die Oxydation einzuleiten und zu
unterhalten. Mit der Erzeugung eines fortwährend gleichartigen Roheisens hängt auch
die Gleichartigkeit der Temperatur zusammen, wenn man nur immer mit gleicher
Sorgfalt die Abkühlung des abgestochenen Eisens während des Ueberfüllens in den
Stahlofen verhütet oder vermindert.
Man hatte ferner eine möglichste Gleichmäßigkeit zu erstreben in der Beschaffenheit
des Stahlofens und der Gebläseluft. Bezüglich des Stahlofens ist vorzüglich zu
berücksichtigen die Temperatur vor dem Einsetzen des Eisens; da er häufige
Erneuerung verlangt, theils der Formen, theils der inneren Auskleidung überhaupt, so
können leicht Ungleichheiten in der Gestalt wie im Trocknungsgrad vorkommen.
Bezüglich der Luft ist möglichste Gleichmäßigkeit zu beachten in deren Temperatur
und Feuchtigkeitsgehalt, in deren Druck und Schnelligkeit, sowie Richtung und
Vertheilung. Nach den lehrreichen Beobachtungen des königl. preuß. Oberinspector Eck scheint ein größerer Feuchtigkeitsgehalt der Luft
eine Temperaturerniedrigung im Hohofen zur Folge zu haben; eine ähnliche Wirkung
dürfte die Feuchtigkeit der Luft im Stahlofen äußern. Eine höhere Temperatur der
Luft scheint vortheilhaft, weil sie der Abkühlung des Ofens entgegenwirkt, dagegen
dürfte dieser Vortheil mehr als aufgewogen werden durch die damit verbundene
Verdünnung der Luft. Der Druck der eingeblasenen Luft muß nach der Höhe der
Eisensäule bemessen werden, welche zu durchbrechen ist; er muß den Druck der
Eisensäule noch um etwas übertreffen, um das Einströmen des Eisens in die Formen zu
verhüten. Jeder Ueberschuß trägt dazu bei, die Schnelligkeit der Luftströmung durch das Eisen zu
befördern, also die Entweichung der Luft aus dem Eisen, ohne völlige Ausnutzung des
Sauerstoffs, zu beschleunigen. Mit Einhaltung dessen wird eine Vergrößerung der
Eisensäule oder mit anderen Worten: eine Ausstreckung des Ofens in der Höhenrichtung
auf Kosten der Weite, zur Verdichtung des eingeblasenen Sauerstoffs und so mittelbar
zur Lebhaftigkeit des Verbrennungsprocesses beitragen.
Wir haben endlich von der Richtung und Vertheilung der eingeblasenen Luft zu
sprechen, insofern davon die Verwerthung ihres Sauerstoffs abhängt. In je kleineren
Blasen und je weiter in das Innere die Luft in die Eisenmasse eindringt und je
länger sie darin zurückgehalten wird, um so leichter muß die Entkohlung des Eisens
vor sich gehen. Zugleich hat man in der eingeblasenen Luft den einfachsten
Rührapparat, um die innigste Mischung des mehr oxydirten mit dem noch weniger
entkohlten Eisen zu bewirken, worauf ein kurzes Stehenlassen des flüssigen Eisens im
OfenIn sehr sinnreicher Weise verschließt Hr. Bessemer
nach vollendeter Entkohlung durch von der Gebläseluft bewegte Thonpropfen
die Formen von innen gegen das von außen eindringende Eisen. zur Abscheidung der noch eingemengten Schlackentheilchen auf die Oberfläche
des schwereren Metalls genügen dürfte.
Die hier dargelegten Ansichten vom Wesen der Bessemer'schen Stahlbereitung schienen von der Wahrheit nicht sehr
abzuweichen; sie erklärten einige Beobachtungen und zeigten, auf welche Weise die
ferneren Versuche zu führen wären. Sie erklärten, daß Anwendung erhitzter
Gebläseluft ohne Nutzen war, daß im Gegentheil die Stahlbereitung während des
Winters bessere Resultate lieferte als während des Sommers; daß eingeblasener
Wasserdampf den Gang des Stahlofens sehr verschlechterte, daß Einführung von
Kieselsäure, Kohlenstaub und Braunsteinpulver mit der Gebläseluft in den Stahlofen
ebenso erfolglos war, als eine Ladung des Ofens mit den gekörnten Stahlabfällen oder
Schlacken einer früheren Schmelzung, daß dagegen ein Mangangehalt des Roheisens die
Entkohlung wesentlich fördern müsse.
Bezüglich dessen, was in Zukunft zu geschehen habe, schien es wohl deutlich, daß eine
Verbesserung des Hohofenganges, eine stärkere Anheizung der Schöpfkellen und des
Stahlofens, eine beschleunigte Ueberfüllung des Roheisens vom Hohofen in den
Stahlofen, eine Verengerung des letzteren zur Hervorbringung einer höheren
Eisensäule, eine Verstärkung des Druckes der Gebläseluft und vorzüglich die
Anwendung einer einzigen Reihe Formen statt der bisher gebrauchten zwei Reihen, zu
einem regelmäßigen Gang der Stahlbereitung beitragen werde, doch glaubte ich den Rath geben zu müssen,
alle weiteren Experimente so lange ganz zu unterlassen, bis man einen
wissenschaftlich gebildeten Chemiker gewonnen habe, der den Gang der Operationen
durch sorgfältig ausgeführte Analysen aufhellen könne. Eine vergleichende
Untersuchung von Proben des eingesetzten Eisens, vor und während des Stahlblasens,
sowie von den gleichzeitig gebildeten Schlacken und dem Endproducte, dem fertigen
Stahl oder weichen (vielleicht stiffstoffhaltigen) EisenDas welche Eisen, was mitunter statt Stahl durch zu weit geführte Entkohlung
gewonnen wurde, war großblätterig krystallinisch im Bruch, wenig zäh und
weicher als gewöhnliches Schmiedeeisen, übereinstimmend mit den
Eigenschaften, wie sie vom Stickstoffeisen berichtet werden. Die Zähigkeit
läßt sich vielleicht durch wiederholtes Ausrecken und Zusammenschweißen
(Gerben) vermehren. Die kohlenstoffärmsten Sorten solchen Eisens dürften
sich zur Herstellung von Ankern, Leitungsdrähten u.s.w. für
galvanomagnetische Zwecke eignen. genommen, mußte Einsicht in die allmähliche Verwandlung des Roheisens und in
die Rolle der mehr oder minder zufälligen Begleiter des Eisens, als des Mangans, der
Kieselsäure u.s.w., geben. Die wichtigsten Aufschlüsse aber dürfte man von einer
Untersuchung der aus dem Stahlofen strömenden Gase erwarten; durch sie erhält man
ein Bild von der Betheiligung der Gebläseluft an der Entkohlung des Eisens, theils
in wie weit der Sauerstoff bei dieser oder jener mechanischen Anordnung des Ofens
und der Formen, mehr oder weniger vollständig, verbraucht wird, theils in welchem
Verhältniß die Verbrennung des Kohlenstoffs zur Oxydation des Eisens und dessen
Begleitern steht.
Eigenthümliche Umstände ließen jedoch den Besitzer des Eisenwerkes auf Benutzung der
von den vorgeschlagenen wissenschaftlichen Untersuchungen zu verhoffenden
Aufschlüsse verzichten und ein weiteres Experimentiren auf gut Glück vorziehen.
In der That schien auch das Glück hold zu seyn. Mit Einführung der oben angedeuteten
Verbesserungen gewann die Stahlbereitung unzweifelhaft an Sicherheit. Besonders
vortheilhaft zeigte sich die Beschränkung der Formen auf eine einzige Reihe nahe am
Boden des Stahlofens, indem hierdurch bewirkt ward, daß sämmtliche Gebläseluft die
Eisensäule in deren gesammten Höhe durchdringen mußte, wie viel oder wie wenig das
Eisen auch aufschäumen mochte, während vordern die von der oberen Reihe eingeblasene
Luft mehr oder weniger unbenutzt, also abkühlend, durch die geringere Menge darüber
stehenden Eisens entwich. Zahlreiche und theuere Versuche kostete dagegen die
Beantwortung der Fragen, welche Weite der Formen, welche Anzahl und Richtung
derselben, welche Windpressung ist für die gegebenen Verhältnisse des Stahlofens die
zweckmäßige?
Betreffend die Richtung der Formen war es wohl bei der Cylindergestalt des Ofens das
Natürlichste, die Luft von der Peripherie nach dem Centrum einzublasen; bei
gehöriger Pressung drang die Luft auf solche Weise in aufsteigender Bogenlinie nach
der Mitte der Eisenmasse, hob sie gleich einer Fontaine gegen die Decke des Ofens
und ließ beim Entweichen das Eisen an den Wänden des Ofens zu erneutem Kreislauf
zurücksinken. Man hatte aber zur Zeit den Formen eine etwas excentrische Stellung
gegeben, um das Eisen in eine rotirende Bewegung zu versetzen. Wozu das nützen
sollte, war dem Hüttenpersonal nicht klar, genug die Einrichtung war so getroffen
und an dem so eingerichteten Ofen versuchte man weitere oder engere Formen mit
schwächerer oder stärkerer Pression, doch ohne entscheidende Erfolge. Man stellte
dann die Formen einmal central und fand dabei eine deutliche Verschlechterung des
Ganges, zufolge einer auffallenden Abkühlung des Eisens während des Blasens. Man
kehrte darauf zur excentrischen Stellung der Formen zurück, aber mit Verdoppelung
ihrer Anzahl und beobachtete eine ebenso auffallende Temperatursteigerung im Eisen,
als kurz zuvor Abkühlung mit den central gerichteten Formen.Die aus der doppelten Anzahl (10) Formen excentrisch eingeblasene Luft
scheint demnach hinreichend in das rotirende Eisen einzudringen und von ihm
hinreichend lange zurückgehalten zu werden, daß ihr Sauerstoff vollständiger
als bei centraler Einblasung zur Oxydation Verwender wird. Eine ähnliche
Einrichtung dürfte Überall da zweckmäßig seyn, wo eine Flüssigkeit
zur Absorption oder Waschung eines Gases (z.B. bei der Leuchtgasfabrication
in den Kalkwassertrögen) angewendet wird. Von diesem Tage an (Ende Juli 1858) ging die Stahlbereitung unvergleichlich
sicherer als früher, weil man die Erzeugung und Erhaltung des nöthigen Hitzegrades
mehr in seine Gewalt bekommen hatte, aber die Methode hat seit dieser Zeit nicht die
Fortschritte gemacht, die man damals zu hoffen berechtigt war, und wird wohl auch
nur langsam sich fortentwickeln, so lange man die Ausführung der von mit
angedeuteten wissenschaftlichen Untersuchungen für überflüssig hält. Ueber die
technische Seite der Bessemer'schen Stahlbereitung sind
durch Hrn. Hüttendirector Grill erschöpfende Berichte in
den Annalen des schwedischen Eisencontors mitgetheilt worden.Von diesen Berichten hat Hr. P. Tunner eine
deutsche Uebersetzung veröffentlicht, welche im polytechn. Journal Bd. CLVIII S. 364 mitgetheilt
wurde.A. d. Red.