6) =In Verbindung mit Salzbildern und Sauerstoff=, z. B. Bleihornerz C
Pb O_{3} + PbCl_{2}.
[Sidenote: Aufbereitung.]
Die Erze (welche auf Gängen, in Lagern, in Nestern oder in Imprägnationen
vorkommen) sind theils mit Erzen anderer Metalle vermengt, theils durch
die Gebirgsart verunreinigt, in welcher die Lagerstätte des Erzes sich
befindet. Daher bedürfen die Erze meist einer Zertheilung und Scheidung
von den fremden Erzen und den beigemengten erdigen Massen (Gangart,
taubes Gestein). Die dies bezweckende Arbeit, mit anderen Worten die
=mechanische= Reinigung der bergmännisch gewonnenen Erze heisst die
=Aufbereitung=. Sie bildet, als die letzte der bergmännischen Arbeiten,
deren Schluss. Häufig beginnt schon an der Grube die Scheidung, indem man
alles taube Gestein bei Seite wirft. Man sortirt die Erze gewöhnlich in
drei Haufen; der erste Haufen (=Stuferze=) ist so reichhaltig, dass er
direct in der Hütte verschmolzen werden kann; der zweite Haufen enthält
ärmeres Erz (=Mittelerz=), welches, ehe es zugutegemacht werden kann,
aufbereitet werden muss; der dritte Haufen besteht zum grössten Theile
aus Gangart, so dass die geringe Quantität des darin enthaltenen Erzes
die Ausbringungskosten nicht deckt. Die Aufbereitung der Erze geschieht
entweder nur durch Menschenhände (=trockene Aufbereitung=), oder durch
Maschinenkraft (=künstliche= oder =nasse Aufbereitung=). Der letzteren
geht die erstere stets voran; die nasse Aufbereitung soll nur vollenden,
was durch die Aufbereitung auf trockenem Wege nicht mehr ausgeführt
werden konnte.
[Sidenote: Vorbereitung.]
Durch die Operation der bergmännischen Aufbereitung erlangen die Erze
jene Reichhaltigkeit, welche zu der Verarbeitung derselben in der Hütte
erforderlich ist. Ehe man den Schmelzprocess einleitet, ist in vielen
Fällen eine =Vorbereitung der Erze= nothwendig, die entweder im
=Verwittern= und =Abliegen= der Erze an der Luft besteht, oder in einer
Erhitzung =ohne= Luftzutritt, dem =Brennen=, oder =mit= Luftzutritt, dem
=Rösten=. Durch das Verwittern und Abliegen an der Luft bezweckt man eine
mechanische Absonderung des Lettens und Schieferthones von den Erznieren,
wie es hauptsächlich bei den Eisenerzen und bei dem Galmei vorkommt, auch
zuweilen eine Oxydation der Eisenerze und des beigemengten Schwefelkieses
zu Eisenvitriol, der dann durch den Regen fortgewaschen wird. Das
Brennen, Calciniren oder Mürbebrennen soll gewisse Erze, wie Eisensteine,
Galmei, Kupferschiefer etc., auflockern dadurch, dass flüchtige Stoffe,
wie Wasser, Kohlensäure, bituminöse Substanzen, ausgetrieben werden, oder
allein durch die ausdehnende Kraft der Wärme. Durch das Rösten bewirkt
man eine ähnliche, aber durchgreifendere Wirkung: man erhitzt dabei die
Erze bis zu einer Temperatur, bei welcher noch keine Schmelzung
stattfindet, wol aber chemische Einwirkung der Luft und Wärme, zuweilen
auch fester Zuschläge wie Kochsalz auf das zu röstende Erz stattfinden
kann.
Man will durch das Rösten immer eine Oxydation, theils mit, theils ohne
Verflüchtigung bezwecken. Letzterer Fall findet z. B. statt beim Rösten
des Magneteisensteines (Fe_{2}O_{3}, FeO), dessen Oxydul allmählich in
Oxyd übergeht. Bei einer Oxydation mit Verflüchtigung kann dreierlei
stattfinden, nämlich:
1) =eine Verflüchtigung gewisser Bestandtheile durch Oxydation;= dieser
Röstmethode werden gewöhnlich Schwefel-, Arsen- und Antimonverbindungen
unterworfen, wobei schweflige Säure, arsenige Säure und Antimonoxyd
sich verflüchtigen, während entweder Metall hervortritt wie beim Rösten
von Zinnober, oder sich die Metalle in Oxyde oder in schwefelsaure
Salze umwandeln. Die verflüchtigten Substanzen lassen sich zum Theil
auffangen und nutzbar machen, so die schweflige Säure zur Darstellung
von englischer Schwefelsäure, die arsenige Säure etc.;
2) =eine Verflüchtigung gewisser Bestandtheile durch Reduction=; sie
kommt seltener und hauptsächlich bei schwefelsauren und arsensauren
Metalloxyden durch Erhitzen derselben mit Kohle vor, wobei der Schwefel
als schweflige Säure, das Arsen als solches entweicht;
3) =eine Verflüchtigung durch Ueberführung in Chlormetalle=, wenn bei
der Röstung des Erzes mit Kochsalz bei Zutritt der Luft sich zum Theil
flüchtige Chlorverbindungen erzeugen, wie es bei der Silbergewinnung
durch die europäische Amalgamation und nach der Methode von =Augustin=
der Fall ist.
[Sidenote: Zugutemachen.]
Auf die Vorbereitung folgt das =Zugutemachen= der Erze, wobei in der
Regel der Schmelzprocess Anwendung findet, durch welchen man die
Ausbringung des Metalles oder einer Verbindung desselben beabsichtigt.
Diejenigen chemischen Operationen im Grossen, welche mit der Ausbringung
eines Metalles oder einer Verbindung desselben endigen, nennt man
=Hüttenprocesse=.
Nur selten macht man einzelne Erzsorten für sich allein zugute, in den
meisten Fällen mischt man ärmere und reichere Erze derselben Art, um die
Erzmasse auf einen gewissen mittleren Gehalt zu bringen. Diese
Mengungsarbeit nennt man das =Gattiren= (Maschen, Mischen, Möllern). Man
bezweckt dabei auch die verschiedenen Gangarten, welche die Erze
begleiten, in der Weise zu mengen, dass sie beim darauf folgenden
Schmelzen zur Bildung einer Schlacke von erforderlicher Beschaffenheit
beitragen. Wo durch das Gattiren der Erze eine solche Beschaffenheit
nicht herzustellen ist, setzt man gewisse Substanzen hinzu, die man je
nach ihrer Wirkung =Zuschläge= oder =Flüsse= nennt. Zuschläge veranlassen
die Abscheidung eines nutzbaren Bestandtheils aus einem Erze oder aus
einem Hüttenprodukte und dienen zu dessen Ansammlung. Die Zuschläge sind
=Röstzuschläge= wie Kohle, gebrannter Kalk, Kochsalz, =Schmelzzuschläge=
wie Quarz und gewisse Silicate (Hornblende, Feldspath, Augit, Grünstein,
Chlorit, Schlacken), Kalkmineralien wie Kalkstein, Flussspath, Gyps,
Schwerspath, Thonmineralien wie Thonschiefer, Lehm u. s. w., salzige
Zuschläge wie Potasche, Borax, Glaubersalz, Salpeter, metallische
Zuschläge wie Eisen (bei der Zerlegung von Zinnober und Bleiglanz), Zink
(zur Extraction des Silbers aus Werkblei), Arsen (zur Anreicherung des
Nickel- und Kobaltgehaltes in Speisen), Eisenhammerschlag, Rotheisenstein
und Braunstein (beim Frischen des Roheisens); salzige Zuschläge, zu
welchen vorzüglich die eisenoxydulreichen Frischschlacken gehören, welche
entweder durch ihren Sauerstoffgehalt (beim Eisenfrischen) oder durch
ihren Eisengehalt als Niederschlagsmittel (zum Niederschlagen des Bleies
aus dem Bleiglanz) wirken.
Die Flüsse befördern nur die Abscheidung des Metalles, indem das Erz
leicht flüssiger gemacht wird und die ausgebrachten Metalltheilchen sich
leichter vereinigen können. Man kann die Flüsse in drei Abtheilungen
bringen, nämlich 1) in solche, die auf das Schmelzgemenge nicht
wesentlich chemisch einwirken, sondern nur Leichtflüssigkeit und
Verdünnung bewirken; hierher gehören Flussspath, Borax, Kochsalz,
verschiedene Schlackensorten, 2) in solche, welche ausserdem noch
reducirend wirken, wie ein Gemenge von Weinstein und Salpeter (=schwarzer
Fluss=), 3) in diejenigen, deren Wirkung endlich auch noch in einer
absorbirenden, entweder von Säuren oder von Basen besteht; letztere
Abtheilung schliesst sich an die Zuschläge an.
[Sidenote: Beschicken.]
Das Vermengen der Erze mit Zuschlägen und Flüssen wird das =Beschicken=
(Auflaufen) genannt. Die Menge der Beschickung, welche innerhalb einer
bestimmten Zeit (in der Regel 12 oder 24 Stunden) verarbeitet wird,
heisst =Schicht=, die auf einmal in einen Schachtofen aufzugebende Masse
von Beschickung mit Brennstoff wird =Gicht= oder =Charge= genannt.
[Sidenote: Hüttenprodukte.]
Durch die Hüttenprocesse werden die =Hüttenprodukte= erzeugt, welche sind
1) durch den Schmelzprocess fallende Metalle -- =Edukte=. Der relative
Grad ihrer Reinheit wird bei edlen Metallen mit =fein= (Feinsilber,
Feingold), bei unedlen Metallen mit =gar= oder =roh= (Garkupfer,
Roheisen) bezeichnet. Ein höherer Grad von Reinheit wird durch das Wort
=raffinirt= ausgedrückt. 2) Solche Hüttenprodukte, welche in den Erzen
nicht fertig gebildet enthalten sind, sondern erst während des
Zugutemachens in der Weise sich bilden, dass mehrere Bestandtheile der
Erze und der Beschickung sich vereinigen, nennt man =Hüttenfabrikate=;
sie sind meist schon Handelswaare; es gehören hierher das antimon- und
arsenhaltige Hartblei, der Stahl, die Arsenikalien (arsenige Säure,
Operment und Realgar), das Schwefelantimon etc. Bei der Erzeugung der
Edukte bilden sich vielfache Nebenprodukte, die, wenn sie noch so viel
von dem auszubringenden Metalle enthalten, dass die weitere Verarbeitung
möglich wird, 3) =Zwischenprodukte=, im entgegengesetzten Falle, in
welchem sie als nicht schmelzwürdig aus der Hütte entfernt werden, 4)
=Abfälle= heissen. Die Zwischenprodukte sind =Legirungen= (Tellersilber
aus Silber, Kupfer und Blei bestehend; Werkblei, Blei mit etwas Silber
und Kupfer; Schwarzkupfer, Kupfer mit Eisen, Blei etc.),
=Schwefelmetalle= (Steine, Leche), =Arsenmetalle= (Speisen, so z. B. die
Kobalt- oder Nickelspeise der Blaufarbenwerke, im wesentlichen
Arsennickel), =Kohlenmetalle= (z. B. Roheisen und Stahl), Oxyde (z. B.
Bleiglätte).
[Sidenote: Schlacken.]
Die hauptsächlichsten Hüttenabfälle sind die =Schlacken=, jene bei den
meisten Schmelzprocessen erfolgenden glas- und emailähnlichen Massen,
deren wichtigste die Silicatschlacken, d. h. Verbindungen der Kieselsäure
mit Erden (besonders Kalk, Magnesia, Thonerde) und Metalloxyden
(Eisenoxydul, Manganoxydul etc.) sind. Sie bilden sich bei
Schmelzprocessen aus den in den Rohmaterialien nie fehlenden Beimengungen
und Zuschlägen und erfüllen bei der Ausbringung der Metalle den wichtigen
Zweck, die mit ihnen zugleich sich ausscheidenden Metall- oder
Schwefelmetallpartikelchen vor der oxydirenden Gebläseluft zu schützen,
indem sie dieselben einhüllen und ihnen endlich sich zu vereinigen
gestatten. Sie leisten ausserdem auch als Zuschläge oft wichtige Dienste
und werden nicht selten wegen eines in ihnen noch befindlichen
Metallgehaltes verschmolzen. Ihre Beschaffenheit ist von ihrem Gehalte an
Kieselsäure abhängig; in Bezug darauf theilt man sie in =Sub-=,
=Singulo-=, =Bi-= und =Trisilicate=. Das Verhältnis des Sauerstoffs der
Kieselsäure zu dem Sauerstoff der Basen ist darin folgendes:
Subsilicat 3 : 6
Singulosilicat 3 : 3
Bisilicat 6 : 3
Trisilicat 3 : 1
Die Schlacken sind entweder =glasig= oder =krystallinisch=. Aus den
krystallinischen Schlacken scheiden sich oft krystallinische Partien von
Silicaten aus, welche völlig mit gewissen Mineralien übereinstimmen, so
z. B. Augit, Olivin, Wollastonit, Glimmer, Idokras, Chrysolith, Feldspath
u. s. w. Die Gemenge der Singulosilicate geben im Allgemeinen
dünnflüssige (=frische= oder =basische=), schnell erstarrende Schlacken,
die Bi- und Trisilicate dagegen zähflüssige (=saigere= oder =saure=) und
nur langsam fest werdende.
Soll eine Schlacke dem Schmelzprocess, bei welchem sie fällt,
entsprechend zusammengesetzt sein, so werden an ihr folgende
Eigenschaften verlangt: 1) Ein geringeres specifisches Gewicht als
dasjenige des durch den Schmelzprocess dargestellten Produktes, so dass
sie dessen Oberfläche bedecken kann; 2) Eine Gleichartigkeit in der
ganzen Masse, weil gegentheilig der Schmelzprocess kein normaler war;
3) Eine gewisse Leichtschmelzbarkeit, damit die ausgebrachten
Metallpartikelchen in Folge ihres höheren specifischen Gewichtes in der
flüssigen Schlacke mit Leichtigkeit niedersinken können; 4) Eine
bestimmte chemische Zusammensetzung, damit die Schlacke auf das sich
ausscheidende Produkt nicht zerlegend einwirke.
Das Eisen.
(Fe = 56; spec. Gew. = 7,7.)
[Sidenote: Das Eisen. Vorkommen desselben.]
Das Eisen ist das wichtigste und nützlichste aller Metalle, sein Gebrauch
ist mit allen Zweigen der Technik und fast allen Bedürfnissen des Lebens
auf das Innigste verwebt. Die ausserordentliche Anwendung verdankt das
Eisen, ausser seinem massenhaften Vorkommen, hauptsächlich der
Leichtigkeit, mit der es in Folge eigenthümlicher Modificationen bei
seiner Darstellung und Verarbeitung, unter gänzlich verändertem
Charakter, mit neuen und immer nutzbaren Eigenschaften auftritt.
So häufig nun auch Mineralien sich finden, welche Eisen enthalten, so
eignen sich doch nur wenige davon zu Eisenerzen und mit Vortheil können
nur die Sauerstoffverbindungen des Eisens zur Darstellung im Grossen
angewendet werden. Die wichtigsten =Eisenerze= (Eisensteine) sind
folgende:
1) Der =Magneteisenstein= (Fe_{2}O_{3}, FeO = Fe_{3}O_{4}) ist das
reichste Eisenerz (es enthält gegen 72 pCt. Eisen), und findet sich
allgemein verbreitet, besonders aber in Russland, Norwegen und Schweden
im krystallinischen Schiefergebirge vor. Aus diesem Eisenerz stellt man
das berühmte schwedische Eisen z. B. das von Dannemora dar. Nicht
selten wird es von Schwefelkies, Bleiglanz, Kupferkies, Apatit u. a.
Mineralien begleitet, wodurch seine Brauchbarkeit als Eisenerz
beeinträchtigt wird.
2) Der =Rotheisenstein= oder der =Eisenglanz= (Fe_{2}O_{3}) enthält 69
pCt. Eisen. Der Rotheisenstein findet sich in Gängen und Lagern im
älteren Gebirge, so wie eingesprengt in Gneuss, Granit u. s. w.; er
kommt ferner im Uebergangsgebirge vor und heisst nach seinen
physikalischen Eigenschaften =Glaskopf= (Blutstein), =Eisenrahm=,
=Eisenocker=. Mit Kieselerde gemengt heisst der Rotheisenstein
=Kieseleisenstein=, mit Thon gemengt der rothe =Thoneisenstein=, mit
Kalkverbindungen gemengt =Minette=, mit sehr verschiedenem Eisengehalt.
Der =Eisenglanz= ist krystallisirtes Eisenoxyd, dessen bedeutendste
Lagerstätte sich auf der Insel Elba findet. Der Rotheisenstein dient in
seinen Varietäten als hauptsächlichstes Material der Eisengewinnung in
Sachsen, auf dem Harz, in Nassau, Westfalen, Siegen, Oberhessen,
Württemberg u. s. w.
3) Der =Spatheisenstein= (Eisenspath, Stahlstein) (FeCO_{3} mit 48,3
pCt. Eisen) ist der Hauptbestandtheil der metallführenden Formation; er
enthält fast immer grössere oder geringere Mengen von kohlensaurem
Manganoxydul. Das kugelige, nierenförmige kohlensaure Eisenoxydul
heisst =Sphärosiderit=. Ausserdem führt er in seinen verschiedenen
Zuständen die Namen =Kohleeisenstein=, =Flinz=, =Blackband=. Letzteres,
für Schottland (und Westfalen) von grosser Bedeutung, ist ein Gemenge
von Spatheisenstein mit Kohle und Schieferthon, flötzartig in den
oberen Gebilden der Steinkohlenformation abgelagert. In Steiermark und
in Siegen dient es zur Fabrikation des Rohstahls. Der =Thoneisenstein=
oder =Clayband=, besonders in England, Schottland, Westfalen, Schlesien
und im Banate sich findend, ist ein inniges Gemenge von Spatheisenstein
mit Thonmineralien.
4) Aus dem Spatheisenstein entsteht durch die Einwirkung von Luft und
von kohlensäurehaltigem Wasser als secundäres Produkt der
=Brauneisenstein= (theils Fe_{2}O_{3}, H_{2}O, theils Fe_{2}O_{3},
3H_{2}O), welcher je nach seinen physikalischen Eigenschaften die Namen
Lepidokrokit, Nadeleisenerz, Rubinglimmer (Pyrosiderit) und
Stilpnosiderit führt. Dieses Eisenerz enthält häufig kohlensaure
Kalkerde, Kieselsäure, Thon u. s. w. Eine thonige Varietät ist der
=Gelbeisenstein=. Hierher dürfte auch der =Bauxit=, ein Gemenge von
Thonerdehydrat mit Eisenoxydhydrat zu rechnen sein.
5) =Bohnerz=, kuglige Körner meist mit concentrisch schaliger
Absonderung, ein häufig im südwestlichen Deutschland und in Frankreich
in der Juraformation vorkommendes Eisenerz, dessen Entstehungsweise
nicht bekannt ist. Es besteht entweder aus Kieselsäure, Eisenoxydul und
Wasser, oder aus Brauneisenstein und Kieselthon.
6) Der =Raseneisenstein= (Wiesenerz, Morasterz, Sumpferz, Limonit,
Seeerz), findet sich in der norddeutschen Ebene, in Holland, Dänemark
und im südlichen Schweden in Torfmooren und unter dem Rasen der Wiesen.
Er entsteht durch die Einwirkung von kohlensäurehaltigem, Eisenoxydul
enthaltendem Wasser auf Vegetabilien. Er kommt in knolligen oder
schwammartigen Massen von brauner oder schwarzer Farbe vor und besteht
aus Eisenoxydulhydrat, Manganoxyd, Phosphorsäure, organischen
Bestandtheilen und Sand. Nach =Hermann= besteht er aus Eisenoxydhydrat,
Manganoxydhydrat, phosphorsaurem Eisenoxyd und dreibasisch
quellsatzsaurem Eisenoxyd. Das daraus gewonnene Eisen wird theils zum
Guss benutzt, wozu es sich wegen seiner Dünnflüssigkeit und weil es die
Formen gut ausfüllt, besonders eignet, theils aber auch in Stabeisen
verwandelt, welches jedoch des Phosphorgehaltes wegen brüchig ist.
7) Der =Franklinit= (Fe_{2}O_{3} [ZnO, MnO], mit 45 Proc. Eisen, 21
Proc. Zink u. 9 Proc. Mangan) wird neuerlich in Nordamerika
(New-Jersey) ebenfalls als Eisenerz verwendet, zugleich wird aber auch
Zink daraus gewonnen.
Ausser den Eisenerzen wendet man auch hier und da eisenoxydulreiche
=Schlacken= aus Frischfeuern, Puddelöfen etc., welche 40-75 pCt. Eisen
enthalten, ferner Bohr- und Drehspäne, Glühspan, Abfälle von
Schmiedeeisen, Bruchstücke von Roheisen etc. entweder für sich oder
gemeinschaftlich mit Eisenerzen zur Darstellung von Roheisen an.
In metallurgischer Hinsicht theilt man die Eisenerze in leicht und
schwer reducirbare (leicht- und schwerschmelzbare). Zu den ersteren
gehören diejenigen, welche bei der vorbereitenden Röstung eine poröse
Beschaffenheit annehmen, die es den reducirenden Hochofengasen
ermöglicht, schnell zu reduciren und zu schmelzen; dies ist der Fall
bei dem Eisenspath, welcher Kohlensäure, und dem Brauneisenstein,
welcher beim Rösten Wasser verliert. Schwer reducirbare Eisenerze sind
Eisenglanz, Rotheisenstein und Magneteisenstein.
[Greek: a]) Roheisen.
[Sidenote: Ausbringen des Eisens.]
Das =Ausbringen des Eisens= aus den Erzen gründet sich vorzugsweise auf
folgende zwei Eigenschaften:
1) Theilchen von reinem oder fast reinem Eisen, im Hochofen so gut als
unschmelzbar, kleben bei starker Rothglühhitze zu grösseren Massen
zusammen (Schweissbarkeit des Eisens);
2) bei hoher Temperatur bildet das Eisen mit Kohlenstoff eine leicht
schmelzbare Verbindung (Kohleeisen, Roheisen, Gusseisen).
In früheren Zeiten, und jetzt nur noch spärlich in einigen Gegenden, war
die directe Darstellung des Eisens (Stabeisen) aus den Erzen durch die
sogenannte =Rennarbeit= oder =Luppenfrischerei= sehr üblich; die
Rennarbeit lieferte zwar ein vorzüglich reines und zähes Stabeisen,
gestattete jedoch nur eine geringe Ausdehnung der Fabrikation und eine
sehr unvollkommene Benutzung der Erze. Gegenwärtig gewinnt man das Eisen,
indem man zuerst Roheisen darstellt und dieses dann durch den Puddlings-
oder Frischprocess entkohlt.
[Sidenote: Theorie des Ausbringens.]
Das Ausbringen des Eisens zerfällt in das =Rösten= und in das
=Zugutemachen=. Das Rösten der Eisenerze hat zum Zweck, gewisse
Substanzen, wie das Wasser und die Kohlensäure zu entfernen, die Masse
dadurch mürber und poröser und so zur Reduction geschickter zu machen und
das etwa vorhandene Eisenoxydul in Eisenoxyd überzuführen, welches minder
leicht verschlackt wird. Die gerösteten Eisenerze werden darauf (unter
Stempeln, Pochhämmern oder Walzwerken) zerkleinert und reichere Erze mit
ärmeren in dem Verhältniss gemischt (gattirt), welches nach der Erfahrung
die grösste Ausbeute giebt. Die gemengten Erze, welche aus einer
Sauerstoffverbindung des Eisens und Ganges (Kieselsäure oder Kalk)
bestehen, werden mit kohlehaltigen Substanzen gemengt und stark erhitzt
zu metallischem Eisen reducirt, denn:
Fe_{2}O_{3} + 3C = 3CO + 2Fe;
die Kohle wirkt mithin bei dem Ausbringen des Eisens als Brennmaterial
und (für sich so wie als Kohlenoxyd und Kohlenwasserstoff) als
Reductionsmittel. Nähme man den Process in der Weise vor, dass man die
zerkleinerten und gerösteten Erze mit Kohle mengte und dem Schmelzprocess
unterwürfe, so würde man das Eisen in fein zertheilter Gestalt als
schwammige Metallmasse erhalten. Um nun das fein zertheilte Eisen zu
einer Masse zu vereinigen, setzt man vor dem Ausschmelzen Körper zu,
welche sich mit der Gangart zu einer leichtflüssigen Glasmasse verbinden.
Diese Masse heisst die =Schlacke=; sie dient also dazu, die in den Erzen
enthaltenen fremden und der Qualität des Eisens zum Theil schädlichen
Bestandtheile zu entfernen, das Zusammenfliessen der geschmolzenen
Metalltheilchen zu bewirken und das bereits gebildete Roheisen vor der
oxydirenden Wirkung der Gebläseluft zu schützen. Die Schlacke ist ein
Gemenge mehrerer kieselsaurer Salze, das entweder mit den Eisenerzen
selbst bricht, oder wie schon erwähnt wurde, durch Zusatz während des
Schmelzens erst entsteht. Es ist nothwendig, dass die Schlacke bei
derselben Temperatur schmilzt, bei welcher das Eisen flüssig wird.
Mangelt es an Kieselsäure, so setzt man Quarz, Sand, mangelt es an Basen,
so setzt man Kalkstein oder Flussspath hinzu. Das Gemenge von ärmeren und
reicheren Eisenerzen heisst die =Gattirung=, die mit den Zuschlägen und
Flüssen, d. h. mit den schlackebildenden Substanzen gemengte Gattirung
die =Beschickung=, welche nicht über 50 pCt. Eisen enthalten darf.
Wenn Eisen im breiartigen Zustande mit Kohle zusammenkommt, wie dies bei
dem Ausbringen des Eisens der Fall ist, so wird ein grosser Theil der
Kohle von dem entstandenen dünnflüssigen Roheisen gelöst; beim Erkalten
des Eisens scheidet sich der grösste Theil der Kohle krystallinisch als
Hochofengraphit ab, während ein anderer Theil der Kohle mit dem Eisen
chemisch verbunden bleibt. Durch das Ausschmelzen lässt sich demnach kein
reines, sondern nur kohlehaltiges Eisen (Roheisen, Gusseisen) gewinnen.
[Sidenote: Hochofenprocess.]
Gegenwärtig führt man den Schmelzprocess allgemein in =Hochöfen=,
zuweilen auch noch in =Blauöfen= (Blaseöfen) aus. Beide Oefen
unterscheiden sich wesentlich nur durch die Art ihrer Zustellung,
insofern die Hochöfen mit offener Brust arbeiten, d. h. einen Vorherd
haben, aus welchem ein continuirliches Abfliessen der Schlacken möglich
ist, während die Blauöfen (Blaseöfen) Oefen mit geschlossener Brust sind,
aus deren Herd Roheisen und Schlacke von Zeit zu Zeit abgestochen werden.
[Illustration: Fig. 1.]
[Sidenote: Beschreibung des Hochofens.]
Ein =Hochofen= ist ein mit starkem Gemäuer (Rauhmauer _A_ [Fig. 1])
umgebener Schachtofen von 14 bis 35 Meter Höhe, dessen innerer Theil der
=Kernschacht= oder die =Seele= die Gestalt zweier, mit den Grundflächen
aneinander gefügter, abgestutzter Kegel hat. Die Mauer des eigentlichen
Kernschachtes _B_ umgiebt eine zweite, welche den Rauhschacht bildet, an
welche sich das Mauerwerk des Ofens, die Rauhmauer _A_ anschliesst.
Zwischen Kern- und Rauhschacht findet sich ein Raum für die Füllung
aufgespart, welcher mit schlechten Wärmeleitern (Asche, Schutt) angefüllt
ist und zugleich der Ausdehnung des Kernschachtes durch die Wärme den
nöthigen Spielraum gestattet. Der Theil des Kernschachtes von _B_ nach
_C_ heisst der =Schacht=, von _D_ nach _E_ die =Rast=. Der Theil _B_, wo
der Kernschacht den grössten Durchmesser hat, wird =Kohlensack= oder
=Bauch= genannt. Unterhalb der Rast zieht sich der Raum zu dem
=Gestell= _F_ zusammen, dessen unterer Theil (der =Eisenkasten=) das
geschmolzene Roheisen aufnimmt. In dem =Gestell=, der wichtigste
Theil des Hochofens, insofern in demselben der Schmelzprocess vor
sich geht, befinden sich, einander gegenüber liegend, zwei Oeffnungen
mit eingesetzten konischen Röhren (=Formen=) (Fig. 2), in welche die
Mundstücke (=Düsen=, =Deusen=, =Deupen=) der Windleitungsröhren, welche
den Hochofen mit Luft versehen, eintreten. Der Eintritt der Luft in die
Düse wird, wie in der Zeichnung durch ein Kegelventil oder nur durch ein
Schieberventil regulirt.
[Illustration: Fig. 2.]
Die obere Oeffnung des Schachtes _A_ heisst die =Gicht=, durch dieselbe
wird die Beschickung und Brennmaterial in den Hochofen gebracht.
Letzterer ist entweder an einem Abhange gebaut, so dass man auf einem
Wege zur Gicht gelangen kann, oder es führt zu demselben die
=Gichtbrücke= _P_. Der untere Theil des Gestelles ist nach der
Vorderseite hin verlängert und bildet den =Vorherd=, welcher durch den
=Wallstein= _M_ begrenzt ist. Auf der einen Seite steht der Wallstein von
der Wand ab und bildet eine Spalte, die sogenannte =Abstichöffnung=,
welche während des Schmelzens mit Thon verstopft ist, darauf aber zum
Ablassen des geschmolzenen Eisens und der Schlacke dient. Der Wallstein
ist zum Schutze mit einer Eisenplatte bedeckt. Die Brustwand reicht nicht
bis auf den Boden des Herdes, sondern endigt in einer bestimmten Höhe
über demselben mit einem Gewölbe oder Stein, dem Tumpelstein _o_, welcher
durch ein massives Eisenstück, das Tumpeleisen, getragen wird. Den Boden
des Herdes bilden die Bodensteine, die Seitenwände, die Backensteine, die
Hinterwand ein Rückstein.
[Sidenote: Gebläse.]
[Illustration: Fig. 3.]
Zum Speisen des Hochofens mit Luft wendet man jetzt allgemein das
=Cylindergebläse= an. Die zweckmässigste Art desselben ist die Figur 3
abgebildete. In dem gusseisernen Cylinder _A_, in dem der Kolben _c c_
auf und nieder bewegt werden kann, geht die Kolbenstange _a_ luftdicht
durch die Stopfbüchse _e_; durch _b_ und _d_ communicirt der Cylinder mit
der freien Luft, durch _f_ und _g_ aber mit dem Kasten _E_; darin
angebrachte Klappen bewirken durch Schliessen und Oeffnen die Füllung des
Kastens _E_ mit Luft. Durch ein bei _i_ angebrachtes Rohr strömt sie in
den Feuerraum des Hochofens. Zum Reguliren des Gebläses benutzt man einen
grossen, aus Eisenblech luftdicht zusammengenieteten Ballon, in welchen
man die Luft aus dem Kasten _E_ treten lässt. Das Princip desselben ist
dem des Gasbehälters in Leuchtgasfabriken gleich. Die Anwendung von
erhitzter Gebläseluft ist eine der wichtigsten Verbesserungen in dem
Eisenhüttenwesen, die erhitzte Luft veranlasst nämlich eine Verminderung
des Aufwandes an Brennmaterial (die Brennstoffersparniss beträgt 1/3-2/5,
im Durchschnitt also 0,366 des früher verbrauchten Quantums) und eine
Vermehrung der absoluten Produktion um 50 Proc.; dabei ist der Ofengang
regelmässiger und die Arbeit im Herde weit leichter, obgleich man auf
anderen Hütten das Entgegengesetzte behauptet, indem nicht nur Störungen
im regelmässigen Gange des Hochofens stattfanden, sondern auch die
übermässig hohe Temperatur im Gestell die feuerfestesten Steine zu sehr
angriff und daher die Campagnen bedeutend abkürzte. Das Erhitzen der
Gebläseluft geschieht entweder durch die Gichtgase, oder durch besondere
Feuerungen in Röhrenapparaten, oder endlich durch =Siemens='
Regenerativsystem, nach welchem man Gicht- oder Generatorgase durch einen
mit feuerfesten Steinen lose ausgefüllten Raum und dann nach Abstellung
der Gase die kalte Luft durch die glühend gewordenen Steine leitet, wobei
sie sich zu weit höheren Temperaturen erhitzen lässt, als in
Röhrenapparaten, deren Material hohen Temperaturen nicht widersteht. Man
erhitzt die Gebläseluft bis auf 200-400° C. Koksöfen erfordern pro Minute
gewöhnlich 2000 bis 4000 Kubikfuss Luft.
[Sidenote: Gang der Schmelzung.]
Der =Hochofenbetrieb= erfolgt auf folgende Weise. Man heizt zuerst den
Ofen an, indem man auf dessen Boden Holz anzündet und darauf das
Brennmaterial (in Deutschland früher meist Holzkohlen, gegenwärtig fast
durchweg Koks, mitunter auch Anthracit, selten rohe Steinkohle) bringt,
bis endlich der ganze Schacht mit glühenden Kohlen angefüllt ist. Zu
gleicher Zeit setzt man die Gebläse in Thätigkeit und trägt
schichtenweise Erz- und Kohlengichten ein. In dem Maasse, als die Kohlen
verbrennen und Erze und Zuschlag schmelzen, sinken die Schichten
allmählig nieder. Die Kieselerde schmilzt mit den vorhandenen Erden und
Oxyden zu Schlacke zusammen, die durch Eisenoxydgehalt gewöhnlich gefärbt
erscheint, während das schon früher reducirte halbflüssige Eisen sich mit
dem Kohlenstoff zu leichtflüssigem =Roheisen= vereinigt. Das geschmolzene
Eisen sammelt sich am Boden des Gestelles an; auf dem Eisen schwimmen die
geschmolzenen Schlacken, die man über dem Wallstein abfliessen lässt. Das
flüssige Eisen, das fast die Höhe des Wallsteins erreicht hat, wird durch
das Einstossen der Verstopfung der Abstichöffnung über Rinnen alle zwölf
Stunden =abgestochen=, wobei es durch einen schon vorher im Sande vor dem
Ofen gemachten Ablassgraben nach den Formen geleitet wird. Während des
Abstechens sind die Gebläse in Ruhe. Roheisen in Mulden nennt man
=Flossen=, in Barren =Gänze=. Das Schmelzen (die =Campagne= oder
=Hüttenreise=) dauert gewöhnlich so lange, als der Ofen aushält, oft
mehrere Jahre.
[Sidenote: Chemischer Process im Innern des Hochofens.]
[Illustration: Fig. 4.]
Der beim Niederschmelzen der Beschickung im Hochofen stattfindende
chemische Process ist in verschiedener Höhe im Hochofen ein sehr
verschiedener. Beistehende Figur 4 zeigt das Innere eines mit Beschickung
und Brennmaterial gefüllten Hochofens im senkrechten Durchschnitte. Die
schmaleren Schichten bedeuten die Beschickung, die breiteren das
Brennmaterial. Von der Oberfläche der flüssigen Schlacke _f f_ an bis zum
Gichtniveau lässt sich das Innere in fünf Regionen oder Zonen eintheilen,
nämlich:
1) in die Vorwärmezone _a b_,
2) die Reductionszone _b c_,
3) die Kohlungszone _c d_,
4) die Schmelzzone _d e_,
5) die Verbrennungszone _e f_.
In dem oberen Theile des Schachtraumes, der =Vorwärmzone=, wird die
Beschickung vorgewärmt und vollständig ausgetrocknet. Innerhalb dieser
Zone gelangt das Erz kaum zum schwachen Glühen. Die =Reductionszone= hat
die beträchtlichste Ausdehnung; im unteren Theile des Schachtes,
besonders in der Gegend des Kohlensackes, wird das Eisenoxyd durch
Einwirkung der reducirenden Gase zuerst zu Eisenoxydul-Oxyd und endlich
zu metallischem Eisen reducirt. Die in dieser Zone vorhandenen
reducirenden Agentien sind: Kohlenoxydgas, Kohlenwasserstoffgas,
Cyanwasserstoffgas oder Cyankaliumdämpfe. An einer Stelle dieser Zone ist
das Eisen als hämmerbares Eisen vorhanden. Noch tiefer im Ofen, in der
=Kohlungszone= findet die Kohlung des Eisens statt, wodurch sich
stahlartiges Eisen bildet, das mehr oder weniger zusammengesintert aus
dem Kohlungsraum in die =Schmelzzone= gelangt und sich hier mit
Kohlenstoff zu Gusseisen sättigt. In der =Verbrennungs=- oder
=Oxydationszone=, im Vergleich zu den übrigen Zonen nur von sehr geringem
Umfange, trifft die aus den Düsen in den Ofen strömende Luft auf Kohlen,
welche sich in stärkster Weissglut befinden und bildet mit denselben
Kohlensäure, welche aber, indem sie durch die höher liegenden Schichten
Kohle strömt, zu Kohlenoxyd reducirt wird (CO_{2} + C = 2CO); durch die
Verbrennung des in dem Brennmaterial enthaltenen Wasserstoffs wird aber
auch Wasser gebildet, welches nebst dem durch die Gebläseluft
eingeführten Wasserdampfe (welchen man in der neueren Zeit durch
vorheriges Leiten der Gebläseluft über englische Schwefelsäure zu
entfernen sucht), durch die grosse Hitze des mittleren Theils in seine
Bestandtheile, in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird. Der Sauerstoff
bildet mit der Kohle Kohlenoxyd, während der Wasserstoff mit der Kohle
Kohlenwasserstoff bildet. Ausserdem tritt der Stickstoff des
Brennmaterials (der Koks), so wie ein Theil des Stickstoffs der
eingeblasenen atmosphärischen Luft mit der Kohle zusammen und bildet Cyan
(-metalle oder -wasserstoff)[1]. Die reducirenden Gase treffen die
erhitzten Erze und bewirken die Reduction der Metalloxyde, während die
Gase (=Gichtgase=, Hochofengase) durch die Gicht entweichen. Das
reducirte Eisen verbindet sich, indem es tiefer sinkt, mit Kohlenstoff zu
Roheisen, schmilzt dabei und wird durch die Schlacke vereinigt. Indem das
Roheisen durch seine Schwere herabsinkt und die Region des Ofens
erreicht, in welcher die Hitze am stärksten ist, wirkt sein Kohlenstoff
auf die Thonerde, den Kalk, die Kieselerde u. s. w., deren Metalle sich
mit dem Eisen verbinden.
[1] Nach der Ansicht von =Berthelot= (1869) bildet sich hierbei
zunächst Kaliumacetylür C_{2}K_{2}, welches dann mit dem Stickstoff
direkt zu Cyankalium 2(CNK) zusammentritt.
Aus neueren Untersuchungen geht hervor, dass die bei dem
Hochofenprocess in so grosser Menge sich bildende Cyanwasserstoffsäure,
indem sie sich mit den in dem Brennmaterial und den Schlacken
enthaltenen Alkalien und Erden zu =Cyanmetallen= vereinigt, wesentlich
bei der Reduction der Eisenerze mitwirkt. Auch die Ansicht ist
ausgesprochen worden, dass selbst das Roheisen nicht nur
Kohlenstoffeisen, durch Zersetzung von Cyaneisen entstanden, ist,
sondern Cyaneisen (vielleicht auch Stickstoffeisen) beigemengt enthält;
es sei hierbei an die Entdeckung =Wöhler='s erinnert, dass die
ebenfalls durch den Hochofenprocess entstehenden und in der sogenannten
Eisensau befindlichen Titanwürfel kein metallisches Titan, sondern
Stickstofftitan-Titancyanür sind. Wie bedeutend die Erzeugung von
Cyanmetallen bei den mit Steinkohlen betriebenen Hochöfen sein mag,
geht aus einer Untersuchung von =Bunsen= und =Playfair= über den
Process der englischen Roheisenbereitung hervor, nach welcher in einem
Hochofen täglich gegen 225 Pfund Cyankalium erzeugt werden. =Eck= zu
Königshütte in Oberschlesien bemerkte auch die Bildung von Cyankalium
und Schwefelcyankalium; er berechnete aus dem Kaligehalte des
Eisenerzes (Thoneisenstein), des Zuschlages und der Steinkohlen, dass
im Ofen zu Königshütte täglich 35-1/2 Pfund Cyankalium gebildet werden
können. In der Schmelzzone findet auch Reduktion der Thonerde und
Kieselerde zu Aluminium und Silicium statt.
[Sidenote: Vertheilung der Temperatur in dem Hochofen.]
Fig. 5 zeigt die an den Grenzen der verschiedenen Zonen des Hochofens
herrschenden Temperaturen. Die Temperatur der Verbrennungszone würde eine
höhere sein, als es in der That der Fall ist, wenn nicht die Umwandlung
der Kohlensäure in Kohlenoxyd durch Aufnahme von Kohlenstoff eine
bedeutende Temperaturerniedrigung zur Folge hätte. Das Kohlensäuregas
verdoppelt nämlich sein Volumen, indem es durch Aufnahme von Kohle in
Kohlenoxyd übergeht; dieses Uebergehen des Kohlenstoffs in den
gasförmigen Zustand ist mit Bindung von Wärme verknüpft. Wenn man
bedenkt, dass in den Hochöfen unter den günstigsten nahe liegenden
Verhältnissen nur 16,55 Proc. Brennmaterial im Ofen zur Realisation
gelangen, während 83,45 Proc. aber in der Gicht in der Form brennbarer
Gase verloren gehen, so lag es nahe, diese [Sidenote: Gichtgase.]
=Gicht=- oder =Hochofengase= anzuwenden, und dies ist auch mit dem
glücklichsten Erfolge zum Schmelzen und Frischen des Eisens, zum
Ausschweissen des gefrischten Eisens in Flammenöfen, zum Erwärmen der
Gebläseluft, zum Rösten der Eisensteine, zum Darren und Verkohlen des
Holzes etc. geschehen.
[Illustration: Fig. 5.]
[Sidenote: Anwendung derselben zur Darstellung von Salmiak.]
Die Anwendung derselben scheint aber noch keineswegs erschöpft, denn R.
=Bunsen= und L. =Playfair= fanden, dass die Gase der
Steinkohlenhochöfen =Ammoniak= in solcher Menge enthalten, dass dessen
Gegenwart besonders in den tieferen Theilen des Ofenschachts schon
durch den Geruch zu erkennen ist. Die genannten Chemiker gelangten zur
Ueberzeugung, dass die Verwerthung des Ammoniaks auf die einfachste
Weise ausgeführt werden könne, indem man die Gase vor ihrer Verwendung
als Brennmaterial durch einen mit Salzsäure versehenen
Condensationsraum leitet. Wenn man die durch die Verdichtung des
Ammoniaks erhaltene Salmiaklösung fortwährend in die Pfanne eines
geeigneten Flammenofens fliessen lässt, in welchem man einen kleinen
Theil des Gasstromes über der Flüssigkeit verbrennt, so lässt sich der
Abdampfungsprocess dergestalt reguliren, dass man den Salmiak in einer
fortwährend abfliessenden, concentrirten Lösung als metallurgisches
Nebenprodukt erhält. Aus dem Alfreton-Hochofen in England könnte man
auf diese Weise täglich 2,44 Centner Salmiak als Nebenprodukt, ohne
erhebliche Kostenerhöhung des Betriebes und ohne die mindeste Störung
des Processes gewinnen. Was die Ammoniakbildung hierbei anlangt, so
hängt sie mit der oben erwähnten Cyanbildung zusammen. Cyankalium
zerfällt, wenn es mit Wasserdämpfen zusammenkommt, in Ammoniak und
ameisensaures Kali (KCN + 2H_{2}O = NH_{3} + CHKO_{2}); durch eine
umgekehrte Reaktion kann sich aus ameisensaurem Ammoniak, indem man aus
demselben allen Sauerstoff in Form von Wasser austreten lässt,
Cyanwasserstoffsäure bilden (CH(NH_{4})O_{2} - 2H_{2}O = CHN).
[Sidenote: Roheisen oder Gusseisen.]
Das durch den Hochofenprocess erhaltene Eisen heisst das =Roheisen= oder
=Gusseisen=. Dasselbe besteht aus Eisen, Kohlenstoff (als Graphit und in
Form von Eisencarburet), Silicium (als Siliciumgraphit und in Form von
Siliciumeisen), Schwefel, Phosphor, Arsen, Aluminium. Von dem
Kohlenstoffgehalte ist die Farbe und die Beschaffenheit des Roheisens
abhängig. Früher glaubte man, dass die mehr oder weniger dunkle Farbe des
Roheisens von einem grösseren oder geringeren Kohlenstoffgehalte abhängig
sei, so dass die dunkelste Sorte die grösste Menge und die hellste die
geringste Menge Kohlenstoff enthielte. Gegenwärtig ist aber bewiesen,
dass nicht die Menge, dass vielmehr die verschiedene Art und Weise, wie
der Kohlenstoff (und das ihm analoge Silicium) im Roheisen vorkommt, die
Beschaffenheit desselben bedingt, dass ein Theil des Kohlenstoffs und
Siliciums mit dem Eisen chemisch verbunden sei, während der grösste Theil
des Kohlenstoffs und des Siliciums dem Eisen nur mechanisch in Form von
Graphit (Kohlenstoffgraphit und Siliciumgraphit) beigemengt ist. Neue
Untersuchungen von =Frémy= u. A. machen es übrigens auch wahrscheinlich,
dass das Roheisen öfters stickstoffhaltig sei und der Stickstoff mit die
Eigenschaften des Roheisens bedinge, während =Caron=, =Gruner= und
=Rammelsberg= dieser Ansicht entgegentreten. Man unterscheidet =weisses=
und =graues= Roheisen.
[Sidenote: Weisses Roheisen.]
Das =weisse Roheisen= ist charakterisirt durch silberweisse Farbe, Härte,
Sprödigkeit, starken Glanz und grösseres specifisches Gewicht. Letzteres
beträgt 7,58-7,68. Zuweilen lassen sich in demselben Prismen erkennen,
man nennt es dann =Spiegeleisen= oder =Spiegelfloss= (Rohstahleisen);
diese Eisensorte lässt sich als eine Verbindung von CFe_{6} oder genauer
Fe_{6}C + Fe_{8}C (mit 5,93 Proc. C) betrachten. Wird das Gefüge des
weissen Roheisens strahlig-faserig und geht die Farbe desselben ins
bläulichgraue über, so heisst die Varietät =blumiges Floss=. Wenn die
weisse Farbe noch mehr verschwindet und die Bruchflächen anfangen zackig
zu werden, so erhält man eine zwischen dem weissen und grauen Roheisen in
der Mitte stehende Varietät, das =luckige Floss=.
[Sidenote: Graues Roheisen.]
Das =graue Roheisen= ist von hellgrauer bis dunkelschwarzgrauer Farbe,
körnigem bis feinschuppigem Gefüge. Das specifische Gewicht desselben ist
im Mittel = 7,0, also weit geringer als das des weissen Roheisens. Es ist
weniger hart als letzteres. -- Wenn in einem Stücke beide Roheisensorten,
entweder in besonderen Lagen oder das eine in die Masse des andern
zerstreut vorkommen, so heisst ein solches Eisen =halbirtes Roheisen=
oder =Forelleneisen=. Es dient vorzüglich zu Gusswaaren. Der chemische
Unterschied zwischen =weissem= und =grauem= Roheisen liegt darin, dass
ersteres nur chemisch gebundenen Kohlenstoff (4-5 Proc.), letzteres wenig
gebundenen Kohlenstoff (0,5-2 Proc.), aber viel mechanisch beigemengten
(1,3-3,7 Proc.) enthält. In Bezug auf den Schmelzpunkt des Roheisens ist
zu erwähnen, dass das weisse Roheisen, das am meisten Kohlenstoff
enthält, am leichtesten schmilzt; das graue Roheisen ist viel
dünnflüssiger als das weisse. Geschmiedet kann das Roheisen nicht werden,
da es in der Glühhitze zwar weich und mürbe wird, dass es mit einer
gewöhnlichen Holzsäge leicht geschnitten werden kann, unter dem Hammer
aber auseinander fliegt. Wegen der dünnflüssigen Beschaffenheit wird das
=graue Roheisen= vorzüglich zu Gusswaaren angewendet, es füllt die Formen
mit grosser Schärfe und Reinheit aus, während weisses Roheisen mit
stumpfen Ecken und concaver Oberfläche erstarrt und deshalb nie zum
Giessen angewendet werden kann. Das graue Roheisen ist ferner hinlänglich
weich, um gefeilt, gehobelt, gebohrt und gedreht werden zu können; das
weisse Roheisen ist dagegen so =hart=, dass es jeder mechanischen
Verarbeitung widersteht. Wird geschmolzenes graues Roheisen =rasch=
abgekühlt, so geht es in =weisses= Roheisen über. Lässt man dagegen bei
starker Hitze geschmolzenes weisses Roheisen =langsam= abkühlen, so
verwandelt es sich in =graues= Roheisen.
Auf die Beschaffenheit des aus dem Hochofen erhaltenen Roheisens ist
nicht nur die Beschickung, sondern auch hauptsächlich die Temperatur
des Ofens von grösstem Einflusse. Es scheint, als ob sich im Hochofen
bei jeder Beschickung zuerst stets weisses Roheisen bildet und dass
dieses erst bei sehr gesteigerter Temperatur in graues Roheisen
überzugehen vermag. Findet die Reduction bei einem richtigen
Quantitätsverhältniss zwischen Erz, Zuschlag und Brennmaterial statt,
so wird der Gang des Hochofens ein =garer= (Gargang) genannt. Man
erhält dadurch ein Roheisen mit gehörigem Kohlenstoffgehalt,
vorherrschend weisses Roheisen. Die Schlacke ist bei diesem Gange
niemals dunkel gefärbt, weil sie nur wenig Eisenoxydul enthält. Wenn in
Folge von vorherrschendem Erze, also von mangelndem Brennmaterial, die
Temperatur, welche zur vollständigen Kohlung des Eisens erforderlich
ist, nicht erreicht wird, so findet nicht selten nur unvollständige
Reduction statt, in dem eine grosse Menge von Eisenoxydul in die
Schlacke geht und derselben eine dunkle Farbe ertheilt. Der Gang des
Ofens wird in diesem Falle ein =übersetzter= oder =scharfer= oder
=Rohgang= genannt. Durch überwiegendes Brennmaterial, wodurch die Hitze
im Hochofen zu sehr gesteigert wird, wird ein =heisser=, =hitziger=
oder =übergarer Gang= des Hochofens hervorgebracht und graues Roheisen
gebildet.
Die Resultate der chemischen Untersuchung einiger Roheisensorten mögen
die Zusammensetzung des Roheisens im Allgemeinen veranschaulichen: 1.
Spiegeleisen aus 14 Th. Spatheisenstein, 9 Th. Brauneisenstein erhalten
(Hammerhütte). 2. Blumiges Floss aus Steiermark. 3. Weisses Roheisen.
4. Halbirtes Roheisen. 5. Graues Roheisen (aus Brauneisenstein mit
Holzkohle). 6. Graues Roheisen (aus Brauneisenstein und
Spatheisenstein). 7. Graues Roheisen (aus ockrigem Brauneisenstein mit
Koks erblasen).
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Gebundener Kohlenstoff 5,14 4,92 2,91 2,78 0,89 1,03 0,58
Graphit 0 0 0 1,99 3,71 3,62 2,57
Schwefel 0,02 0,017 0,01 0 -- -- --
Phosphor 0,08 0 0,08 1,23 -- -- --
Silicium 0,55 0 0 8,71 -- -- --
Mangan 4,49 0 1,79 0 -- -- --
Das Zeichen --, dass auf den Körper nicht geprüft, das Zeichen 0, dass
der Körper nicht gefunden wurde. =M. Buchner= fand bei einer
Untersuchung des Kohlenstoff- und Siliciumgehaltes des Roheisens:
1. 2. 3. 4. 5. 6.
C[Greek: g] 4,14 3,80 4,09 3,75 3,31 3,03
C[Greek: b] -- -- -- -- -- --
Si 0,01 0,01 0,26 0,27 Spur 0,15
1. 2. 3. 4. Spiegeleisen, grossblättrig oder vollkommen krystallinisch.
5. 6. Luckiges Roheisen.
7. 8. 9. 10. 11. 12.
C[Greek: g] 3,40 2,70 2,13 3,60 } 3,34 2,72
C[Greek: b] -- -- -- -- }
Si 0,14 0,12 0,10 0,66 0,10 0,20
7. 8. 9. Weisses grelles Roheisen. 10. Weisses Gusseisen. 11. Halbirtes
Roheisen. 12. Stark halbirtes Roheisen.
13. 14. 15. 16. 17. 18.
C[Greek: g] 2,17 1,35 1,18 0,71 0,38 0,26
C[Greek: b] 2,11 2,47 2,42 2,79 3,28 3,83
Si 0,09 0,70 0,66 1,53 1,62 0,59
13. Minder halbirtes Gusseisen. 14. 15. 16. Graues Gusseisen. 17.
Schaumiges, grobkörniges Roheisen. 18. Ueberkohltes schwarzgraues
Roheisen.
[Sidenote: Statistica über Roheisenproduktion.]
Die Roheisenerzeugung auf der ganzen Erde beträgt gegenwärtig (1870)
reichlich 200 Millionen Zollcentner, davon kommen auf
England, Wales und Schottland 115,000,000 Zollcentner
Frankreich 24,500,000 "
Nordamerika 20,200,000 "
Preussen 16,300,000 "
Belgien 8,900,000 "
Oesterreich 6,750,000 "
Russland 6,000,000 "
Schweden 4,500,000 "
Luxemburg 1,100,000 "
Bayern 732,000 "
Sachsen 280,000 "
Württemberg 138,000 "
Baden 16,000 "
Hessen 250,000 "
Braunschweig 90,000 "
Thüringen 18,000 "
Australien 2,000,000 "
Italien 0,750,000 "
Spanien 1,200,000 "
Norwegen 0,500,000 "
Dänemark 0,300,000 "
-----------------------
209,524,000 Zollcentner
im Werth von ungefähr 650 Millionen Thaler.
[Sidenote: Eisengiesserei, Umschmelzen des Roheisens.]
[Sidenote: Schacht- oder Kupolofen.]
[Illustration: Fig. 6.]
[Illustration: Fig. 7.]
Zur Herstellung der =Eisengusswaaren= verwendet man meist ein schwach
halbirtes graues Roheisen, welches sich durch grosse Dichtigkeit,
Festigkeit, scharfes Ausfüllen der Form und hinreichende Weichheit zur
mechanischen Bearbeitung auszeichnet. Obgleich das Giessen =direkt= aus
dem Hochofen (=Hochofenguss=) geschehen kann, zieht man es vor, die
=Flossen= oder =Gänze= umzuschmelzen (=Umschmelzebetrieb=), dies
geschieht entweder in =Tiegeln=, in =Schachtöfen= oder in
=Flammenöfen=. =Tiegel= (von Graphit oder feuerbeständigem Thon) wendet
man nur zum Giessen kleiner Gegenstände an, man schmilzt gewöhnlich
darin 5-8 Pfund. Am häufigsten findet der =Schacht=- oder =Kupolofen=
Anwendung; Fig. 6 und 7 zeigen einen solchen Ofen; er besteht aus einem
cylindrischen Schachtofen von 2,5-3,5 Meter Höhe, in welchem man durch
die Gicht das Roheisen und das Brennmaterial (Holzkohlen oder Koks)
schichtweise in den Schacht _A_ einträgt; die Oeffnungen _c_ und _d_
dienen zur Einführung der Düsen des Gebläses. Die nach der Rinne _B_
führende Oeffnung ist während des Schmelzens verschlossen; wenn das
geschmolzene Eisen die Oeffnung _a_ erreicht hat, wird dieselbe
vermittelst Thon verschlossen und die zuerst in _a_ befindliche Düse in
die Oeffnung _d_ gelegt. Das geschmolzene Eisen wird entweder in die
Form unmittelbar geleitet, oder in eiserne, mit Thon überstrichene
Giesspfannen gelassen und nach der Form hingetragen. Auch hierbei hat
die Benutzung von heisser Gebläseluft bedeutende Ersparniss an
Brennmaterial zur Folge gehabt.
[Sidenote: Flammenofen.]
Das Umschmelzen des Roheisens in =Flammenöfen= endlich geht in einem
gewöhnlichen Flammenofen auf die Weise vor sich, dass man das Eisen auf
dem mit Sand bedeckten =Schmelzherde=, der in der Richtung seiner Länge
etwas geneigt ist und an dessen tieferliegenden schmalen Seite das
=Stichloch= zum Abstechen des geschmolzenen Eisens befindlich ist,
schmelzen lässt und dann absticht. Auf dem =Feuerherde= befindet sich
Steinkohlenfeuer, dessen Flamme über eine niedrige Scheidewand (die
=Feuerbrücke=) hinweg über den Schmelzherd zieht, denselben in seiner
ganzen Längenausdehnung bestreicht und endlich in einen hohen
Schornstein tritt. Aus dem Stichloche läuft das Eisen entweder direkt
in die Formen, oder man füllt damit lehmbestrichene Kellen und Pfannen,
die von den Arbeitern zu den Formen getragen und dort durch Umneigen
ausgegossen werden. In einem Flammenofen lassen sich mehr als 50
Centner Roheisen auf einmal umschmelzen. Hierbei ist zu
berücksichtigen, dass das Roheisen während des Umschmelzens in
Flammenöfen mit der atmosphärischen Luft in Berührung kommt, dadurch
theilweise entkohlt und zu Gusswaaren untauglich wird.
[Sidenote: Formerei.]
Ein wesentlicher und schwieriger Theil der Eisengiesserei besteht in
der Herstellung der =Gussformen=. Je nach den Materialien, aus denen
die Formen bestehen, unterscheidet man 1) =Sandguss= in Formen aus
Sand, der so fein sein muss, dass die feinsten Gegenstände sich darin
abdrücken lassen, und so zusammenhaften, dass die schärfsten Kanten
stehen bleiben; er enthält so viel Thon, dass er sich beim Befeuchten
mit Wasser ballt; er wird vorher durch einen Zusatz von Kohlenstaub
locker gemacht, damit die Wasserdämpfe, die bei der Berührung des
heissen Gusseisens mit dem feuchten Sand sich bilden, leicht entweichen
können. Bei Gegenständen, die auf der einen Seite eben sind, wie
Gitter, Platten, Räder etc., wendet man den =Herdguss= an, d. h. man
giesst auf einem Theile der Hüttensohle, der mit Formsand bedeckt ist;
in diesem Formsand ist das Modell so eingedrückt, dass dessen
Oberfläche horizontal ist. Zu zusammengesetzten Gusswaaren, z. B. zu
Töpfen, wendet man den =Kastenguss= an. Die Sandformen werden vor dem
Eingiessen des Eisens nicht getrocknet; 2) der =Masseguss= in Formen
aus Sand und Lehm, wobei die Formen vor dem Giessen sorgfältig
getrocknet werden müssen; 3) der =Lehmguss= in Formen aus Lehm, der
gesiebt, angefeuchtet und, um das Reissen beim Trocknen zu verhüten,
mit Pferdemist durchknetet ist; 4) der =Schalenguss= (Kapselguss) in
gusseiserne Formen. Letzterer wird nur selten und zwar nur zu
Hartwalzen zum Ausstrecken des Blechs, die eine grosse Härte besitzen
müssen, und für Eisenbahnwagenräder benutzt. Er gründet sich auf die
Eigenschaft des grauen Roheisens, im geschmolzenen Zustand durch
schnelle Abkühlung rasch zum Erstarren gebracht, in hartes weisses
Roheisen überzugehen. Giesst man daher das Roheisen in gusseiserne
Formen (Coquillen), welche die Wärme schnell ableiten, so wird die
äussere Schicht in Folge der schnellen Abkühlung weiss und hart. So
kann man Walzen giessen, die an der Oberfläche sehr hart und doch, weil
sie im Innern aus grauem Roheisen bestehen, nicht spröde und
zerbrechlich sind.
Der am häufigsten angewendete =Eisenguss= ist der Sandguss, man benutzt
ihn zum Giessen von Ofenplatten, Rädern, Gittern, Roststäben etc. Den
Masseguss wendet man an, wenn man ein Zusammenstürzen einer Sandform zu
fürchten hat; man benutzt diesen Guss zum Giessen von eisernen Röhren
und Kanonen. Zur Herstellung der letzteren findet das halbirte Roheisen
=Anwendung=, indem dasselbe Zähigkeit mit Elasticität und einer
gewissen Härte vereinigt; es scheint indessen, als werde das Roheisen
(und auch das bisher angewendete Geschützmetall) in der
Geschützgiesserei in der Zukunft vollständig durch den Gussstahl
ersetzt werden, wie die Fabrikate von =Krupp= in Essen beweisen. Man
benutzt den Masseguss auch zu den sogenannten Galanteriewaaren aus
Eisenguss (Schreibezeuge, Leuchter, Ringe etc.). Den Lehmguss wendet
man endlich für sehr grosse Gegenstände an, und besonders für solche,
wozu man kein besonderes Modell machen will oder kann, z. B. zum
Giessen von grossen Kesseln, Glocken etc. Man unterscheidet dabei drei
Haupttheile:
a) den Kern, der an Grösse und Gestalt dem Innern des Gussstücks
gleichkommt,
b) das Modell (Hemd, Eisenstärke) und
c) den Mantel (die Einhüllung des Modells).
Die Lehmformen werden scharf getrocknet. Der =Kunstguss=, d. i. die
Anfertigung von Monumenten, Statuen etc., ist gleichfalls Lehmguss;
hierzu beginnt aber in der neuern Zeit das Zink das Gusseisen zu
verdrängen.
Bei solchen Gegenständen, welche viel Erhabenheiten auf ihrer
Oberfläche und besonders eine solche Form haben, dass ein theilweises
Abheben des Mantels nicht ausführbar ist, wie z. B. bei dem Guss von
Grabmonumenten, Kunstöfen, Statuen u. s. w., wird auf den gebrannten
Kern die Form in Wachsabgüssen aufgetragen. Das von dem Modelleur
angefertigte Modell wird in Gyps abgegossen, und es werden so viel
einzelne Gypsformen dargestellt, als des Abhebens wegen nöthig sind.
Man giesst das Wachs in die einzelnen Formen, trägt die Wachsabgüsse
auf den Kern und setzt sie auf demselben vorsichtig zusammen. Diese
Wachsform wird mit feingeschlämmtem Thon, der mit etwas Graphit
gemischt worden ist, überpinselt, und nachdem dies mehrere male
geschehen ist, die Form mit einer stärkeren, mit Kuhhaaren untermengten
Thonschicht umgeben. Ist der Ueberzug getrocknet, so schmilzt man das
Wachs durch Erwärmen der Form heraus.
[Sidenote: Adouciren. Tempern.]
Nach dem Gusse werden die Gusswaaren durch mechanische Bearbeitung
vollendet, es werden z. B. die Giessnähte abgehauen, der eingebrannte
Sand von der Oberfläche abgelöst u. s. w. Oft müssen die Eisengüsse
ausgebohrt (wie Kanonen), oder (wie Maschinentheile) abgedreht,
ciselirt, gehobelt, gefräst, gedreht und geschliffen werden. Da
dieselben nun durch schnelles Erkalten auf der Oberfläche oft solche
Härte und Sprödigkeit besitzen, als wären sie aus weissem Roheisen
gegossen und dadurch nicht mit Feilen, Meisseln etc. bearbeitet werden
können, so sucht man solchen Eisengüssen durch das =Adouciren=
(Tempern, Anlassen) die nöthige Weichheit zu ertheilen. Das Adouciren
besteht wesentlich in anhaltendem starken Glühen der Gussstücke in
einer Einhüllung und sehr langsamem Erkalten. Das Adouciren geschieht
entweder auf =physikalischem= oder auf =chemischem Wege=. Im ersteren
Falle, in welchem keine chemische Veränderung eintritt und das
Harteisen nur durch Anderslagerung der Moleküle in weiches Eisen
übergeht, überzieht man die Gegenstände mit Lehm und glüht sie zwischen
Kohlen aus, oder man glüht sie einfach unter trockenem Kiessand, oder
in mit Kohlenstaub angefüllten Kapseln bei nicht anhaltender
Rothglühhitze. Sollen die Gusswaaren durch das Adouciren zugleich eine
gewisse Festigkeit erhalten, welche dem Stahl und Stabeisen
eigenthümlich ist, so muss die Einhüllung und länger anhaltende Hitze
chemisch, d. h. entkohlend, einwirken. Als Hülle benutzt man ein
Cementirpulver aus Kohle, Knochenasche, Eisenhammerschlag, rothem
Eisenoxyd, Braunstein oder Zinkoxyd. Gleichmässig und durch die ganze
Masse hindurch entkohlten Eisenguss nennt man =hämmerbaren,
schmiedbaren Eisenguss= (_fonte malléable_). Auf diese Weise stellt man
neuerdings unzählige kleine Gegenstände aus Gusseisen dar, die man
früher zu schmieden pflegte, wie z. B. Schlüssel, Lichtputzen,
Schnallen u. s. w. Durch Einsatzhärtung (siehe bei Stahl) lassen sich
diese Gegenstände oberflächlich verstählen, so macht man jetzt z. B.
gegossene Scheeren und Messer (selbst Rasirmesser), die sich von den
stählernen kaum unterscheiden lassen. Man überzieht die gegossenen
Gegenstände häufig mit einem Firniss von Steinkohlentheer und Graphit
oder Leinölfirniss und Kienruss, oder bronzirt oder brünirt dieselben.
[Sidenote: Emailliren von eisernen Geschirren.]
Die eisernen Kochgeschirre pflegt man, um sie gegen das Rosten und den
Einfluss schwacher Säuren zu schützen, auf der inneren Seite zu
=emailliren=; dies geschieht, indem man die Fläche durch verdünnte
Schwefelsäure von Oxyd befreit, einen aus Borax, Quarz, Feldspath, Thon
und Wasser bestehenden Brei in dem Gefässe umherschwenkt, auf den
feuchten Ueberzug ein feines Pulver von Feldspath, Soda, Borax und
Zinnoxyd streut und darauf die Geschirre in einer Muffel bis zum
Schmelzen der Glasmasse erhitzt. Das in Frankreich fabricirte =glasirte
Eisen= ist ein ähnliches emaillirtes Eisen. Die Glasurmasse wird durch
Zusammenschmelzen von 130 Th. Flintglaspulver, 20-1/2 Th. kohlensaurem
Natron und 12 Th. Borsäure dargestellt. Man benutzt das glasirte Eisen
hauptsächlich statt der Zinkgefässe und verzinnter Blechgeschirre,
namentlich verfertigt man daraus Zuckerhutformen und
Krystallisirgefässe für Stearinsäure.
[Greek: b]) Schmiede- oder Stabeisen.
[Sidenote: Stabeisen oder Frischeisen.]
In älteren Zeiten[2] und auch gegenwärtig noch in Steiermark, Illyrien,
Italien, Schweden, Ostindien, Borneo, Madagaskar, brachte man, wie
bereits Seite 9 gesagt, das Stabeisen direct aus den Erzen aus, indem man
dieselben auf einem Herde mit Kohlen unter Mitwirkung eines Gebläses
reducirte und den erhaltenen Klumpen von reducirtem Eisen sofort
ausschmiedete. Gegenwärtig hat man diese wenig ergiebige Gewinnungsart
(=Luppenfrischerei= oder =Rennarbeit=) verlassen und stellt allgemein
zuerst Roheisen und aus diesem das Stabeisen dar. Derjenige Process,
durch welchen das =Roheisen= in =Stabeisen= oder =Frischeisen= verwandelt
wird, heisst der =Frischprocess=; er beruht der Hauptsache nach auf der
Entfernung der grössten Menge des Kohlenstoffs und der übrigen fremden
Körper des Roheisens durch Oxydation. Man verwendet zum Frischen nur
=weisses= Roheisen, und zwar möglichst kohlenstoffarmes, weil es vor dem
Schmelzen erweicht, lange dünnflüssig bleibt und daher den oxydirenden
Agentien eine grössere Oberfläche darbietet; auch verbrennt der chemisch
gebundene Kohlenstoff des weissen Roheisens leichter als der Graphit des
grauen Roheisens. Der =Frischprocess= oder das =Frischen= geht entweder
vor sich: