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Analysen von Brauneisenerzen.
Bezeichnung | Eisenoxyd | Manganoxyd | Thonerde | Kalk und Magnesia | Phosphorsäure | Schwefelsäure | Kieselsäure | Wasser |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
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 | 2.4 | 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 |
Analysen von Spateisen-, Thoneisen- und Kohleneisenstein.
Bezeichnung | Eisenoxydul | Manganoxydul | Magnesia | Kalk | Kohlensäure | Kieselsäure und Gangart | Thonerde | Organische Substanz (Kohle etc.) |
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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 Kärnten ¹ | 43.83 | 7.31 | 2.44 | - | 35.12 | - | - | - |
" aus dem Stahlberg bei Müsen | 47.96 | 9.50 | 3.12 | - | 39.5 | - | - | - |
" 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 Schottland ² | 40.77 | - | 0.72 | 0.90 | 26.41 | 10.10 | - | 17.38 |
¹Enthält 11,30 Proz. Eisenoxyd; - ²enthält 2,72 Proz. Eisenoxyd und 1,00 Proz. Wasser.
Die verschiedenen Arten des Eisens.
Das aus den Erzen durch ein reduzierendes Verschmelzen erhaltene Eisen [* 2] 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 Eisen ist schwierig herzustellen, sehr weich und strengflüssig, so daß es in der Technik keine Anwendung findet; erst ein Gehalt an Kohlenstoff verleiht dem Eisen 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 (Ca ^[α]) und als mechanisch beigemengter (Graphit; Cb ^[β]). 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 Eisen nicht die Rede sein. Rammelsberg hält die Roheisensorten für isomorphe Mischungen (Eisen, Kohlenstoff und Silicium kristallisieren regulär) und erklärt daraus das Schwanken der Zusammensetzung. In der Neuzeit teilt man die verschiedenen Eisensorten in folgender Weise ein:
Technisch verwertetes kohlenstoffhaltiges Eisen. | |||||
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Roheisen | Schmiedbares Eisen | ||||
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. | ||||
Graues Roheisen. | Weißes Roheisen. | Stahl | Schmiedeeisen | ||
mit 0.6-2 Proz. Kohlenstoff; ist härtbar. | mit 0.04-0.6 Proz. Kohlenstoff; nicht härtbar. | ||||
Der Kohlenstoff ist größtenteils als Graphit zugegen. | 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). |
I. Roheisen und seine Gewinnung.
(Hierzu Tafel »Eisen I und II«.)
Im Altertum war das Roheisen nicht bekannt; man stellte aus den Erzen durch ein reduzierendes Verschmelzen in Gruben oder Herden direkt schmiedbares Eisen 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, ¶
[* 2] Fig. 1. Westmans Gasröstofen.
[* 2] Fig. 2. Westmans Gasröstofen.
[* 2] Fig. 3. Rheinischer Kokshochofen.
[* 2] Fig. 6. Parryscher Trichter.
[* 2] Fig. 8-10. Puddelofen mit direkter Feuerung.
Fig. 4. Büttgenbachs Hochofen.
[* 4] Fig. 5. Büttgenbachs Hochofen.
[* 4] Fig. 11. Puddelofen mit Gasfeuerung. [* 5]
Fig. 12, 13. Luppenquetscher.
[* 4] Fig. 15, 16. Schweißofen.
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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 Eisen 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 Eisen (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 Eisen 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 Eisen 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 Eisen 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, [* 7] 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, [* 8] wohl aber in ihren reinern Varietäten (Spiegeleisen, blumige und luckige Flossen) zur Stahl- und Stabeisenfabrikation; die unreinern Sorten (weißes Eisen vom Gargang) liefern ordinäre Stabeisensorten, während grelles Eisen 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 [* 9] 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 Eisen 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 Eisen dickflüssiger, ein Phosphorgehalt dünnflüssiger, weshalb man phosphorhaltiges Eisen gern zu dünnen Gegenständen (Geschirren, Ofenrohren etc.) anwendet, die indes spröde sind und starke Stöße nicht vertragen. Ein zu großer Graphitgehalt macht das Eisen 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 ¶