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gebläse (s. Gebläse), [* 2] Winderhitzungsapparate (s. Winderhitzung) und Gichtaufzüge (s. d.), letztere zum Emporschaffen der Schmelzmaterialien von der Hüttensohle bis zur Gicht bestimmt, wenn der Ofen nicht an einem Bergabhang liegt, von welchem aus er bedient werden kann. - Das Chargieren (Aufgeben) geschieht bei Holzkohlenöfen mit engerer Gicht aus Körben, Kasten, Schubkarren etc., bei Koksöfen [* 3] in auf Schienen gehenden Gichtwagen, häufig mittels der Gichtaufzüge.
Man sucht beim Aufgeben die Beschickung im allgemeinen so zu verteilen, daß die dickern Stücke mehr nach der Mitte, das Klein mehr an die Peripherie kommt und den aufsteigenden Gasen hier ein zu rapider Abzug verwehrt wird. Man erreicht dieses bei kleinern Öfen [* 4] dadurch, daß man die Beschickung in mehreren Häufchen hart an die Peripherie stürzt, wo dann die dicken Stücke nach der Mitte rollen, das Klein aber an seiner Stelle liegen bleibt. Bei Öfen mit weiterer Gicht hat man besondere Verteilungsvorrichtungen, deren bekannteste und am häufigsten angewandte der Parrysche Trichter (Tafel I, [* 1] Fig. 6) ist. B ist ein in die Gichtmündung eingehängter Trichter, in welchem ein Eisenkegel A an dem bei H durch die Scheibe F auf und nieder zu bewegenden Balancier [* 5] G H gehoben und gesenkt werden kann. Wird bei der gewählten Kegelstellung der Trichter B mit Beschickung gefüllt, dann A gesenkt, so rutscht dieselbe durch die ringförmige Öffnung II nach der Peripherie D hin; hier bleibt das Klein liegen, während die größern Stücke nach der Mitte E hinrollen. Die Gichtgase ziehen durch seitliche Kanäle unter dem Trichter ab.
Was die Ofendimensionen betrifft, so richtet sich die Höhe hauptsächlich nach der Festigkeit [* 6] des Brennmaterials und der im Gestell entwickelten Hitze. Die Höhe der Koksöfen beträgt meist 15-20 m und nur selten über 20 m (z. B. 30 m bei Öfen im Clevelanddistrikt); Holzkohlenöfen nimmt man meist niedriger, 7,85-9,98 m; jedoch kommen bei sehr festen Kohlen auch Höhen bis zu 16 m vor (Rußland). Die Weite der Öfen ist neuerdings sehr gestiegen, und man hat dadurch große Produktionen erreicht.
Besonders maßgebend für letztere ist die Weite in der Formgegend. Mit zunehmender Weite ist die Windmenge, Anzahl der Formen, Stärke [* 7] des Gebläses etc. gewachsen. Die größten Dimensionen dürften 3,14 m im Gestell, 9,41 m im Kohlensack und 6,28 m an der Gicht sein. Durch Herstellung tonnenförmiger und cylindrischer Schachtformen ist die Ofenkapazität ebenfalls erhöht worden. Die tägliche Produktion eines Hochofens variiert beträchtlich, je nach der Beschaffenheit der Erze und je nach der Größe der Hochöfen; die Menge des erzeugten Roheisens beträgt bei Anwendung von Koks 15-100,000 kg und zwar bei den neuern Hochofenanlagen meist 50-70,000 kg, auch wohl bis 90,000 kg. Beim Holzkohlenofenbetrieb ist die tägliche Produktion geringer und beträgt 10-40,000 kg. Beim Bau der Eisenhochöfen verfährt man im allgemeinen in der Art, daß auf dem Fundament zuerst das Rauhgemäuer oder der Mantel errichtet und dann erst der Kernschacht eingebaut wird. Das Schließen der Arbeitsseite des Herdes durch den Tümpel erfolgt zuletzt. Bevor der Ofen in Betrieb gesetzt wird, bedarf es eines sorgfältigen Anwärmens desselben, gewöhnlich in der Weise ausgeführt, daß unter dem Arbeitsgewölbe ein Flammofen erbaut wird und die Feuergase aus demselben so lange durch die offene Brust in den lose bedeckten Hochofen eingeleitet werden, bis etwa nach 2-3 Wochen keine Wasserdämpfe oben mehr ausziehen.
Behufs Inbetriebsetzens eines Koksofens (Anblasens) füllt man den Herd bis zur Rasthöhe mit Holz, [* 8] verteilt darauf Koks und etwas Kalkstein zur Bindung der Koksasche, dann wieder Koks, gare Eisenhochofenschlacke und etwas leichtflüssige Beschickung. Nachdem der übrige Schachtraum noch mit abwechselnden Schichten von Koks und Beschickung, der man immer mehr und mehr an Schlackenzusatz abbricht, bis etwas unter die Gicht gefüllt worden, zündet man das Holz bei offener Gicht und geschlossenen Formen am Eisenabstich an, läßt den Wind schwach an, wenn das Feuer die Formen erreicht, und steigert allmählich die Windpressung, bis sich Schlacke am Eisenabstich zeigt, worauf man letztern mit Sand schließt und bei verstärktem Wind und vermehrter Beschickungsmenge zu einem normalen Satz, d. h. zu einem Verhältnis zwischen Brennmaterial und Beschickung, zu gelangen sucht, bei welchem ohne Eisenverschlackung dasjenige Roheisen erfolgt, welches man andauernd zu erhalten wünscht (Gargang, normaler Gang). [* 9]
Setzt man auf dieselbe gleichbleibende Menge Brennmaterial (Brennmaterialgicht) zu viel Beschickung (Satz), so tritt Abkühlung vor den Formen ein, und das unvollständig reduzierte Eisen [* 10] geht in die Schlacke (Rohgang). Bei zu wenig Erz auf dieselbe Brennmaterialmenge steigt die Temperatur zu hoch, und es bilden sich graphitreiche schwarzgraue Roheisensorten (übergarer Gang). Sobald der Ofen in normalen Gang gekommen, das Anblasen beendigt ist, setzt man das regelmäßige Chargieren von vorher abgewogenen Beschickungs- und Brennmaterialmengen fort. Gewöhnlich nimmt man die Brennstoffquantität (Brennmaterialgicht) konstant an und ändert das Gewicht des jedesmaligen Beschickungssatzes nach dem dermaligen Ofengang.
Die chemischen Vorgänge, welche die Massen beim allmählichen Niedergehen im Ofen in verschiedenen Teilen erleiden, sind im wesentlichen die folgenden. Kommt das Brennmaterial mit einem Überschuß von Luft vor den Formen zusammen, so verbrennt dasselbe zu Kohlensäure, welche beim Aufsteigen in Berührung mit glühenden Kohlen Sauerstoff an dieselben abgibt und in Kohlenoxyd übergeht. Das in den Ofen gestürzte Erz verliert im obern Ofenteil (Vorbereitungszone) flüchtige Bestandteile, lockert sich auf und gestattet beim weitern Niedergang dem aufsteigenden Kohlenoxydgas Eintritt in seine Poren; das Eisenoxyd wird dadurch allmählich in der Reduktionszone bei 600-900° zu metallischem schwammförmigen Eisen reduziert, welches in den noch nicht geschmolzenen erdigen Bestandteilen verteilt bleibt.
Gelangt das Erz in die Nähe des Kohlensackes, so nimmt das fein zerteilte Eisen bei 1000° Kohlenstoff auf und sättigt sich damit bei ca. 1400° in einem etwas tiefer gelegenen Teil des Ofens (Kohlungszone). Dadurch wird das Eisen schmelzbar und geht in dem heißesten Teil des Gestells, wo der erhitzte Wind eintritt, samt den beigemengten schlackebildenden Substanzen in den flüssigen Zustand über (Schmelzungszone). Im Herd schwimmt die spezifisch leichtere Schlacke auf dem Roheisen und schützt dasselbe vor der Oxydation durch den Gebläsewind. Je nach der Temperatur und der Schmelzbarkeit der Beschickung entstehen graue, halbierte oder weiße Roheisensorten (s. oben). Bei der hohen Temperatur im untern Ofenraum reduziert sich auch Silicium, namentlich aus der Kieselsäure der Asche durch Kohle und Eisen, und geht in das Roheisen. Durch größere Kalkzuschläge bindet man die Kieselsäure schon, bevor sie in den Schmelzraum kommt, großenteils an Kalk, ¶
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desgleichen einen Schwefelgehalt, während Phosphor zum größten Teil in das Roheisen geht. Die Manganreduktion wird durch einen Überschuß von Brennmaterial, stark erhitzten Wind und kalkreiche Schlacke begünstigt. In Wirklichkeit sind die angedeuteten Vorgänge nicht scharf auf diese Ofenzonen beschränkt; je nach Beschaffenheit der Erze, z. B. der leichtern oder schwierigern Reduzierbarkeit, findet die Reduktion schon in höhern oder erst in tiefern Ofenteilen vollständig statt, und die Zonen gehen ineinander über.
Als Kennzeichen zur Beurteilung des Ofenganges dienen hauptsächlich die Beschaffenheit des Roheisens und der Schlacken, das Schmelzverhalten der Massen vor der Form und die Beschaffenheit der dem Ofen entströmenden Flamme [* 12] (Gichtflamme), wenn die Gicht offen ist. Gargang charakterisiert sich durch Roheisen von der gewünschten Beschaffenheit (grau, halbiert, weiß etc.), ohne daß sich Eisen verschlackt. Die saurere Schlacke vom Holzkohlenofenbetrieb fließt dabei zäh, erstarrt langsam, erscheint nach dem Erkalten glasig und emailartig und von verschiedener (grauer, gelber, blauer etc.) Färbung, nur nicht grün von Eisenoxydul.
Die kalkreichere, basischere Kokshochofenschlacke fließt dünner, erstarrt rascher, kann bei viel Kalk nach dem Erstarren zerfallen und zeigt auch verschiedene, bei einem Mangangehalt z. B. erbsengelbe Färbung, welche bei einem größern Eisengehalt braun bis schwarz erscheint. Die Gichtflamme zieht lebhaft aus, raucht und ist bei Holzkohlen violett gefärbt. Bei zu niedriger Temperatur im Ofen tritt Rohgang ein, das Eisen wird kohlenstoffärmer, die Schlacke eisenreich und die Gichtflamme bei Holzkohlen gelb gefärbt. Steigt die Temperatur zu sehr (übergarer Gang), so entstehen graphitreiche dunkle Roheisensorten. Als Hauptmittel zur Änderung des Ofenganges, wenn derselbe abnorm geworden, dienen das Abnehmen oder Zulegen an Beschickung auf dieselbe Brennstoffmenge, die Windstellung und Winderhitzung, die Veränderung der Beschickung u. a.
Das im Herd angesammelte Roheisen wird bei Sumpföfen mit Vorherd entweder direkt aus diesem oder aus einem damit kommunizierenden Schöpfherd mittels Kellen gleich in die Gießformen geschöpft, meist aber, und immer bei Öfen mit geschlossener Brust, abgestochen, indem man eine mit Sand oder Thon verstopfte Öffnung (Stich) unmittelbar über dem Bodenstein aufsticht, worauf man das flüssige Metall in Gießpfannen, Sand- oder Eisenformen etc. abfließen läßt, nach dem Abfluß den Stich schließt und den Herd sorgfältig bei Ofen mit offener Brust reinigt.
Die Schlacken gelangen über dem Wallstein auf die Schlackentrift und werden, wenn sie zäh fließen (Holzkohlenofenschlacken), von hier nach einigem Erkalten abgeworfen; die dünnflüssigen Kokshochofenschlacken fließen in Eisenkasten, welche auf Schienenbahnen aus der Hütte entfernt werden. Neuerdings bringt man auch dem Eisenabstich gegenüber eine von Wasser gekühlte Form an, durch welche die Schlacke aus Koksöfen kontinuierlich abfließt (Lürmannsche Schlackenform).
Läßt sich infolge zu starker Abnutzung des Hochofens ein regelmäßiger Betrieb nicht mehr durchführen, fehlt es an Schmelzmaterialien (Erz, Kohlen), hat man keinen Absatz an Produkten etc.: so schreitet man zur Beendigung der Schmelzkampagne durch das Ausblasen des Ofens, insofern man nicht bei sonstiger guter Beschaffenheit ein Dämpfen desselben, eine nur zeitweilige Sistierung des Betriebes, vorzieht. Letztere Operation besteht darin, daß man anfangs unter Einbringung der Brennmaterialgichten wie gewöhnlich die Erzgichten teilweise durch gare Eisenhochofenschlacken, dann ganz durch Schlacken ersetzt, hierauf wieder Schlacken mit steigendem Erzsatz gibt, bis die letzten noch Roheisen liefernden Schichten im Herd angekommen sind.
Dann sticht man alles Flüssige ab, verschließt alle zum Herd führenden Öffnungen, bedeckt die Gicht mit einer Thonlage und kann so den Ofen wochen-, ja monatelang liegen lassen, indem durch die Fugen etc. immer so viel Luft eindringt, daß die Koks im Herd glühend bleiben; wenn nicht, so muß der Herd zu diesem Zweck zeitweilig geöffnet werden. Soll der Ofen wieder in Betrieb gesetzt werden, so braucht man nur vorsichtig den Wind wieder anzulassen. Beim Ausblasen zur völligen Beendigung der Kampagne verfährt man ganz ähnlich, füllt nur den Ofen zuletzt ohne Brennmaterial ganz mit Kalk, Eisenstein etc. und räumt die Massen, welche durch die Abhitze gebrannt werden und eine Schonung des Gemäuers gegen die Flamme gestatten, nach einigem Erkalten aus. Die Schmelzkampagnen können bei Öfen mit frei stehendem Herde, dessen Steine beim Schadhaftwerden leicht ersetzt werden können, bis 25 Jahre dauern, gewöhnlich 1-10 Jahre.
Als Hauptprodukt vom Eisenhochofenbetrieb erfolgt Roheisen von der früher angegebenen Beschaffenheit, für Zwecke der Gießerei [* 13] und zur Darstellung von Stabeisen und Stahl verwendbar.
Die sauren, zähflüssigen Schlacken vom Holzkohlenofenbetrieb werden zuweilen in Formen eingedrückt und zu Bausteinen (Schlackensteinen) verwandt, oft auch gepocht und gewaschen, um mechanisch beigemengte Eisenkörner (Wascheisen) wiederzugewinnen, oder zuweilen in Wasser abgelassen, um die erfolgten Granalien als Formsand oder Sand zur Mörtelfabrikation zu benutzen. Die basischern, bei der Abkühlung zuweilen zerfallenden kalkreichen Kokshochofenschlacken werden entweder abgesetzt, oder granuliert zum Chausseebau, zu künstlichen Steinen, Zement etc. benutzt. Die Gichtgase, welche immer noch beträchtliche Mengen brennbares Kohlenoxydgas enthalten, werden für Heizzwecke verwandt, wobei auch noch die Wärme, [* 14] welche sie mit aus dem Ofen bringen, nutzbar gemacht wird.
Die Tabelle auf S. 413 gibt ein Bild von der Zusammensetzung der verschiedenen Roheisensorten.
II. Darstellung von schmiedbarem Eisen.
Wie bereits erwähnt, wurden früher Schmiedeeisen und Stahl direkt durch Reduktion aus den Erzen hergestellt (Rennarbeit), während man gegenwärtig fast ganz allgemein zunächst Roheisen aus den Erzen erzeugt und letzteres als Ausgangsprodukt für die Herstellung von schmiedbarem Eisen benutzt; der dabei gemachte Umweg wird dadurch reichlich aufgewogen, daß die zur Erzeugung des Roheisens ausreichende Temperatur auch zur Schmelzung desselben und zur Abscheidung der Gangarten in Form einer flüssigen und eisenfreien Schlacke genügt, während man bei der Rennarbeit das Eisen im festen, teigartigen Zustand gewinnt und außerdem einen großen Teil von Eisen durch Verschlackung verliert. Zur Erzeugung von schmiedbarem Eisen aus dem Roheisen wird dem letztern durch Oxydation ein Teil des Kohlenstoffs entzogen. Häufig wird die Entkohlung so weit fortgeführt, daß das erzeugte Produkt genau den Kohlenstoffgehalt des gewünschten schmiedbaren Eisens besitzt (Frisch- und Puddelprozeß); in vielen Fällen wird aber auch die Entkohlung weiter getrieben und das kohlenstoffarme Produkt durch erneute Hinzufügung von ¶