mehr
entstanden, welchem zur Bildung von Schmiedeeisen noch Kohlenstoff entzogen werden muß. Man setzt deshalb den Oxydationsprozeß noch fort, und das im Überschuß gebildete, von der immer basischer werdenden Schlacke (Garschlacke) aufgelöste Eisenoxyduloxyd trägt zur weitern Entkohlung bei, bis an gewissen Kennzeichen (Weißglühen, knetbarer Zustand der Eisenteilchen etc.) das Ende der Periode (Garfrischperiode) erkannt wird. Reines Weißeisen frischt sehr schnell, weil durch das dickflüssige Einschmelzen (Spiegeleisen macht hiervon eine Ausnahme) eine energischere Oxydation ermöglicht wird.
War das Weißeisen nicht ganz schwefelfrei, so kann das Frischen so rasch gehen, daß der Schwefel nicht Zeit findet, sich zu oxydieren, und es erfolgt ein rotbrüchiges Produkt. In solchem Fall gibt man Zuschläge, welche das Frischen verzögern (Sand, Thon, Rohschlacken), indem sie eine dünnflüssige Schlacke erzeugen, die das Kohleneisen bedeckt und die Luft mehr von demselben abschließt. Spiegeleisen frischt langsamer und schwerer als gewöhnliches Weißeisen, indem dasselbe dünnflüssig einschmilzt und sein Mangangehalt, welcher noch vor dem Eisen [* 2] und neben dem Silicium oxydiert wird, eine dünnflüssige Schlacke bildet, die in der eben angegebenen Weise luftabhaltend wirkt.
Außerdem löst sich das den Kohlenstoff energisch oxydierende Eisenoxydoxydul in der manganhaltigen Schlacke nicht auf, und daher wird die Entkohlung verzögert. Man verwendet das Spiegeleisen gern zur Stahlfabrikation, einmal wegen seiner Reinheit, dann, weil sich bei dem verzögerten Frischen der Punkt leichter treffen läßt, wo noch die zur Stahlbildung erforderliche Kohlenstoffmenge vorhanden ist, als wenn das Frischen zu rasch verläuft. Schwefel wird um so vollständiger entfernt, je länger der Prozeß dauert.
Phosphor wird oxydiert, nachdem alles Silicium entfernt ist; eine vollständige Abscheidung findet aber nur dann statt, wenn die Schlacke basisch ist, die Temperatur nicht zu hoch steigt und ein Eisen mit geringem Kohlenstoffgehalt hergestellt wird. Die übrigen Verunreinigungen des Roheisens werden durch das Frischen leicht entfernt, nur das Kupfer [* 3] macht davon eine Ausnahme. Man kann das Frischen künstlich beschleunigen durch Zusatz Sauerstoff abgebender (garender) Substanzen (Hammerschlag, Garschlacke etc.). Die zum Frischen dienenden Gebläseherde (Frischherde, Frischfeuer) bestehen aus einem mit eisernen Platten (Zacken) ausgekleideten Raume mit eiserner, gewöhnlich von unten gekühlter Bodenplatte. Man nennt die Eisenplatte, auf welcher die Form d (Textfig. 3) ruht, Formzacken (t), die gegenüber befindliche (h) Windzacken, die Hinterplatte (s) Aschenzacken und die Vorderplatte Vorder- oder Schlackenzacken. Durch das Ventil [* 4] v ist der Zutritt der Gebläseluft aus w in die Düse zu regulieren. Man gelangt zu dem mit einer Esse (a) überdeckten Herde durch die Arbeitsöffnung bei b. Zuweilen sind die Frischfeuer überwölbt und mit Glühherden versehen, auf welchen das zu verfrischende Roheisen durch die abziehende Flamme [* 5] vorgewärmt wird.
Die Modifikationen beim Frischen werden hauptsächlich durch die Beschaffenheit des Roheisens, namentlich durch seine Reinheit und das Verhalten beim Frischen, ob roh- oder garschmelzig, bedingt. Graues, rohschmelziges Roheisen erfordert zur Überführung in Schmiedeeisen die Durchführung der oben angegebenen drei Perioden des Feinens, Roh- und Garfrischens (Dreimalschmelzerei); Spiegeleisen und schwach gefeintes Roheisen bedingen nur die beiden letzten Perioden (Zweimalschmelzerei) und kohlenarmes Weißeisen, luckige Flossen oder stark gefeintes Eisen nur die letzte Periode (Einmalschmelzerei).
Als Beispiel für die Dreimalschmelzerei diene die deutsche Frischschmiede für halbiertes und graues Roheisen, welche noch dadurch charakterisiert ist, daß das dabei erhaltene Luppeneisen behufs Schweißung und Ausreckung in demselben Feuer erhitzt wird, in welchem das Frischen gleichzeitig stattfindet. Man füllt den Herd mit Kohle, schiebt vom Windzacken her die Roheisenstücke (Gänze) in den Herd, läßt dieselben, mit Kohlen bedeckt, tropfenweise in den Herd schmelzen, wobei ein Feinen des Roheisens (s. oben) eintritt.
Auf die Feinperiode (Gänzeschmelzen), in welcher nach Umständen rohe oder garende Zuschläge gegeben werden, folgt, nachdem die gebildeten Rohschlacken durch den Stich im Vorderzacken abgelassen worden, das Rohaufbrechen: die auf der Bodenplatte befindliche Eisenmasse wird mittels einer Brechstange (Speer) in mehrere Stücke gebrochen und jedes derselben nach und nach über die Form gehoben, um beim Niedergang vor derselben entkohlt zu werden. Die Anzahl der zu erzeugenden Stücke richtet sich nach der Reinheit, namentlich dem Schwefelgehalt des Roheisens. Je unreiner dasselbe, desto mehr und kleinere Stücke erzeugt man (Klumpfrischen mit nur einem Stück; Durchbrechfrischen mit vielen Stücken, kombiniertes Klump- und Durchbrechfrischen mit wenigen Stücken).
Man sticht die entstandene Schlacke (Rohschlacke) ab, bricht die am Boden befindliche, etwa im Zustand des Stahls befindliche Masse nochmals auf (Garaufbrechen) und läßt die Stücke behufs weiterer Entkohlung wieder vor der Form vorbeigehen und sich dann unterhalb derselben zu einem Klumpen (Luppe, Deul, Dachel) vereinigen, welcher, nachdem er von allen Seiten dem Wind zur vollständigen Garung ausgesetzt worden, mittels Zange [* 6] ausgehoben und zum Auspressen der darin enthaltenen Schlacke (»zängen«) kräftigen Schlägen unter einem Stirn- oder Aufwerfhammer (s. Hammer) [* 7] auf einem Amboß ausgesetzt und zu einem parallelepipedischen Stück (Massel) bearbeitet wird.
Dieses teilt man in mehrere Stücke (Schirbel, Zaggel), wärmt dieselben während des Einschmelzens des Roheisens im Fokus des Frischfeuers an, während dahinter das Roheisen für die nächste Charge einschmilzt, und reckt sie unter Hämmern zu Stäben aus. Man setzt durchschnittlich 110-120 kg Roheisen ein, bringt 72-75 Proz. Schmiedeeisen aus und verbraucht auf 100 kg ausgeschmiedetes Eisen 1-1,5 cbm Holzkohle bei 4-6 Stunden Arbeitsdauer. Bei dem sogen. Anlauf- oder Judenfrischen steckt man in der letzten Periode einen Eisenstab in die Masse, an welchen sich dann das entstandene Frischeisen (Anlaufeisen) ansetzt, worauf man den Klumpen abhaut und ausschweißt.
[* 1] ^[Abb.: Fig. 3. Frischfeuer.] ¶
mehr
Bei der Franche-Comté-Schmiede wird die Arbeit beschleunigt, namentlich durch häufiges Aufbrechen schon während des Ausschmiedens.
Zu den Zweimalschmelzereien gehören die Wallonenschmieden, charakterisiert durch Einschmelzen von gefeintem oder siliciumarmem Weißeisen, seltener halbiertem Eisen, auf einem Garschlackenboden, welches je nach der Reinheit ein- oder mehrmals aufgebrochen wird. Das Anwärmen (Ausheizen) der Schirbel findet in besondern Feuern (Schweißfeuern) oder in Flammöfen (Eckmanscher Schweißofen) statt. Werden, wie bei der englischen Lancashireschmiede, die Frischfeuer überdeckt, mit Vorglühherden versehen und erhitzte Gebläseluft angewandt, so spart man gegen die deutsche Schmiede an 30 Proz. Brennstoff bei 5-10 Proz. Mehrausbringen an Eisen. Bei der Einmalschmelzerei, z. B. der Siegenschen, wird reines, manganhaltiges, garschmelziges Roheisen einmal vor der Form niedergeschmolzen, wobei schon fertiges Eisen erfolgt, welches gezängt etc. wird.
Das Herdfrischen wird nur noch wenig angewandt, weil es zu viel und zu teures Brennmaterial (Holzkohlen) bei geringer Produktion erfordert, welche Schattenseiten man durch Anwendung von mit festem rohen Brennmaterial oder mit Gasen befeuerten Flammöfen (Puddelöfen, nach dem engl. to puddle, »rühren«, oder Rühröfen) beseitigt hat. Das erste englische Patent auf ein solches Verfahren wurde 1766 an Thomas und George Cranage erteilt. Dasselbe scheint aber ohne praktischen Erfolg geblieben zu sein, und man sieht allgemein als Erfinder des Puddelns mit Steinkohlen Henry Cort an, der sein Patent 1784 erhielt.
Ein Puddelofen mit direkter Feuerung [* 8] (Fig. 8-10 auf Tafel I) enthält einen durch die Schürthür a zu speisenden Rost b von 0,5-0,75 qm Fläche, durch die Feuerbrücke e getrennt von dem Herd f von etwa 1,5-1,6 m Länge, 1,3-1,4 m Breite [* 9] und 0,2-0,7 m Tiefe, aus einem Garschlackenbett auf Unterlage von Eisenplatten gebildet. Der Herd ist durch die Fuchsbrücke n von der 12-15 m hohen Esse l getrennt, auf deren Boden die in den geneigten Fuchs [* 10] aus dem Herd übergehende Schlacke gelangt, um durch den Stichkanal k abzufließen.
Gewöhnlich sind Fuchs- und Hauptbrücke sowie das den Herd umgebende Eisen (Herreisen) hohl, und es zirkuliert in dem Hohlraum zur Kühlung des Herdes Luft oder Wasser. Auch ist die eiserne Bodenplatte durch Luft von unten gekühlt, welche durch die Öffnungen o o ein- und durch Züge r wieder austritt. Gewöhnlich führt zum Herd nur eine Arbeitsöffnung g mit Arbeitsplatte m davor (einfacher Ofen), zuweilen ist behufs Erzielung größerer Produktionen noch eine zweite Arbeitsöffnung h vorhanden (Doppelöfen).
Zur Erzeugung der in dem Puddelofen erforderlichen hohen Temperatur bedarf man eines guten Brennmaterials, gewöhnlich langflammiger Steinkohlen, deren Effekt dadurch noch gesteigert wird, daß man Gebläseluft (Unterwind) unter den Rost leitet. Wo solch gutes Brennmaterial nicht zu Gebote steht, verwandelt man minderes (z. B. Braunkohlen und Torfklein) in brennbares Gas und verbrennt dieses in dem Zustand, wie es aus dem Generator kommt, durch erhitzte Gebläseluft (Gasöfen), oder man erhitzt Gas und Luft in Regeneratoren, mit Steinen angefüllten Kammern, welche durch die vom Ofen abziehenden Feuergase glühend gemacht werden, um dann beim Durchstreichen der Verbrennungsluft und der brennbaren Gase [* 11] Wärme [* 12] an diese abzugeben (Regenerativfeuerung).
Einen solchen Ofen stellt [* 8] Fig. 11 auf Tafel II dar. M ist der Puddelofenherd, von welchem die Feuergase durch die Kanäle x und y nach unten in zwei nebeneinander liegende Regeneratoren, von denen nur der eine R' sichtbar, ziehen, um die darin angehäuften Steine zu erhitzen, dann durch B, C' u. d' zur Esse zu gelangen. Während dieser Zeit strömen die Generatorgase und die kalte Gebläseluft durch das erhitzte Generatorpaar L' auf den Herd. Sobald letzteres erkaltet ist, wird durch Ventile Z Gas- u. Luftstrom umgestellt, beide passieren das wieder erhitzte Regeneratorpaar R' nebst Zubehör, das Gas tritt durch y, die Luft durch x aus, die bei Vereinigung beider entstehende Flamme zieht über den Herd, und die Feuergase gelangen an der entgegengesetzten Seite in das abgekühlte Regeneratorpaar etc.; a' Lufteintritt. Die Abhitze bei Öfen [* 13] mit direkter Feuerung oder mit gewöhnlicher Gasfeuerung [* 14] wird häufig zur Dampfkesselheizung benutzt.
Während bei den gebräuchlichen Puddelöfen deren Herde feststehen und die sehr beschwerliche Arbeit des Rührens mit der Hand [* 15] ausgeführt wird, ist man neuerdings bemüht gewesen, die Handarbeit durch mechanische Mittel zu ersetzen. Man hat die Rührstange durch Maschinenkraft bewegt, wobei der Arbeiter ersterer nur die Direktion zu geben hat (mechanische Puddler); diese Vorrichtungen haben indes keine allgemeine Anwendung gefunden, weil sie gerade für den beschwerlichsten Teil der Puddelarbeit, das Vereinigen der Eisenteilchen zu einer Luppe, nicht zu gebrauchen sind.
Vollkommener ist der Zweck erreicht durch die rotierenden Puddelöfen, welche von Danks (1871) derart vervollkommt sind, daß sie wirklichen Eingang in die Praxis gefunden haben. Namentlich gebührt Danks das Verdienst, in den Rotatoren ein aus Roteisenerz hergestelltes Eisenoxydfutter angebracht zu haben, welches zur Abscheidung des Phosphors aus dem Roheisen beiträgt. Die Einrichtung des Danksschen Ofens zeigt Textfig. 4. a ist der cylinderförmige Rotator, welcher vermittelst des Zahnkranzes h durch eine Dampfmaschine [* 16] in Bewegung gesetzt wird. a ist mit einem Eisenoxydfutter ausgekleidet, läuft auf Rollen [* 17] und schließt sich direkt an die feststehende Rostfeuerung f, welche meist mit Unterwind betrieben wird. Durch den beweglichen, an einer Kette c aufgehängten Fuchs b werden die Feuergase in den Schornstein geleitet. Vorteile dieses Ofens sind eine bedeutend größere Produktion,