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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, [* 2] 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 [* 1] (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 [* 3] 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 [* 4] 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 [* 5] Wärme [* 6] an diese abzugeben (Regenerativfeuerung).
Einen solchen Ofen stellt [* 1] 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 [* 7] zieht über den Herd, und die Feuergase gelangen an der entgegengesetzten Seite in das abgekühlte Regeneratorpaar etc.; a' Lufteintritt. Die Abhitze bei Öfen [* 8] mit direkter Feuerung oder mit gewöhnlicher Gasfeuerung [* 9] wird häufig zur Dampfkesselheizung benutzt.
Während bei den gebräuchlichen Puddelöfen deren Herde feststehen und die sehr beschwerliche Arbeit des Rührens mit der Hand [* 10] 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 [* 11] in Bewegung gesetzt wird. a ist mit einem Eisenoxydfutter ausgekleidet, läuft auf Rollen [* 12] 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,
[* 1] ^[Abb.: Fig. 4. Danks' Ofen.] ¶
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Ersparung an Brennmaterial und Arbeitslohn und Erzeugung eines guten, schmiedbaren Eisens. Nachteile des Ofens sind die großen Anlagekosten, die häufige Erneuerung des Futters und die dazu erforderlichen großen Zänge- und Walzvorrichtungen.
Ein neuerer Ofen dieser Art von Sellers ist mit Regenerativfeuerung versehen, während Crampton Kohlenstaubfeuerung verwendet. Der von Pernot konstruierte Ofen besteht aus einem rotierenden, tellerförmigen, schwach geneigten Herd, welcher, wie der Dankssche Ofen, mit einem Eisenoxydfutter versehen ist. Der Pernot-Ofen hat indessen zum Puddeln bisher noch keinen allgemeinen Eingang gefunden. Bei dem ältern, von Cort angegebenen Verfahren des Puddelns (Trockenpuddeln) wurde garschmelziges, stark gefeintes Roheisen auf dem Sandherd des Ofens in teigartigen Zustand versetzt, die Masse mit einer Kratze zerschlagen und dann unter dem Einfluß der Luft die Garung herbeigeführt.
Aber dieses Verfahren eignet sich nur für sehr reines Roheisen wegen zu raschen Verlaufs des Frischens, und deshalb ist fast allgemein das auch für unreines und graphitisches Eisen geeignete Schlackenpuddeln (fettes Puddeln, Kochfrischen) eingeführt, bei welchem man durch passende Schlackenzuschläge den Prozeß in die Länge ziehen oder beschleunigen kann. Je nachdem man den Kohlenstoff mehr oder weniger vollkommen entfernt, erhält man sehniges oder körniges Eisen. Beim Puddeln auf Sehne wird das Roheisen auf der Schlackensohle mit Zuschlägen während 25-45 Minuten eingeschmolzen (Feinperiode), die Masse abgekühlt und wiederholt mit einer Kratze umgerührt (das eigentliche Puddeln), wobei durch reichliche Bildung von Eisenoxyduloxyd der Kohlenstoff unter Entwickelung von Kohlenoxydgas und starkem Aufblähen der Masse oxydiert wird (Rühr- oder Kochperiode).
Sobald die Masse wieder ruhig geworden und aus der Schlacke blendend weiße, schwammige Partien hervorstehen, befindet sich das Eisen in einem stahlartigen Zustand. Zur weitern Entkohlung in der Garfrischperiode rüttelt man die zusammengefrittete Masse mit der Brechstange kräftig durch (»durchschlagen«),
schiebt sie am Fuchs zusammen, bricht einzelne Brocken davon ab, die man nach der Feuerbrücke transloziert (»umsetzen«),
und wiederholt diese Operation, bis sich eine stark schweißende kompakte Masse gebildet hat. Dann schreitet man zum Luppenmachen, indem man die Masse in Stücke von 30-40 kg Gewicht teilt, dieselben (Luppen, Bals) durch Umwälzen in der Schlacke noch gart, kräftig zusammendrückt und dann unter Stirn-, Aufwerf- oder Dampfhämmern (s. Hammer) [* 14] oder Zängewalzwerken (s. Walzwerke), Quetschern oder Luppenmühlen bearbeitet (»zängen«),
um die in reichlicherer Menge darin enthaltene Schlacke auszuquetschen und dichtere, prismatische Stücke (Kolben, Masseln) zu erhalten. Die Luppenquetscher [* 13] (Fig. 12 u. 13 auf Tafel II) bestehen aus einem zweiarmigen Hebel [* 15] e f mit Drehpunkt bei m. Die Kolbenstange einer Dampfmaschine a drückt beim Aufwärtsgehen den mit Stahlbacken versehenen Arm f gegen die Luppe g auf die Unterlage k; h Bock [* 16] für das Achsenlager m, b d Steuerung, i Schwungrad, c Welle desselben. Die Luppenmühlen [* 13] (Fig. 14 auf Tafel II) bestehen aus einem Cylinder a mit kannelierter Oberfläche, um die vertikale Achse c drehbar und mit einem vorn offenen, exzentrischen Mantel b umgeben, der durch fünf eiserne Säulen [* 17] d auf einer starken Grundplatte feststeht. Die vorn zwischen b und a eingeworfene Luppe e wird bei der Drehung des Cylinders a immer mehr zusammengepreßt. Beim Puddeln auf Feinkorn wendet man ein rohschmelzigeres, kohlen- und manganreicheres, möglichst reines Roheisen in geringern Mengen an, führt den Prozeß bei höherer Temperatur durch und schützt das Produkt gegen das Ende gegen zu kräftige Oxydation, indem man mit etwas rauchiger Flamme arbeitet.
Betriebsresultate der Öfen mit direkter Feuerung.
Puddeln auf Sehne | Puddeln auf Feinkorn oder Stahl | |
---|---|---|
Einsatz von Roheisen | 200-250 kg | 125-150 kg |
Erfolg an Luppeneisen | 85-90 Proz. | 84-91 Proz. |
Verbrauch an Steinkohle pro 100 kg Luppeneisen | 100-120 kg | 120-150 kg |
Anzahl der Einsätze in 24 Stunden | 12-16 | 8-14 |
Durchschnittliche wöchentliche Produktion eines Ofens an Luppeneisen | 12-16000 kg | 10-12000 kg |
Das Puddeln im Rotierofen von Danks geschieht in der Weise, daß man in den Rotator die Roheisencharge (300 kg) nebst Zuschlag (Roteisenstein) einträgt, anfangs sehr langsam und nach dem Einschmelzen etwas rascher (etwa zwei Touren pro Minute) rotieren läßt. Dann steigert man die Temperatur durch Vermehrung des Unterwindes, hält den Ofen behufs Abstechens der Schlacke an, schließt den Stich und steigert die Temperatur bei zehn Umdrehungen pro Minute behufs energischer Durcharbeitung, wobei unter heftigem Kochen Frischeisen entsteht. Bei verminderter Feuerung und Umdrehungszahl (1½ Tour pro Minute) läßt man die Eisenteilchen zu einem Klumpen (Luppe) zusammengehen, entfernt den beweglichen Fuchs, läßt die Luppe auf eine eingebrachte Gabel fallen, indem der Ofen eine halbe Umdrehung macht, zieht die Luppe heraus und zängt dieselbe unter einer Quetschmaschine. Auf 100 kg fertiges Schmiedeeisen verbraucht man 100 kg Kohlen, ca. 100 kg Roheisen und 20 kg Roteisenstein.
Behufs weiterer Verarbeitung des Luppeneisens zu Handelsware auf mechanischem Weg vereinigt man, um es weich, knetbar und homogener zu machen, mehrere Stücke durch umgelegten Draht [* 18] zu einem Paket und setzt es einer Schweißung in Herden (Schweißfeuer) von ähnlicher Einrichtung wie die Frischfeuer (s. oben) oder in Flammöfen (Schweißöfen) aus, welche mit festem Brennmaterial oder mit Gasen geheizt werden. Wegen der zu erzeugenden hohen Temperaturen ist hierbei die Siemenssche Regenerativgasfeuerung besonders wirksam.
Die Schweißöfen [* 13] (Fig. 15 u. 16 auf Tafel II) unterscheiden sich von den Puddelöfen (s. oben) hauptsächlich dadurch, daß zur Erzeugung größerer Hitze der Rost A im Verhältnis zu dem aus Sand geschlagenen und von unten gekühlten Herd B von 2,9-3,5 m Länge und 1,5-3,5 m Breite größer ist, das Gewölbe [* 19] sich tiefer senkt und die Fuchsbrücke fehlt, so daß die Schweißschlacke im Fuchs C herab nach dem Stichloch f zu und durch dieses abfließt. b Schüröffnung, c Feuerbrücke mit Luftkühlung, m Arbeitsöffnung mit Arbeitsplatte, o Säulen zur Unterstützung des Schornsteins D. Unterwind hat sich sehr wirksam erwiesen. Behufs des Schweißens bringt man das Luppeneisen oder die Pakete an die Fuchsseite, rückt sie dann allmählich nach dem heißesten Teil, der Feuerbrücke, zu, nimmt die schweißwarmen Stücke mit der Zange [* 20] oder mittels maschineller Vorrichtungen aus dem Ofen und transportiert sie auf Wagen zur Bearbeitungsmaschine. Die Schlacken fließen, wie bemerkt, im Fuchs hinab zum Schlackenloch, welches man durch ein Steinkohlenfeuer warm ¶