LXXVI. Ueber den Einfluß des Schwefels auf die Beschaffenheit des Eisens, und über das Vermögen des Phosphors, diesen Einfluß zum Theil aufzuheben; von Hrn. Janoyer, Director der Hohöfen der Orme-Hütte (Loire). Nach den Annales des mines, t. VI, 5e sér., pag. 149 durch das polytechnische Centralblatt, 1855, Lief. 13. Janoyer, über den Einfluß des Schwefels auf die Beschaffenheit des Eisens. Der Verfasser berichtet in seiner Abhandlung zunächst über von ihm angestellte Versuche, welche beweisen, daß der Schwefelgehalt des Eisens, welcher bekanntlich, selbst wenn er nur sehr gering ist, dasselbe rothbrüchig macht, in soweit er nicht aus den Erzen selbst herrührt, hauptsächlich bei dem Verschmelzen der Erze im Hohofen mit schwefelhaltigem Kies, nicht beim Puddeln des Eisens, wenn dabei auch schwefelhaltige Steinkohle verwendet wird, in das Eisen gelangt. Ein sehr reiner, namentlich ganz schwefelfreier Rotheisenstein von Privas wurde in einem Hohofen der Orme-Hütte eine Zeit lang mit Kohks, welche 0,28 Proc. Schwefel enthielten, und eine Zeit lang mit Holzkohle verschmolzen, und das in beiden Fällen erhaltene Roheisen gepuddelt, wobei eine und dieselbe Steinkohle als Brennmaterial angewendet wurde. Das im ersteren Falle erhaltene Stabeisen war ziemlich stark rothbrüchig, das im letztern Falle erhaltene dagegen durchaus nicht rothbrüchig und von ganz vorzüglicher Beschaffenheit. Man kann demnach annehmen, daß die schweflige Säure, welche in den Puddel- und Schweißöfen beim Verbrennen der Steinkohlen entsteht, keinen merklich nachtheiligen Einfluß auf das Eisen ausübt, während andererseits der schädliche Einfluß schwefelhaltiger Kohks beim Verschmelzen des Erzes durch diese Versuche entschieden dargethan wird. Durch Verschmelzen eines Gemenges von einem reinen thonigen Eisenerz und einem phosphorhaltigen Erz mit denselben schwefelhaltigen Kohks, und überhaupt unter sonst unveränderten Umständen, und Puddeln des Products unter ebenfalls denselben Umständen und mit derselben Steinkohle wie früher, erhielt der Verfasser ein Stabeisen von ganz anderem Verhalten, wie das aus dem (nicht phosphorhaltigen) Erz von Privas durch Verschmelzen mit Kohks dargestellte. Ersteres war hart, und eine Stange davon zerbrach, als beim Biegen derselben in der Kälte ihre Enden bis auf 0,14 Meter einander genähert waren; in der Hitze dagegen zeigte sich dieses Eisen nicht brüchig. Letzteres war weich und in der Kälte nicht brüchig, denn eine Stange davon von derselben (nicht näher angegebenen) Länge wie vorhin zeigte nicht den mindesten Bruch an der Biegungsstelle, als ihre Enden sich bis auf 0,005 Meter genähert wurden, aber in der Hitze zerbrach es und zeigte nicht die geringste Zähigkeit. Das harte Eisen, obgleich in der Kälte nicht so gut wie das weiche, wurde doch diesem im Allgemeinen vorgezogen, da es viel leichter in der Hitze zu verarbeiten war. Durch diese Umstände veranlaßt, stellte der Verfasser besondere Schmelzversuche an, bei denen er absichtlich Phosphor in das Eisen brachte, indem ein thoniger Brauneisenstein von Villebois, welcher nach Berthier 0,2 Procent Phosphorsäure enthält, der Beschickung zugesetzt wurde. Die Beschickung wurde hierbei so gemacht, daß auf 240 Kilogr. Roheisen, welche sie lieferte, 0,106 Kilogr. Phosphor in die Beschickung gebracht wurden, was ein Roheisen von 0,045 Procent Phosphorgehalt gab. Aus diesem Roheisen wurde durch Puddeln in gleicher Weise und mit derselben Steinkohle wie früher Stabeisen von viel besserer Qualität erhalten, als das bisher gewonnene. Ohne an Zähigkeit in der Kälte verloren zu haben, war es nicht mehr merklich rothbrüchig. Als ein Stück von diesem Eisen und ein gleiches Stück von dem Stabeisen, welches aus nicht phosphorhaltigem Erz durch Verschmelzen mit denselben schwefelhaltigen Kohks gewonnen war, auf gleiche Weise in der Hitze bearbeitet wurden, erhielt das letztere an allen Biegungen Brüche, während das erstere vollkommen widerstand. Der Verfasser schließt demnach aus diesen Versuchen, daß ein geringer Phosphorgehalt des Eisens die nachtheilige Wirkung des Schwefels in demselben bis zu einem gewissen Grade aufhebt. Durch derartige Wirkungen dürfte auch zum Theil die bekannte Erfahrung zu erklären seyn, daß es für die Qualität sowohl des Guß- als des Stabeisens günstig ist, wenn als Material für ihre Erzeugung Erze verschiedener Art verwendet werden. Nach diesen Beobachtungen stellte der Verfasser weitere Versuche an, um zu ermitteln, in welcher Weise der Phosphor die besagte Wirkung ausübt. Er schmolz in Tiegeln im Schmiedefeuer 1) 3 1/2 Grm. gutes graues sehr graphitreiches Gußeisen mit 0,14 Grm. Schwefelkies, und 2) 3 1/2 Grm. desselben Gußeisens mit 0,14 Grm Schwefelkies, 0,14 Grm. Knochenerde und 0,09 Grm. weißem feuerfesten Thon. In beiden Fällen wurde also gleich viel Schwefel angewendet, im letzteren Falle aber außerdem Phosphor in das Eisen gebracht, denn die Knochenerde mußte beim Schmelzen durch die Kieselsäure des Thons und den Kohlenstoff des Eisens unter Bildung von Phosphoreisen zersetzt werden. Die Versuche ergaben zwei vollkommen geschmolzene Metallkörner, die auf dem Bruche ganz weiß waren. Das Korn von dem Versuche 1) zeigte unter dem Hammer eine ziemliche Dehnbarkeit und war sehr schwer zu pulverisiren, da die Theile sich dabei zu kleinen Blättchen ausplatteten; das von 2) war dagegen durchaus nicht dehnbar, sondern sehr spröde und leicht zu pulverisiren. Eine Analyse ergab in dem ersteren Korne einen Schwefelgehalt von 1,714, in dem letzteren einen solchen von 1,486 Proc.; der Schwefelgehalt im letzteren war also um 0,228 Proc. geringer. Bei zwei anderen gleichen Versuchen mit einer anderen Sorte von grauem Gußeisen erhielt man durch Schmelzen desselben mit Schwefelkies allein ein Korn von 1,240 Proc., durch Schmelzen desselben mit Schwefelkies und Knochenerde ein Korn von 1,105 Procent Schwefelgehalt. Hier war also der Schwefelgehalt in dem mit Zusatz von Knochenerde geschmolzenen Korne um 0,135 Procent geringer. Die Gegenwart von Phosphor scheint also entschieden auf die Austreibung von Schwefel hinzuwirken. Um zu ermitteln, ob dieß etwa auf die Weise geschehe, daß der Phosphor sich mit einem Theile des Schwefels zu flüchtigem Schwefelphosphor verbinde, schmolz der Verfasser zwei gleiche Portionen desselben Gußeisens einmal mit Knochenerde und Thon allein, ein anderesmal mit derselben Menge von Knochenerde und Thon mit Zusatz von Schwefelkies. Im ersteren Falle wurde ein höchst sprödes, in letzterem Falle ein etwas dehnbares Korn erhalten. In beiden Körnern wurde der Phosphorgehalt bestimmt, dabei aber in dem ersteren nicht mehr, sondern im Gegentheil noch etwas weniger Phosphor gefunden wie im letzteren. Dieß spricht nicht für die Bildung von Schwefelphosphor, denn wenn diese stattfände, hätte in dem letzteren Korne weniger Phosphor gefunden werden müssen. Der Verfasser kam nun, veranlaßt durch den Bergwerks-Ingenieur Gruner, auf die Idee, daß bei der Verringerung des Schwefelgehalts durch die Gegenwart von Phosphor vielleicht der Kohlenstoff des Gußeisens eine Rolle spielen möge, und zwar auf die Weise, daß der Phosphor, sich mit dem Eisen verbindend, Kohlenstoff frei mache, und dieser dann mit Schwefel Schwefelkohlenstoff bilde, abgesehen von derjenigen Schwefelkohlenstoffbildung, welche schon ohne die Gegenwart von Phosphor stattfinde. Um diese Vermuthung zu prüfen, schmolz der Verfasser 1) 10 Grm. sehr feinen, in ganz kleine Stücke zerschnittenen Eisendraht mit 0,2 Grm. Schwefelkies, 2) 10 Grm. desselben Eisendrahts mit 0,2 Grm. Schwefelkies und 0,2 Grm. Knochenerde. In den dabei erhaltenen wohlgeflossenen Metallkörnern wurde der Schwefelgehalt bestimmt. Das Korn von dem Versuche 1) ergab einen Schwefelgehalt von 0,995 Proc., das von dem Versuche 2) einen solchen von 1,005 Procent. Die Differenz zwischen beiden Zahlen beträgt nur 0,01 Procent, was offenbar keine wesentliche Verschiedenheit ist. Der Schwefelgehalt war also in diesem Falle, wo Eisendraht genommen wurde, gleich, mochte Phosphor zugegen gewesen seyn oder nicht, während er bei Gußeisen, wenn Phosphor zugegen war, constant geringer ausfiel. Diese Verschiedenheit kann nur in dem verschiedenen Kohlenstoffgehalte beider Eisensorten seinen Grund haben, und der Verfasser hält es hiernach für ausgemacht, daß der Phosphor bei der Verringerung des Schwefelgehalts im Gußeisen auf die angeführte indirecte Weise, nämlich durch Beförderung der Bildung von Schwefelkohlenstoff, wirke. Aus dieser Wirkungsweise des Phosphors erklärt sich auch zum Theil die Erscheinung, daß man aus phosphorreichen Erzen im Hohofen so leicht weißes Roheisen erhält, selbst bei hitzigem Gange und wenn die Schlacken eine vollständige Reduction andeuten. Man hat dieselbe bisher dadurch erklärt, daß der Phosphor die Beschickung zu leicht schmelzbar mache und dadurch der Bildung grauen Roheisens entgegen wirke. Dieß ist auch richtig, allein zum Theil scheint die Ursache jener Erscheinung auch in der Verringerung des Kohlenstoffgehalts, welche durch den Phosphor hervorgebracht wird, zu liegen. Läge die Ursache bloß in der Leichtschmelzbarkeit, so müßten die Schlacken oft eisenhaltig seyn, was nicht der Fall ist. Nach Karsten behält das phosphorhaltige Eisen besser die Hitze, kommt schneller ins Weißglühen, und vertheilt die Wärme gleichmäßig in seiner ganzen Masse, während das schwefelhaltige, also rothbrüchige Eisen rasch und wenig gleichmäßig erkaltet. Eine geschmiedete Eisenstange in diesem Zustande ist nicht homogen und bricht sehr leicht. Diese Angabe, verbunden mit der Thatsache, daß der Phosphor auf die Verringerung des Schwefelgehalts hinwirkt, zeigt, daß die Gegenwart dieses Elements in der Beschickung des Hohofens in gewissen Fällen günstig wirken kann. Ein zu großer Gehalt an Phosphor in der Beschickung ist aber natürlich zu vermeiden, da das zu phosphorhaltige Eisen in der Kälte brüchig und von geringer Festigkeit ist. Ist man also darauf hingewiesen, eine phosphorhaltige Beschickung zu machen, so muß man sich auf den kleinsten Phosphorgehalt, durch welchen der Zweck erreicht werden kann, beschränken, und denselben durch Analysen und Schmelzversuche zu bestimmen suchen. Nach Karsten ist der höchste Phosphorgehalt in gutem Schmiedeisen 0,3 Proc.; wird dieser überschritten, so verliert das Eisen seine Zähigkeit in der Kälte und widersteht nicht mehr dem Schlage. Das sehr phosphorhaltige, sehr kaltbrüchige Eisen hat gewöhnlich einen körnigen Bruch mit glänzenden Facetten und zeigt keine faserige Structur. Man nimmt es für gewisse Verwendungen, u.a. zu Nägeln, lieber, als das weiche, etwas rothbrüchige Eisen, da es sich sehr leicht schmieden läßt. Man darf aber nicht glauben, daß jedes kaltbrüchige, auf dem Bruche Facetten zeigende Eisen in der Hitze gut ist, denn z.B. mit Silicium überladenes Eisen ist in der Hitze und in der Kälte brüchig. Der Verfasser hat bei allen Versuchen, welche er am Hohofen anstellte, um den Uebergang von Phosphor in das Roheisen zu befördern, ohne jedoch dessen Qualität zu beeinträchtigen, gefunden, daß der Gang des Ofens bei einer Beschickung, die gleiche Theile Thon und kohlensauren Kalk enthält, am besten ist. Die dabei entstehende Schlacke, in welcher das Verhältniß zwischen dem Sauerstoffgehalte der Basen und dem der Kieselsäure nahezu = 7 : 10 ist, ist nicht zu kieselig und kann folglich nicht durch Begünstigung der Reduction von Silicium nachtheilig auf das Product wirken, ist aber andererseits auch nicht zu reich an Basen, wodurch die Reduction des Phosphors und der Uebergang desselben in das Roheisen verhindert werden könnte. Zu einer Angabe von Stengel (Annales des mines, T. X., 3e série), daß ein Gehalt an Kupfer hauptsächlich die Ursache von Rothbrüchigkeit des Eisens sey, bemerkt der Verfasser, daß es bekannt sey, daß ein geringer Kupfergehalt das Eisen nicht schweißbar und sehr stark rothbrüchig mache, daß aber das Kupfer selten im Eisen vorkomme, und die Rothbrüchigkeit entschieden in den meisten Fällen von einem Schwefelgehalte herrühre.