XCV. Bessemer's Fabrication von Stabeisen und Stahl aus flüssigem Roheisen, ohne Anwendung von Brennmaterial. Mit Abbildungen auf Tab. VI. Bessemer's Fabrication von Stabeisen und Stahl aus flüssigem Roheisen. Hr. Heinrich Bessemer hielt über seine Erfindung einen Vortrag in der British Association zu Cheltenham, dessen wesentlichen Inhalt wir dem Supplement zum Londoner Mining Journal vom 16. August 1856 entnehmen. Hr. Bessemer beschäftigte sich seit mehreren Jahren fast ausschließlich mit Verbesserungen in der Fabrication von Stabeisen und Stahl; bis zu den letzten Monaten des vorigen Jahres hatte er jedoch keine wesentlichen Fortschritte gemacht. Wiederholt baute er Oefen auf, behandelte ohne Erfolg große Massen von Eisen in denselben, und riß sie dann wieder nieder. Er machte aber bei diesen Versuchen zahlreiche Beobachtungen, welche ihn in einer ganz neuen Ansicht über diesen Gegenstand mehr und mehr bestärkten, nämlich daß man ohne Ofen oder Brennmaterial eine weit größere Hitze hervorbringen kann, als durch die bisherigen Mittel, wodurch man also nicht nur die Kosten des Brennmaterials erspart, sondern auch dessen nachtheilige Einwirkung auf das Eisen – da es sich hier um Steinkohlen handelt – vermeidet. Hr. Bessemer machte anfänglich Versuche mit Eisenmengen von 10 bis 20 Pfd., die ihm, obgleich der Proceß mit vielen Schwierigkeiten verbunden war, das Gelingen desselben nachwiesen. Er construirte daher einen Apparat, womit er 7 Cntr. Roheisen im Verlauf von einer halben Stunde in Stabeisen oder Stahl umwandeln konnte; bei der Behandlung solcher Quantitäten verschwanden die Schwierigkeiten gänzlich, welche bei Versuchen mit 10 Pfd. im Laboratorium stattfanden. Er ging bei seinem neuen Processe von der Annahme aus, daß das Roheisen 5 Proc. Kohlenstoff enthält und daß derselbe, wenn er mit dem Sauerstoff der Luft in der Weißglühhitze in Berührung kommt, sich mit diesem verbinden und eine Verbrennung veranlassen muß. Letztere muß mit einer Geschwindigkeit vor sich gehen, die durch das Oberflächenverhältniß des Kohlenstoffes bedingt ist und die Temperatur, welche das Metall erlangt, muß von der Geschwindigkeit der erfolgenden Vereinigung des Kohlenstoffes mit dem Sauerstoff abhängen. Man braucht daher nur die beiden Stoffe so mit einander in Berührung zu bringen, daß sie bei ihrer gegenseitigen Einwirkung eine möglichst große Oberfläche darbieten, um eine Temperatur zu entwickeln, welche in unseren jetzigen größten Oefen nicht erreicht werden kann. Um diese theoretische Ansicht praktisch zu erproben, erbaute Bessemer einen etwa 3 Fuß hohen Ofenschacht, ähnlich dem eines Cupolofens, dessen Inneres er mit einem Futter von feuerfesten Steinen versah. Etwa 2 Zoll über der Sohle dieses Ofens wurden von feuerfestem Thon fünf Formen von 3/8 Zoll Weite so vorgerichtet, daß, wenn abgenutzt, sie in einigen Minuten ausgewechselt werden konnten. Auf der einen Seite dieses Ofens und in seiner halben Höhe wurde eine Oeffnung angebracht, durch welche das flüssige Roheisen hineingeleitet werden konnte, und auf der entgegengesetzten Seite eine zweite, während des Betriebs mit Lehm verschlossene Oeffnung, durch welche das Eisen am Ende des Processes abgelassen werden konnte. Der Ofen muß eine solche Größe haben, daß er mindestens 20 und höchstens 100 Cntr. flüssiges Roheisen aufnehmen kann. Es ist zweckmäßig, denselben in möglichster Nähe der Abstichöffnung eines Hohofens anzubringen, so daß das aus letzterm abgestochene Roheisen durch eine Rinne in jenen hineinfließen kann. Dem Ofen muß mittelst eines Gebläsecylinders Wind von 8 bis 10 Pfd. Pressung auf den Quadratzoll zugeführt werden können. – Ehe der Ofen eine Charge erhält, muß er mit Kohks gehörig angewärmt werden, deren Asche und Schlacke man durch die untere Oeffnung herauszieht und dieselbe dann wieder verschließt. Bevor nun der Ofen mit flüssigem Roheisen beschickt wird, muß man das Gebläse anlassen, damit jenes nicht in die nahe an der Sohle befindlichen Düsen eindringen kann. Ist die Charge gemacht (welche 18 Zoll bis 2 Fuß über die Düsen hinaufreicht), so erfolgt ein heftiges Aufkochen des Metalles und es erscheinen Flammen mit einigem Funkensprühen. Dieß dauert 15 bis 20 Minuten, während welcher Zeit der Sauerstoff der eingetriebenen Gebläseluft sich mit dem Kohlenstoff des Roheisens verbindet, wodurch kohlensaures Gas und ein sehr hoher Hitzegrad entsteht. Da sich nun diese Hitze im Innern der ganzen flüssigen Masse entwickelt, so nimmt das Metall den bei weitem größeren Theil derselben auf, seine Temperatur steigert sich daher in hohem Grade und der dem Roheisen mechanisch beigemengte Kohlenstoff (Graphit) wird gänzlich verzehrt. Aber auch der chemisch gebundene Kohlenstoff beginnt bei dieser hohen Temperatur sich jetzt von dem Metall zu trennen, wobei das Volum der aus der Gicht des Ofens hervorströmenden Flamme sehr zunimmt. Das Eisen steigt in dem Ofen um mehrere Zoll über sein anfängliches Niveau und es erscheint auf demselben eine leichte poröse Schlacke, welche als Schaum ausgeworfen wird. Diese Schlackeneruption dauert 5 bis 6 Minuten und hört dann auf; sie wird durch eine sehr starke und anhaltende Flamme ersetzt. Die so stattfindende schnelle Vereinigung des Sauerstoffs mit dem Kohlenstoff steigert die Temperatur des Eisens noch, während jetzt der verminderte Kohlenstoffgehalt desselben einem Theil des Sauerstoffs gestattet sich mit dem Eisen zu Eisenoxyd zu verbinden. Die hohe Temperatur veranlaßt sofort eine Schmelzung des Oxyds, welches die mit dem Eisen verbundenen metallischen Grundlagen der Erden oxydirt und verschlackt. Durch das heftige Aufkochen des Eisens in dieser Periode werden Schlacken und Metall genau durcheinander gemengt, so daß alle Theilchen in gegenseitige Berührung kommen, wodurch das Eisen von Silicium und andern Erdbasen gehörig gereinigt wird, während Schwefel oder andere flüchtige Stoffe, die bei den gewöhnlichen Temperaturen der Hoh- und Puddelöfen mit dem Metall verbunden bleiben, sich verflüchtigen; der Schwefel bildet mit dem Sauerstoff schweflige Säure und entweicht. Der Roheisenverlust während dieses Umwandlungsprocesses zu Stabeisen belief sich im Durchschnitt bei vier Versuchen auf 12 1/2 Proc., wozu noch der Abgang beim Ausschweißen und Auswalzen des Eisens kommt, so daß der ganze Abgang zu 18 Proc. anzunehmen ist, während er bei den gewöhnlichen Methoden der Stabeisenfabrication 28 Proc. beträgt. Es läßt sich jedoch ein bedeutender Theil von dem verlornen Eisen wieder gewinnen, indem man die während des Aufkochens aus dem Ofen geworfenen reichen Oxyde mit gekohlten Gasen behandelt. Die Schlacken enthalten sehr viele kleine Eisenkörner, welche durch ihre ganze Masse zerstreut sind und sich durch Pochen und Waschen leicht wieder gewinnen lassen. Es wurde oben erwähnt, daß nach dem Aufkochen des Eisens eine sehr starke und anhaltende Flamme aus der Ofengicht strömt, die dann plötzlich nachläßt. An dieser Abnahme der Flamme erkennt der Arbeiter daß der Proceß beendigt und das Roheisen in Stabeisen umgewandelt ist. Es wird alsdann das Abstichloch des Ofens geöffnet und das reine Stabeisen in Formen von beliebiger Gestalt und Größe ausgegossen. Die auf diese Weise erhaltenen Eisenstücke sind gänzlich frei von jeder Beimengung von Schlacken, Oxyden oder andern fremdartigen Stoffen; sie sind weit reiner und besser als Rohschienen, oder selbst als vieles packetirte, ausgeschweißte und ausgewalzte Eisen. Es ist daher möglich, mittelst dieses einfachen Processes, der weder anstrengende Arbeit noch besondere Geschicklichkeit erfordert, in 30 bis 35 Minuten, 60 bis 100 Cntr. Roheisen in Stabeisen umzuwandeln. Dazu ist nur ein Drittel von der Gebläseluft erforderlich, welche ein Fein- oder Reineisenfeuer verbraucht und kein anderes Heizmaterial, als die in dem Roheisen selbst enthaltene Wärme. Jeder Eisenhüttenmann wird sich darüber wundern, daß ein Strom kalter Gebläseluft, welcher in flüssiges Roheisen eingetrieben wird, dessen Temperatur so sehr erhöhen kann, daß es noch in vollkommen flüssigem Zustande bleibt, nachdem es allen seinen Kohlenstoff verloren hat und sich im Zustande des Stabeisens befindet, welches bekanntlich in den höchsten Hitzegraden unserer Schmiedefeuer nur in einen teigigen Zustand kommt. Hr. Bessemer erzielt aber in seinem Ofen mittelst zweckmäßiger Vertheilung des Gebläsewindes wirklich eine so hohe Temperatur, daß er nicht allein das Stabeisen flüssig erhält, sondern auch das beim Gießen der Eisenstäbe nach seinem Verfahren erlangte und anderes Brucheisen wieder einschmelzen kann, indem er es der Roheisencharge zusetzt, nachdem das Rochen derselben begonnen hat; es wird dazu mittelst der aus der Ofengicht entweichenden Flamme in zu diesem Zweck über derselben angebrachten Räumen bis zur Weißglühhitze vorgewärmt. Es ist einleuchtend, daß das nach dem beschriebenen Verfahren durch Eingießen in Formen dargestellte Stabeisen keine harten oder stahlartigen Stellen haben kann, wie dieß sowohl bei dem Puddel- als Herdfrischeisen der Fall ist; eben so wenig bedarf ein solcher gegossener Stab des Auswalzens um die Schlacke auszuquetschen, da er solche gar nicht enthält, sondern das Metall durchaus rein und gleichartig ist. Das Auswalzen hat also nur den Zweck, in den Stäben den Nerv oder Faden zu entwickeln. Daraus folgt, daß es, statt gewöhnliches Stabeisen oder Eisenbahnschienen aus mehreren Stäben zusammenzuschweißen, weit einfacher und wohlfeiler ist, mehrere Stäbe oder Schienen aus einem Guß zu machen. Man würde dieß ohne Zweifel schon längst gethan haben, wenn man beim Puddelproceß nicht an die kleinen Luppen oder Deule gebunden wäre. Die Leichtigkeit, welche das neue Verfahren zur Erlangung großer Massen darbietet, gestattet die Anfertigung so großer Stäbe, wie es bei dem ältern Verfahren nicht möglich war. Der Gußstahl besitzt bekanntlich Eigenthümlichkeiten, wodurch er sich von allen anderen Formen des Eisens unterscheidet, nämlich einen vollkommen gleichartigen Charakter, er ist ganz frei von Einmengungen und sonstigen Unreinigkeiten und hat eine größere Festigkeit und Elasticität als der Blasen-, d.h. der unverarbeitete Brennstahl; diese Eigenschaften erlangt er nur dadurch, daß er geschmolzen wurde und seine erste Form durch Gießen erhielt. Alle diese Eigenschaften erlangt aber auch bei dem neuen Verfahren das Stabeisen durch Schmelzen und Gießen. – Das durch den neuen Proceß dargestellte Stabeisen hat ganz die Eigenschaften des bei Holzkohlen erzeugten Herdfrischeisens. Auch kann man mittelst dieses Verfahrens leicht große Wellen, Kurbeln und andere schwere Stücke darstellen. Eben so wie man jetzt aus Roheisen eine Menge von Gegenständen jeder Größe in Formen gießt, können in der Folge aus dem neuen Stabeisen Gegenstände aller Art durch Gießen in Formen dargestellt werden. Schließlich macht Hr. Bessemer noch auf folgende Thatsachen aufmerksam, welche die Darstellung des Gußstahls sehr erleichtern. In dem Stadium seines Processes, der unmittelbar auf das Kochen folgt, ist das gesammte Roheisen in Gußstahl von gewöhnlicher Beschaffenheit übergegangen. Durch Fortsetzung des Processes verliert der so erzeugte Stahl nach und nach seinen geringen Kohlegehalt und geht vom harten in den weichen Stahl, von diesem in stahlartiges und dann in weiches Eisen über. Man kann daher durch Unterbrechung des Processes in der geeigneten Periode jede beliebige Qualität von Stahl oder Eisen darstellen. –––––––––– Bessemer's Erfindung ist – wenn sie wirklich durchgeführt werden kann – offenbar für das gesammte Eisenhüttengewerbe sowie für das Maschinenwesen und die Technik überhaupt von der größten Wichtigkeit. Da durch sie bei der Stabeisenfabrication alle Zwischenprocesse (das Abstechen des Roheisens in Gänze, das Feinen, Puddeln und das Zängen oder Ausquetschen der Schlacken aus den Luppen), welche so viele Arbeit und so großen Brennmaterialaufwand verursachen, wegfallen würden, so könnte in der Folge die Tonne Stabeisen um 2 Pfd. Sterl. oder der Centner um 20 1/2 Sgr. billiger dargestellt werden. Die Nrn. 1097 und 1098 des Mining Journal enthalten Briefe namhafter englischer Metallurgen an deren Redaction, welche sich über Bessemer's Erfindung in der Mehrzahl befriedigend aussprechen; ob es gelingen wird, die sich ohne Zweifel herausstellenden praktischen Schwierigkeiten der neuen Stahl- und Stabeisenfabrication vollständig zu besiegen, kann natürlich nur die nächste. Zukunft lehren; vom theoretischen Standpunkte aus ist dieses kaum zu bezweifeln. In Nr. 1098 des Mining Journal wird über einen Versuch berichtet, welcher nach Bessemer's Vorschrift in der ersten Woche dieses Monats auf dem großen Dowlais-Eisenwerke ausgeführt wurde; man ließ das flüssige Roheisen mittelst einer Rinne in eine Art von Cupolofen einfließen, in welchen unten Gebläsewind einströmte; die Erscheinungen waren ganz die oben angegebenen, und nach einer halben Stunde erhielt man ein Stabeisen oder einen Stahl der sich in der Schmiede bearbeiten ließ. Beschreibung der Abbildungen des Bessemer'schen ApparatesWir verdanken dieselben dem Ingenieur Hrn. Heinrich Gruner. – Das Patent, welches sich Heinrich Bessemer (am Queen-street-place, New Cannon-street, City von London) ertheilen ließ, lautet auf die Entkohlung des aus dem Hohofen abgestochenen flüssigen Roheisens oder des vorher geschmolzenen Roheisens mittelst kalten Gebläsewindes; er beansprucht auch die Anwendung von erhitzter atmosphärischer Luft oder von Wasserdampf zu diesem Zweck.A. d. Red., nach der Specification des Patentsd. d. 11. Februar 1856. Der cylindrische Behälter (Ofen), welcher beiläufig zur Hälfte mit dem aus dem Hohofen abgestochenen Roheisen gefüllt wird, besteht aus starkem Eisenblech und ist innen mit einem Beschlag von gut gebranntem feuerfestem Thon überzogen. – Die verdichtete kalte atmosphärische Luft wird an einer Seite des Eisenbehälters, ein Paar Zoll über seiner Sohle, durch radiale enge Oeffnungen (Düsen) eingeführt, die sich in Stücken des Thonbeschlags befinden; der Essenbehälter kann mittelst der unten beschriebenen Vorrichtung so gedreht werden, daß sich die Mündungen dieser Düsen nach Erforderniß unter oder über der Oberfläche des Metalles befinden. – Die Luft muß natürlich mit einer Kraft eingepreßt werden, welche einer Säule flüssigen Eisens das Gleichgewicht hält, deren Höhe der Entfernung der Düsenöffnungen von der Oberfläche des Metalles entspricht (bei Bessemer's Versuchen betrug die Höhe dieser Eisensäule 1 1/2 Fuß). Fig. 14 ist eine Seitenansicht, Fig. 15 ein Querschnitt und Fig. 16 ein senkrechter Längendurchschnitt des Eisenbehälters. In Fig. 14 und 15 befindet sich derselbe in seiner tiefsten Stellung; in Fig. 16 ist er halb umgedreht. Fig. 17 und 18 zeigen im Detail die Windleitungsröhren, Fig. 19 bis 22 die Düsen. An den oberen Eisenplatten a', a des Behälters (Fig. 16) sind Zapfenlager für die Achsen b, b' angebracht, an denen sich der Behälter drehen kann. Die beiden eisernen Seitengerüste c, c (Fig. 16) und c', c' (Fig. 14) sind mittelst der Schrauben d, d mit dem gemauerten Fundament, auf welchem der ganze Apparat steht, fest verbunden. Die Gerüste c', c' sind höher als die beiden anderen und haben die Lager e, e (Fig. 14) angebolzt, in denen sich die Welle f dreht. Das Zahnrad g ist auf die Achse b' (Fig. 16) fest aufgekeilt und erhält seine Bewegung durch die endlose Schraube h, welche mittelst der Kurbel i und der Welle f in Umdrehung gesetzt wird. – An der Vereinigungsstelle zweier Rippen der Seitenplatten a des Behälters ist ein Zapfen v (Fig. 14) mit einem Haken angebracht, um daran eine Kette befestigen zu können, welche über eine an der Decke der Hütte befindliche Leitrolle geführt und mit einem Gegengewicht versehen wird, damit man den Behälter mittelst der beschriebenen Vorrichtung leichter um seine horizontale Achse drehen kann. Um den Thonbeschlag m, m (Fig. 16) des Behälters stellenweise erneuern oder ausbessern zu können, schraubt man entweder eine der Platten a los, oder bringt an einer der Seiten des Behälters ein Mannloch an. Bei m' (Fig. 15) ist der Thonbeschlag so gestaltet, daß die Schlacken zurückgehalten werden, während das erzeugte Stabeisen mittelst der vorspringenden Lippe n in die Form abfließt. Zu beiden Seiten der Ausgießöffnung n (Fig. 16) des Behälters befindet sich eine Röhre p für den Austritt der Flammen und gasförmigen Producte, welche sich während des Processes bilden; damit die Metalltheile, welche durch die eingepreßte Luft emporgeschleudert wurden, nicht entweichen können, sind die Röhren p, p an dem innerhalb des Behälters befindlichen Ende schlangenförmig gewunden. Die Röhre r (Fig. 14) setzt den Eisenbehälter mit der Gebläsemaschine in Verbindung; sie wird mit einem Abschlußhahn versehen, um diese Verbindung unterbrechen zu können. Wie Fig. 16 zeigt, ist die Windleitungsröhre r an die hohle Achse b' angesteckt, und zwar an die mit derselben verbundene Stopfbüchse, damit sich jene Achse drehen kann, ohne die Windleitung zu stören. Die verticale Windleitungsröhre s ist ebenfalls mittelst einer Stopfbüchse mit der hohlen Achse b' verbunden, sie biegt sich am untern Ende bei s* rechtwinkelig und lauft dann horizontal an der Außenseite des Eisenbehälters hin, an welchem Theile von ihr fünf Zweigröhren u ausgehen, um den Wind in den Eisenbehälter zu leiten. Letzterer ist nämlich an seiner Sohle längs der einen Seite mit fünf quadratischen Oeffnungen versehen, in welche Thonblöcke gesteckt werden, deren Fugen man dann mit Lehm verstreicht. In diese Thonblöcke münden die Zweigröhren u mittelst eines conischen Verbindungsstückes Z*, Fig. 20, aus, welches den Wind in eine Oeffnung des Thonblocks führt, von der aus er mittelst radialer enger Canäle (Düsen) z, z in das Metall des Behälters gelangt. Fig. 19 ist die Seitenansicht, Fig. 20 der Durchschnitt eines solchen Thonblocks. – Uebrigens genügt es auch, für jedes Zweigrohr u in dem Thonblock eine einzige Düse y (Fig. 21 und 22) anzubringen. Wenn es erforderlich ist, einen dieser Thonblöcke wegen eingetretener Beschädigung auszuwechseln, so dreht man das mit ihm verbundene Zweigrohr u auf der Röhre s* (Fig. 16 und 17), wodurch sich, wie Fig. 18 zeigt, die über u befindliche Austrittöffnung des Windes schließt. – Am Winkel jedes Zweigrohrs u kann man einen Schraubenpfropf q (Fig. 18) anbringen, um einer allenfallsigen Verstopfung desselben abzuhelfen.