XVII. Ueber das Frischen des Roheisens auf Schmiedeeisen und Stahl nach Bessemer's Verfahren; vom Ober-Bergingenieur Gruner. Aus den Annales des mines, 1861, 5me série, t. XVIII p. 553. Mit Abbildungen auf Tab. I. Gruner, über Bessemer's Verfahren zum Frischen des Roheisens auf Schmiedeeisen und Stahl. Geschichtliches. – Als Bessemer im August 1856 der Versammlung der British association for the advancement of science in Cheltenham seine neue Frischmethode mittheilte,Polytechn. Journal Bd. CXLI S. 423. schenkte man derselben fast allgemein keinen Glauben, und ich muß gestehen, daß ich mich ebenfalls den Zweiflern angeschlossen hatte, jedoch mit dem Vorbehalt, daß das neue Verfahren „brauchbare Producte, sowohl Schmiedeeisen als Stahl, liefern kann, wenn man nach demselben reines Roheisen behandelt.“ Bulletin de la Société de l'industrie minérale, t. II p. 200; polytechn. Journal Bd. CXLIII S. 432. Aber damals behauptete Bessemer, daß er nach seiner Methode jegliche Roheisensorte in gutes Schmiedeeisen verwandeln könne, wogegen in der That die in den Werkstätten der Great-Northern-Eisenbahn und auf den Hütten von Saint-Pancrace und Ebbw-vale angestellten Versuche bewiesen, daß die neue Methode die Versprechungen des Erfinders nicht erfüllt. Bessemer ließ sich jedoch durch die Erfolglosigkeit der ersten Versuche nicht entmuthigen; er erforschte die Ursachen des Mißlingens und verwendete von nun an nur noch ein sehr reines Roheisen. Es wurde zu Sheffield ein Stahlwerk für sein Verfahren errichtet; zahlreiche Versuche wurden im königl. Arsenal zu Woolwich angestellt, und seit beiläufig zwei Jahren wird das neue Verfahren sogar schon auf einem schwedischen Hüttenwerk angewendet. Am 24. Mai 1859 hielt Bessemer in der Institution of Civil Engineers zu London einen VortragEin Auszug dieses Vortrags wurde im polytechn. Journal Bd. CLIII S. 270 mitgetheilt. über die bei diesen Versuchen erhaltenen Resultate und legte zur Begründung seiner Behauptungen zahlreiche Proben von Schmiedeeisen und Stahl vor, die nach seiner Methode erzeugt waren, überdieß wurden seine Angaben durch den Director des Arsenals zu Woolwich, den Obersten E. Wilmot bestätigt, welcher im amtlichen Auftrage den Versuchen beigewohnt und die neuen Producte probirt hatte. Derselbe gestand übrigens, wie Bessemer, zu, daß die Methode auf schwefel- und phosphorhaltiges Roheisen nicht anwendbar ist, und daß diesem Grunde das Mißlingen der ersten Versuche zuzuschreiben ist, wogegen Bessemer's Methode bei gehöriger Anwendung selbst mit siliciumhaltigem Roheisen wirklich vortreffliche Producte zu verhältnißmäßig niedrigem Preise liefert. In Folge wiederholter Versuche entschlossen sich auch andere Eisenwerke die neue Methode im Großen anzuwenden. So waren die Hütten der Compagnie von Weardale (Durham), welche ich im Juni v. J. besuchte, damals mit den Einrichtungen zum Frischen ihres Roheisens nach Bessemer's Methode beschäftigt; dieses Roheisen wird in den Hohöfen von Towlaw aus dem im Kohlenkalkstein von Stanhope und Allenhead vorkommenden Spatheisenstein und manganhaltigen Braunerz erblasen. In Frankreich hat Jackson, zu Saint-Seurin, nach derselben Methode das aus dem Brauneisenstein von Vicdessos ausgebrachte manganhaltige weiße Roheisen auf Gußstahl verfrischt. Die Bessemer'sche Methode ist also bereits zur industriellen Anwendung gelangt, weßhalb ich dieselbe im Folgenden mit Benützung der erwähnten Abhandlung von Bessemer und der mündlichen Mittheilungen, welche ich Hrn. Piccard, Ingenieur des Jackson'schen Stahlwerkes zu Saint-Seurin, verdanke, nach ihrem gegenwärtigen Standpunkt beschreiben will. Vorerst bemerke ich, daß Bessemer in seiner Abhandlung behauptet, er könne das Roheisen nach Belieben in Stahl oder Schmiedeeisen verwandeln, weil dieß bloß von der Zeit oder der Windmenge abhängt. Aus den Beobachtungen des Hrn. Piccard geht jedoch hervor, daß die regelmäßige Erzeugung von Schmiedeeisen schwierig wäre. Dasselbe würde nämlich nicht immer in flüssigem Zustande bleiben, wenigstens wenn man nicht mit hinreichend großen Roheisenmassen operirt. Da übrigens das Frischen auf Schmiedeeisen nothwendig kostspieliger ist, weil die Dauer der Operation, der absorbirte Wind und insbesondere der Abgang beträchtlicher sind, während andererseits der Stahl eine fast zweimal so große absolute Festigkeit hat, so leuchtet es ein, daß das Bessemer'sche Verfahren jedenfalls nur für die Gußstahlfabrication in allgemeinen Gebrauch kommen wird. Nachdem Bessemer sich überzeugt hatte, daß seine Methode auf schwefel- und phosphorhaltiges Roheisen nicht anwendbar ist, verwendete er Anfangs das beste schwedische Roheisen, und jetzt noch verfrischt er solches in seinem Apparate, wenn er Stahl erster Qualität für Messerschmiedarbeiten erzielen will; auch bei Anwendung des Holzkohlenroheisens aus Indien und NeuschottlandDasselbe Roheisen wird in Sheffield durch das Haus Camel und Comp. auf Stahl verpuddelt. erhielt er ganz gute Resultate. Hernach benutzte er das Kohksroheisen, welches ausschließlich aus den Rotheisensteinen von Cumberland erblasen wird; dasselbe liefern die zwei bedeutendsten Eisenwerke dieser Grafschaft, Cleator-Moor und Workington. Endlich erhielt er auch mit dem Roheisen des Forest of Dean und demjenigen von Towlaw, welche der Compagnie von WeardaleNach den Abhandlungen der Geological survey enthalten die Eisenerze von Weardale und von Cleator-Moor nur Spuren von Phosphor und Schwefel. gehören, sehr gute Producte; letzteres wird aus dem oben erwähnten Spatheisenstein erblasen, und das Roheisen des Forest of Dean (wie in Cumberland) aus dem im Kohlenkalkstein vorkommenden Rotheisenstein. Dagegen erhielt er durch Verfrischen des Roheisens, welches aus dem im Steinkohlengebirge vorkommenden thonigen Sphärosiderit erblasen wird, selbst bei Anwendung des besten von Pontypool und Blaenavon, immer ungenügende Producte. Anordnung des Apparats. – Bekanntlich besteht der alte Bessemer'sche Apparat aus einem mit feuerfesten Steinen gefütterten Ofenschacht, ähnlich dem eines Kupolofens, welcher an den Seiten mit mehreren Formen versehen ist; in diesen Ofen wurde das vollkommen flüssige Roheisen hineingeleitet und demselben dann behufs des Verfrischens mittelst eines Gebläsecylinders Wind von starker Pressung durch die Formen zugeführt. Der neue Apparat unterscheidet sie von dem vorhergehenden nur durch die Anordnung der Formen; dieselben befinden sich nicht mehr zur Seite, sondern stehen senkrecht und sind in der Sohle des Ofens selbst angebracht. Letzterer hat, wie die Figuren 11, 12 und 13 zeigen, die Gestalt des Bauches einer großen Glasretorte, wie sie in den Laboratorien gebräuchlich sind. Er besteht aus einem starken Mantel von Eisenblech oder Gußeisen, welcher mit einem Futter von feuerfestem Pisé (mit überschüssiger Thonerde) versehen ist. Der Ofen ist um zwei Zapfen beweglich, und kann mittelst einer Kurbel, welche durch ein Getriebe auf ein Zahnrad wirkt, nach Rechts oder Links umgedreht werden, wie es die Figuren 11 und 13 zeigen; unter der Sohle des Ofens befindet sich eine Windkammer, von welcher die verticalen Formen ausgehen; um die Bewegungen des Ofens nicht zu hindern, wird ihr der Wind durch die Zapfen zugeführt, welche daher wie die Achsen einer oscillirenden Dampfmaschine eingerichtet sind. Die Figuren 11, 12 und 13, welche Bessemer's Abhandlung entnommen sind, zeigen nur eine Oeffnung am obern Theil des Ofens, welche sowohl zum Einbringen des Roheisens, als zum Ausgießen des Stahls und für den Austritt der während der Operation entstandenen gasförmigen Producte dient. Manchmal ist aber die Retorte am obern Theil noch mit zwei Seitenöffnungen für den Austritt der Gase versehen. Die Dimensionen der Retorte hat Bessemer nicht angegeben; sie hängen nothwendig von dem Gewicht der in einer Operation zu behandelnden Charge ab. Nun erklärt der Erfinder, daß er 10 bis 20 Tonnen Roheisen auf einmal verfrischen könnte, er scheint jedoch niemals mit so colossalen Massen operirt zu haben. In Saint-Seurin werden aber jetzt in Folge zahlreicher Versuche, welche man seit achtzehn Monaten gemacht hat, zwei Retorten angefertigt, deren jede 500 bis 1000 Kilogr. Roheisen für eine Operation aufnehmen kann. Für eine solche Charge sind die Hauptdimensionen annähernd folgende: 0,60 bis 0,65 Met. innerer Durchmesser, 1 bis 1,20 Met. Höhe über der Windsohle, 25 Formen oder Windstrahlen von 6 Millimeter Durchmesser, mit 2 1/2 Atmosphären durchschnittlicher Windpressung. Bei diesen Dimensionen wäre die Höhe des Metallbades 0,5 Met. für eine Charge von 1000 Kilogr., und folglich der Widerstand gegen den Eintritt des Windes 1/3 Atmosphäre. Die mit den Formen versehene Sohle des Ofens besteht aus mehreren Kegeln, welche aus feuerfestem Thon geformt und in deren jeden fünf cylindrische Canäle von 6 Millimeter Durchmesser gebohrt sind; diese Kegel sind in Gestalt einer Bogenrundung mit feuerfestem Thon zusammengekittet (Fig. 14).Die Formen des in Bessemer's Abhandlung abgebildeten Apparats sind von Gußeisen oder Schmiedeeisen, wie die Figuren 11, 12 und 13 zeigen; aber der Ofen zu Saint-Seurin ist mit fünfundzwanzig thönernen Formen, ähnlich denen in Fig. 14, versehen. Beschreibung der Operation. – Das zu verfrischende Roheisen kann man direct dem Hohofen entnehmen, sonst muß man es entweder in einem Kupolofen oder in einem Flammofen umschmelzen; ein Flammofen ist offenbar vorzuziehen, wenn das Roheisen mit Holzkohlen erblasen ist. Ein derartiger Ofen wird jetzt zu Saint-Seurin erbaut; er ist für eine Charge von 6000 Kilogr. berechnet und kann also für mehrere auf einander folgende Operationen das Material liefern. Das Roheisen muß graues seyn, oder wenigstens weißes blätteriges, stark gekohltes. Während das Roheisen zum Schmelzen gebracht wird, erhitzt man die Retorte zum starken Rothglühen, indem man sie mit Kohks füllt und den Wind wirken läßt. Eine Stunde reicht dazu meistens hin. Man wendet alsdann die Retorte um, und reinigt sie sorgfältig von Lösche, Asche und Schlacke; hernach bringt man sie in die in Fig. 11 gezeichnete Lage, um das flüssige Roheisen hineinlaufen zu lassen. Sobald die Charge gemacht ist, stellt man die Retorte wieder aufrecht und gibt sofort den Wind, damit das Roheisen nicht in die Formen eindringen kann. Das Metall wird, indem die 25 Windstrahlen hindurch streichen, stark gehoben; die Oxydation des Eisens und der fremdartigen Substanzen erhöht die Temperatur; es entstehen Schlacken, welche theilweise mit Eisenkügelchen als Feuerregen aus der Retorte geschleudert werden; die zuerst violette Flamme geht in Orange, hernach in Weiß über, und die großen Funken, welche man Anfangs beobachtet, werden immer kleiner und verwandeln sich endlich in einen leuchtenden Strahl, welcher aus ununterbrochen auf einander folgenden glänzenden Punkten besteht. Dieses nach einander eintretende veränderte Ansehen der aus dem Retortenhals entweichenden Feuergarbe gestattet den Fortschritt der Operation zu beurtheilen. Nachdem der gewünschte Punkt, nämlich die Umwandlung des Roheisens in Stahl oder in Schmiedeeisen, erreicht ist, neigt man die Retorte im umgekehrten Sinne der bisherigen Stellung (Fig. 13); man stellt den Wind ab, und läßt das flüssige Product entweder direct in eine eiserne Zainform oder vorerst in eine mit feuerfestem Thon gefütterte große kesselförmige Gießpfanne laufen.Bessemer glaubt, daß die Dauer der Operation mittelst einer Gasuhr regulirt werden kann, welche die Anzahl von Kubikmetern Wind mißt. Dieß setzt aber offenbar voraus, daß die von der Gebläsemaschine angesogene Luft beständig dieselbe Dichtigkeit und dieselbe Feuchtigkeit hätte, daß sie immer von gleichem Pressungsgrade geliefert würde, und endlich daß das Roheisen beständig von derselben Beschaffenheit wäre. Eine solche Gießpfanne ist in Fig. 13 abgebildet. Ein mit einem thönernen Stöpsel geschlossenes Stichloch ist im Boden derselben angebracht und gestattet das flüssige Metall mittelst eines Krahns in eine oder mehrere Zainformen zu gießen. Sobald die Retorte leer ist, beschickt man sie ohne Verzug wieder, um die Wärme der Wände auszunützen; dann wird eine zweite Operation wie die erste ausgeführt. Die Arbeit geht so ununterbrochen fort, bis das feuerfeste Futter der Retorte stark angegriffen ist, was meistens in weniger als 24 Stunden eintritt; aber mit zwei Apparaten, welche abwechselnd in Betrieb kommen, kann man ohne Unterbrechung frischen. Bessemer versichert, daß in England ein Retortenfutter von Pisé nur 12 Shill. (15 Fr.) kostet, daß es in wenigen Stunden gestampft ist, schon zwei Stunden nach beendigtem Stampfen das flüssige Roheisen aufnehmen kann und leicht die Behandlung von 70 bis 90 Tonnen Metall aushält. Selbst wenn diese Ziffern übertrieben seyn sollten, ist es einleuchtend, daß die Kosten, welche das Retortenfutter veranlaßt, von keinem Belang sind. Nach dem Grade der Entkohlung des Roheisens, welchen man zu erzielen beabsichtigt, beträgt die Dauer einer Operation zwischen 10 und 25 Minuten. Der Abgang beträgt 12 bis 15 Proc. für Stahl; 20 bis 22 Proc. für Schmiedeeisen. Hierzu muß man aber noch den Abgang rechnen, welchen das Ausrecken des gewöhnlichen Gußstahls veranlaßt. Behandlung der Stahl- und Eisenstäbe. – Die Stahl- und Eisenstäbe werden gehämmert oder ausgewalzt, also wie die ähnlichen Producte des gewöhnlichen Frischens behandelt, jedoch mit dem Unterschiede, daß es niemals, selbst nicht für das Schmiedeeisen erforderlich ist, die Schweißhitze zu geben; die größten Stücke erhält man direct vermittelst des Schmelzens. Es wird weder ein Packetiren noch ein Schweißen vorgenommen; man reckt das Schmiedeeisen wie den Gußstahl aus; die Schlacken werden durch das Schmelzen selbst ausgetrieben, und die mechanische Zugutemachung beschränkt sich gewissermaßen darauf, dem Metall die gewünschte Gestalt zu geben. Ein anfängliches Hämmern ist jedoch nothwendig, um die Molecule einander zu nähern, die Dichtigkeit und folglich die Zähigkeit des Productes zu vergrößen. Dieß ist übrigens bei jedem gegossenen Metall der Fall; der gewöhnliche Gußstahl erlangt, ebenso wie das Kupfer und das Zink, seine größte Zähigkeit erst durch ein mehr oder weniger lange fortgesetztes Hämmern oder Walzen. Diese Zunahme der Zähigkeit (absoluten Festigkeit) ersieht man deutlich aus den folgenden Resultaten der Proben, welche im Arsenal zu Woolwich unter der Leitung des Obersten C. Wilmot angestellt wurden. Zur Probe angewandtes Metall.* Der Stab zerrißbei einer mittlerenBelastung perQuadratzoll in engl.Pfunden. Der Stab zerrißbei einer mittlerenBelastung perQuadratmillimeter inKilogr. Pfd. Kilogr. Zu Stangen gegossenes Schmiedeeisen, nicht gehämmert   41,242   28,99 Zu starken Stäben gegossenes Schmiedeeisen, gehämmert    oder gewalzt   72,613   51,04 Gegossenes Schmiedeeisen, direct zu Kesselblech gewalzt   68,347   48,04 Zu Stangen gegossener Stahl, nicht gehämmert (zahlreiche    Versuche auf 3 Mittel berechnet)   45,836  68,259  68,998   32,22  47,98  48,50 Zu Stäben gegossener Stahl, gehämmert oder gewalzt    (zahlreiche Versuche auf 3 Mittel berechnet) 154,825157,881148,324 108,83110,98104,26     * Bessemer bemerkt in seiner Abhandlung nicht, welche Roheisensorten er verwendet hat; ausAllem was er sagt und insbesondere aus den von ihm angeführten Preisen geht aber hervor, daß fastsämmtliche zu diesen Producten verwendete Roheisensorten aus dem Rotheisenstein von Cumberlandmit Kohks erblasen waren. Man ersieht aus dieser Tabelle, daß die absolute Festigkeit in allen Fällen mit dem Hämmern der Stangen zunimmt, und daß dieß besonders auffallend beim Stahl ist. Außerdem ist, wie wir oben schon bemerkten, die Festigkeit des gehämmerten Stahls mehr als doppelt so groß wie diejenige des Schmiedeeisens. Vergleicht man überdieß diese Ziffern mit der Festigkeit des gewöhnlichen Schmiedeeisens und Stahls, so wird man bemerken, daß das Bessemer'sche Schmiedeeisen etwas vorzüglicher als das beste gewöhnliche mit Steinkohlen erzeugte Stabeisen ist, denn letzteres widersteht selten einer Belastung mit 40 bis 45 Kilogr.; dagegen steht das Bessemer'sche Eisen dem besten Holzkohlen eisen nach, welches mit 60 bis 65 Kil. belastet werden kann, bevor es zerreißt. Das Bessemer'sche Eisenblech ist verhältnißmäßig besser, denn die Belastung, welche das geschätzteste gewöhnliche Blech verträgt, überschreitet nur wenig 40 Kilogr.; sie beträgt z.B. nach Fairbairn für Blech von Staffordshire bis 45300 Pfd. oder 32 Kil. Blech von Lowmoor bis 57120 Pfd. oder 40 Kil. Endlich besitzt der Bessemer'sche Stahl wirklich eine ausnehmende Festigkeit, weil sämmtliche Sorten eine Belastung über 100 Kilogr. vertragen, und mehrere eine solche von 110 Kilogr., wogegen dieselbe für den gewöhnlichen Stahl meistens unter 100 Kilogr. beträgt. Die in der Tabelle mitgetheilten Ziffern führen also zu dem Schluß, daß die Bessemer'sche Methode sich insbesondere zur Stahlfabrication eignet, und daß dieser Stahl eine wenigstens ebenso große Zähigkeit (absolute Festigkeit) wie der gewöhnliche Gußstahl besitzt. Wie aus den zu Woolwich angestellten Proben hervorgeht, sind auch hinsichtlich der übrigen Eigenschaften das Schmiedeeisen und der Stahl, welche nach der Bessemer'schen Methode erzeugt wurden, so gut wie die geschätztesten Producte der englischen Hüttenwerke. Ein kalter Eisenstab kann ganz um sich herumgebogen werden, ohne den geringsten Riß zu zeigen, und der Stahl wurde zur Anfertigung aller Bohr- und Drehwerkzeuge verwendet, welche man in den Werkstätten zu Woolwich benützt. Eine Analyse, welche der Chemiker des Kriegsdepartements ausführte, ergab im Bessemer'schen Eisen nur 0,0002 Schwefel mit Spuren von Phosphor und Mangan, aber weder SiliciumSicilium noch Graphit, und nur eine sehr geringe Quantität gebundenen Kohlenstoffes. (Der Schluß folgt im nächsten Heft.)