XXXIV. Ueber den Bessemerproceß mit Rücksicht auf die bisher üblichen Stahlerzeugungsmethoden und den Puddelproceß; von Krieger. Vorgetragen in der Generalversammlung des technischen Vereins für Eisenhüttenwesen vom 22. October 1865. – Aus der Zeitschrift des Vereines deutscher Ingenieure, 1866, Bd. X S. 309. Krieger, über den Bessemerproceß mit Rücksicht auf die bisherigen Stahlerzeugungsmethoden u. den Puddelproceß. Eine ausführliche Beschreibung der beim Bessemerverfahren gebräuchlichen Einrichtungen, der dabei statthabenden chemischen Vorgänge, sowie der in einer auffallenden, eigenthümlichen Weise auftretenden Flammenerscheinungen, wäre eine Wiederholung dessen, was uns bereits in einigen umfassenden und gediegenen Aufsätzen der neuesten Zeit bekannt geworden ist. Ich werde mich daher auch nur auf dasjenige Wesentliche darüber beschränken, was erforderlich ist, darzuthun, in wie weit der Bessemerproceß weniger dazu geeignet ist, die Tiegelschmelzerei, als vielmehr den Puddelproceß zu ersetzen. Einestheils die beim Herd- und Flammofenfrischen maßgebenden chemischen Vorgänge durchlaufend, anderntheils den beim Gußstahlschmelzen zur Flüssighaltung der geschmolzenen Masse erforderlichen hohen Hitzegrad mit sich führend, bildet er einen Zwischenproceß zwischen beiden derart, daß einzelne Gegenstände, welche bis jetzt aus Schmiedeeisen oder Puddelstahl, anderntheils aus Gußstahl angefertigt wurden, in Zukunft besser als jene, billiger als diese, und doch ebenso zweckentsprechend aus Bessemerproducten hergestellt werden können. Wer die Gußstahlfabrication genau kennt, sich darin versucht und sie in allen Theilen praktisch mit durchgemacht hat, wird unzweifelhaft meine Ansicht dahin theilen müssen, daß sie (abgesehen von der Anfertigung sehr schwerer Gegenstände) in Anbetracht der hohen Anforderungen, welche an die besseren Stahlsorten, wie Geräthschaften-, Werkzeug-, Feder-, Feilenstahl etc. gestellt werden, die geeignetste und sicherste Fabricationsweise abgibt. Zieht man hierzu in Betracht, daß solche Artikel einem späteren Härten unterworfen werden, so muß bei ihrer Herstellung, neben einer großen Zähigkeit und Härte, vorherrschend ihre Gleichmäßigkeit in's Auge gefaßt und die Erlangung derselben stets mit Sicherheit im Voraus bestimmt werden können. Das Härten besteht bekanntlich darin, daß glühend gemachter Stahl plötzlich abgekühlt wird und zwar mittelst kalten Wassers oder, wie dieß bei Feilen, Sägen, schneidenden Instrumenten u.s.w. der Fall ist, mittelst Talg und Oel. Von dem Temperaturunterschiede beider, dem Stahl und dem Härtemittel, hängt der größere oder geringere Grad der Härte ab; bei einem zu großen Unterschiede indeß, resp. einer zu großen, der Natur des Stahles nicht angemessenen Erhitzung und nachheriger starker Abkühlung, nimmt die Festigkeit ab, die Härte und Sprödigkeit aber in einem so überwiegenden Maaße zu, daß dem Stahle jede Festigkeit abgeht. Umgekehrt bleibt bei einem zu geringen Unterschiede, einem zu schwachen Härten, der Stahl zu weich. Da aber der vorzüglichste Stahl mit der größten zulässigen Härte die größte Elasticität verbindet, so ist es eine unerläßliche Bedingung, den Härtegrad, mit Rücksicht auf die Natur und Bestimmung des Stahles, innerhalb solcher Grenzen zu führen, welche mit Sicherheit die größte Elasticität in sich schließen. Obgleich es im Allgemeinen bekannt ist, daß weichere Sorten behufs des Härtens stärker erhitzt werden müssen, als härtere, so bleibt die Bestimmung des für jeden Fall angemessenen Hitzegrades doch immerhin eine äußerst schwierige, zumal jedes zuverlässige und leicht ausführbare Mittel dazu fehlt. Das Maaß der Erhitzung bleibt daher auch ausschließlich Sache der Erfahrung und somit dem Auge und der Geschicklichkeit des Arbeiters anheimgestellt. Es gehört indeß ein sehr geübtes Auge dazu, bei den feinen, rasch einander folgenden Uebergängen der Erhitzung das richtige Maaß zu treffen und geschieht es leider zu häufig, daß dasselbe entweder nicht erreicht oder überschritten wird; in dem ersten Falle tritt ein wiederholtes Härten, im zweiten ein Ablassen ein. Muß solches mehreremale hintereinander geschehen, so wird in beiden Fällen die Qualität beeinträchtigt. Um dieß zu vermeiden und die beim Härten nöthige Sicherheit in der Beurtheilung der erforderlichen Temperatur herbeizuführen, muß die Darstellung des Stahles für diese Fälle eine überaus große Gleichmäßigkeit, sowie eine bis an's Empfindliche grenzende Zuverlässigkeit, als die nothwendigste Bedingung mit sich führen. Die Gußstahlfabrication resp. der Tiegelguß erfüllt diese Bedingung auf dem praktisch sichersten Wege, auf dem des vorhergehenden Prüfens und Sortirens des dazu zu verwendenden Materials. Ob man dabei den Stahl aus Schmiedeeisen und einem Zusatze von Spiegeleisen oder Kohlenpulver, ob aus Puddelstahl allein, oder aus Puddel- und Cementstahl, oder (wie es von Anfang an und durch eine lange Reihe von Jahren ausschließlich geschah) aus Cementstahl und Rohstahl bereitet, immerhin kann man die, nach Maaßgabe der zu erzielenden Sorte, erforderliche Qualität und Härte, für kleinere wie für größere Partien, daraus so. zusammensetzen, daß sich (wenn nicht Ungeschicklichkeit oder Unachtsamkeit der Arbeiter dazwischen tritt) dieselbe mit Bestimmtheit daraus erwarten läßt. Berücksichtigt man dabei noch den Umstand, daß sämmtliches Material, bis auf das wenige Spiegeleisen, welches beim Einschmelzen von Schmiedeeisen gebraucht wird, durch einen vorherigen Frischproceß entweder direct als ein fertig gebildeter Stahl oder als ein sehr gereinigtes Stabeisen, dem durch die spätere Cementation der für seine Stahlbildung erforderliche Gehalt an Kohlenstoff zugeführt wird, erzeugt worden ist, und daß, wenn noch geringe Abweichungen in Bezug auf ihre Gleichmäßigkeit in der Härte stattfinden sollten, dieselben durch das Umschmelzen zur vollständigen Ausgleichung gebracht werden; und daß ferner, wenn noch einzelne Schlackentheilchen und sonstige mechanisch beigemengte Unreinigkeiten darin enthalten seyn sollten, denselben durch das langsame Einschmelzen bei hoher Temperatur Zeit und Gelegenheit zur vollständigen Abscheidung geboten wird; und daß schließlich diese hohe Temperatur, welche bis zum Ausgießen des Stahles in die Formen beibehalten wird, sowie die fast absolute Reinigung der flüssigen Masse, eine vollständige Homogenität veranlassen, und eine chemische Veränderung außer der völligen Vertheilung und Ausgleichung des Kohlenstoffes nicht stattfindet, so sind dadurch, meines Erachtens, die zur Erzeugung eines vorzüglichen Stahles erforderlichen wesentlichen Bedingungen in so hohem Maaße erfüllt, wie sie keine Fabricationsweise sonst mehr zu bieten im Stande ist. Wer den Bessemerproceß von seiner Entstehung an bis auf den heutigen Tag verfolgt hat, wird dem beipflichten müssen, daß auch dieser Proceß in jener Hinsicht kaum mehr bietet, als daß er, gleich der Roh-, Cement- und Puddelstahlfabrication, ein geeignetes Material für die Tiegelschmelzerei absetzen wird. Das Originelle, Ueberraschende und zugleich Vortheilhafte desselben indeß liegen darin, daß innerhalb weniger Minuten, ohne besondere Anwendung von Brennmaterial und große Arbeitskraft, allein nur durch die Zuführung eines stark gepreßten Windes, das Roheisen in Stahl von weicher oder harter Beschaffenheit übergeführt wird. Der Umwandlungsproceß bot jedoch in seiner praktischen Ausführung so mancherlei Schwierigkeiten, daß es erst einer großen Reihe von Versuchen bedurfte, bevor er als eine feststehende Fabricationsweise den bisher üblichen angereiht werden konnte. In Bezug auf die Art seiner Ausführung sind zwei Wege maßgebend; entweder, daß man die Entkohlung vollständig beendigt, und je nach dem Härtegrade des zu erzielenden Productes mittelst Spiegeleisen im flüssigen Zustande wieder Kohlenstoff zugeführt wird, oder daß man, wenn die für eine gewünschte Härte erforderliche Entkohlung erreicht ist, den Proceß unterbricht. In beiden Fällen dienen die dabei auftretenden Flammenerscheinungen als Erkennungszeichen für den allmählichen Verlauf sowohl als auch die Beendigung des Processes. Nun beruht aber die Brauchbarkeit dieses Verfahrens hauptsächlich darauf, daß man mit Sicherheit den jedesmaligen Grad der Entkohlung anzugeben im Stande ist und es nicht dem Zufalle zu überlassen gezwungen wird, die für die verschiedenen Zwecke geeigneten Härtegrade herbeizuführen. Und in der That geben die Aenderungen, welche an den aus dem Ofen gestoßenen Flammen und Funken, namentlich gegen Ende des Processes, sich zeigen, dann einen ziemlich zuverlässigen (aber auch den einzigen) Anhaltspunkt, wenn die aus den dabei erhaltenen Producten anzufertigenden Gegenstände in Bezug auf Härte und Qualität einen möglichst weiten Spielraum zulassen. In dieser Beziehung stimmen sämmtliche darüber eingegangene Berichte, sowohl aus Schweden, als aus Oesterreich und England, mit einander überein und finden ihre volle Bestätigung durch die in unseren eigenen Districten gewonnenen Resultate. Allein sobald es sich darum handelt, einen mehr oder gar vollständig gleichmäßigen Stahl zu gewinnen, fehlt jeder sichere Anhaltspunkt für die rechtzeitige Erkennung der Vollendung, resp. Einstellung des Processes. Hätte man es in der Gewalt, mit Sicherheit jedesmal den für einen bestimmten Entkohlungsgrad nöthigen Abschluß der Oxydation herbeizuführen, oder mit anderen Worten: wäre man in der Lage, nur jedesmal genau so viel Sauerstoff einblasen zu müssen, als die für die Bildung einer bestimmten Stahlsorte ausreichende Entkohlung des Roheisens verlangt, so wäre dieser dem Processe anklebende große Fehler bald beseitigt. Wenn Bessemer vorgeschlagen und geglaubt hat, durch einen Nachzähler (eine Gasuhr etwa), welcher das Volumen des benutzten Windes mißt, die nöthige Gleichmäßigkeit herbeiführen und reguliren zu können, so hat er dabei gewiß nicht in Betracht gezogen, daß alsdann einerseits ein gleicher Dichtigkeits- und Feuchtigkeitsgrad, sowie gleichmäßige Pressung des Windes, andererseits die stets gleiche Zusammensetzung des Roheisens vorausgesetzt werden müssen. Vorherrschend aber ist's Letzteres, ist's die Empfindlichkeit des Processes für selbst geringe Abweichungen in der Beschaffenheit des Roheisens, welche die Unsicherheit und Schwankungen in der Erzielung der richtigen Härte und Qualität der auf diesem Wege gebildeten Stahlmassen bedingt. Nun ist aber Roheisen, abgesehen von den leider nur zu häufigen Beimengungen von Phosphor, Schwefel und Mangan, im Wesentlichen eine Vereinigung von Kohlenstoff, Silicium und Eisen. Das Silicium verhält sich hinsichtlich seiner Abscheidung wie der Kohlenstoff, nur mit dem Unterschiede, daß die Sauerstoffverbindungen des letzteren als Kohlenoxydgas entweichen, während dessen die des ersteren als Kieselsäure zur Schlacke übergehen. Es ist daher auch natürlich, daß die atmosphärische Luft den in dem flüssigen Eisen enthaltenen Kohlenstoff nicht angreift, ohne zu gleicher Zeit das Silicium zu oxydiren. Bei einem genaueren Studium des Verlaufes des Processes findet man, daß aber auch zugleich mit den beiden erstgenannten Bestandtheilen des Roheisens ein nicht unbeträchtlicher Theil des dieselben umgebenden, in weit vorherrschender Menge vorhandenen Eisens mit oxydirt wird, und daß somit (in Uebereinstimmung mit dem Puddel- und Herdfrischen) alle die zur weiteren Entwickelung und Durchführung des auf diese Weise eingeleiteten Processes erforderlichen Bedingungen einer Schlackenfrischmethode gegeben sind, jedoch mit dem unläugbar sehr zu Gunsten dieser Methode sprechenden Vortheil, daß (außer der früher schon angeführten verhältnißmäßig kurzen Zeit) der ganze Verlauf des Processes unter einer rasch sich immer mehr und mehr und schließlich so hoch steigernden Hitze stattfindet, daß das daraus gewonnene, ob harte oder weiche Product nach der Abstellung des Windes und nach einigen Minuten ruhigen Stehens, noch flüssig genug bleibt, um die ihm noch eingemengten Schlackentheile vollständiger abscheiden und darnach im noch flüssigen Zustande in die Formen gegossen werden zu können. Es eignen sich daher auch, und zwar in Uebereinstimmung mit den allseitig gemachten Erfahrungen, zu diesem Verfahren nur die reineren und zwar grauen, oder die demselben sehr nahe stehenden ebenfalls sehr reinen halbirten Roheisensorten. Treten aber Schwefel und Phosphor darin auf, so werden dieselben nicht ausgeschieden oder doch sehr wenig, indem, sobald die Ausscheidung des Kohlenstoffes und Siliciums begonnen hat, der Sauerstoff seine ganze Thätigkeit darauf wirft und somit innerhalb der ohnedieß sehr kurzen Dauer des Processes keine Zeit mehr behält, noch andere fremde Bestandtheile mit abscheiden zu können. Silicium wird indeß nie vollständig abgeschieden, so lange das Product noch Kohlenstoff enthält, und da letzterer ein wesentlicher Bestandtheil des Stahles ist, so wird der Stahl auch immer mehr oder weniger Silicium mit sich führen. Dasselbe wirkt aber nachtheilig auf den Stahl und zwar insofern, als es zu einer größeren Härte beiträgt und, wenn es in einer zu großen Menge mit übergeht, unbedingt Veranlassung zur Sprödigkeit gibt. Man muß daher für diesen Zweck ein mehr kohlenstoffreiches und siliciumarmes Roheisen wählen. Ist jedoch Mangan vorhanden, so wird es in gleicher Weise wie Silicium abgeschieden; deßhalb ist es sogar bekanntermaßen für die Stahlbildung vortheilhaft, wenn Mangan in nicht zu großer Menge vorhanden ist, und zwar dadurch, daß es eine leichte Abscheidung des Kohlenstoffes und namentlich des Siliciums herbeiführt und daß es, an Stelle des Siliciums in geringer Menge in den Stahl mit übergegangen, demselben keinen Abbruch thut, sondern nur vortheilhaft auf dessen Güte wirkt. Fasse ich demnach sämmtliche zur Umwandlung des Roheisens mittelst des Bessemerprocesses wesentlich vorkommende chemische Vorgänge in's Auge, namentlich unter der Berücksichtigung, daß dasselbe stets fremde Bestandtheile, vorherrschend Silicium, in sehr variabler Weise mit sich führt, so erhellt daraus, daß die Menge des dazu erforderlichen hauptsächlichsten Reagens, der zuzuführenden atmosphärischen Luft, nicht nach dem Kohlenstoffe allein, sondern vielmehr sehr wesentlich nach dem Grade der Beimengung dieser fremden Bestandtheile abgemessen werden muß; daß somit die Zeitdauer des Processes eine bald kürzere, bald längere, und damit im engen Zusammenhange stehend, die Sicherheit in der Führung und rechtzeitigen Beendigung des Processes eine sehr schwankende seyn muß. Als ferneren Beleg für meine Behauptung: daß der Bessemerstahl den Gußstahl in dem Eingangs erwähnten Sinne nicht vertreten wird, muß ich die große Porosität der daraus gewonnenen Rohblöcke in Erwägung ziehen, und daß mit der Härte des Stahles deren Anzahl und Größe von Innen nach Außen zunehmen, während weichere Sorten dagegen ein beinahe ganz vollständig homogenes Gefüge zeigen. Wodurch diese Blasen entstehen, läßt sich wohl nicht anders, als durch den Umstand erklären, daß die bei der plötzlichen Unterbrechung des Processes in der weiteren Entwickelung begriffene Oxydation innerhalb der wenigen Minuten Stillstandes vor dem Ausgießen in die Formen voranschreitet, und daß das dabei fort und fort erzeugte Kohlenoxydgas, sowie freigewordener Stickstoff aus der in den letzten Momenten des Blasens eingetriebenen und zersetzten atmosphärischen Luft nicht mehr vollständig entweichen können und mehr oder weniger von der sie umgebenden, zwar noch flüssigen, aber allmählich durch die von Außen bewirkte Abkühlung consistenter gewordene Stahlmasse eingeschlossen werden. Schlackentheile sind nicht darin enthalten; das gibt die Reinheit und die blaue Anlauffarbe der Wände zu erkennen; mithin kann ihre Entstehung nur der Bildung von Gasen zugeschrieben werden. Es ist einleuchtend, daß diese große Porosität der Blöcke eine kräftige mechanische Bearbeitung mittelst schwerer Geschläge verlangt, zumal es erforderlich ist, unter solchen Umständen behufs der Erzielung größerer Dichtigkeit möglichst schwere Blöcke zu verwenden; denn, wie immer beim Stahle oder jeder feinkörnigen Masse, wird mit einer je größeren Abnahme des Querschnittes das Gefüge dichter, feinkörniger und fester. Auf diese Weise lassen sich zwar dem Anscheine nach so vollständig homogene Blöcke erhalten, daß die durch die Poren entstandenen unganzen Stellen in der Bruchfläche selbst mit bewaffnetem Auge nicht mehr zu erkennen sind. Allein berücksichtigt man den geringen beim Wärmen von hartem Stahle zulässigen Temperaturgrad, so geht daraus hervor, daß die beim Schmieden für's Auge verschwundenen Poren in Wirklichkeit noch vorhanden, resp. ihre Wände in keine so innige Berührung getreten sind, wie solches für eine vollständig zu erzielende Cohärenz durchaus beansprucht werden muß. Das Härten löst allemal solche Stellen wieder auf, oft jedoch in so feiner Weise, daß trotzdem die Trennung weder mit bloßem, noch mit dem bewaffneten Auge wahrgenommen werden kann und sich erst dann zeigt, wenn dünn ausgewalzte, zu Meißeln und feinen Schneidwerkzeugen ausgearbeitete Stückchen davon zerschlagen werden. Eine ähnliche Erscheinung tritt sogar bei gewissen durch die Tiegelschmelzerei erzeugten Stahlsorten auf und gibt dann immer die Veranlassung zu unganzen Stellen, Langrissen etc., kurzum zur vollständigen Unbrauchbarkeit des Stahles. Bei weicheren Sorten dagegen wird, wenn solche Poren darin auftreten, deren Entfernung eher möglich durch die dabei zulässige höhere Temperatur; und wenn deren noch etwaiges Vorhandenseyn nach einem kräftigen Schmieden nicht erkannt werden sollte, hat das seinen Grund darin, daß solcher Stahl keinem späteren Härten unterworfen wird; wenigstens hätte es keinen Zweck. Daß derartige angeführte und durch zurückgebliebene Schlackentheile oder sonstige Unreinigkeiten herbeigeführte Mängel die Festigkeit des Stahles beeinträchtigen müssen, kann um so weniger befremden und bezweifelt werden, als es hinlänglich durch die Erfahrung documentirt ist. Und daß der Bessemerstahl wirklich in der Hinsicht, wenigstens was die absolute Festigkeit anlangt, hinter Gußstahl, sogar hinter Puddelstahl zurücksteht, kann ich, nebst den bereits darüber bekannt gewordenen Resultaten, durch die von unserem bedeutenden Brückenbauer Joh. Casp. Harkort auf Harkorten in sehr umfassender und zuverlässiger Weise angestellten Festigkeitsversuche bestätigen.