Weitere Beiträge zur Technik der Elektrometallurgie des Eisens. Von Dr. Albert Neuburger, Berlin. Weitere Beiträge zur Technik der Elektrometallurgie des Eisens. Die ersten brauchbaren Verfahren zur Herstellung von Eisen und Stahl auf elektrischem Wege wurden vor etwas mehr als vier Jahren geschaffen. Wenn seitdem, nämlich seit dem Jahre 1900, alles in allem etwa 20 Anlagen zur elektrischen Eisen- und Stahlgewinnung teils ausgeführt, teils projektiert wurden resp. im Bau begriffen sind, so ist dies gewiss ein erfreuliches Zeichen für die Lebensfähigkeit dieses noch so jungen Zweiges der Technik. Anderseits aber ist nicht zu verkennen, dass in dieser kurzen Zeit eine Klärung der Ansichten über den Wert der einzelnen Verfahren und über ihre Vor- und Nachteile nicht eintreten konnte. Es gab nur sehr wenige Techniker, die eine grössere Anzahl derselben im Betrieb zu beobachten vermochten, und noch geringer ist die Zahl derer, denen Gelegenheit geboten war, durch Analysen der Erze und der fertigen Produkte, durch Messungen des Kraftverbrauchs und sonstige zweckdienliche Beobachtungen an Ort und Stelle sich ein abschliessendes Urteil zu bilden. Soweit ein solches überhaupt möglich war, ist über dasselbe sowie über die Untersuchungsergebnisse, auf die es sich gründete, bereits früher und schon mehrfach in dieser Zeitschrift berichtet worden (D. p. J. 1902, 317, S. 487; 1904, 319, S. 219, 231, 737. Wo man sich nicht auf derartige von einwandsfreien Beobachtern gefundene Tatsachen stützen konnte, war man meist auf die Angaben der Erfinder selbst angewiesen, die oft derartige Widersprüche aufwiesen, insbesondere was die Kosten der Verfahren anbetrifft, dass grosse Differenzen entstanden, die in der Natur der Verfahren selbst oder in den Kosten der zu ihrer Durchführung aufgewendeten elektrischen Energiemengen nicht begründet erscheinen konnten. Angesichts dieser Tatsachen muss es als ein dankenswertes Vorgehen begrüsst werden, wenn die Regierung von Kanada, um Klarheit in den hier obwaltenden Verhältnissen zu schaffen, eine besondere Kommission ernannte, deren Aufgabe es war, die bedeutendsten der jetzt bestehenden Werke, in denen Eisen und Stahl auf elektrischem Wege hergestellt wird, zu bereisen und durch eingehende Messungen, Erhebungen, Analysen sowie mechanische Prüfung der erzeugten Produkte ein richtiges Urteil zu finden. Diese Kommission bestand aus dem Chemiker und Direktor der Abteilung für Bergbau des kanadischen Ministeriums Dr. Eugene Haanel als Chef, ferner aus dem Elektrotechniker C. E. Brown und dem Metallurgen F. W. Harbord. Die Verfahren, auf die die Prüfung sich erstreckte, sind sämtlich bereits früher in dieser Zeitschrift (siehe die oben angeführten Bände und Seitenzahlen) eingehend beschrieben worden. Der Bericht der Kommission, der einen stattlichen Band füllt, bildet daher eine wertvolle Ergänzung zu den bereits damals gemachten Ausführungen. Es würde jedoch verfehlt sein, die Hauptpunkte desselben ohne weiteres wiedergeben zu wollen. Es sind vielmehr kurz vor und nach Erscheinen des Berichtes noch weitere, von anderer erhaltene Prüfungsresultate bekannt geworden, darunter solche von Dr. Hans Goldschmidt, ferner von dem Chefelektrochemiker der Firma Siemens & Halske in Wien, Dr. Viktor Engelhardt, weitere von Charles Combes usw. usw. Nur durch eine vergleichende Befrachtung aller dieser Ergebnisse – die auch schon um deswillen angebracht ist, weil manche Punkte von der kanadischen Kommission nicht berücksichtigt wurden – lässt sich ein richtiges Bild der Sachlage erhalten. Unter den Prozessen, auf die sich die Prüfungen erstreckten, ist in erster Linie zu erwähnen das Verfahren von Stassano. In bezug auf diesen Prozess enthält der Bericht der kanadischen Kommission – und sie ist die einzige, die sich seitdem mit ihm beschäftigt hat – wenig, was nicht bereits in dem in D. p. J. 1904, 319, S. 220 enthaltenen Bericht von Goldschmidt enthalten gewesen wäre, p Der an jener Stelle erwähnte drehbare Ofen, der die Entmischung der Beschickung verhindern soll, ist jedoch in der Zwischenzeit im Königlichen Schmelzwerk zu Turin gestellt und in Betrieb gesetzt worden, und in dem Bericht der Kommission finden sich die ersten Veröffentlichungen über denselben. Der Ofen, der erst in einer Grösse für drei Tonnen Tagesproduktion entworfen war, ist in etwas grösserem Masstabe zur Ausführung gelangt. Die Tagesproduktion beträgt 4 bis 5 Tonnen, je nach der Qualität der Erze. Seine Kosten beliefen sich, einschliesslich der elektrischen Einrichtung, auf 20000 M. Wenn sich der Ofen bewährt, sollen zwanzig derartige Oefen zur Aufstellung gelangen, um eine Tagesproduktion von 100 Tonnen Eisen zu ermöglichen. Durch die Aufstellung vieler derartiger Oefen werden alle diejenigen Vorteile erreicht, auf die Verfasser in einem am 3. April 1905 im Verein zur Förderung des Gewerbefleisses in Berlin gehaltenen Vortrag ausführlich hingewiesen hat und die im wesentlichen in der ausserordentlichen Anpassungsfähigkeit des Betriebes und in der Erleichterung von Reparaturen bestehen. Zur Anwendung kommt ein Strom von 4900 Ampere und 150 Volt, der auf vier Elektroden verteilt wird, zwischen denen zwei Lichtbögen spielen, so dass also jeder Lichtbogen 2450 Ampere trägt. Die angewendeten Elektroden haben zylindrischen Querschnitt und 15 cm Durchmesser. Ihre Länge schwankt zwischen 1,30–1,50 m. 1,50 m Elektroden wiegen ungefähr 60 kg. Ihre Kosten belaufen sich einschliesslich der Transportkosten von Deutschland nach Turin auf 28 Pfennige. Für die Tonne erzeugten Eisens werden 10 bis 15 kg Elektroden verbraucht. Die Ausfütterung des Ofens besteht aus Magnesit und zu ihrer Herstellung sind zwei Tage nötig; bei ununterbrochenem Betriebe hält eine derartige Ausfütterung 40 Tage vor, doch sind hier und da kleine Reparaturen nötig, die insbesondere an denjenigen Stellen entstehen, wo die Schlacke anliegt. Stassano hofft jedoch, diesen kleinen und für das Erträgnis des Verfahrens nicht ins Gewicht fallenden Uebelstand beseitigen zu können. An Arbeitskräften werden folgende gebraucht: ein Mann, um den Lichtbogen zu regeln; zum Beschicken von zwei Oefen ebenfalls ein Mann, wenn man es nicht vorzieht, das Gichten durch selbsttätige Vorrichtungen bewirken zu lassen, und fünf Mann zum Abstechen der Schlacke und des fertigen Eisens an sechs Oefen. Die Einrichtungskosten beliefen sich für die Pferdekraft im Mittel auf 400 Lire (500 Mark), wobei Dampfkraft zur Erzeugung des Stromes dient; bei Verwendung von Wasserkraft würden sie auf ungefähr 180 Lire (144 Mark) zu stehen kommen. Das Héroultsche Verfahren. Dasselbe steht gerade jetzt deshalb im Vordergrunde des Interesses, weil nach ihm eine Versuchsanlage in Deutschland errichtet wird. Die nachstehenden Ausführungen über dasselbe sind teils auf den Bericht der kanadischen Kommission, teils auf die eingehenden Untersuchungen und Mitteilungen von Charles Combes und Adolphe Minet, teils auf private Mitteilungen Héroults selbst an den Verfasser zurückzuführen. In bezug auf dieses Verfahren ist zunächst zu bemerken, dass es in der Anlage zu La Praz nicht mehr in der Weise ausgeübt wird, wie es in D. p. J. 1904, 319, S. 231, beschrieben war. Die dort beschriebene elektrische Bessemerbirne ist allerdings noch in vollem Betrieb, und sie bildet das Mittel zur Erzeugung feiner Stahlsorten. Man hat es jedoch aufgegeben, in ihr Eisen direkt und ausschliesslich aus den Erzen erzeugen zu wollen. In ihr wird lediglich ein Schrottprozess betrieben, der auf die Verarbeitung eines Gemenges von Roheisen, Eisenabfällen unter Zugabe eines bestimmten Anteiles von Erz, sowie der üblichen Zuschläge sich gründet. Zur besseren Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Energie, hat sich Héroult veranlasst gesehen, einen weiteren Ofen aufzustellen, in dem unter Verwendung der Energie dieser Abgase sowie derjenigen des elektrischen Stromes aus Erzen direkt Roheisen erhalten wird. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die aus der elektrischen Bessemerbirne entrömenden Gase bedeutend reicher an Kohlenoxyd sind, als die Gichtgase der Hochöfen, und Héroult will diese Energie dem elektrometallurgischen Prozess wieder zuführen. Er berechnete sich (laut Mitteilung), dass zur Ausbringung von 1 kg geschmolzenen Metalls 2000–2500 Kalorien nötig sind, die sowohl zur Schmelzung, wie zur Reduktion des Metalls, sowie zur Erzeugung und Schmelzung der Schlacke gebraucht werden. Für die Reduktion sind 330 gr Kohle (auf Kohlenoxyd berechnet) nötig; die im Ofen während der Reduktion entbundene Wärme ist demnach: 0,330 kg × 2400 = 792 Kalorien. Der Unterschied, also 1200–1700 Kalorien, muss durch die elektrische Energie geliefert werden, das Kohlenoxyd kann aber beim Verbrennen 0,330 × 5600 = 1800 Kalorien liefern. Verbrennt man daher dieses Kohlenoxyd in einem besonderen Apparat, den man benutzt, um das Erz zu schmelzen und sogar zu überhitzen, und führt man es erst dann in den eigentlichen Ofen ein, so vermag man auf diese Weise den grössten Teil der sonst verloren gehenden Kalorien wieder zu gewinnen. Textabbildung Bd. 320, S. 458 Fig. 1. Zur Nutzbarmachung derselben nach den eben geschilderten Grundsätzen hat Héroult einen besonderen Ofen konstruiert, den er „Economiseur“ nennt (Fig. 1). Derselbe besteht aus dem Schachte CC, an dessen unterem Teile der Tiegelofen B angebracht ist. Der Schachtraum des Ofens ist etwas über seiner Mitte durch einen seitlich angebrachten Schacht A unterbrochen, durch den das Erz eingefüllt wird. Die Einfüllung geschieht mittels besonderer Vorrichtungen und es findet keine Mischung des Erzes mit Kohle statt, da durch den Schacht das erwähnte Kohlenoxyd den Erzen entgegenströmt und an sie unter Schmelzung die Wärmeeinheiten, die es besitzt, abgibt. Da die Erze oxydischer Natur sind, so findet zugleich auch eine Reduktion derselben statt in ähnlicher Weise wie im Hochofen, wo bei Temperaturen unterhalb 900 ° ebenfalls die Reduktion durch das Kohlenoxyd bewirkt wird. Es erfolgt also in diesem Schachte ein Austausch der Energie in dem oben beschriebenen Sinne und das Erz gelangt, teilweise geschmolzen und teilweise bereits reduziert, in den eigentlichen Ofen. Dieser selbst ist für das Erz über den Kohlenblock F weg zugänglich, der die eine Elektrode eines zwischen F und O spielenden Flammenbogens bildet, dessen Wärme gleichfalls durch den Schacht A abzieht. Der Flammbogen hat den Zweck, dem Erze jenen Grad von Schmelzflüssigkeit zu verleihen, der ihm zur richtigen Durchführung der Reduktion im Ofen noch fehlt. Kommt dann das geschmolzene und in Glut befindliche Erz über F weg in den eigentlichen Schacht, so trifft es hier mit dem in diesem niedergleitenden Koks, sowie mit dem Zuschlag, der ebenfalls von oben in den eigentlichen Schacht gegeben wird, zusammen. Es tritt vollständige Reduktion ein, sowie durch einen zwischen B und F resp. G spielenden weiteren Lichtbogen die vollständige Läuterung, so dass aus dem Ofen reines Eisen abgestochen werden kann. Es sind zwei Abstichöffnungen vorgesehen, eine bei D für das Metall und eine bei E für die Schlacke. In dem Werke zu La Praz, das sowohl seitens der kanadischen Kommission, wie von Charles Combes und Adolphe Minet besucht wurde, lassen sich die verschiedensten Stahlsorten in der Birne herstellen. Um feinen Werkzeugstahl mit geringem Kohlenstoffgehalt zu erhalten, wird der Prozess in folgender Weise geleitet, wobei das Erblasen einer kleinen 1½ Tonnen Charge als Beispiel dienen mag – also einer Charge, wie sie dann erblasen werden, wenn es sich darum handelt, möglichst schnell Stahl zu gewinnen. Im allgemeinen werden grössere und zwar ebenso wie beim Stassano-Ofen fünf Tonnenchargen erblasen. Für die genannte kleine Charge wurde die Beschickung: folgendermassen zusammengesetzt: Eisen 1,65 t Eisenerz 0,16 t Kalk 0,123 t Der Prozess wurde durch Anlassen des Stromes eingeleitet und zunächst eine vollständige Schmelzung dieser Beschickung herbeigeführt, wobei sich bereits Schlacke bildete, die jedoch einen sehr hohen elektrischen Widerstand hat. Sie wurde deshalb sorgfältig abgekratzt, und dann die Neubildung einer anderen Schlacke von anderer Leitfähigkeit durch Zuführung eines Gemenges von folgender Zusammensetzung eingeleitet: Kalk 0,275 t Sand 0,775 t Flusspat 0,775 t Es folgte dann ein erneutes Anlassen des vor. der Zugabe der erwähnten Mischung abgestellten Stromes. Nachdem derselbe eine bestimmte Zeitlang eingewirkt hatte, wurde er abermals abgestellt, auch die neugebildete Schlacke entfernt und abermals dieselbe Menge des schlackenbildenden Gemisches zugegeben. Dann wurde der Strom wieder angelassen. Nach abermaliger Entfernung und Neubildung der Schlacke erfolgte ein Zusatz von 0,0775 Tonnen Ferromangan und weitere Erhitzung, dann abermaliges kurzes Anlassen des Stromes, Zugabe von Aluminium (zur Beruhigung des stark wallenden Stahls) und Ausgiessen in die Coquillen. Die Gesamtdauer der Charge belief sich auf 4½ Stunden. Nachkohlen des kohlenstoffarmen Stahles fand nicht statt. Die Ausbeute betrug 1,410 Tonnen Stahl und 0,0045 Tonnen Abfall. Die Zusammensetzung der Charge ergab sich auf Grund der Analyse folgendermassen: Kohlenstoff 0,110 v. H. Silizium 0,152 v. H. Schwefel 0,055 v. H. Phosphor 0,220 v. H. Mangan 0,130 v. H. Arsen 0,089 v. H. Rest: Eisen. Daraus wurde ein Stahl von folgender Zusammensetzung erhalten: Kohlenstoff 0,079 v. H. Silizium 0,034 v. H. Schwefel 0,022 v. H. Phosphor 0,009 v. H. Mangan 0,230 v. H. Arsen 0,096 v. H. Rest: Eisen. Der Stahl schmiedete sich sehr gut ohne eine Spur von Rotbrüchigkeit und vorgenommene Kalt-Biegeproben befriedigten in jeder Hinsicht. Auf die mechanischen Eigenschaften verschiedener elektrischer Stahlsorten werden wir weiter unten noch eingehend zurückkommen. Zur Gewinnung des Stahls waren 1410 Kilowattstunden nötig. Eine weitere Charge wurde erblasen, um Stahl von hohem Kohlenstoffgehalt zu erzielen. Die Charge hierfür bestand aus gemischten Eisenabfällen 2,599 t Ferrosilizium 0,086 t Eisenerz 0,195 t Kalk 0,157 t Ferromangan 0,002 t Die Beschickung mit einem Teil der Eisenabfälle und des Kalks wurde vor dem Anlassen des Stromes vorgenommen, der Rest wurde während des Schmelzens zugefügt. Ebenso, wie bei der vorstehend beschriebenen Charge wurde besondere Sorgfalt darauf verwendet, die Schlacke durch Abkratzen zu entfernen und eine zweite Schlacke herzustellen. Um die Bildung der letzteren zu erleichtern, wurde ein Gemenge von folgender Zusammensetzung verwendet: Kalk 0,399 t Sand 0,099 t Flusspat 0,099 t Im Gegensatze zu der vorher beschriebenen Charge musste nachgekohlt werden, was mit Hilfe von „Karburit“, einem Gemenge von reinem Eisen und Kohle, geschah. Gleichzeitig wurden 0,086 t Ferrosilizium zugegeben. Um zu sehen, ob der Stahl in bezug auf Kohlenstoffgehalt entsprach, wurden Schmiedeproben entnommen. Als diese zufriedenstellend ausfielen, wurde in gewöhnlicher Weise nach vorherigem Aluminiumzusatz ausgegossen. Die Gesamtdauer der Charge belief sich in diesem Falle auf acht Stunden, wobei zu bedenken ist, dass auch die Charge selbst eine grössere war. Die Ausbeute betrug 2,313 Tonnen Stahl von folgender Zusammensetzung: Kohlenstoff 1,016 v. H. Silizium 0,103 v. H. Schwefel 0,020 v. H. Phosphor 0,009 v. H. Mangan 0,150 v. H. Arsen 0,060 v. H. Aluminium Spuren Rest: Eisen. Die während des Verlaufes der Charge verbrauchte elektrische Energie betrug 2580 Kilowattstunden. Ein weicherer Stahl als der tatsächlich hergestellte, wäre bereits nach fünf Stunden fertig gewesen und hätte, zu seiner Herstellung einen Energieaufwand von lediglich. 1680 Kilowattstünden benötigt. Die Kosten für das Rohmaterial und die Arbeitslöhne stellen sich bei dem Betrieb eines Héroultschen Ofens ungefähr ebenso hoch, wie die in einem mit Gas geheizten Siemens-Ofen von gleicher Grösse für die Erzeugung von Stahl gleicher Qualität. Kostenunterschiede entstehen lediglich aus dem Unterschiede der Kosten für elektrische. Kraft und Elektroden im Vergleich zu denen mit Heizmaterial. Es werden bei ununterbrochenem Betrieb wöchentlich 500 Kilogramm Elektrodenmaterial verbraucht und bei einer wöchentlichen Produktion von 30 Tonnen Stahl entsteht an Kosten für das Rohmaterial der Betrag von 24 M. Die durchschnittliche Ausbeute in 24 Stunden belief sich auf 4 Tonnen. Es sind dies durchweg Ergebnisse, die mit denen von Héroult selbst über sein Verfahren gemachten vollkommen übereinstimmen. Hérault selbst teilte im übrigen dem Verfasser mit, dass es ihm. gelungen sei, seit dem Besuche der kanadischen Kommission die Ausbeute f. d. Ofen und Tag von 24 Stunden von 4 auf 7 Tonnen zu steigern, und dass er durch guten Luftabschluss das Entstehen von Calciumcarbid in der Schlacke zu bewirken vermag, das als Nebenprodukt verwertet werden kann. Die Reparaturen an der Birne sind beim Héroultschen-Prozess so geringe, dass sie die Gestehungskosten nicht wesentlich zu beeinflussen vermögen. Die Ausgaben hingegen, die die Erneuerung der Ausfütterung erfordert, wurden folgendermassen festgestellt: Für gebrannten Dolomit erwuchs f. d. Tonne erzeugten Stahls eine Ausgabe von 2,40 M., für Magnesit eine solche von 1,20 M., die Ausmauerungen des Deckels, kosteten 2 M. f. d. Tonne, so dass also die Gesamtunkosten aus den vorgenannten Posten sich mit 5,60 M. f. d. Tonne ergeben. (Schluss folgt.)