Weitere Beiträge zur Technik der Elektrometallurgie des Eisens. Von Dr. Albert Neuburger, Berlin. (Schluss von S. 459 d. Bd.) Weitere Beiträge zur Technik der Elektrometallurgie des Eisens. Besonders interessant und von ausserordentlicher Bedeutung für die Berechnungen des Kostenpunktes elektro-metallurgischer Eisenprozesse sind die Feststellungen, die einen Vergleich zwischen den Energiekosten für elektrisch ausgebrachtes Eisen und denen für solches, das nach dem Tiegelgussverfahren erhalten wird, ermöglichen. Es zeigt sich hier, dass die elektrische Ausbringung in der Tat ganz bedeutende Ersparnisse zu erzielen gestattet. Bei Erzeugung der Elektrizität aus Wasserkräften kann man bei den gegenwärtig noch herrschenden Preisen für dieselben einen Preis von 42,50 M. für das elektrische Pferdekraftjahr recht wohl zugrunde legen, der gewiss dann als angemessen gelten muss, wenn man die Elektrizität nicht pacht- oder mietweise bezieht, sondern wenn man sie, insbesondere unter Verwendung grösserer Maschinen, selbst erzeugt. Unter diesen Umständen, sowie unter Einrechnung der Kosten für den Elektrodenverschleiss belaufen sich bei der Verwendung elektrischer Energie die Kosten für die Erhitzung f. d. Tonne Stahl auf 7,35 M., während sie sich bei Verwendung von Gasfeuerung unter Benutzung guter Kohle auf 12,75 M. stellen. Diese Preisunterschiede sind derartig ausserordentliche, dass die Kommission – und hierin befindet sie sich in vollständiger Uebereinstimmung mit Combes und Minet – zu dem Schlusse kommt, dass der elektrische Betrieb gegenüber demjenigen mit Gasöfen so hervorragende Vorteile darbietet, dass es wohl denkbar ist, dass der Siemens-Ofen durch den elektrischen Ofen verdrängt werden kann. Da die Erzeugung von Roheisen in dem oben beschriebenen „Ekonomiseur“ noch nicht aufgenommen war, so liegen über sie auch noch keine Berichte vor. Hingegen liess sich der Prozess der Roheisendarstellung an der Birne und zwar an nicht weniger als 30 Chargen sehr gut studieren. Es zeigte sich dabei, dass durchschnittlich von 1,062 t Eisen, die in der Beschickung enthalten waren, 969 kg Metall wiedergewonnen werden konnten. Die Zusammensetzung der Schlacke wechselte, ihr Eisengehalt betrug jedoch durchschnittlich 7,75 v. H. Die Zusammensetzung des erzeugten Roheisens und der Schlacke war die folgende: Roheisen: Gesamter Kohlenstoff 1,840 v. H. gebundene Kohle 1,225 v. H. Graphit 0,615 v. H. Silizium 3,122 v. H. Schwefel 0,247 v. H. Phosphor 0,023 v. H. Mangan 0,210 v. H. Schlacke: Silizium 42,72 v. H. Eisenoxyd   9,90 v. H. Aluminium 17,43 v. H. Manganoxyd   3,70 v. H. Kalk 16,92 v. H. Magnesia   9,00 v. H. Das Kjellinsche Verfahren beruht bekanntlich (D. p. J. 1902, 317, S. 784) auf der Verwendung eines eigenartigen Ofens, der vorbildlich für eine Reihe weiterer Ofenkonstruktionen geworden ist, wie sich eine ähnliche insbesondere die bekannte Firma Schneider & Co. in Creusot hat patentieren lassen und für die sich seitdem in der Elektrometallurgie des Eisens die Bezeichnung als „Transformatorofen“ eingebürgert hat. Ausser der Anlage in Gysinge, die an oben erwähnter Stelle ebenfalls bereits ausführlich beschrieben wurde und die inzwischen bedeutende Vergrösserungen erfahren hat, ist gegenwärtig eine weitere Anlage in Frankreich im Bau. Ausser der kanadischen Kommission hat der Chefelektrochemiker des Wiener Werkes der Firma Siemens & Halske, Dr. Viktor Engelhardt, das Verfahren selbst in Gysinge einer genauen Prüfung unterworfen, und seine Mitteilungen bilden wertvolle Ergänzungen zu denjenigen der genannten Kommission. Des weiteren soll auf der Weltausstellung in Lüttich ein derartiger Transformatorofen nach dem Gysingesystem im Betriebe vorgeführt werden, dem sich vielleicht ein zweiter, anderen aber ähnlichen Systems, den Ingenieur Frick aus Stockholm vorzuführen beabsichtigt, anschliessen dürfte. So scheint es denn, als ob gerade das Gysingeverfahren am schnellsten bekannt werden dürfte. Es ist jedenfalls das interessanteste und durchaus genial erdacht; auch liefert es Stahl von hervorragender Qualität, da es – was einen besonderen Vorzug desselben bildet – vollkommen ohne Elektroden arbeitet. Die Gestehungskosten des Stahls sind allerdings, wie der Erfinder Kjellin selbst früher angab, höhere, als bei vielen anderen Verfahren und diese Angabe wurde auch seitens der kanadischen Kommission bestätigt, wenn der von dieser gefundene Preis auch etwas niedriger ist, als der von Kjellin angegebene. Durch das genaue Studium des Prozesses in Gysinge sind über das Verfahren verschiedene äusserst interessante Einzelheiten bekannt geworden, die zunächst in Ergänzung des früheren Berichtes hier noch nachgetragen seien. Zunächst ist zu erwähnen, dass der Ofen nicht mehr wie früher mit sauren Silikatsteinen ausgefüttert wird, sondern dass man zu basischem Futter übergegangen ist, das eine Dicke von 300 mm hat. Zur Herstellung desselben werden partieweise je 500 kg Sintermagnesit mit 10 kg feingemahlenem gebrannten Magnesit gemischt; das Ganze wird mit 40 kg Ton zu Brei angemacht und eingestampft. Die Betriebskosten an Ofenfutter berechnet Engelhardt f. d. Tonne Stahl auf 2,55 M. Ueber den Verlauf der Charge ist zu bemerken, dass der Abstich nicht vollständig erfolgt, sondern dass immer ein Teil des erzeugten Stahls im Ofen zurückbleibt – ein Verfahren, das den Zweck hat, die Erhitzung und das Schmelzen der neuen Beschickung zu beschleunigen. Die Prüfung auf die Qualität findet jetzt mit Hilfe von Schmiedeproben statt und es ist zum Zwecke der Vornahme derselben Schmiedefeuer und Ambos auf der Beschickungsbühne aufgestellt. Die kurze Beschreibung des Verlaufes einer Charge gibt über die einzelnen Verhältnisse während derselben am besten Aufschluss. Im Ofen waren von der vorhergehenden Charge etwa 700 kg zurückgeblieben. Es wurde dann die vorher bereitgestellte und abgewogene neue Charge zugegeben, die aus Roheisen, Stahlabfällen, gemischten Eisenabfällen, 12 v. H. Ferrosilizium und 80 v. H. Ferromangan bestand, und deren Gewicht sich auf 1756 kg belief. Die Zusammensetzung selbst wechselt je nach der Qualität des Stahls, den man zu erhalten wünscht. Es sei jedoch bemerkt, dass Kjellin. der früher nachkohlen musste, jetzt imstande ist, ähnlich wie Stassano die Zusammensetzung voraus zu berechnen. Es wird nun je nach den Umständen bald mit, bald ohne Nachkohlen gearbeitet. Ist die Charge geschmolzen, so wird noch so lange Strom durchgeschickt, bis die zum Abstechen nötige Temperatur erreicht ist, und es findet dann das Abstechen entweder in Coquillen oder direkt in Giesspfannen statt. Beim Abstechen in Coquillen werden gewöhnlich sechs bis acht Blöcke, deren Gewicht zwischen 85 kg und 200 kg schwankt, erhalten. Die Ausbeute ist eine ziemlich gute, und es konnten aus der erwähnten Charge von 1756 kg Gewicht 1030 kg Stahl gewonnen werden. Die Zusammensetzung der Blöcke ist keine ganz gleichmässige und Infolgedessen wechseln auch die Eigenschaften innerhalb gewisser Grenzen, je nachdem Stahl vom oberen, mittleren oder unteren Teil eines Blockes entnommen ist. Der Stahl selbst ist sehr dicht und schliesst keine Gasblasen ein. Nur an einzelnen Blöcken zeigt sich oben eine äusserst dünne etwas blasige Schicht, die jedoch lediglich durch Berührung mit Luft während des Abstechens entstanden ist. Der Umstand, dass der Stahl sehr heiss und dünnflüssig ist, bewirkt, dass sich Blasen nur im allerobersten Teile ansetzen können. Nachstehende Analysen (Kanadische Kommission) zeigen am besten die Unterschiede in der Zusammensetzung an den verschiedenen Stellen eines der Blöcke: Tabelle 1. Bohrspäne aus einer grossenCoquille Bohrspäne aus drei kleinenCoquillen oben Mitte unten No. 1 oben No. 2 Mitte No. 3 unten C 1,083 1,077 1,050 1,086 1,086 1,070 Si 0,194 0,205 1,196 0,206 0,204 0,205 S 0,008 0,010 – 0,009 0,010 – P 0,009 0,011 0,011 0,010 0,011 0,009 Mn 0,242 0,260 0,250 0,250 0,246 0,250 Bei dem in Gysinge aufgestellten Ofen, der mit etwa 3000 Volt Primärspannung betrieben wird, hat die Primärspule 295 Windungen, so dass der Sekundärstrom bei 10 Volt etwa 30000 Ampere stark sein dürfte. Der Elektrizitätsverbrauch belief sich bei der oben erwähnten Charge auf 857 Kilowattstunden. Die Messungen desselben gaben dem Elektrotechniker der kanadischen Kommission, C. E. Brown, Gelegenheit zu interessanten Beobachtungen, die für den Betrieb derartiger Transformatoröfen wertvolle Grundsätze schufen. Es zeigte sich nämlich, dass bei vier in Gysinge geprüften Oefen der Verbrauch an elektrischer Energie f. d. Tonne an zweien derselben weniger als einhalbmal so gross war, als an den beiden anderen. Der Grund dieser Verschiedenheit liegt in der eigenartigen Ausgestaltung dieser beiden Oefen. Bei denselben war nämlich der Schacht mit einem Eisenmantel umgeben, der durch den ausserordentlich starken Strom hoch magnetisiert wurde. (Ueberhaupt spielen die Einflüsse des Magnetismus im ganzen Gysingebetrieb eine eigenartige Rolle, die sich in mancherlei Erscheinungen äussert. So werden z.B. vielfach die Schaufeln, mit denen die Beschickung eingeschaufelt wird, magnetisiert usw.) Aus dieser Erscheinung ergibt sich der Grundsatz, dass es sich empfehlen dürfte, bei der Einrichtung neuer Anlagen den Eisenmantel an manchen Stellen wegzulassen. Dadurch liesse sich schon eine höhere Stromersparnis erzielen. Die Wechselzahl beträgt gegenwärtig 13–14 und es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft sein würde, für einen Ofen von 15 Tonnen Kapazität f. d. Charge die Zahl der Wechsel auf 4 in der Sekunde zu reduzieren, oder dass man für die jetzige Wechselzahl drei Oefen in symmetrischer Lagerung um einen Dreiphasengenerator aufstellen müsste. Die Kosten des Verfahrens hat Kjellin früher mit 171 M. f. d. Tonne angegeben, die kanadische Kommission berechnet sie unter Zugrundelegung eines Preises von 42,50 M. f. d. Pferdekraftjahr auf 144,50 M. Engelhardt nimmt unter Zugrundelegung eines Kjellinschen Ofens von 736 Kilowatt Kapazität die Betriebskosten bei kaltem Einsatz mit 71,42 M. f. d. Tonne und bei heissem Einsatz mit 68,06 M. an, wobei eine Tagesproduktion von 30 Tonnen zugrunde gelegt ist. Laut privater Mitteilung von Engelhardt an den Verfasser ist die diesem Ergebnisse zugrunde liegende Berechnung für Massenherstellung aufgebaut und zwar für eine Tagesproduktion von 30 resp. 36 Depots. Es sind daher gewöhnliche Eisen- und Schrottqualitäten eingesetzt, so dass das Produkt auch nicht Tiegelstahl, sondern Martinstahl mit einem gewissen Qualitätsvorsprung entspricht. Abgesehen davon braucht der grössere Ofen weniger Kraft f. d. Tonne (600 bezw. 500 Kilowattstunden, weniger Verschleiss an Ofenfutter (0,43 bezw. 0,36 M.) und weniger Löhne. In der Tat dürfte das Gysinge-Verfahren das einzige sein, bei dem sich zur Erzeugung von Elektrostahl die Aufstellung grösserer Oefen empfehlen dürfte – ob freilich so grosser, wie der, für den obige Zahlen berechnet sind, müsste erst ein lang fortgesetzter Dauerversuch mit einem solchen ergeben. Ueber die mechanischen Eigenschaften des Gysingestahls liegen Untersuchungen der kanadischen Kommission solche von Neumann, sowie solche von Professor Tetmajer in Wien und endlich solche der Materialprüfungsanstalt der technischen Hochschule Stockholm vor. Wir geben aus den Tetmajerschen Werten in nachstehender Zusammenstellung (Tab. 2) einige wieder und zwar sind die Proben mit niedrigstem, mittlerem und höchstem Kohlenstoffgehalt ausgewählt. Die physikalische Prüfung, die von Seiten der kanadischen Kommission auch auf Stahlsorten ausgedehnt wurde, die nach dem Héroultschen Prozess hergestellt waren, ergibt, dass der elektrisch dargestellte Stahl im allgemeinen dem Tiegelgusstahl bester Qualität vollkommen ebenbürtig ist und dass einzelne Sorten desselben in bezug auf bestimmte Eigenschaften sogar Tiegelgussstahl noch zu übertreffen vermögen. Im Laboratorium des Arsenals zu Woolwich wurden auch Proben mit elektrisch hergestellten Stahlsorten ausgeführt, die Vergleiche mit Mushets Stahl bezweckten, und es ergab sich auch hier eine Bestätigung des eben Gesagten. Ohne auf die vielen interessanten Einzelheiten einzugehen, sei nur erwähnt, dass sich die besten Resultate mit elektrischem Stahl ergaben, der 1,100–1,300 v. H., Kohlenstoff enthielt. Tabelle 2. Zerreissversuche mit Gysinger Elektrostahl (Prof. Tetmajer). Material Vierkanteisen. Probe No. Kohlenstoff-gehalt v. H. Abmessungen Spannungen kg/qmm Bruch-deh-nungS v. H. Quer-schnitts-vermin-derungv. H. Bruchgefüge Durch-messermm Quer-schnittqmm Mass-längemm Elastizitäts- Streck-grenzeσS Bruch-grenzeσB grenzeσP modulE 1 1,10 20 314 200 47,8 21700 50,3 83,2   4,5 12 sehr feinkörnig, strahlig, Kern dunkel matt. 5 0,70 18 254 180 39,4 20500 43,1 88,6 10,2 22 körnig, Kern schwammig. 6 0,70 18 254 180 59,5 20800 67,5 80,5   4,3 32 feinkörnig mit matten Stellen. 10 1,70 18 254 180 55,2 20709 61,8 85,5   2,3   4 feinkörnig, strahlig, mit matter Stelle. Tabelle 3 a. Erzeugung von Roheisen. VerfahrenHeroult Verfahren Keller Grösse Charge Kleine Charge Gesamtverbrauch in Kilowattstunden 3280 33700 10840 Gesamtverbrauch in Pferdekraftjahren    0,51     5,23   1,69 Ausbeute an Roheisen in Kilogrammen   969   9868 6692 Verbrauch f. d. Tonne Roheiben in Kilowattstunden 3380   3420 1620 Verbrauch f. d. Tonne Roheisen in Pferdekraftjahren     0,525   0,53   0,25 Kosten der elektrischen Energie f. d. Tonne Roheisen (das      Pferdekraftjahr zu M. 42,50) 22,31 22,53 10,63 Tabelle 3 b. Erzeugung von Stahl. Verfahren Kjellin Verfahren Héroult VerfahrenKeller Charge546 Charge547 Charge(kalterEinsatz) Charge(kalterEinsatz) Charge(kalterEinsatz) Gesamtverbrauch in Kilowattstunden 857 994 1410 2580   1680 1325 Gesamtverbrauch in Pferdekraftjähren 0,133 0,154 0,219 0,40    0,261 0,206 Ausbeute an Stahl in Kilogrammen 1030 955 1283 2341   2341   1650 Verbrauch f. d. Tonne Stahl in Kilowattstunden 832 1040 1100 1100     718     804 Verbrauch f. d. Tonne Stahl in Pferdekraftjahren 0,13 0,16 0,17 0,17   0,111   0,125 Kosten der elektrischen Energie f. d. Tonne Stahl 6,52 6,80 7,23 7,13 4,72 5,31 Das Verfahren von Keller. Auch dieses unterlag einer eingehenden Prüfung von Seiten der kanadischen Kommission, ohne dass sich jedoch bei demselben besondere neue Gesichtspunkte, die nicht schon in der früher erwähnten Abhandlung enthalten sind, ergeben hätten. Es sei nur erwähnt, dass in Gegenwart der Kommission in der Anlage zu Livet die verschiedensten sauren und basischen Prozesse durchgeführt wurden, die alle zufriedenstellende Resultate ergaben. In bezug auf die Preisangaben, die von Keller gemacht wurden, fand jedoch die kanadische Kommission eine kleine Differenz. Während Keller die Gestehungskosten einer Tonne Stahl mit 45,52 M. angibt, stellte sie die Kommission mit 51,21 M. fest, wobei der Preis des elektrischen Pferdekraftjahres zu 42,50 M. angenommen ist, ein Preis, der bei der Erzeugung aus Wasserkräften als vollkommen angemessen und den jetzigen Verhältnissen entsprechend bezeichnet werden muss. Kraftverbrauch und Kosten der einzelnen Prozesse. Auf Grund der Feststellungen der kanadischen Kommission ergeben sich die in den Tabellen 3 a und 3 b zusammengestellten Zahlen für den Kraftverbrauch und für die Kosten der einzelnen Prozesse sowohl bei der Erzeugung von Roheisen, wie bei der von Stahl. Da nach dem Kjellinschen Prozess gegenwärtig nur Stahl erhalten wird, so sind auf die Roheisenerzeugung bezügliche Angaben in die hierfür aufgestellte Tabelle nicht eingesetzt. Die Tabellen zeigen vor allem, dass je nach dem Grade der Vorwärmung, der Temperatur des Einsatzes und den sonstigen äusseren Verhältnissen der Energieverbrauch und damit die Kosten innerhalb gewisser Grenzen schwanken können. Es sind deshalb bei der Aufstellung derselben überall da, wo derartige Verhältnisse einen Einfluss geltend machen können, insbesondere also bei der Stahlbereitung nach dem Prozesse Héroult, wo entweder heisser Einsatz (Roheisen) oder kalter Einsatz (Eisenschrott) Verwendung finden kann, stets die jeder einzelnen dieser Abänderungen entsprechenden Zahlen angegeben. Das Pferdekraftjahr ist wieder mit 42,50 M., angenommen; es ist also als Kraftquelle Wasserkraft vorausgesetzt, die ja für die sämtlichen hier besprochenen Prozesse und Ofenkonstruktionen einzig und allein in Frage kommen kann, da sich die Erzeugung der Kraft aus Kohle bei ihnen zu teuer stellen würde.