Eisen [1]

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Eisen [1]

Eisen (Ferrum) Fe, das nĂŒtzlichste und verbreitetste aller Metalle, findet sich in zahlreichen Verbindungen und nimmt an der Zusammensetzung der Erdrinde wesentlichen Anteil (zu etwa 5 Proz.).

Tabelle

Vorkommen. Gediegen findet sich E. als Meteoreisen in derben, zackigen, zelligen, löcherigen Massen, auch eingesprengt in Meteorsteinen. Das meteorische E. enthĂ€lt fast stets Nickel (bis 20 Proz. und mehr), auch Kobalt, Chrom, Silicium, Kohlenstoff u. Sein Vorkommen auf der Erde ist selten und meist zweifelhaft. Als feinste ImprĂ€gnation findet es sich in Basalten, aber auch in großen, Hunderte von Zentnern schweren Klumpen (mit Kobalt-, Nickel-, Schwefel-, Phosphor- und Kohlenstoffgehalt) bei Ovifak auf Disko. Es ist hier aus dem Magneteisen des Basalts durch Reduktion entstanden, wobei eingeschlossene StĂŒcke eines vom Basalt durchbrochenen Kohlenflözes als Reduktionsmittel dienten. Ähnlich mag das gediegene E. im Sandstein und Ton der Kohlenreviere am Missouri entstanden sein. Ferner findet sich E. als Kern von Eisenkiesknollen im Keuperkalkstein von MĂŒhlhausen i. ThĂŒr., knollig im PlĂ€nerkalk von Chotzen in Böhmen, auch in Laven der Auvergne, in den GoldwĂ€schen von Beresowsk im Ural, im brasilischen Goldsand etc. Eine Eisennickellegierung, Awaruit, findet sich in Olivingesteinen von Neuseeland, von Biella in Piemont. Fast alle Mineralien und Gesteine enthalten wenigstens Spuren von Eisenverbindungen; sehr allgemein verdanken sie ihre roten, gelben, braunen, dunkelgrĂŒnen bis schwarzen Farben einem Gehalt von verschiedenen Eisenverbindungen. Nie fehlt E. in der Ackererde, auch im Quell- und Meerwasser ist es nachweisbar, und manche Quellen zeichnen sich durch sehr hohen Eisengehalt aus (StahlwĂ€sser, EisensĂ€uerlinge). Endlich ist das E. auch in den Organismen ein nie fehlender Bestandteil und findet sich namentlich stets im BlattgrĂŒn und Blutrot.

Eisenerze.

Zur Darstellung des Eisens verwendet man Mineralien als Eisenerze, die in dem Grad eisenhaltig und frei von schĂ€dlichen Beimengungen sind, daß daraus ein brauchbares Produkt mit Gewinn erzeugt werden kann. Als eigentliche Eisenerze kommen fast nur die oxydischen Eisenverbindungen in Betracht; in untergeordneter Menge werden auch AbbrĂ€nde vom Rösten des Schwefelkieses FeS2 bei der SchwefelsĂ€urefabrikation, die wesentlich aus Eisenoxyd bestehen, auf E. verschmolzen. Die wichtigsten Eisenerze sind die folgenden.

1) Magneteisenstein (Magneteisenerz, Magnetit) FeO.Fe2O3 oder Fe3O4, Eisenoxyduloxyd mit 72,4 Proz. E., findet sich meist derb und in mĂ€chtigen Lagerstöcken im Ă€ltern kristallinischen Massen- und Schiefergebirge, seltener auf GĂ€ngen. Wegen seiner Dichtigkeit muß es vor dem Verschmelzen sorgfĂ€ltig geröstet werden. Die Menge der Gangart ist gewöhnlich nur gering; der Eisengehalt des Erzes betrĂ€gt meist 40–60 Proz. Das Erz liefert, wenn es nicht etwa mit Apatit (phosphorsaurem Kalk) oder Schwefelmetallen verunreinigt ist, ein sehr reines, ausgezeichnetes E. Hauptfundorte sind: Norwegen (Arendal), Schweden (GrĂ€ngesberg, Gellivara, Dannemora), von wo es auch nach Deutschland ausgefĂŒhrt wird, Finnland, Lappland, Ural, Algerien, Kanada, New Jersey, Oberer See. In untergeordneter Menge findet es sich bei Schmiedeberg (Schlesien), BerggießhĂŒbel (Erzgebirge) etc.

Der in New Jersey (Vereinigte Staaten) vorkommende Franklinit (ZuMn)O, Fe2O3 enthĂ€lt 17–25 Proz. Zinkoxyd und 10–16 Proz. Manganoxydul und wird auf Zink und E. (Spiegeleisen) verhĂŒttet.

2) Roteisenstein (Roteisenerz) Fe2O3, Eisenoxyd mit 70 Proz. E., tritt hĂ€ufig mit Magneteisen, Brauneisen, Spateisen auf. Die Gangarten bestehen aus Kalkspat, Dolomit, Quarz oder Ton, und von den Verunreinigungen sind Schwefelkies und Apatit die gewöhnlichsten. Der Eisengehalt des Roteisenerzes betrĂ€gt 30–45 Proz., selbst 66 Proz. HĂ€ufig bildet Roteisenstein innig mit Ton oder Quarz gemengt den roten Toneisenstein, resp. den kieseligen Roteisenstein. In jĂŒngern Formationen kommt Roteisenstein selten vor, hĂ€ufig dagegen in GĂ€ngen, Stöcken oder Lagern des Ur- und Übergangsgebirges bis aufwĂ€rts zum Kohlenkalk. Er findet sich an der Sieg, Lahn, Dill, auch im Sauerland, im Wesergebirge, im Harz (Elbingerode und BĂŒchenberg), ThĂŒringen, Erzgebirge etc.; in Cumberland und Nordlancashire; bei Vezin, Namur; auf Elba, in Nordspanien (Sommorostro bei Bilbao), von wo er wie auch aus Nordafrika nach Deutschland ausgefĂŒhrt wird, außerdem am Obern See und in Missouri.

3) Brauneisenstein (Brauneisenerz) besteht aus Eisenhydroxyd mit verschiedenem Wassergehalt, hat aber am hĂ€ufigsten die Zusammensetzung 2Fe2O3, 3H2O und enthĂ€lt dann 60 Proz. E. Brauneisenerz ist hĂ€ufig durch Zersetzung andrer Eisenerze entstanden und kommt deshalb nicht selten zusammen mit diesen vor, findet sich aber auch zuweilen in eignen LagerstĂ€tten. Die Gangarten bestehen meist aus Quarz oder Ton, weniger hĂ€ufig aus Kalk und Dolomit. Der Eisengehalt betrĂ€gt 20–60 Proz. Die meisten Ă€ltern Brauneisensteine zeichnen sich durch Reinheit und gĂŒnstiges Schmelzverhalten aus. Durch den Wasserverlust in der Hitze werden sie porös, reduzieren sich leicht und geben bei Mangangehalt ein besonders fĂŒr die Stahlbereitung ausgezeichnetes Material. Sie finden sich an der Sieg und Lahn, in ThĂŒringen, WĂŒrttemberg, in Lothringen, Luxemburg, bei OsnabrĂŒck, in Oberschlesien, in Steiermark, KĂ€rnten, Böhmen, in den PyrenĂ€en etc. Hierher gehören auch die Bohn-, Oolith- oder Rogenerze. Ton und Kalk enthaltender Brauneisenstein schmilzt sehr leicht und gibt ohne weitere ZuschlĂ€ge gute Schlacke (selbstgehende Erze). Minette und Raseneisenerz, die ebenfalls hierher gehören, sind reich an Phosphor, waren frĂŒher geringwertig, werden jetzt aber auf reinstes Schmiedeeisen verarbeitet. Leider ist das Raseneisenerz der norddeutschen und hollĂ€ndischen Tiefebene nahezu erschöpft.

4) Spateisenstein (Spateisenerz, Eisenspat, Stahlstein) besteht aus kohlensaurem Eisenoxydul FeCO3 und ist stets mit den isomorphen Karbonaten von Mangan, Calcium und Magnesium gemischt. Die gewöhnlichen Beimengungen dieses Erzes sind Quarz und Kalkspat. Der Eisengehalt variiert meist von 30–42 Proz.; der wertbestimmende Gehalt an Manganoxydul steigt in kristallinischen VarietĂ€ten hĂ€ufig bis zu 11 Proz. Spateisenstein ist ein gutartiges, leicht reduzier- und schmelzbares Eisenerz und wird speziell zur Herstellung von Spiegeleisen sehr geschĂ€tzt. Er kommt in KĂ€rnten und Steiermark (Erzberg), auch im Siegener Land (Stahlberg bei MĂŒsen) in großen Mengen vor und bildet Lager und GĂ€nge von oft bedeutender MĂ€chtigkeit.

5) Im Toneisenstein (SphĂ€rosiderit) ist Spateisenstein innig mit Ton oder Mergel gemischt; dieses Gemenge bildet kugelige, knollige oder nierenförmige Massen oder auch konzentrisch schalige Kugeln mit einem Eisengehalt von 28–40 Proz. Er kommt hauptsĂ€chlich in der Steinkohlenformation vor und zwar namentlich in Yorkshire, Derbyshire, SĂŒdwales und in der Appalachischen Kohlenmulde, aber auch in Westfalen, Wesergebirge, Oberschlesien.

6) Kohleneisenstein (Schwarzstreif, engl. Blackband) ist ein durch Steinkohle (ĂŒber 10 Proz.) schwarz gefĂ€rbter Toneisenstein. Das Erz besitzt ein geschichtetes, gestreiftes Ansehen, bildet meist zusammenhĂ€ngende Lager und enthĂ€lt durchschnittlich 24–30 Proz. E. Die ausgedehnte Eisenindustrie Schottlands beruht auf dem Vorkommen dieses Erzes; auch in SĂŒdwales, Hörde, Schlesien (Waldenburg) wird Kohleneisenstein als Eisenerz benutzt.

Außer den Erzen werden auch Puddel- u. Schweißschlacken, Walzensinter, Hammerschlag, BirnenauswĂŒrfe, KiesabbrĂ€nde (Purpurerze, RĂŒckstĂ€nde von der SchwefelsĂ€uredarstellung und Kupferdarstellung aus Schwefelkies) sowie RĂŒckstĂ€nde von der Teerfarbenherstellung, Lamingsche Masse, auf E. verhĂŒttet. Ja man hat Thomasschlacken wieder verschmelzen mĂŒssen, um einen Teil des Phosphors zurĂŒckzugewinnen.

Eigenschaften des Eisens.

Aus sehr reinem E. besteht der Klavierdraht, der nur 0,3 Proz. fremde Körper enthĂ€lt; chemisch reines E. erhĂ€lt man als schwarzes, pyrophorisches Pulver bei Reduktion von Eisenoxyd durch Wasserstoff, in glĂ€nzenden regulĂ€ren Oktaedern in gleicher Weise aus EisenchlorĂŒr; auch kann es durch Elektrolyse gewonnen werden. Kompaktes reines E. ist fast silberweiß, mit ausgezeichnetem Metallglanz, schuppig-muscheligem, zuweilen kristallinischem Bruch, sehr politurfĂ€hig, weicher als das weichste Stabeisen, lĂ€ĂŸt sich zu sehr seinem Draht strecken, aber nicht sehr dĂŒnn aushĂ€mmern; bei Rotglut ist es schweißbar, spez. Gew. 7,88, schmilzt bei etwa 1600° und verdampft bei sehr hoher Temperatur. Die elektrische LeitungsfĂ€higkeit ist bedeutend geringer als die des Kupfers und Silbers, sie nimmt beim ErwĂ€rmen von 0° auf 100° um 38 Proz. ab, beim Erhitzen auf 180° verdoppelt, auf 430° vervierfacht und auf 860° verneunfacht sich der Leitungswiderstand des Eisens gegenĂŒber dem bei 0°. Reines E. ist temporĂ€r magnetisierbar (nur kohlenstoffhaltiges E. wird dauernd magnetisch), die Magnetisierbarkeit nimmt zwischen 10 und 220° mit steigender Temperatur langsam ab. Bei höherer Temperatur und im geschmolzenen Zustand absorbiert E. leicht Gase, besonders Wasserstoff und Kohlenoxyd. DĂŒnner Draht gibt beim GlĂŒhen im luftleeren Raum 12,5 Vol. Gas ab. Durch diese FĂ€higkeit, Kohlenoxyd und Wasserstoff aufzunehmen und an ein davon freies Medium in der GlĂŒhhitze abzugeben, erklĂ€rt sich die Durchdringbarkeit des glĂŒhenden Eisens gegenĂŒber diesen Gasen. Bei etwa 500° zersetzt E. Kohlenoxyd unter Bildung von Eisenoxydul und Kohlenstoff, bei sehr hoher Temperatur verlĂ€uft der Prozeß umgekehrt. Das Atomgewicht des Eisens ist 55,90, in den Oxydulverbindungen (Ferroverbindungen) ist E. zweiwertig (EisenchlorĂŒr FeCl2), in den Oxydverbindungen (Ferriverbindungen) dreiwertig (Eisenchlorid FeCl3).

WĂ€hrend sein verteiltes E. sich an der Luft entzĂŒndet und siedendes Wasser verhĂ€ltnismĂ€ĂŸig energisch zersetzt, hĂ€lt sich kompaktes E. in trockner Luft bei gewöhnlicher Temperatur unverĂ€ndert, zersetzt aber Wasserdampf bei GlĂŒhhitze; beim Erhitzen an der Luft oxydiert es sich oberflĂ€chlich zu Oxyduloxyd, das unter dem Hammer abspringt (Hammerschlag). In reinem Sauerstoffgas verbrennt es mit glĂ€nzendem Licht zu Oxyduloxyd und Oxyd. In feuchter Luft bildet sich auf seiner OberflĂ€che, besonders unter dem Einfluß der KohlensĂ€ure, kohlensaures Eisenoxydul, das schnell mehr Sauerstoff aufnimmt und in Eisenhydroxyd (Rost) ĂŒbergeht. Die dabei frei werdende KohlensĂ€ure wirkt weiter auf metallisches E., darum wird dies bald stark angegriffen. SĂ€uredĂ€mpfe und Salze, besonders Ammoniaksalze, befördern die Rostbildung, wĂ€hrend Alkalien sie verhindern. Auch bei metallischer BerĂŒhrung mit Zink wird das E. vor Rost geschĂŒtzt (vgl. Rosten des Eisens). Unter lufthaltigem Wasser oxydiert sich E., und wenn es in sein verteiltem Zustand als Eisenschwamm vorhanden ist, verhindert es die FĂ€ulnis von unreinem Wasser. Beim GlĂŒhen von E. in Wasserdampf entstehen Eisenoxyduloxyd und Wasserstoff. E. löst sich in verdĂŒnnten (nicht oxydierenden) SĂ€uren unter Entwickelung von Wasserstoff zu Eisenoxydulsalz, selbst KohlensĂ€ure löst sein verteiltes E. zu Ferrobikarbonat. Kalte verdĂŒnnte SalpetersĂ€ure löst E. ohne Gasentwickelung unter Bildung von Ammoniumnitrat zu Ferronitrat, heiße ĂŒberschĂŒssige SalpetersĂ€ure unter Entwickelung von Stickstoffoxyd zu Ferrinitrat. Unter gewissen UmstĂ€nden verh Ă€lt sich E. gegen starke SalpetersĂ€ure indifferent, es wird passiv (vgl. PassivitĂ€t). In heißer konzentrierter SchwefelsĂ€ure löst sich E. unter Entwickelung von schwefliger SĂ€ure; es verbindet sich direkt mit Sch wesel, Chlor, Brom, Jod, Kohlenstoff; aus Kupfersalzen fĂ€llt es metallisches Kupfer, indem es sich als Eisenoxydulsalz löst. Die Oxydationsstufen des Eisens sind: Eisenoxydul FeO, Eisenoxyduloxyd Fe3O4, Eisenoxyd Fe2O3 und EisensĂ€ure H2FeO4.

Die verschiedenen Sorten des Eisens.

Das aus den Erzen durch reduzierendes Verschmelzen erhaltene E. ist niemals rein, es enthĂ€lt stets Silicium, Phosphor, Schwefel, Mangan etc., besonders aber Kohlenstoff, und diesem verdankt es die Eigenschaften, die es zu einem unentbehrlichen Hilfsmittel im gewöhnlichen Leben, besonders aber in der Technik machen. Diese Eigenschaften sind aber nicht einfach von der Menge des im E. enthaltenen Kohlenstoffes abhĂ€ngig, sondern wesentlich auch von der Form, in der der Kohlenstoff im E. auftritt. FlĂŒssiges E. enthĂ€lt den Kohlenstoff gelöst (HĂ€rtungskohle), und bei plötzlichem Erstarren des Eisens bleibt der Kohlenstoff in diesem Zustand im E. (Legierung), bei allmĂ€hlicher Erstarrung und AbkĂŒhlung scheidet sich bei etwa 1100° ein Teil des Kohlenstoffes zwischen den Eisenteilchen als Graphit aus, bei 700° erfolgt dann die Ausscheidung von Eisenkarbid, und nur ein kleiner Teil der HĂ€rtungskohle bleibt unverĂ€ndert im E. erhalten. Wird plötzlich erstarrtes und abgekĂŒhltes, also an HĂ€rtungskohle sehr reiches E. audauernd auf helle GlĂŒhtemperatur erhitzt, so scheidet sich amorphe Temperkohle aus. Diese und der kristallisierte Graphit sind gegen Chemikalien sehr widerstandsfĂ€hig, HĂ€rtungskohle ist in kalter SalpetersĂ€ure löslich, die drei Modifikationen erscheinen beim Lösen des Eisens in kalter Salz- oder SchwefelsĂ€ure als schwarzer RĂŒckstand, wĂ€hrend das Karbid beim Behandeln des Eisens mit starken SĂ€uren zersetzt wird und sein Kohlenstoff in der Form von Kohlenwasserstoffen entweicht. – Ganz neue Einblicke in die Konstitution des Eisens hat die mikroskopische Untersuchung ergeben, die eine Reihe verschiedener Bestandteile nachwies (s. Eisenkarbide), die sich unter besondern UmstĂ€nden bilden und wieder verschwinden. Bei geschmolzenem Roheisen mit 3 Proz. Kohlenstoff beginnt zwischen 1300 und 1350° die Ausscheidung von Graphit, der als Garschaum an die OberflĂ€che steigt. Bei etwa 1250° erstarrt das Metall, das nun aus Austenit und Martensit besteht; jedoch wird noch bis etwa 1200° Graphit im E. abgeschieden. Nahe bei derselben Temperatur beginnt die Abscheidung von Zementit. Inzwischen nimmt die Menge des Austenits bestĂ€ndig ab, die des Martensits aber zu. Zwischen 950 und 1000° ist aller Austenit verschwunden, und bei etwa 700° geht der Martensit in Perlit ĂŒber. Stahl mit 1,5 Proz. Kohlenstoff beginnt bei etwa 1350–4400° zu erstarren und besteht dann aus Austenit und Martensit. Bei 1200° tritt Zementit auf, bei rund 1050° ist der Austenit verschwunden, und bei 700° geht der Martensit in Perlit ĂŒber. Weiches E. mit 0,2 Proz. Kohlenstoff erstarrt bei etwa 1470° und besteht dann aus Martensit. Bei etwa 840° beginnt die Abscheidung von Ferrit, und bei etwa 660° geht der Martensit unter weiterer Abscheidung von Ferrit in Perlit ĂŒber. – Im Stahl ist auch Diamant nachgewiesen warden, und zwar um so reichlicher, je höher die Temperatur bei der Bildung des Stahls war. Bei der Erstarrung und AbkĂŒhlung des Eisens bleibt die Temperatur an gewissen Punkten konstant (Rekaleszenz). Bei diesen Temperaturen finden im E. chemische Prozesse unter WĂ€rmeentwickelung statt. Daraufhin hat Osmond zwei allotrope Modifikationen, weiches αEisen und hartes ÎČEisen, unterschieden. Das HĂ€rten des Eisens ist durch Umwandlung der α- in die ÎČModifikation, das Anlassen durch den entgegengesetzten Vorgang bedingt. Die verschiedenen Eisensorten teilt man in folgender Weise ein:

Tabelle

Die frĂŒher ĂŒbliche Unterscheidung zwischen Stahl und Schmiedeeisen nach dem Gehalt an Kohlenstoff ist heute, wo hĂ€rtbare Eisensorten mit betrĂ€chtlichem Gehalt an Mangan, Silicium, Wolfram, Chrom und sehr geringem Kohlenstoffgehalt erzeugt werden, nicht mehr aufrecht zu erhalten; auch gibt es Zwischenstufen (Feinkorneisen, hartes E.), die etwas hĂ€rtbar sind; darum ist die Wahl des Namens (Stahl oder E.) willkĂŒrlich.

Benutzung des Eisens.

E. bildet mit der Kohle die Basis unsers industriellen Lebens und findet unter hauptsĂ€chlicher Verwertung seiner physikalischen Eigenschaften in den verschiedensten Formen, wie Eisenbahnschienen, Baukonstruktionsteile, GerĂ€te, Werkzeuge, Maschinen etc., die mannigfachste Verwendung. In der Metallurgie wird es bei der sogen. Niederschlagsarbeit benutzt, um aus gewissen Schwefelmetallen, z. B. aus Bleiglanz, das Blei abzuscheiden. Ebenso dient es zur FĂ€llung von Kupfer aus Kupfervitriollösungen, zur Darstellung von gelbem Blutlaugensalz und von Anilin aus Nitrobenzol. Schwammförmiges E. benutzt man zum Filtrieren und Reinigen von Trinkwasser. Auch viele Eisenverbindungen finden technische und medizinische Verwendung. FĂŒr die Organismen ist E. von höchster Bedeutung: ohne E. ergrĂŒnt keine Pflanze, und ohne das BlattgrĂŒn vermag die Pflanze keine organische Substanz aus den Nahrungsstoffen (KohlensĂ€ure und Wasser) neu zu erzeugen; von ebenso großer Bedeutung ist das E. fĂŒr die Tiere, bei denen es namentlich an die roten Blutkörperchen gebunden ist. Es erteilt dem HĂ€moglobin (Blutrot) die Eigenschaft, mit Sauerstoff eine lockere, dissoziierbare Verbindung einzugehen, und erscheint so als Vermittler der Oxydationsprozesse im Tierkörper. Ein erwachsener Mensch enthĂ€lt 3,1–3,3 g E. Mit dem Harn werden tĂ€glich nur wenige Milligramm E. ausgeschieden. Eisenverbindungen spielen als Arzneimittel eine große Rolle (vgl. EisenprĂ€parate). Bei innerlichem Gebrauch von E. fĂ€rben sich SchleimhĂ€ute und Gesicht lebhafter; der Puls wird voller, resistenter, die Körperkraft wĂ€chst. Bei zu langem Gebrauch treten HitzegefĂŒhl, Neigung zu Blutungen ein und bei sehr großen Dosen Verdauungsstörungen, Erbrechen, Durchfall. E. begĂŒnstigt bei gleichzeitiger Zufuhr von guter Nahrung die Bildung roter Blutkörperchen, wodurch sich die gĂŒnstigen Wirkungen desselben bei anĂ€mischen und kachektischen ZustĂ€nden erklĂ€ren; es dient auch bei Menstruationsstörungen und Affektionen des Nervensystems, als adstringierendes Mittel bei chronischen Darmkatarrhen und als Styptikum. Der Kot wird beim Gebrauch von E. dunkel, oft ganz schwarz. Die Wirkung der Eisenmittel, die im Körper nicht resorbiert werden, erklĂ€rt sich dadurch, daß sie die in der Nahrung enthaltenen natĂŒrlichen Eisenverbindungen vor einer Zersetzung im Darm schĂŒtzen. Junge Tiere, die nach der Geburt lĂ€ngere Zeit ausschließlich von Muttermilch leben, enthalten prozentisch viel mehr E. als erwachsene Tiere derselben Art und als solche junge Tiere, die neben Muttermilch noch eisenreiche Pflanzennahrung genießen.

I. Das Roheisen und seine Darstellung.

(Hierzu Tafel »Eisen I: Roheisen«.)

Aus den Eisenerzen wird gegenwĂ€rtig fast ganz allgemein zunĂ€chst Roheisen dargestellt, das dann weiter auf Schmiedeeisen oder Stahl verarbeitet wird. Dies Verfahren ist die Basis der gegenwĂ€rtigen großartigen Massenproduktion in der Eisenindustrie. Es ermöglicht die Herstellung eines gleichmĂ€ĂŸigen Produkts von bestimmter Beschaffenheit und gewĂ€hrt wesentliche Vorteile vor der alten direkten Darstellung von Schmiedeeisen und Stahl aus den Erzen. Letztere sind stets mit erdigen Stoffen (Gangarten) vermischt und oft so reichlich, daß eine vorteilhafte Verwendung nicht mehr möglich ist. Im allgemeinen sind nur Erze mit 30proz. E. schmelzwĂŒrdig, solche mit 25 Proz. nur dann, wenn die Zusammensetzung im ĂŒbrigen besonders vorteilhaft ist. Die Eisenerze werden in der Regel ohne mechanische Aufbereitung, die eine Abscheidung der unhaltigen Bestandteile bezweckt, verschmolzen, weil der Preis des Eisens die Aufwendung der Kosten der Aufbereitung nicht gestattet; nur Magneteisensteine und magnetisch gemachter Spateisenstein werden vorteilhaft der magnetischen Aufbereitung unterworfen. Spateisenstein (kohlensaures Eisenoxydul) wird vor dem Verschmelzen geröstet, um Wasser und KohlensĂ€ure auszutreiben und das schwer reduzierbare Eisenoxydul in Eisenoxyduloxyd zu verwandeln. Der Gewichtsverlust betrĂ€gt hierbei ca. 30 Proz. Gleichzeitig werden auch dem Spateisenstein beigemengte Schwefelverbindungen von Eisen, Kupfer etc. zersetzt und ein erheblicher Teil des Schwefels in Form von schwefliger SĂ€ure abgeschieden. Auch Magneteisenstein wird geröstet, um ihn zu lockern und zu entschwefeln.

Bei der Verarbeitung der Erze im Hochofen ist das abgeschiedene metallische E. gegen die oxydierende Einwirkung der GeblĂ€seluft zu schĂŒtzen durch eine Schlacke, die sich aus Kalk, Tonerde und KieselsĂ€ure bildet. Man muß also darauf achten, daß diese Substanzen neben dem Erz vorhanden sind, und zwar in richtigem VerhĂ€ltnis, damit die Schlacke den erforderlichen Grad der Schmelzbarkeit besitzt. Dabei ist auch die Asche des Brennmaterials zu berĂŒcksichtigen, die binnen kurzem durch ihre Menge den Betrieb zum Stillstand bringen wĂŒrde, wenn sie nicht mit Gangart und ZuschlĂ€gen zu einer Schlacke zusammenschmelzen könnte. Manche Erze enthalten nun bereits die erforderlichen Beimengungen (Gangarten) und bilden ohne weiteres eine geeignete Schlacke (selbstgehende Erze); meist waltet aber der eine oder andre Bestandteil vor (gewöhnlich Quarz oder Ton), und der fehlende (in der Regel Kalk, Eisenkalk, auch Dolomit) muß durch einen geeigneten Zuschlag ergĂ€nzt werden. Durch Änderung der QualitĂ€t oder QuantitĂ€t des Zuschlags kann man das Erz strengflĂŒssiger (z. B. durch Kalk) oder leichtflĂŒssiger (z. B. durch manganhaltige Stoffe) machen und dadurch auf die Bildung von grauem oder weißem Roheisen hinwirken. Die Operation der Mischung von Erz und Zuschlag nennt man Möllerung. Zuweilen wird auch ohne ZuschlĂ€ge, durch Mengung verschiedener Erzsorten (Gattierung) eine schmelzbare Schlacke erzielt. ZweckmĂ€ĂŸig breitet man beim Gattieren und Beschicken die verschiedenen Substanzen in horizontalen Lagen ĂŒbereinander aus und sticht von dem oblongen Haufen (Möller) gerade nieder die Charge ab. Bei Kokshochöfen, namentlich den kolossalen neuern, stĂŒrzt man Erze und ZuschlĂ€ge hintereinander in den Ofen.

Als Brennmaterial fĂŒr den Hochofenbetrieb benutzte man frĂŒher allgemein Holzkohle, jetzt werden in Deutschland nur noch wenige Holzkohlenhochöfen betrieben (Siegerland, Harz, fĂŒr Kunstguß, Hartguß), zahlreichere in Schweden, Steiermark, Ungarn, am Ural, in Nordamerika. Die heutige Massenproduktion wurde erst ermöglicht durch die Anwendung von Koks. Rohe Steinkohlen können nur verwendet werden, wenn sie genĂŒgend hart sind und nicht backen. In Oberschlesien benutzt man eine Sorte Steinkohlen gemischt mit Koks, und manche schottische und amerikanische Kohlen können allein verwendet werden. Man gewinnt dann als Nebenprodukte Teer und Ammoniak (in Schottland aus 1 Tonne Kohle 32 Lit. Teeröl, 39 kg Teerpech und 11 kg Ammoniumsulfat). Holzkohle hat gegenĂŒber den Koks konstante Zusammensetzung und eine gutartige Asche (etwa 3 Proz.), die sehr geringe Mengen von Schwefel und Phosphor und LeichtflĂŒssigkeit der Schlacke herbeifĂŒhrende Alkalien enthĂ€lt. Sie liefert aus reinen Erzen sehr gutes E. Koks enthalten schwankende Mengen (bis 15 Proz.) einer sehr strengflĂŒssigen, kieselsĂ€urereichen Asche und stets mehr oder weniger Schwefel, zu deren Beseitigung passende ZuschlĂ€ge, namentlich Kalk, und eine höhere Temperatur gegeben werden. Je dichter und fester die Brennstoffe sind, um so höher kann man bei besserer Ausnutzung der WĂ€rme den Ofen nehmen, ohne ein ZerdrĂŒcken des Brennstoffes durch die ErzsĂ€ule befĂŒrchten zu mĂŒssen; deshalb sind die Kokshochöfen höher als Holzkohlenöfen. Bei letztern betrĂ€gt die Höhe gewöhnlich nur 7–10 m.

Die zum Betrieb des Hochofens erforderliche Luft muß ihm durch ein GeblĂ€se unter einem Druck von 0,2–1 kg auf 1 qcm zugefĂŒhrt werden. Anfangs benutzte man Wind von gewöhnlicher Temperatur, gegenwĂ€rtig wird der Wind bis auf seltene Ausnahmen auf 700–800° erhitzt (s. Winderhitzung). Man erzielt auf diese Weise intensivere Verbrennung und höhere Temperatur und dadurch betrĂ€chtliche Brennstoffersparung (20 Proz.), Erhöhung der Produktion und Übergang eines Schwefelgehalts in die Schlacke, wĂ€hrend durch Reduktion von KieselsĂ€ure mehr Silicium ins Roheisen gelangt, wenn man einer solchen Reduktion nicht durch stĂ€rkere KalkzuschlĂ€ge entgegenwirkt. Zur Winderhitzung benutzt man jetzt allgemein den innen mit feuerfesten Steinen ausgemauerten Apparat von Cowper, dessen Steine durch Gicht- oder Koksofengase auf 900–1000° erhitzt werden und dann (in der Blasezeit) ihre WĂ€rme an den durchströmenden Wind abgeben. Man verbraucht unter normalen VerhĂ€ltnissen, wenn der Eisengehalt der Beschickung nicht unter 35 Proz. betrĂ€gt, zur Herstellung von 100 kg grauen Roheisens ca. 100–115 kg Holzkohle oder 120–130 kg Koks; zur Darstellung von Weißeisen kann der 0,71ache Betrag der Kohle genĂŒgen, wĂ€hrend bei ungĂŒnstigen VerhĂ€ltnissen (arme, schwer reduzierbare Erze, kalter Wind) die doppelte Menge von Kohle nötig werden kann.

Das Verschmelzen der Eisenerze geschieht in GeblĂ€seschachtöfen, den Eisenhochöfen, in die man die Beschickung und das Brennmaterial schichtenweise von oben aus eintrĂ€gt (Beschreibung der Hochöfen s. Tafel »Eisen I«). Bei der Beschickung des Ofens bringt man abwechselnd eine Gicht Möller (6000–10,000 kg) und eine Gicht Koks (2000–4000 kg) in den Ofen und fĂ€hrt damit nach Bedarf fort. In dem Maß, als die Koks im untern Teil des Ofens verbrennen, Erze und Zuschlag schmelzen, sinken die Schichten in dem Ofenschacht herab und werden erhitzt (VorwĂ€rmzone). Sie verlieren zuerst die Feuchtigkeit, dann chemisch gebundenes Wasser und weiter unten KohlensĂ€ure (aus nicht gerösteten Spateisensteinen und nicht gebranntem Kalk), wobei der Wind auf dem Wege zur Gicht sich auf 180–300° abkĂŒhlt. Beim Eintritt durch die Formen trifft der Wind auf weißglĂŒhende Koks und verbrennt sie zu KohlensĂ€ure, die durch die glĂŒhende Koks zu Kohlenoxyd reduziert wird. Dies Gas reduziert bei Temperaturen von 1000° abwĂ€rts das Eisenoxyd, wobei sich E. und KohlensĂ€ure bilden. Aber nicht alles Kohlenoxyd gelangt dazu, sich mit Eisenerzen zu zersetzen, und die KohlensĂ€ure wird in BerĂŒhrung mit glĂŒhender Kohle wieder zu Kohlenoxyd reduziert, so daß die Gichtgase reich an Kohlenoxyd sind.

Die untern zwei Drittel und die obere HĂ€lfte der Rast werden Reduktionszone genannt, und in dieser soll eine Temperatur herrschen, bei der zwar die Erze reduziert werden, aber keine Schmelzung eintritt. So entsteht ein schwammförmiges E., das zunĂ€chst in den noch nicht geschmolzenen erdigen Beimengungen verteilt bleibt und beim weitern HerabrĂŒcken bei 1000° Kohlenstoff aufnimmt und sich damit bei ca. 1400° in der Kohlungszone sĂ€ttigt. Der Kohlenstoff wird durch Eisenoxydul aus Kohlenoxyd abgeschieden nach der Gleichung 2FeO + CO = Fe2O3 + C. Durch die Kohlung wird das E. schmelzbar und geht in dem heißesten Teil des Gestells, wo der erhitzte Wind eintritt, samt den beigemengten schlackebildenden Substanzen in den flĂŒssigen Zustand ĂŒber (Schmelzungszone). Im Herd schwimmt die spezifisch leichtere Schlacke auf dem Roheisen und schĂŒtzt es vor der Oxydation durch den GeblĂ€sewind. Bei schwer reduzierbarer Beschickung geht viel E. in die Schlacke, das durch Kohlenoxyd nicht reduziert werden kann. Die Reduktion des verschlackten Eisens ist nur bei sehr hoher Temperatur durch die Einwirkung der Koks auf die Schlacke möglich und erfolgt im Gestell, wo auch die Verbrennung der Koks vor sich geht, in der Verbrennungszone. Bei der hohen Temperatur im untern Ofenraum wird auch die KieselsĂ€ure, namentlich der Asche, durch Kohle und E. reduziert, und das Silicium geht in das Roheisen. Durch grĂ¶ĂŸere KalkzuschlĂ€ge bindet man die KieselsĂ€ure schon, bevor sie in den Schmelzraum kommt, großenteils an Kalt, desgleichen einen Schwefelgehalt, wĂ€hrend Phosphor zum grĂ¶ĂŸten Teil in das Roheisen geht. Die Manganreduktion wird durch einen Überschuß von Brennmaterial, stark erhitzten Wind und kalkreiche Schlacke begĂŒnstigt. In Wirklichkeit sind die angedeuteten VorgĂ€nge nicht scharf auf diese Ofenzonen beschrĂ€nkt; je nach Beschaffenheit der Erze, z. B. der leichtern oder schwierigern Reduzierbarkeit, findet die Reduktion schon in höhern oder erst in tiefern Ofenteilen vollstĂ€ndig statt, und die Zonen gehen ineinander ĂŒber. – Beim Betrieb des Ofens muß man zu einem normalen Satz, d.h. zu einem VerhĂ€ltnis zwischen Brennmaterial und Beschickung, zu gelangen suchen, bei dem ohne Eisenverschlackung dasjenige Roheisen erfolgt, das man andauernd zu erhalten wĂŒnscht (Gargang, normaler Gang). Setzt man auf dieselbe gleichbleibende Menge Brennmaterial (Brennmaterialgicht) zuviel Beschickung (Satz), so tritt AbkĂŒhlung vor den Formen ein, und das unvollstĂ€ndig reduzierte E. geht in die Schlacke (Rohgang). Bei zuwenig Erz auf dieselbe Brennmaterialmenge steigt die Temperatur zu hoch, und es bilden sich graphitreiche schwarzgraue Roheisensorten (ĂŒbergarer Gang). Sobald der Ofen in normalen Gang gekommen, das Anblasen beendigt ist, setzt man das regelmĂ€ĂŸige Chargieren von vorher abgewogenen Beschickungs- und Brennmaterialmengen fort. Gewöhnlich nimmt man die BrennstoffquantitĂ€t (Brennmaterialgicht) konstant an und Ă€ndert das Gewicht des jedesmaligen Beschickungssatzes nach dem dermaligen Ofengang.

Die im Ofen angesammelte Schlacke fließt ununterbrochen aus einer etwas unterhalb der Windformen gelegenen Öffnung, der LĂŒrmannschen Schlackenform, in eiserne Wagen ab, die auf Schienenbahnen aus der HĂŒtte entfernt werden. Die erstarrte Schlacke wird auf die Halde gestĂŒrzt. Man leitet aber auch die flĂŒssige Schlacke in einen Wasserstrom und erhĂ€lt dabei den Schlackenkies, der auf Seilbahnen leicht transportiert werden kann. Über die Verwendung der Schlacken s. d.

Das im Herd angesammelte Roheisen wird bei Sumpföfen mit Vorherd entweder direkt aus diesem oder aus einem damit kommunizierenden Schöpfherd mittels Kellen gleich in die Gießformen geschöpft, meist aber, und immer bei Ofen mit geschlossener Brust, abgestochen, indem man eine mit Sand oder Ton verstopfte Öffnung (Stich) unmittelbar ĂŒber dem Bodenstein aufsticht, worauf man das flĂŒssige Metall in Gießpfannen, Sand- oder Eisenformen etc. abfließen lĂ€ĂŸt. Das erstarrte E. bildet die Masseln. Ost wird das Roheisen auch in gemauerten großen Pfannen gesammelt, um noch flĂŒssig dem Stahlwerk zugefĂŒhrt zu werden.

Die Eigenschaften des Roheisens sind von der Beschickung, der Temperatur des Ofens und der Art des Betriebes abhĂ€ngig. Das weiße Roheisen von silberweißer Farbe, großer HĂ€rte und Sprödigkeit, starkem Glanz und dem spez. Gew. 7,58–7,68 entsteht im allgemeinen aus leicht reduzierbaren und leichtschmelzigen Erzen, wenn im heißesten Teil des Ofens, vor den Formen, keine viel höhere Temperatur herrscht als die Schmelztemperatur des erzeugten Kohleneisens, und wenn dieses nach der Entfernung aus dem Ofen rasch abgekĂŒhlt wird. Es enthĂ€lt Kohlenstoff ausschließlich im chemisch gebundenen Zustand. Werden reine Eisensteine angewendet, erhĂ€lt die Schmelzmasse durch einen Mangangehalt den hinreichenden Grad der Leichtschmelzigkeit, und ist die Temperatur in den Teilen ĂŒber dem Schmelzraum so hoch, daß das E. sich vollstĂ€ndig kohlen konnte, so entsteht ein stark glĂ€nzendes, weißes, sehr hartes, sprödes, kristallinisch-blĂ€tteriges Produkt mit dem höchsten Kohlenstoffgehalt (bis zu 6 Proz.), das Spiegeleisen (Spiegelfloß, Hartfloß, Rohstahleisen), das besonders aus manganhaltigem Spateisenstein dargestellt und wegen seiner Reinheit und seines Mangangehalts (bis 20 Proz.) zur Stahlfabrikation benutzt wird. Weiße Roheisensorten mit geringerm Kohlenstoffgehalt können aus reinen, leichtschmelzigen Erzen der angegebenen Art bei nicht sehr hoher Temperatur entstehen und zwar in Gestalt von strahligen oder blumigen Flossen (Weißstrahl) mit bis 4,5 Proz. Mangan, das Material fĂŒr den Puddelprozeß und, wenn es 2–3 Proz. Phosphor enthĂ€lt, fĂŒr den Thomasprozeß (Thomasroheisen) mit 3 bis 4 Proz. Kohlenstoff, oder in Gestalt von porösen, gekrausten Flossen (körniges Weißeisen, weißes gares E., gemeines weißes Roheisen) mit bis 2–3 Proz. Kohlenstoff, die schon Stahlnatur, unter anderm Anlauffarben in ihren BlasenrĂ€umen zeigen. Mit abnehmendem Kohlenstoffgehalt erhöhen sich Weichheit und DickflĂŒssigkeit, so daß Spiegeleisen am hĂ€rtesten ist und einen gewissen Grad DĂŒnnflĂŒssigkeit zeigt, gekrauste Flossen aber weich sind und teigartig einschmelzen.

Graues Roheisen (Graueisen) ist hellgrau bis dunkel schwarzgrau mit körnigem bis feinschuppigem GefĂŒge, weniger hart als Weißeisen, vom durchschnittlichen spez. Gew. 7,0 und bildet sich, wenn mit Kohlenstoff gesĂ€ttigtes E. im Schmelzraum stark ĂŒber seinen Schmelzpunkt erhitzt und dann langsam abgekĂŒhlt wird (bei schneller AbkĂŒhlung des geschmolzenen grauen Roheisens entsteht Weißeisen wie bei der Hartgußfabrikation). Es enthĂ€lt nur einen Teil seines Kohlenstoffes chemisch gebunden, der Rest hat sich in Form von Graphit ausgeschieden, der dem E. mechanisch beigemengt ist und es dunkel fĂ€rbt. Die Farbe ist um so dunkler, je höher die Temperatur gestiegen war (schwarz- bis hellgraue Roheisensorten). Die ÜbergĂ€nge des Graueisens in Weißeisen werden durch die halbierten Roheisensorten (Forelleneisen) vermittelt, die beide Sorten in besondern Lagen oder in grauer Grundmasse lichtere Partien (schwach halbiert) oder umgekehrt (stark halbiert) zeigen. Bei der hohen Erzeugungstemperatur des grauen Roheisens, das bei 1100–1300° schmilzt, reduziert sich auch aus der in der Schmelzmasse nie fehlenden KieselsĂ€ure Silicium, das ins Roheisen geht und die Abscheidung des Kohlenstoffes als Graphit begĂŒnstigt. Schwefel und Phosphor wirken der Graphitbildung entgegen, begĂŒnstigen somit die Entstehung von Weißeisen, machen aber das Graueisen leichtschmelziger. Graueisen ist schwerer schmelzbar als Weißeisen, wird aber hauptsĂ€chlich zur Gießerei verwendet (Gießereiroheisen), weil es bei dĂŒnnem Fluß die Formen gut ausfĂŒllt (Weißeisen erstarrt mit stumpfen Ecken und konkaver OberflĂ€che) und weiche, bearbeitbare GĂŒsse gibt. Schwefelgehalt macht das E. dickflĂŒssiger, Phosphorgehalt dĂŒnnflĂŒssiger, weshalb man phosphorhaltiges E. gern zu dĂŒnnen GegenstĂ€nden anwendet, die indes spröde sind und starke StĂ¶ĂŸe nicht vertragen. Man benutzt Graueisen auch zur Stabeisen- und zuweilen zur Stahlfabrikation, denn obwohl die Erzeugung von Weißeisen fĂŒr diesen Zweck wegen mindern Aufwandes von Brennmaterial billiger ist und dasselbe seinen chemisch gebundenen Kohlenstoff leichter an Sauerstoff abgibt als Graueisen, so zieht man doch bei unreinern, namentlich schwefelhaltigen Erzen die Erzeugung des Graueisens vor, weil sich bei der höhern Temperatur und bei passenden ZuschlĂ€gen die Unreinigkeiten vollstĂ€ndiger beseitigen lassen als bei der niedrigern Bildungstemperatur des Weißeisens.

An das Roheisen schließt sich das Ferromangan an, das im Hochofen aus hochmanganhaltigen Erzen hergestellt wird und 20–70 Proz. Mangan enthĂ€lt; steigt der Mangangehalt noch höher, so wird das Produkt Rohmangan genannt. Diese Produkte spielen als Reduktions- und Kohlungsmittel im Bessemerprozeß eine Rolle. Beim letztern Prozeß wird auch, namentlich zur Herstellung möglichst blasenfreier GĂŒsse, Siliciumeisen (Ferrosilicium), d.h. ein Roheisen mit 5–10 Proz. Silicium, als Zuschlag benutzt.

Im Roheisen befördert Silicium die Graphitbildung, so daß man durch Mischen von weißem Roheisen mit Siliciumeisen vortreffliches Gußeisen herstellen kann. In der Eisengießerei ist deshalb fĂŒr dĂŒnnwandige GegenstĂ€nde ein Siliciumgehalt von 2 Proz. erwĂŒnscht, um das Hartwerden zu verhindern, wĂ€hrend bei großen, langsam abkĂŒhlenden StĂŒcken ein Siliciumgehalt von 0,5 Proz. genĂŒgt. Mangan macht das Gußeisen zum Weißwerden geneigt und spröde, erhöht das Schwindmaß, schĂŒtzt aber auch beim Umschmelzen das Silicium vor raschem Verbrennen, so daß manganreiches Roheisen öfter umgeschmolzen werden kann als manganĂ€rmeres mit gleichem Siliciumgehalt. Phosphor erzeugt Sprödigkeit, Mangan verstĂ€rkt, Silicium schwĂ€cht jenen Einfluß. Bei Roheisen mit 0,25 Proz. Phosphor kann man die grĂ¶ĂŸte absolute Festigkeit bei 0,8–1,4 Proz. gebundenem Kohlenstoff erwarten. In gleichem VerhĂ€ltnis, in dem der Phosphorgehalt wĂ€chst, muß der Kohlenstoffgehalt kleiner bleiben. Der Schwefelgehalt betrĂ€gt im Gießereiroheisen in der Regel weniger als 0,1 Proz. und ist dann von geringerer Bedeutung. GrĂ¶ĂŸerer Schwefelgehalt erhöht die Neigung des Graueisens, weiß zu werden, und die DickflĂŒssigkeit.

Die folgende Tabelle gibt ein Bild von der Zusammensetzung verschiedener Roheisensorten (nach der »Gemeinfaßlichen Darstellung des EisenhĂŒttenwesens«, hrsg. vom Verein deutscher EisenhĂŒttenleute, 5. Aufl., DĂŒsseld. 1903).

Tabelle

II. Darstellung von schmiedbarem Eisen.

(Hierzu die Tafeln »Eisen II und III«.)

1) Die sehr alte Darstellung des Schmiedeeisens durch direkte Reduktion von Erzen und Ausschmieden des erhaltenen Eisenschwammes (Rennarbeit) verlangt sehr reiche und reine, leicht reduzierbare Erze, verbraucht viel Brennmaterial und arbeitet mit sehr großem Eisenverlust durch Verschlacken. Das Produkt ist freilich vortrefflich, denn die Temperatur steigt in den Öfen nicht hoch genug, um KieselsĂ€ure zu reduzieren, wĂ€hrend Schwefel und Phosphor bei der langen Dauer des Prozesses abgeschieden werden. Man fĂŒllte einen aus Eisenplatten gebildeten Kasten (Rennfeuer, Luppenherd) mit Kohle, blies das Feuer mit GeblĂ€seluft an und fĂŒhrte das Erz (meist poröse, leicht reduzierbare Braun- und Spateisensteine) allmĂ€hlich ins Feuer ein, wobei ein Teil des Eisens als Eisenschwamm ausgeschieden und alsbald durch Zusammensintern der Kohlung entzogen wurde. Das gebildete E. (Luppe, Deul, Dachel, Wolf, StĂŒck, Bals, Bramme) wurde zum Ausquetschen der eingeschlossenen Schlacke stark gehĂ€mmert (»gezĂ€ngt«) und in mehrere StĂŒcke geteilt, die man schweißwarm machte und ausreckte. Die MĂ€ngel dieses Verfahrens suchte man in der Folge durch Erhöhung der Herde zu kleinen Schachtöfen von 2–3,8 m Höhe (StĂŒcköfen, Wolfsöfen) zu verringern. Die StĂŒcköfen waren die VorgĂ€nger der Hochöfen. Man konnte nun abwechselnd Schmiedeeisen und Roheisen darstellen, doch mußte man im ersten Fall fĂŒr bestĂ€ndigen Abfluß der Schlacken sorgen, damit das E. der Einwirkung des GeblĂ€sewindes ausgesetzt blieb. Siemens, Hunt, Westman, Imperatori u.a. haben die Fortschritte in der Feuerungstechnik fĂŒr diesen Prozeß nutzbar zu machen gesucht. Siemens benutzt einen Flammofen mit Gasfeuerung, der Boden der Schmelzkammer bildet einen Sumpf zur Ansammlung des flĂŒssigen Metalls und die eine Seite der Kammer einen geneigten Herd, auf dem das zu schmelzende Gemenge von Erz, Kohle und ZuschlĂ€gen sich herunterbewegt. Diese Materialien werden durch einen Schlitz im Gewölbe an der obern Seite des geneigten Herdes eingebracht. Die ZuschlĂ€ge enthalten Kalk, Kochsalz und Abraumsalze, und da die Beschickung sofort bei ihrem Eintritt in den Ofen der höchsten Temperatur ausgesetzt wird, so schmilzt sie alsbald und schĂŒtzt die Kohleteilchen vor Verbrennung. Die Reduktion erfolgt im flĂŒssigen Zustand, und das abgeschiedene E. sammelt sich am Boden des Sumpfes.

2) Schmiedbares E. aus Roheisen. Die unter 1) beschriebenen Prozesse haben zurzeit keine grĂ¶ĂŸere praktische Bedeutung, vielmehr wird schmiedbares E. gegenwĂ€rtig ganz allgemein aus Roheisen dargestellt, dem man durch Oxydation einen Teil seines Kohlenstoffes und der ĂŒbrigen Beimengungen entzieht (Frischprozeß). HĂ€ufig wird die Entkohlung so weit fortgefĂŒhrt, daß das erzeugte Produkt genau den Kohlenstoffgehalt des gewĂŒnschten schmiedbaren Ei sens besitzt (Frisch- u. Puddelprozeß); in vielen FĂ€llen wird aber auch die Entkohlung weiter getrieben und das kohlenstoffarme Produkt durch erneute HinzufĂŒgung von Kohlenstoff (meist in Form von Spiegeleisen) wieder höher gekohlt. Man ist dadurch weit besser als frĂŒher imstande, Schmiedeeisen oder Stahl von bestimmter QualitĂ€t herzustellen. Als Oxydationsmittel benutzt man stets den Sauerstoff der Luft, zuweilen auch den in Oxyden (Eisenoxyd, Eisenoxydoxydul) enthaltenen Sauerstoff. Der Frischprozeß wird bei der Darstellung von Schweißeisen entweder in offenen GeblĂ€seherden (Frischherden) unter Anwendung von Holzkohlen (Herdfrischprozeß) oder in Flammöfen unter Anwendung von Steinkohlen oder Gasfeuerung ausgefĂŒhrt (Puddelofenprozeß). Bei der Darstellung von Flußeisen wird in einem hĂ€ngenden, birnförmigen GefĂ€ĂŸ Luft in seiner Zerteilung durch ein Roheisenbad gepreßt (Bessemerprozeß), oder man benutzt Flammöfen mit Gasfeuerung und steigert dabei die Temperatur bis zum Schmelzen des schmiedbaren Eisens (Martinprozeß). Der Herdfrischprozeß ist der Ă€lteste aller Frisch prozesse und liefert ein sehr reines, weiches und dehnbares E., erfordert aber als Brennstoff Holzkohlen und ist deshalb nur noch in holzreichen Gegenden im Gebrauch. Der Puddelofenprozeß wird durch die weitere Entwickelung des Bessemer- und Martinprozesses immer mehr verdrĂ€ngt; eine wesentliche Rolle spielt dabei das Streben nach Massenproduktion: 5000 kg Roheisen werden durch Herdfrischen in ca. 11/2 Woche, durch Puddeln in 11/2 Tag und durch Bessemern in 20 Minuten in schmiedbares E. verwandelt.

a) Darstellung von Schweißeisen.

Vgl. Tafel »Eisen II: Schweißeisen«.

Reines möglichst kohlenstoffarmes Weißeisen (garschmelziges E.) kann ohne weiteres, siliciumreiches Weißeisen und graues Roheisen (rohschmelziges E.) dagegen erst nach einer vorbereitenden Arbeit (Feinen, Raffinieren, LĂ€utern) dem Herdfrischen oder Puddeln unterworfen werden. Das Feinen besteht in einem Einschmelzen des Roheisens unter Luftzutritt, wobei sich zunĂ€chst das Silicium zu KieselsĂ€ure oxydiert, die mit dem gleichzeitig entstehenden Eisenoxydul eine Schlacke (Rohschlacke) bildet. In dem Maß, als sich das Silicium abscheidet, geht der Graphit des Roheisens in gebundenen Kohlenstoff ĂŒber, ohne sich zu oxydieren; man erhĂ€lt dann schließlich Weißeisen (Feineisen).

Das reine Weißeisen oder das gefeinte Graueisen wird im Herdofen mit Holzkohlenfeuerung dem Frisch prozeß unterworfen. Bei Einwirkung der GeblĂ€seluft auf das geschmolzene E. erfolgt eine lebhafte Oxydation des Eisens und seiner fremden Bestandteile (Rohfrischperiode), das gebildete Eisenoxyduloxyd löst sich in der Schlacke und wirkt energisch oxydierend auf den gebundenen Kohlenstoff unter Erzeugung von Kohlenoxydgas, das entweicht und die Masse zum AufschĂ€umen (Kochen) bringt. Ist diese wieder ruhig geworden, so ist ein Produkt mit dem Kohlenstoffgehalt von Stahl entstanden, dem zur Bildung von Schmiedeeisen noch mehr Kohlenstoff entzogen werden muß. Man setzt deshalb den Oxydationsprozeß fort (Garfrischen), und das im Überschuß gebildete, von der immer basischer werdenden Schlacke (Garschlacke) aufgelöste Eisenoxyduloxyd trĂ€gt zur weitern Entkohlung bei, bis an gewissen Kennzeichen (WeißglĂŒhen, knetbarer Zustand der Eisenteilchen etc.) das Ende der Periode erkannt wird. Auch die fremden Beimengungen des Roheisens, Silicium, Phosphor, Schwefel, werden durch das Frischen leicht entfernt, nur das Kupfer macht davon eine Ausnahme. Das Frischen beschleunigt man durch Zusatz Sauerstoff abgebender (garender) Substanzen, wie Hammerschlag, Garschlacke etc. Man setzt etwa 110–120 kg Roheisen ein, bringt 72–75 kg Schmiedeeisen aus und verbraucht auf 100 kg ausgeschmiedetes E. 1–1,5 cbm Holzkohle bei 4–6 Stunden Arbeitsdauer. Graues, rohschmelziges Roheisen erfordert zur ÜberfĂŒhrung in Schmiedeeisen die DurchfĂŒhrung der oben angegebenen drei Perioden des Feinens, Roh- und Garfrischens (Dreimalschmelzerei); Spiegeleisen und schwach gefeintes Roheisen bedingen nur die beiden letzten Perioden (Zweimalschmelzerei) und kohlenarmes Weißeisen, luckige Flossen oder stark gefeintes E. nur die letzte Periode (Einmalschmelzerei). Der schwedische Frischprozeß (Wallonenschmiede) unterscheidet sich dadurch vom deutschen, daß nur geringe Mengen E. auf einmal in Arbeit genommen werden, und daß man keine entkohlende Schlacke zusetzt. In Deutschland kommen Frischfeuer nur noch vereinzelt im Bergischen vor; in holzreichen Bezirken, wo man ĂŒber sehr reines Roheisen verfĂŒgt, wie in Schweden, Steiermark etc., ĂŒbt man wohl noch das Herdfrischen, aber auch nur zur Herstellung von Eisensorten, an die besondere Anforderungen gestellt werden, wie des schwedischen Eisens fĂŒr HufnĂ€gel und Zementstahl, des steierischen Rohstahls, der russischen Glanzbleche etc.

Das Herdfrischen wurde zunĂ€chst verdrĂ€ngt durch Anwendung von mit festem rohen Brennmaterial oder mit Gasen befeuerten Flammöfen (Puddelöfen, nach dem engl. to puddle, »rĂŒhren«, oder RĂŒhröfen), in denen das Roheisen nicht mit dem Brennmaterial, sondern nur mit der Flamme in BerĂŒhrung kommt. Je nachdem man den Kohlenstoff mehr oder weniger vollkommen entfernt, erhĂ€lt man sehniges oder körniges E. – Beim Puddeln auf Sehne wird das Roheisen (300 kg) auf der Schlackensohle mit ZuschlĂ€gen wĂ€hrend 25–45 Min. eingeschmolzen (Feinperiode). Hierbei wirken die Luft und die KohlensĂ€ure der Feuergase auf das E. ein und oxydieren namentlich das darin enthaltene Silicium. Die Masse wird nun abgekĂŒhlt und wiederholt mit einer Kratze umgerĂŒhrt (das eigentliche Puddeln), wobei durch reichliche Bildung von Eisenoxyduloxyd der Kohlenstoff unter Entwickelung von Kohlenoxydgas und starkem AufblĂ€hen der Masse oxydiert wird (RĂŒhr- oder Kochperiode). Man unterstĂŒtzt die Oxydation noch durch Einwerfen von Hammerschlag und Garschlacke. Sobald die Masse wieder ruhig geworden und aus der Schlacke blendend weiße, schwammige Partien hervorstehen, befindet sich das E. in stahlartigem Zustand. Zur weitern Entkohlung in der Garfrischperiode rĂŒttelt man die zusammengefrittete Masse mit der Brechstange krĂ€ftig durch (»durchschlagen«), schiebt sie am Fuchs zusammen, bricht einzelne Brocken davon ab, die man nach der FeuerbrĂŒcke schafft (»umsetzen«), und wiederholt diese Operation, bis sich eine stark schweißende kompakte Masse gebildet hat. Dann teilt man die Masse in StĂŒcke von 30–40 kg (Luppen, Bals), gart sie noch durch UmwĂ€lzen in der Schlacke und bearbeitet sie unter Stirn-, Aufwerf- oder DampfhĂ€mmern oder ZĂ€ngewalzwerken, Quetschern oder LuppenmĂŒhlen (»zĂ€ngen«), um die darin enthaltene Schlacke auszuquetschen und dichtere, prismatische StĂŒcke (Kolben, Masseln) zu erhalten. – Beim Puddeln auf Feinkorn wendet man Roheisen in geringern Mengen an, fĂŒhrt den Prozeß bei höherer Temperatur schneller durch und schĂŒtzt das Produkt gegen das Ende vor zu krĂ€ftiger Oxydation durch Bedeckthalten mit Schlacken und Anwendung einer etwas rauchigen Flamme. Die Arbeit des Puddlers ist außerordentlich anstrengend, und man hat daher vielfach versucht, Maschinen anzuwenden. Dahin gehört der Rotierofen von Danks (vgl. Tafel »Eisen II«). Man trĂ€gt in den Rotator die Roheisencharge (300 kg) nebst Zuschlag (Roteisenstein) ein und lĂ€ĂŸt ihn anfangs sehr langsam, nach dem Einschmelzen aber etwas rascher (etwa zwei Touren in der Minute) rotieren. Dann steigert man die Temperatur durch Vermehrung des Unterwindes, hĂ€lt den Ofen behufs Abstechens der Schlacke an, schließt den Stich und steigert die Temperatur bei zehn Umdrehungen in der Minute behufs energischer Durcharbeitung, wobei unter heftigem Kochen Frischeisen entsteht. Bei verminderter Feuerung und Umdrehungszahl (1,5 Touren in der Minute) lĂ€ĂŸt man die Eisenteilchen zu einem Klumpen (Luppe) zusammengehen, zieht diesen heraus und zĂ€ngt ihn unter einer Quetschmaschine. In Deutschland ist der rotierende Ofen kaum je zur Anwendung gelangt. Zur Darstellung von sehnigem E. wird gewöhnlich weißes Roheisen benutzt, zum Puddeln von Feinkorn und Stahl vielfach graues Roheisen, oft gemengt mit manganreichem, hochstrahligem und Spiegeleisen, weil kieselsĂ€ure- und manganreiche Schlacke die Entkohlung verlangsamt und damit die Entschwefelung begĂŒnstigt. PhosphorsĂ€ure wird beim Puddeln von stark basischer Schlacke leicht aufgenommen, zur Erzeugung besten Schmiedeeisens und des Stahls bedarf man aber eines Roheisens mit nur wenig Phosphor. Der Abbrand betrĂ€gt beim Puddeln 6–15 Proz., der Brennstoffaufwand 750–2000, in den großen doppelten und vierfachen Öfen nur 450 kg auf 1 Ton LuppenstĂ€be. Ein Ofen liefert in 24 Stunden etwa 4600, ein großer Ofen bis 10,000 kg Rohschienen. Trotz dieser höhern LeistungsfĂ€higkeit wird der Puddelprozeß seit EinfĂŒhrung des Flußeisens immer mehr zurĂŒckgedrĂ€ngt.

Darstellung von Schweißstahl. Durch Rennarbeit, durch Herdfrischen und Puddeln kann man auch Stahl darstellen, wenn man die Entkohlung weniger weit treibt. Die Erzeugung von Stahl durch direkte Reduktion von Eisenerzen, die Rennarbeit (s. oben), ist nur noch ganz vereinzelt im Gebrauch. Durch Herdfrischen und Puddeln wird Stahl ganz in derselben Weise und in denselben Apparaten aus dem Roheisen gewonnen wie Schmiedeeisen, nur wird die Arbeit frĂŒher abgebrochen. Zur Darstellung von Herdfrischstahl (Schmelzstahl, Mock) dient hauptsĂ€chlich ein aus Spateisenstein erblasenes Roheisen (Rohstahleisen). Puddelstahl wird bei billigem Preis hauptsĂ€chlich zu schweren GegenstĂ€nden benutzt.

WĂ€hrend man beim Herdfrischen und Puddeln die Temperatur bis zum Schmelzen des Roheisens steigert, gelingt die Entkohlung von Weißeisen auch schon in der GlĂŒhhitze (GlĂŒhfrischen, Tempern) ohne Änderung des Aggregatzustandes, wenn man 2 cm starke Stangen von Weißeisen in Tonkasten von 5000 kg Inhalt in grobkörnigen Quarzsand einpackt und 15–35 Tage zum GlĂŒhen erhitzt; durch den Sauerstoff der Luft entsteht auf der OberflĂ€che des Roheisens Eisenoxydoxydul, das den gebundenen Kohlenstoff in Kohlenoxyd ĂŒberfĂŒhrt. Der erhaltene Stahl (Tunners GlĂŒhstahl) wird durch Umschmelzen in Tiegeln oder durch Umschweißen verbessert. Um spröde Gußware ohne Änderung der Form in schmiedbares E. ĂŒberzufĂŒhren, um ihre Festigkeit zu erhöhen und die Möglichkeit einer leichtern Bearbeitung herbeizufĂŒhren (Temperguß, schmiedbarer Guß, hĂ€mmerbares Gußeisen), verpackt man die aus weißem Roheisen unter Zusatz von Schmiedeeisen gegossenen GegenstĂ€nde von nicht mehr als 25 mm StĂ€rke mit Roteisensteinpulver (seltener mit andern Eisenerzen oder Braunstein, Zinkoxyd etc.) schichtenweise in gußeiserne oder tönerne Kasten und glĂŒht sie 4–6 Tage lang in gemauerten Kammern bei Kirschrotglut. Nach dieser Behandlung lassen sich die GegenstĂ€nde in der KĂ€lte und bei nicht zu hoher Temperatur schmieden und nehmen stahlartige Politur an, ohne jedoch große Festigkeit und WiderstandsfĂ€higkeit gegen StĂ¶ĂŸe zu besitzen. Man wendet dies Verfahren, das gegenwĂ€rtig eine bedeutende Rolle spielt, unter anderm auf SchlĂŒssel, Pferdegeschirr- und Gewehrteile, Schrauben, Knöpfe, TĂŒrbeschlĂ€ge, NĂ€gel, PortemonnaiebĂŒgel, FörderwagenrĂ€der etc. an.

Zur Erzeugung von Stahl durch Kohlung von Schmiedeeisen (Zementstahldarstellung) wird möglichst reines Schmiedeeisen in etwa 50–130 mm breiten und 10–20 mm dicken StĂ€ben in abwechselnden Lagen mit grobem Holzkohlenpulver (Zementierpulver, am besten Laubholzkohle) in steinernen, bis 8 Ton. fassenden Kisten eine Woche lang bei 1000° geglĂŒht. Hierbei erleidet das Schmiedeeisen eine Kohlung, deren Grad direkt von der Temperatur, aber nicht von der Dauer des Erhitzens abhĂ€ngig ist, wĂ€hrend sie um so weiter nach innen fortschreitet, je lĂ€nger das Zementieren dauert. Beim Kohlen geht die sehnige Textur des Eisens anfangs in eine kristallinisch-schuppige ĂŒber, das spezifische Gewicht sinkt von 7,76 auf 7,71, die kristallinischen BlĂ€ttchen werden immer kleiner, und der Prozeß ist beendigt, wenn die StĂ€be bei sehr feinkörnigem GefĂŒge und dunkler Farbe brĂŒchig werden, auch oberflĂ€chlich sich mit Blasen ĂŒberziehen (Blasenstahl, Rohstahl). Dieser Stahl ist wegen seiner BrĂŒchigkeit direkt nicht zu verwenden, sondern muß nach sorgfĂ€ltigem Sortieren entweder durch Schweißen (GĂ€rbstahl, Raffinierstahl) oder vollkommener durch Umschmelzen in Tiegeln (Tiegelgußstahl) homogen gemacht werden. Man kann dem Zementstahl sicherer eine bestimmte HĂ€rte geben als dem Herd- und Puddelstahl, und aus bestem schwedischen E. dargestellt und in Tiegeln umgeschmolzen, liefert er den renommierten englischen Huntsmanstahl, der fast nur aus reinem Kohleneisen, höchstens mit 1/1000 Mangan und Silicium, besteht. Vgl. Tafel »Eisen III«.

Zum GĂ€rben, das auch auf Herdfrisch- und Puddelstahl angewendet wird, werden mehrere StĂ€be zu einem BĂŒndel (Garbe) zusammengelegt, dieses wird mit spĂ€ter abzuschlagenden Ringen umgeben, in einem offenen GeblĂ€sefeuer zwischen Kohlen unter Aufstreuen von Sand (Schweißsand) ausgeheizt, die herausgenommene, nahezu schweißwarme, von Schlacke umgebene Garbe wird mit einem Handhammer zusammengeschlagen (das Ganzmachen), wieder ins Feuer gebracht und in schweißwarmem Zustand in mehreren Hitzen unter einem Schwanzhammer ausgereckt. Diese Operationen werden nötigenfalls noch drei- bis viermal wiederholt.

Das Umschmelzen von Schweißstahl wurde zuerst 1740 von Huntsman in Sheffield ausgefĂŒhrt. Es wird am hĂ€ufigsten mit Zement- und GlĂŒhstahl, zuweilen auch mit Herd- und Puddelstahl in Tiegeln vorgenommen, und diese Methode liefert dichtere GĂŒsse als Bessemer-, Martin- und Landorestahl. Beim Schmelzen nimmt der Stahl aus der Wandung von Tontiegeln Silicium, aus Graphittiegeln Kohlenstoff auf. Vgl. Tafel »Eisen III«. Zum Schmelzen von Schmiedeeisen (Mitisguß) benutzt man (m Chemnitz) einen Tiegelofen, der mit Mineralöl geheizt wird. Man verarbeitet reinstes Schweißeisen und gibt nur bei Stahlguß ZusĂ€tze von Manganeisen etc. Das Metall fĂŒllt auch zierliche Formen gut aus, die GußstĂŒcke besitzen scharfe Abmessungen und alle Eigenschaften des Schmiedeeisens. Vgl. Tafel »Eisen III«.

Auch durch Zusammenschmelzen von Schmiedeeisen mit Kohlenstaub lĂ€ĂŸt sich Stahl herstellen, doch ist es schwer, einen bestimmten Kohlungsgrad zu erreichen, und jedenfalls bleibt die QualitĂ€t des Stahles abhĂ€ngig von der Beschaffenheit des verwendeten Schmiedeeisens. Nach diesem Verfahren wird ein sehr weicher, nicht hĂ€rtbarer Stahl (Homogeneisen) aus sehr reinem Stabeisen und 1/150-1/140 Holzkohlenpulver dargestellt. Man benutzt ihn zu Dampfkessel blechen und zum Beschlagen der Schiffe, und er soll dem Meerwasser besser widerstehen als Eisenblech.

Dem Zementstahl verwandt ist der indische Damast- oder Wootzstahl, zu dessen Darstellung man durch Rennarbeit in niedrigen Herden erzeugtes E. in kleinen Tontiegeln mit Holz von Cassia auriculata und WindenblĂ€ttern im GeblĂ€seofen so lange erhitzt, bis infolge einer oberflĂ€chlichen Kohlung das E. außerlich zu schmelzen beginnt, wĂ€hrend der innere, kohlenstoffĂ€rmere Kern nur teigartig wird. Die erkaltete Masse wird an der Luft ausgeglĂŒht und bei Schweißhitze zu StĂ€ben ausgeschmiedet, die beim Ätzen mit SĂ€uren eigentĂŒmliche ader- und wellenförmige Zeichnungen (Damast) erhalten, indem sich die kohlenstoffĂ€rmern Partien leichter auflösen als die stahlartigen, kohlenstoffreichern. Wegen der Reinheit der angewendeten Rohmaterialien zeigt der Stahl große ElastizitĂ€t im gehĂ€rteten Zustand. Bester Stahl dieser Art enthĂ€lt nur 0,87–1,28 Proz. Kohlenstoff, zuweilen mit 0,04–0,14 Proz. Silicium. Dem echten Produkt kommt der unechte oder kĂŒnstliche Damaststahl nicht gleich. Vgl. Damaszener Stahl.

b) Darstellung von Flußeisen.

Vgl. Tafel »Eisen III: Zementstahl, Tiegelgußstahl, Flußeisen«.

WĂ€hrend man bei der Darstellung des Schweißeisens das Produkt in halbweichem Zustand erhĂ€lt, wird bei dem von Bessemer erfundenen Entkohlungsverfahren ein flĂŒssiges Produkt hergestellt.

a) Der saure Prozeß. Das Wesen des Bessemerverfahrens besteht darin, daß man durch das flĂŒssig gemachte E. von unten stark gepreßte GeblĂ€seluft (mit 80–140 cm Quecksilberpressung) in vielen seinen Strahlen leitet und die Entkohlung ohne Anwendung besondern Brennmaterials durchfĂŒhrt. Dieses ist dadurch möglich, daß bei der Einwirkung des Windes auf das flĂŒssige Roheisen zunĂ€chst Silicium und Mangan, daneben auch wenig E. und darauf der Kohlenstoff oxydiert werden, wobei namentlich durch das verbrennende Silicium eine so hohe Temperatur entsteht, daß auch das entkohlte Metall wĂ€hrend der verhĂ€ltnismĂ€ĂŸig kurzen Dauer des Prozesses (10–25 Minuten) flĂŒssig bleibt. Siliciumarme Weißeisensorten, deren amorpher Kohlenstoff viel schneller als der Graphit des Graueisens verbrennt, eignen sich deshalb nicht fĂŒr den Prozeß, weil durch die Verbrennung nicht die erforderliche Temperatur erzeugt wird. Das Roheisen fĂŒr den Bessemerprozeß muß etwa 2 Proz. Silicium enthalten; vorteilhaft ist auch ein gewisser Mangangehalt, wĂ€hrend Schwefel und vor allem Phosphor schĂ€dlich sind. Der Schwefel findet nicht Zeit, sich hinreichend zu verschlacken, und bei der gewöhnlich angewendeten, viel KieselsĂ€ure enthaltenden AusfĂŒtterung der Bessemerbirne (saurer Prozeß) wird die PhosphorsĂ€ure aus dem entstehenden phosphorsauren Eisenoxydul durch die KieselsĂ€ure der sauren Schlacke ausgeschieden und darauf reduziert, und der Phosphor geht wiederum ins E. Der Phosphorgehalt des Roheisens darf aus diesem Grund beim sauren Prozeß höchstens 0,1 Proz. betragen. Da Deutschland hauptsĂ€chlich phosphorhaltige Eisenerze besitzt, so ist hier das Bessemern abhĂ€ngig von der Einfuhr geeigneten Roheisens oder phosphorarmer Erze.

Die Bessemerbirne erhĂ€lt entweder direkt aus dem Hochofen oder aus einem Kupolofen eine Beschickung mit 10–16 Ton. Roheisen. Vorteilhaft sammelt man aber zunĂ€chst, um den Betrieb der Hochöfen und den des Stahlwerkes unabhĂ€ngig voneinander zu machen und zur Erzielung eines gleichmĂ€ĂŸigen Materials, etwa 150–250 T. Roheisen in einem großen kippbaren Mischer, in dem sich ĂŒberdies bei ruhigem Stehen ein großer Teil des Schwefels als Schwefelmangan abscheidet. Aus dem Mischer werden die Bessemerbirnen gespeist. Bei der Einwirkung der GeblĂ€seluft oxydiert sich zunĂ€chst das Silicium neben Mangan und wenig E., wĂ€hrend der Graphit in dem Maß, als das Silicium abgeschieden wird, in gebundenen Kohlenstoff ĂŒbergeht (Feineisenbildung); es entsteht dabei eine saure Schlacke mit 45–52 Proz. KieselsĂ€ure. Diese erste Periode (Fein- oder Schlackenbildungsperiode) ist beendigt, wenn sich an der HalsmĂŒndung eine kleine zugespitzte Flamme von orangegelber Farbe mit einigen blauen Streifen und weißem Saum bei geringer Leuchtkraft zeigt. Jetzt beginnt in der zweiten Periode (Rohfrisch-, Koch-, Eruptions- oder Stahlbildungsperiode) eine starke Oxydation des Eisens unter Bildung von Eisenoxyduloxyd, das den amorphen Kohlenstoff unter starkem Aufkochen des Bades unter Kohlenoxydgasbildung oxydiert. Es findet ein lebhafter Auswurf von Schlacken und Eisenteilchen aus dem Birnenhals statt, und es zeigt sich eine helle, dichte, stark leuchtende, stoßweise austretende Flamme, mit Eisenfunken, Sternchen und EisenkĂŒgelchen untermischt. Sobald diese Flamme erlischt (etwa nach 10 Minuten), ist der Entkohlungsprozeß beendet. Genauer verfolgt man den Verlauf des Prozesses mit dem Spektroskop. Man erblickt hierbei wĂ€hrend der Verbrennung des Kohlenstoffes hellgrĂŒne Manganlinien, deren Erlöschen das Ende der Entkohlung auf Sekunden genau anzeigt. Man setzt dann flĂŒssiges mangan- und kohlenstoffreiches Spiegeleisen zu, um im E. gelöstes Eisenoxydul, welches das Flußeisen rotbrĂŒchig machen wĂŒrde, durch das Mangan zu reduzieren und dem Produkt einen bestimmten Kohlenstoffgehalt zu geben (RĂŒckkohlung). Zur Erzielung eines sehr weichen Eisens ersetzt man das Spiegeleisen durch Ferromangan.

b) Der basische Prozeß. Die Möglichkeit, phosphorreiches Roheisen nach dem Flußeisenverfahren zu verarbeiten, erwiesen Thomas u. Gilchrist, indem sie zur Bindung der PhosphorsĂ€ure die Birne mit einem basischen Futter (aus gebranntem Dolomit) versahen. Gibt man außerdem einen Zuschlag von gebranntem Kalk, so entsteht eine sehr basische Schlacke, welche die PhosphorsĂ€ure aufnimmt. Man muß dabei aber ein siliciumarmes Roheisen wĂ€hlen, weil durch den zur Bindung der KieselsĂ€ure erforderlichen Kalk zuviel Schlacke gebildet werden wĂŒrde. Anderseits entfĂ€llt bei siliciumarmem Roheisen die erforderliche Temperaturerhöhung durch Verbrennen des Siliciums, und man muß deshalb das Roheisen heißer in die Birne bringen als beim sauren Prozeß. Es verbrennt dann zuerst der Kohlenstoff mit dem Mangan und zuletzt der Phosphor, dessen Oxydation bei einer so starken Temperaturerhöhung stattfindet, daß man mit gleicher oder höherer Temperatur gießen kann als beim Bessemern. Deshalb soll das Thomasroheisen 1,9–2,7 Proz. Phosphor, 1,1–2,0 Proz. Mangan, 0,2–0,5 Proz. Silicium und 3,2–3,6 Proz. Kohlenstoff enthalten. Von der PhosphorsĂ€ure verbindet sich je 1 MolekĂŒl mit 3 MolekĂŒlen Eisenoxydul zu Eisenoxydulphosphat, das alsbald durch Kalk unter Bildung von vierbasischem Kalkphosphat Ca4P2O9 zersetzt wird. Das frei gewordene Eisenoxydul wird durch Phosphor reduziert, und erst wenn dessen Menge unter 0,3 Proz. gesunken ist, steigt der Eisengehalt der Schlacke. Es ist eine der großartigsten Reaktionen der Praxis, daß in Massen von 10 Ton. Roheisen der Gehalt an Phosphor durch BespĂŒlung mit etwa 3 T. Schlacke in wenigen Minuten auf wenige Zehntel Prozent heruntergeht. Bei der RĂŒckkohlung des Thomasflußeisens durch Spiegeleisen reduziert dessen Kohlenstoff aus der Schlacke Phosphor, der ins E. geht. Um dies zu vermeiden, lĂ€ĂŸt man die Schlacke nach Beendigung des Prozesses abfließen, gibt etwas Kalk in die Birne, um den Rest der Schlacke dickflĂŒssig zu machen, und lĂ€ĂŸt dann das Flußeisen gleichzeitig mit geschmolzenem Spiegeleisen in die Gießpfanne fließen, so daß der Einfluß der Schlacke ausgeschlossen wird. Nach dem Phönixprozeß bringt man gleichzeitig mit dem flĂŒssigen Flußeisen gemahlene Koks oder Kohlenziegel (mit Kalk gebundenes Kokspulver) in die Gießpfanne. Der Kohlenstoff löst sich hierbei sehr schnell in dem E. UrsprĂŒnglich lieferte das Thomasverfahren nur sehr weiches Flußeisen, wĂ€hrend jetzt nach Überwindung der Schwierigkeiten der RĂŒckkohlung auch alle Eisen- und Stahlsorten hergestellt werden können, die das saure Verfahren liefert. Letzteres ist daher in Deutschland fast vollstĂ€ndig verdrĂ€ngt. Die beim Thomasprozeß erzeugte Schlacke enthĂ€lt 14–20 Proz. PhosphorsĂ€ure und wird als DĂŒnger benutzt (s. Thomasschlacke), ein Teil der Schlacke wird aber wieder im Hochofen verhĂŒttet, um den Phosphor fĂŒr das Thomasroheisen zurĂŒck zu gewinnen.

c) Der Siemens-Martin-, Prozeß (vgl. Tafel »Eisen III«). Die Erzeugung von Stahl durch Zusammenschmelzen von Roheisen und Schmiedeeisen wurde schon seit dem Anfang des 18. Jahrh. in Tiegeln aus feuerfestem Ton oder Graphit ausgefĂŒhrt. GrĂ¶ĂŸere Bedeutung gewann das Verfahren aber erst durch die BrĂŒder Martin, welche die Tiegel durch einen ĂŒberwölbten, mit quarziger Masse ausgekleideten Herd eines mit Regenerativfeuerung (nach Siemens', Ponsards oder Richeroux' System) versehenen Flammofens ersetzten. SpĂ€ter wurde dann durch Anwendung dolomitischer Masse oder von Magnesitsteinen der Prozeß auch fĂŒr phosphorreiche Rohmaterialien anwendbar gemacht. Man benutzt fĂŒr den sauren Martin-Prozeß phosphor- und schwefelarmes Roheisen mit 2–2,5 Proz. Silicium, 3–3,5 Proz. Mangan und 3,5–4 Proz. Kohlenstoff, fĂŒr den basischen Prozeß Roheisen mit 1–1,5 Proz. Silicium neben höchstens 1,2 Proz. Mangan. Der Phosphorgehalt soll 0,5 Proz. nicht ĂŒbersteigen. In viel bedeutenderer Menge als Roheisen werden allerlei AbfĂ€lle von Schmiedeeisen verarbeitet, das fĂŒr den sauren Prozeß phosphorarm sein muß, wĂ€hrend man beim basischen Prozeß ein Material verarbeiten kann, das frĂŒher sehr geringen Wert besaß. Man schmelzt auf dem vertieften Herde das Roheisen (5–50 Proz. des ganzen Einsatzes von 10–30 Ton.) nieder, trĂ€gt dann Schmiedeeisen (meist AbfĂ€lle der Flußeisenverarbeitung) ein und bringt es in dem Roheisen zum Schmelzen. WĂ€hrend dieses Vorganges verbrennt viel Kohlenstoff des Eisens, und dieser Frischprozeß wird noch durch Zusatz reicher Eisenerze verstĂ€rkt. Je nach der Beschickung ist das ganze Verfahren mehr ein Frischprozeß oder ein bloßes Umschmelzen schmiedbaren Eisens. Man stellt zunĂ€chst ein sehr kohlenstoffarmes Flußeisen dar und fĂŒgt dann Ferromangan oder Spiegeleisen zu, um gelöstes Eisenoxydul zu reduzieren und einen bestimmten Kohlenstoffgehalt zu erzielen. Auch Ferrosilicium, Aluminium, Magnesium werden zu genannten Zwecken zugesetzt. Das basische Martinverfahren eignet sich besonders fĂŒr E., das fĂŒr die Thomasbirne zu arm, fĂŒr die Bessemerbirne aber zu reich an Phosphor ist, also fĂŒr Roheisen mit 0,1–1,5 Proz. Phosphor. Der Siemens-Martinprozeß liefert daher sowohl weichstes Flußeisen als harten Stahl, und das im basischen Verfahren erzeugte Flußeisen ist von unĂŒbertroffener QualitĂ€t und sehr gut schweißbar. Über Nickelstahl, Chromstahl etc. s. Eisenlegierungen.

Die Tabelle I gibt eine Übersicht der wichtigsten Darstellungsarten von schmiedbarem E. aus Roheisen. Die Zusammensetzung der verschiedenen Sorten von schmiedbarem E. ergibt die Tabelle II, S. 489.

Tabelle
Schmiedeeisen (Stabeisen, Schweißeisen) wird in seinen Eigenschaften besonders durch den Kohlenstoffgehalt, die Anwesenheit fremder Beimengungen und die Art der mechanischen Bearbeitung beeinflußt. Es ist weicher als Roheisen, lĂ€ĂŸt sich leicht feilen, hobeln etc., seine HĂ€rte wĂ€chst mit dem Kohlenstoffgehalt. Kohlenstoffarmes Schmiedeeisen lĂ€ĂŸt sich nicht hĂ€rten. Man unterscheidet weiches, sehniges E. mit 0,02–0,2 Proz. und hartes oder Feinkorneisen mit bis 0,8 Proz. Kohlenstoff, von dem nur Spuren mechanisch beigemengt sind. Gutes Schmiedeeisen zeigt in der Luppe ein körnigeckiges, kristallinisches GefĂŒge. Beim Ausrecken erhĂ€lt kohlenstoffarmes, weiches E. sehniges GefĂŒge, wĂ€hrend bei kohlenstoffreicherm, stahlartigem E. das Korn meist nur seiner wird. Feinkorneisen ist fester und hĂ€rter als das sehnige, und beide finden fĂŒr verschiedene Zwecke Anwendung. Durch anhaltende ErschĂŒtterungen wird sehniges E. kristallinisch und brĂŒchig (KettenbrĂŒcken, Eisenbahnwagenachsen etc.). Bei 200–400° zeigt

Schmiedeeisen wechselnde Anlauffarben, es beginnt bei 525° zu glĂŒhen, zeigt bei 1000° Kirschrotglut und bei 1300° Weißglut, in welchem Zustand sich zwei auseinander gelegte StĂŒcke durch Druck (HĂ€mmer oder Walzen) ineinanderkneten (schweißen) lassen, wenn man die OberflĂ€che mit Oxydation verhindernden Substanzen (Schweißsand) bestreut: saftige Schweißhitze. Geschieht dies nicht, so verbrennt in der sogen. trocknen Schweißhitze leicht Kohlenstoff, und man erhĂ€lt ein unregelmĂ€ĂŸig grobkörniges, stark glĂ€nzendes, sehr brĂŒchiges Produkt (verbranntes E.), dessen OberflĂ€che sich mit Eisenoxyduloxyd Fe3O4 (Hammerschlag, GlĂŒhspan) ĂŒberzieht. Feinkorn schweißt frĂŒher als sehniges E. Bei 1800–2250° schmilzt Schmiedeeisen.

Tabelle

Sein Verhalten (Festigkeit, Schweißbarkeit etc.) bei gewöhnlicher und höherer Temperatur wird durch fremde Beimengungen mehr oder weniger geĂ€ndert. Durch 0,01 Proz. und weniger Schwefel verliert es an Schweißbarkeit und Festigkeit in der Hitze (Rotbruch), es zeigen sich bei der Bearbeitung Kantenrisse und bei grĂ¶ĂŸerm Schwefelgehalt auch LĂ€ngsrisse. Phosphor erhöht die HĂ€rte und Schweißbarkeit, erniedrigt den Schmelzpunkt, beeintrĂ€chtigt aber in erheblicherer Menge die Festigkeit des Eisens bei gewöhnlicher Temperatur (Kaltbruch); hĂ€ufig lĂ€ĂŸt sich phosphorhaltiges E. im glĂŒhenden Zustand noch gut bearbeiten, wĂ€hrend dies in der KĂ€lte nicht mehr möglich ist. Die SchĂ€dlichkeit des Phosphors wĂ€chst mit dem Kohlenstoffgehalt. Kohlenstoffarmes Schweißeisen kann bis zu 0,8 Proz. Phosphor enthalten, ohne kaltbrĂŒchig zu sein, wĂ€hrend man bei Flußeisenschienen die zulĂ€ssige Grenze auf 0,1 Proz. setzt. Silicium erhöht HĂ€rte, Sprödigkeit und Schmelzbarkeit, vermindert aber die Schweißbarkeit des Eisens. Der Siliciumgehalt darf um so höher sein, je kohlenstoffĂ€rmer und je manganreicher das E. ist. Bei zu hohem Siliciumgehalt wird das E. faulbrĂŒchig, d.h. spröde in der KĂ€lte und WĂ€rme; ein solches E. ist dunkelfadig und körnig, mit unganzen Stellen auf dem Bruch. 0,1–0,3 Proz. Silicium sind nicht merklich schĂ€dlich. Von wesentlichem Einfluß auf die Festigkeit des Schmiedeeisens ist noch die Art der Darstellung und der mechanischen Bearbeitung. Durch ungleichmĂ€ĂŸiges Frischen des Roheisens wird Rohbruch herbeigefĂŒhrt, zu erkennen an dem Zusammenvorkommen von gröberm Stabeisenkorn mit feinerm Stahlkorn auf dem Bruch. EnthĂ€lt Schmiedeeisen infolge schlechter Schweißung oder Schmiedung Schlacke oder Hammerschlag eingeschlossen, so zeigt es auf dem Bruch TrennungsflĂ€chen und schwarze, glĂ€nzende Partien, es ist hadrig oder schulfrig.

Stahl steht im Kohlenstoffgehalt zwischen Roheisen und Schmiedeeisen (s. oben bei Sorten), er ist leichter schmelzbar als Schmiedeeisen, schwerer schmelzbar als Roheisen, schmiedbar und hĂ€rtbar. Guter Stahl ist leicht grauweiß ohne starken Glanz und hat seines, gleichartiges Korn, nach mehrfachem Ausrecken oder bei Wolframgehalt selbst muscheligen Bruch. Seine Festigkeit ist grĂ¶ĂŸer als die des Schmiedeeisens, das spezifische Gewicht ist fĂŒr Flußstahl 7,400–7,825, fĂŒr Schweißstahl 7,826–8,100 und betrĂ€gt durchschnittlich 7,7; es vermindert sich mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt und beim HĂ€rten. Beim Erhitzen wird Stahl weicher, schweißt frĂŒher, aber schwieriger als Schmiedeeisen, schmilzt bei 1300–1800° und absorbiert im Fluß Gase, hauptsĂ€chlich Stickstoff, Wasserstoff und Kohlenoxydgas, die bei zu heißem Guß die GußstĂŒcke blasig machen. LĂ€ĂŸt man flĂŒssigen Stahl vor dem Gießen sich etwas abkĂŒhlen, so entweichen die Gase, bevor er in die Formen gelangt, und die GĂŒsse werden dichter. Man hat auch Mangan, Silicium, Aluminium, Magnesium zur Erzielung dichtern Gusses angewendet. Bessemerstahl hĂ€lt mehr Gase zurĂŒck als Martin- und Tiegelstahl, und letztere eignen sich deshalb besser zur Façongießerei. Wird glĂŒhender Stahl in einer FlĂŒssigkeit abgekĂŒhlt (abgelöscht), so wird er um so hĂ€rter, je höher die Erhitzungstemperatur und je kĂ€lter und wĂ€rmeleitender die HĂ€rteflĂŒssigkeit ist. Quecksilber, Salze und SĂ€uren enthaltendes Wasser hĂ€rten deshalb stĂ€rker als reines Wasser, als Öl, Seife u. dgl. Das HĂ€rten beruht darauf, daß der Stahl bei plötzlicher AbkĂŒhlung schnell ĂŒber die Temperatur hinweggebracht wird, bei der wĂ€hrend des allmĂ€hlichen AbkĂŒhlens Eisenkarbid ausseigert. Der gesamte Kohlenstoff bleibt als HĂ€rtungskohle im E. Erhitzt man den gehĂ€rteten Stahl allmĂ€hlich auf 750°, so seigert das Karbid aus, und der Stahl wird weich. Da man GlĂŒhtemperatur und HĂ€rtefĂ€higkeit der FlĂŒssigkeit nicht genau genug zu taxieren vermag, um ein Produkt von bestimmtem HĂ€rtegrad zu erhalten, so macht man den Stahl durch Ablöschen anfangs hĂ€rter, als er eigentlich sein soll, und fĂŒhrt ihn dann durch AusglĂŒhen (Anlassen) auf den richtigen HĂ€rtegrad zurĂŒck. Stahl zeigt bei verschiedenen Temperaturen bestimmte Farben (Anlauffarben, s. Anlaufen) infolge der Bildung einer ganz dĂŒnnen Schicht von Oxyd, und diese Farben benutzt man zur Bemessung der beim Aulassen zu erreichenden Temperatur. Je stĂ€rker man Stahl nach dem HĂ€rten anlĂ€ĂŸt, um so weicher wird er. Die Anlauffarben treten in nachstehender Reihenfolge auf: bei 220° blaßgelb, zur HĂ€rtung chirurgischer Instrumente geeignet; 230° strohgelb, fĂŒr Rasier- und Federmesser, Grabstichel, Drahtzieheisen; 255° braun, fĂŒr Scheren und hĂ€rtere Meißel; 265° braun mit Purpurflecken, fĂŒr Äxte, Hobeleisen, Brot- und Taschenmesser; 277° purpurfarbig, fĂŒr Tischmesser; 288° hellblau, fĂŒr SĂ€belklingen und Uhrfedern; 293° dunkel- oder kornblumenblau, fĂŒr feine SĂ€gen, Rapiere, Bohrer, Dolche; 316° schwarzblau, fĂŒr Hand- und StichsĂ€gen. Die GegenstĂ€nde bleiben demnach viel hĂ€rter, wenn man nur bis blaßgelb, als wenn man bis schwarzblau anlaufen lĂ€ĂŸt. Die HĂ€rteflĂŒssigkeit lĂ€ĂŸt man auf den Gegenstand fließen (StrahlhĂ€rtung), oder man taucht diesen bei kreisender Bewegung ganz oder teilweise in die FlĂŒssigkeit ein. Das Erhitzen zum Zweck des Anlassens geschieht in einem offenen oder bedeckten Holzkohlenfeuer, auf einem von unten erhitzten Eisenblech, auf einem Sandbad, ĂŒber Kohlenfeuer, in Substanzen mit bestimmten Schmelzpunkten (Blei, Zinn, Legierungen) oder in FlĂŒssigkeiten, deren Temperaturen mittels des Thermometers leicht zu messen sind (Öl, Talg etc.). Zuweilen hĂ€rtet man schmiedeeiserne Gegenstande oberflĂ€chlich dadurch, daß man sie mit Kohlenstoff abgebenden Substanzen (tierischen Stoffen, wie Haare, Horn, Leder etc., Cyanverbindungen) umhĂŒllt und erhitzt (OberflĂ€chenhĂ€rtung). LĂ€ngere Zeit wiederholt bei Luftzutritt erhitzt, wird der Stahl verbrannt (ĂŒberhitzt), kohlenstoffĂ€rmer und infolgedessen grobkörnig und mĂŒrbe, lĂ€ĂŸt sich ab er durch GlĂŒhen mit Kohlenstoff abgebenden Substanzen wieder regenerieren. Guter Stahl verbindet mit HĂ€rte bedeutende ElastizitĂ€t und Festigkeit ohne Sprödigkeit, welche Eigenschaften modifiziert werden können hauptsĂ€chlich durch die GrĂ¶ĂŸe des Kohlenstoffgehalts (mit dem Kohlenstoffgehalt nehmen z. B. HĂ€rtbarkeit und Schmelzbarkeit zu, Schweißbarkeit aber ab), durch die Darstellungsmethode und die mechanische Bearbeitung, besonders aber durch fremde Beimengungen. Gegen Rotbruch erzeugenden Schwefel ist Stahl weniger empfindlich als Schmiedeeisen und zwar vertrĂ€gt Flußstahl einen köhern Schwefelgehalt als Schweißstahl. Guter Stahl kann bis zu 0,012 Proz. Schwefel enthalten, bei 0,04 Proz. in aber jeder Stahl unbrauchbar. Gegen Kaltbruch bewirkenden Phosphor ist Stahl empfindlicher als Schmiedeeisen und zwar um so mehr, je reicher er an Kohlenstoff ist. Außerdem ist der nachteilige Einfluß von Phosphor im Flußstahl erheblicher als im Schweißstahl. Bei Bessemerschienen setzt man die zulĂ€ssige Grenze auf 0,1 Proz. Silicium macht den Stahl hĂ€rter, spröder, schmelzbarer, weniger fest und minder schweißbar und zwar in um so höherm Grade, je höher der Kohlenstoffgehalt ist. Bei Schienenstahl darf das Silicium die HĂ€lfte des Kohlenstoffgehalts, bei Werkzeugstahl sogar noch mehr betragen. Kupfer kann z. B. im weichen Bessemerstahl bis zu 0,3 Proz. vorhanden sein, ohne fĂŒr dessen QualitĂ€t schĂ€dlich zu werden.

Festigkeit. Nach Versuchen der mechanisch-technischen Versuchsanstalt in Charlottenburg mit Flußeisen ergaben sich die Resultate bezĂŒglich der Zugfestigkeit, wie sie die Tabelle auf S. 491, oben, enthĂ€lt.

Ähnliche Resultate wurden mit Schweißeisen und Martineisen erzielt, nur nahm die Zugfestigkeit von der Zimmertemperatur stetig bis etwa 250° zu, um dann rasch zu fallen. Schmiedbares E. wird bei einer etwas unter Rotglut liegenden Temperatur, bei der das E., wenn es vom GlĂŒhspan befreit wird, sofort blau anlĂ€uft, durch HammerschlĂ€ge, durch Pressen oder Walzen rissig. Diese BlaubrĂŒchigkeit zeigt sich noch deutlicher bei Biegungsversuchen und bei Flußeisen etwas schĂ€rfer als bei Schweißeisen. Gußeisen zeigt bei 386° eine geringe Festigkeitszunahme und bei höherer Temperatur eine geringe Abnahme. Die Zugfestigkeit von Schmiedeeisen nimmt bei ruhiger Belastung beim Sinken der Temperatur von 0° bis -40° zu. Bei Schlagversuchen mit hohl liegenden Schweißeisenschienen ergab sich aber, daß die fĂŒr den Bruch erforderliche Fallhöhe bei +29° reichlich das Dreifache

von der bei -12° betrug.

Tabelle

Im verletzten Zustand werden Flußeisen und auch einige Schweißeisensorten in der KĂ€lte auffallend brĂŒchig; besonders ungĂŒnstig verhalten sich verletzte QuadrateisenstĂ€be. Die folgende Tabelle gibt die Resultate von Zug- und Stauchproben, die auf Veranlassung der kaiserlichen Werft in Wilhelmshaven ausgefĂŒhrt wurden. Werden E. und Stahl von ursprĂŒnglich genĂŒgender ElastizitĂ€t, Festigkeit und Dehnbarkeit im Betriebe durch StĂ¶ĂŸe und Spannungswechsel niemals ĂŒber ihre ElastizitĂ€tsgrenze hinaus beansprucht, wie es in einer regelrechten Konstruktion stets sein sollte, so bleibt ihr GefĂŒge unverĂ€ndert und ihr Bestand bei sorgfĂ€ltiger Wartung auf unabsehbare Zeit gesichert.

Tabelle

Benennung der Eisensorten.

FĂŒr das im preußischen Eisenbahnbetrieb zur Verwendung kommende Eisenmaterial sollen nach dem Zirkularerlaß des preußischen Ministeriums fĂŒr öffentliche Arbeiten vom 29. Jan. 1889 im amtlichen Verkehr folgende Benennungen gebraucht werden:

A. nach der Herstellungsweise des Materials:

1) Roheisen, das Erzeugnis des Hochofens, und zwar Koksroheisen oder Holzkohlenroheisen, weißes (Spiegeleisen, Weißstrahl, Weißkorn), graues oder halbiertes Roheisen.

2) Gußeisen, das in besondere Formen gegossene, in der Regel vorher umgeschmolzene Roheisen. Stahlguß erhĂ€lt man durch Zusetzen von StahlabfĂ€llen beim Umschmelzen, schmiedbares Gußeisen (Temperguß) durch nachtrĂ€gliches Schmiedbarmachen von Gußwaren, Hartguß durch Bildung einer harten Außenrinde (Gießen in eisernen Formen). Zur Bezeichnung der Art der Einformung sind die AusdrĂŒcke Herdguß, Sandmasse oder Lehmguß anzuwenden.

3) Schweißeisen ist das im teigigen Zustand gewonnene, in der Regel im Puddelofen hergestellte, schmied- und schweißbare, aber nicht merklich hĂ€rtbare E. (sonst Schmiedeeisen genannt). Wird Schweißeisen zu Blechen oder StĂ€ben ausgewalzt, ausgeschmiedet oder zu Draht gezogen, so kann es Blech-, Walz- oder Stabeisen, auch Quadrat-, Rund-, Flach-, Profil-, Bandeisen etc., Walzdraht oder Zugdraht genannt und diese Bezeichnung der Benennung Schweißeisen hinzugefĂŒgt oder dahinter in Klammern eingeschaltet werden. Die Benennung Schmiedeeisen fĂ€llt aus.

4) Schweißstahl ist das wie bei 3) gewonnene, aber merklich hĂ€rtbare Material. Zur Angabe der Herstellungsweise sind die Bezeichnungen Puddelstahl, Raffinierstahl, Zementstahl etc. in Klammern anzufĂŒgen. Die Form (Blech, Stab, Draht etc.) wird in derselben Weise wie bei 3) bezeichnet.

5) Flußeisen ist das im flĂŒssigen Zustand gewonnene, im Bessemer-, Thomas- oder Martinverfahren hergestellte schmiedbare, aber nicht merklich hĂ€rtbare Material (hiernach unterschieden in Bessemer-, Thomas- oder Martinflußeisen). Die Form wird wie bei 3) bezeichnet.

6) Flußstahl ist das im flĂŒssigen Zustand gewonnene, merklich hĂ€rtbare E., und zwar je nach der Herstellung Tiegel-, Bessemer-, Thomas- oder Martinflußstahl. Die Form wird wie unter 3) angegeben. Die Benennung Gußstahl fĂ€llt aus.

Schweiß- und Flußeisen, bez. Stahl können auch noch nach der Beschaffenheit (z. B. sehniges Schweißeisen, Feinkorneisen) oder nach der Bearbeitung (als gehĂ€mmertes E., Raffinierstahl etc.) bezeichnet werden. Da die Grenze zwischen hĂ€rtbarem und nicht hĂ€rtbarem Material schwer festzustellen ist, so ist in der Regel ein Material mit einer Zerreißungsfestigkeit von 50 kg auf 1 qmm und darĂŒber als Stahl, ein Material von geringerer Zerreißungsfestigkeit als E. anzusprechen.

B. Bezeichnung nach den Verwendungszwecken. Soll das unter A. bezeichnete Material nach seiner verschiedenen Verwendbarkeit besonders gekennzeichnet werden, so sind dafĂŒr die folgenden Nebenbezeichnungen zu wĂ€hlen und diese in der Regel in Klammern hinter den unter A. bezeichneten Hauptgattungsnamen einzuschalten:

1) Roheisen ist je nach seiner Bestimmung zum Gießerei-, Puddel-, Bessemer-, Thomasbetrieb mit Gießerei-, Puddel-, Bessemer-, Thomasroheisen etc. zu bezeichnen.

2) GußstĂŒcke aus Gußeisen heißen Gußwaren. Gußwaren, die weiterer Bearbeitung auf Maschinen unterliegen, heißen Maschinenguß, zum Umschmelzen bestimmte Gußwaren oder BruchstĂŒcke Gußschrott.

3) Dem Schweißeisen können die seiner Verwendung entsprechenden Bezeichnungen, z. B. Niet-, Mutter-, Ketten-, BrĂŒckeneisen, Kesselblech etc., gegeben werden. Alte abgĂ€ngige Schweißeisenteile heißen Schweißeisenschrott, bez. Blechschrott.

4) Dem Schweißstahl kann die besondere Bezeichnung StĂ€hlstahl gegeben werden.

5) Flußeisen wird im Eisenbahnbetrieb vorzugsweise zur Anfertigung von Schwellen, Laschen, Achsen, Wagenradreifen, TrĂ€gern, Maschinenteilen, Blechen etc. verwendet und ist hiernach in Ă€hnlicher Weise wie das Schweißeisen bei B 3) zu nennen. Das zu diesen GegenstĂ€nden bestimmte Flußeisen wird als Schwellenflußeisen etc. bezeichnet. Die rohen StĂŒcke heißen Blöcke. Das Wort Ingot fĂ€llt aus. In fertiger Form gegossene StĂŒcke aus Flußeisen (besondere Maschinenteile) heißen Flußwaren.

6) Flußstahl wird im Eisenbahnbetrieb vorzugsweise zu Trag- und Spiralfedern, Schienen, Lokomotivradreifen sowie zur Anfertigung schneidender Werkzeuge gebraucht. Das zu diesen GegenstĂ€nden bestimmte Material ist dementsprechend mit Federflußstahl etc. zu bezeichnen, auch kann der Bezeichnung Federstahl, Werkzeugstahl, Drehstahl, Meißelstahl, Gewindebohrstahl, Lochstempelstahl etc. das Wort Flußstahl in Klammern nachgesetzt werden. Die zur Herstellung dieser GegenstĂ€nde bestimmten rohen StĂŒcke heißen Flußstahlblöcke, die daraus durch Guß in fertiger Form hergestellten GegenstĂ€nde Flußstahlwaren.

Soll der Verwendungszweck eines Materials mehr betont werden als die Herstellungsweise, so kann die unter B. angegebene besondere Bezeichnung vorangestellt werden, wĂ€hrend die unter A. angegebene in Klammern dahinter gesetzt wird, z. B. Nieteisen (Schweißeisen), Werkzeugstahl (Tiegelflußstahl), Federstahl (Flußstahl), Lascheneisen (Flußeisen), Achsen (Martinflußeisen), Kesselblech (Schweißeisen) etc., oder es kann die Silbe Schweiß oder Fluß vorangestellt werden, z. B. Schweißnieteisen, Flußfederstahl etc.

PrĂŒfung der Eisensorten.

Bei der Beurteilung des Roheisens verlĂ€ĂŸt man sich in der Praxis meist auf das Aussehen des frischen Bruches. Grobkristallinisches GefĂŒge und dunkle Farbe deuten bei grauem Roheisen auf hohen Siliciumgehalt, bei Spiegeleisen beurteilt man nach der GrĂ¶ĂŸe der KristallflĂ€chen den Mangangehalt etc. Solche Zeichen sind nicht zuverlĂ€ssig, da die Zusammensetzung das GefĂŒge nicht allein beeinflußt. Entscheidend ist nur die chemische Analyse. Bei schmiedbarem E. kann die Analyse zwar ergeben, ob ein Material fĂŒr bestimmte Verwendung ĂŒberhaupt in Frage kommt, aber sie kann nicht feststellen, ob das nicht zu verwerfende Material die geforderten Eigenschaften besitzt. Eisensorten von gleicher chemischer Zusammensetzung können gewisse Eigenschaften in sehr verschiedenem Grade besitzen. FrĂŒher erkannte man Stahl an dem stets körnigen GefĂŒge, die neuern Flußeisensorten zeigen aber ebenfalls körnigen Bruch. Man muß sehr oft praktische Proben machen, um HĂ€rtungsfĂ€higkeit, auch Schmiedbarkeit etc. festzustellen, Festigkeit, ElastizitĂ€t, Dehnbarkeit werden mit Hilfe von MaterialprĂŒfungsmaschinen (Zerreißprobe, Biegeprobe, Schlagprobe) genau ermittelt. Vgl. MaterialprĂŒfung und Metallographie.

Hygienisches.

Die Gewinnung des Eisens bietet keine eigentĂŒmlichen SchĂ€dlichkeiten dar. Bei VerhĂŒttung von Toneisensteinen entstehen AbwĂ€sser, die Eisenvitriol und seinen Schlamm enthalten und deshalb vor dem Einlassen in öffentliche WasserlĂ€ufe mit Kalk gereinigt werden mĂŒssen. Die Arbeiter an Hochöfen sind der strahlenden Hitze und der Einwirkung der Gichtgase ausgesetzt, die außer Kohlenoxyd und schwefliger SĂ€ure oft auch blei- und zinkhaltige DĂ€mpfe fĂŒhren, auch kommen Explosionen vor, gegen welche die ĂŒblichen Sicherheitsvorrichtungen nicht immer hinreichenden Schutz gewĂ€hren. Ebenso entstehen Explosionen beim Ablöschen der Schlacken mit Wasser. Der aus den Ofen stammende Flugstaub wird durch seinen Gehalt an Eisensalzen der Vegetation auf weite Strecken schĂ€dlich. Ähnliche Gefahren bietet auch die Eisengießerei. Die Former erkranken an »Kohlenlunge« und sind Explosionen und der Vergiftung durch Kohlenoxyd beim Trocknen der Formen durch offene Koksherde ausgesetzt. Daß bei der Gießerei Vorsichtsmaßregeln notwendig sind, um Verletzungen durch das flĂŒssige Metall zu verhindern, ist selbstverstĂ€ndlich, ebenso sind beim Putzen des Rohgusses Schutzbrillen, Masken, gute Ventilation anzuwenden. Besondern Schutz bedĂŒrfen die Arbeiter an DampfhĂ€mmern gegen umherfliegende glĂŒhende Eisen- und Schlackenteile. In Drahtziehereien, in denen zahlreiche UnfĂ€lle vorzukommen pflegen, hat man selbsttĂ€tige DrahtfĂŒhrungen zum Schutz der Arbeiter eingefĂŒhrt. Die AbwĂ€sser dieser Industrie enthalten SĂ€uren und Eisensalze und sind mit Kalk zu behandeln. In der Eisenblechfabrikation haben die Arbeiter unter dem beim Polieren der Bleche entstehenden Staub zu leiden. Man hat den Kalk durch Kleie ersetzt, die nach der Benutzung noch als Schweinefutter verwertbar ist. Auf Emaillierwerken können Bleivergiftungen vorkommen, gegen welche die ĂŒblichen Vorsichtsmaßregeln geboten sind. Schmiede werden infolge der großen andauernden Muskelanstrengungen nicht selten herzkrank. Nadel-, Instrumenten-, Werkzeugschleifer und Feilenhauer atmen seinen, scharfen Staub ein, der die Schleiferkrankheit erzeugt, der die Arbeiter sehr frĂŒh erliegen. Gute Saugvorrichtungen an den Schleifsteinen gewĂ€hren erheblichen Schutz.

Eisenindustrie.

WĂ€hrend 1800 kaum 2 Mill. und 1850 etwa 10,8 Mill. Ton. Eisenerze auf der Erde gewonnen wurden, bezifferte sich die Förderung fĂŒr 1901 wie folgt:

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Spanien, Schweden und Deutschland fĂŒhren bedeutende Mengen Eisenerze aus, wĂ€hrend die Lager in Italien, Griechenland, Bulgarien, Serbien, Ungarn noch ungenutzt bleiben. Starke Einfuhr von Eisenerzen haben besonders Großbritannien, Belgien, Frankreich, Deutschland. FĂŒr das Bessemerverfahren fĂŒhrte Deutschland phosphorfreie Erze besonders aus Elba, Spanien, Algerien, Schweden, Ungarn ein, seit Anwendung des Thomasverfahrens hat diese Einfuhr erheblich nachgelassen, und man benutzt jetzt die phosphorhaltigen Erze von der Mosel etc. Es betrug fĂŒr Eisenerze:

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Die Roheisenproduktion hat sich in den letzten 50 Jahren nahezu verzehnfacht. In Großbritannien wurden 1740 nur 7,1840 schon 1396,1890 aber 7,875,000 englische Ton. produziert. Ebenso hatte Preußen 1829 eine Produktion von 46,1840 eine solche von 77 Mill. kg Roheisen, die 1873 auf 1574 und 1890 auf 3288 Mill. kg stieg. In Frankreich betrug die Produktion 1819: 112 Mill. kg, 1840: 348 Mill., 1890: 1962 Mill. kg. Die gesamte Eisenproduktion wurde 1840 auf 2900 Mill. kg geschĂ€tzt und betrug 1890: 27,332 Mill. kg. Eine Übersicht der Roheisenproduktion aller LĂ€nder der Erde in Tausenden von Tonnen gibt nachstehende Tabelle:

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Neben ihrer gewaltigen Entwickelung zeigt die Roheisenproduktion sehr starke Schwankungen. Von 1840 bis 1860 stieg die Produktion im Zusammenhang mit dem Eisenbahnbau schnell auf das Doppelte. Die Entwickelung in den Jahren 1871–73 trug wesentlich dazu bei, daß bis 1873 abermals eine Verdoppelung eintrat. Dann aber kam eine Depression, die mit einer enormen Steigerung der Leistung des einzelnen Arbeiters und der Produktion des einzelnen Hochofens, also mit einer wesentlichen Verminderung der Produktionskosten verbunden war. Einen neuen Aufschwung leiteten die Vereinigten Staaten 1878–80 ein. Die Produktion stieg von 1879–80 um 4125 Mill. kg. In die nun folgende Periode fĂ€llt eine abermalige Herabsetzung der Erzeugungskosten durch den Thomasprozeß, und sie schließt mit einer Überproduktion, die 1884–85 zu einer EinschrĂ€nkung der Produktion fĂŒhrte. Eine gute Ernte in den Vereinigten Staaten fĂŒhrte abermals einen neuen Aufschwung herbei, der durch die Billigkeit von E. und Stahl begĂŒnstigt wurde, so daß jetzt selbst in holzreichen LĂ€ndern z. B. eiserne BrĂŒcken ebenso billig oder billiger hergestellt werden können als HolzbrĂŒcken. Auch der enorme Bedarf der Kriegsverwaltungen begĂŒnstigte die Eisenindustrie, so daß die Produktion von Roheisen von 1890 diejenige von 1870 um 126 Proz. ĂŒberragt. Ein Höhepunkt wurde dann in Europa 1900 erreicht, aber der RĂŒckgang, den das folgende Jahr zeigte, wurde ausgeglichen durch das starke Anwachsen der Produktion in Nordamerika, die 1890 zum erstenmal die englische ĂŒberflĂŒgelte. Die innere Entwickelung der Eisenindustrie kennzeichnet das bestĂ€ndige Sinken der Zahl der Hochöfen seit 1872. Die Erhöhung der LeistungsfĂ€higkeit des einzelnen Hochofens hat eine weitgehende Zentralisation der Erzeugung im Gefolge, die den Kleinbetrieb vernichtet und zur Erniedrigung der Produktionskosten fĂŒhrt. In England ist die Leistung eines Hochofens gegenwĂ€rtig mehr als 30mal so groß wie vor 100 Jahren und mehr als dreimal so groß wie 1860. In Deutschland und den Vereinigten Staaten gibt es Ofen, die bis 200 Ton. in 24 Stunden liefern. Auf den Kopf der Bevölkerung betrug die Produktion 1900 in

Tabelle

Die Verarbeitung des Roheisens hat eine wesentliche Umgestaltung durch den Bessemerprozeß und in neuester Zeit durch den basischen Prozeß erfahren. WĂ€hrend aber der Bessemerstahl nur fĂŒr Eisenbahnschienen und als harter Stahl Verwendung fand, benutzt man das schweißbare Flußeisen jetzt in steigendem Maß fĂŒr den gewöhnlichen Eisenbedarf, um so mehr, als seine Herstellung geringern Aufwand an Brennmaterial und Rohstoff fordert, die Massenproduktion begĂŒnstigt, die Produktionskosten also herabsetzt und auch die menschliche Arbeitskraft in geringerm Maß in Anspruch nimmt als das Puddeln. So wurden die Stahlwaren billiger und mannigfaltiger und fanden auch in Industrien Verwendung, wo frĂŒher E. und Stahl ausgeschlossen waren. An Schweißeisen wurden 1888 auf der ganzen Erde 8,25 Mill. Ton. erzeugt, 1895 nur noch 3–4 Mill., und seitdem ist die Produktion noch weiter zurĂŒckgegangen. Dagegen betrug die Produktion an Flußeisen in metr. Tonnen:

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Die Ein- und Ausfuhr betrug 1900 in Tonnen fĂŒr:

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In Deutschland (einschließlich Luxemburg) wurden 1901 erzeugt:

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Davon 10,044 T. Holzkohlenroheisen. Hergestellt wurden:

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Die Roheisenerzeugung verteilt sich auf:

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Die Ein- und Ausfuhr betrug in 1000 Tonnen:

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Geschichte des Eisens.

Die Kenntnis des Eisens ist sehr alt und in die Mythologie verflochten. Indes haben doch viele Völker vor dem C. lange Zeit Kupfer und Bronze benutzt. Ein im Mauerwerk der großen Cheopspyramide gefundenes StĂŒck Schmiedeeisen hat ein Alter von 5000 Jahren, und ein unter einer Sphinx in Karnak gefundener Teil einer Sichel wird auf 2800 Jahre geschĂ€tzt. Auch Inschriften aus der Zeit Tuthmosis' III. und an TempelwĂ€nden in Luksor und Karnak bezeugen das hohe Alter des Eisens in Ägypten, und die kĂŒnstlerische Bearbeitung von Granit, Porphyr und Basalt lĂ€ĂŸt auf Kenntnis des Stahls schließen. Wohl noch Ă€ltere eiserne GerĂ€te hat man in turanischen GrĂ€bern, unter den Ruinen von Chorsabad etc. gefunden. Über das Alter der mit Sanskritinschriften versehenen, 16 m langen, massiven, schmiedeeisernen SĂ€ule von 0,5 m Durchmesser in Dehli ist nichts Sicheres bekannt. Die Rigweda sprechen von eisernen Waffen, und von den Ariern haben Babylonier, Assyrer, Meder und Perser das E. erhalten. Der besiegte Porus schenkte Alexander d. Gr. einen Barren indischen Stahls. Auch die alten Juden kannten das E., und ebenso benutzten die Ureinwohner Chinas eiserne Waffen und GerĂ€te und betrieben 700 v. Chr. Eisengießerei (bekannt ist eine 13 m hohe Pagode aus jener Zeit). Durch die Phöniker kam das E. zu den Griechen. Der Pelide bestimmte veilchenblau angelaufenes E. zum Kampfpreis fĂŒr die BogenschĂŒtzen. Pfeile, Äxte, Messer, Keulen, selbst Wagenachsen wurden aus E. hergestellt, aber das E. war nach Homer bei den pelasgischen Völkern noch selten und Kupfer das gewöhnliche Material ihrer Waffen. Auch in etruskischen GrĂ€bern bei Bologna und Corneto hat man eiserne Celte, Speere, RĂŒstungen gefunden. Durch welches Verfahren die alten Völker des Orients das E. gewannen, ist nicht bekannt; wahrscheinlich aber geschah es durch den rohen Schmelzprozeß, dessen sich afrikanische Völker, die wohl nie mit Kulturvölkern in BerĂŒhrung gekommen sind, und die Völker Hochasiens noch jetzt bedienen. Man scheint in Gruben an HĂŒgelabhĂ€ngen ohne Anwendung eines GeblĂ€ses, bei Zugluft sehr reine Erze in die Glut eines niedergebrannten Feuers geworfen, sie mit Holz bedeckt und die entstandenen kleinen schmiedbaren Eisenpartien ausgerĂ€umt zu haben. Auch aus KĂ€rnten kennt man solche Gruben sowie 0,95–1,26 m hohe gemauerte Windöfen mit Sumpf am Boden. Aristoteles spricht von Roheisen, das durch einen Frischprozeß in Schmiedeeisen verwandelt wurde, zum Gießen aber benutzte man Roheisen nicht. Die Römer beuteten schon 100 Jahre v. Chr. die Eisenerzlager auf Elba und in Noricum aus und schĂ€tzten namentlich das norische E. aus dem heutigen Steiermark sehr hoch. Der Prozeß wurde zur Römerzeit in niedrigen Herden (in KĂ€rnten in kleinen Schachtöfen von den Dimensionen der Windöfen) mit reinen, reichen Erzen und Holzkohlen unter Anwendung von Hand- und TretbĂ€lgen mit TondĂŒsen ausgefĂŒhrt und der erfolgende Eisenklumpen ausgeschmiedet. Nach der Völkerwanderung, in der römische Kultur und Industrie untergegangen waren, erhoben sich die Eisenwerke zuerst wieder in Steiermark um 700 n. Chr. Die Eisenindustrie verbreitete sich von da im 9. Jahrh. nördlich ĂŒber Böhmen nach Sachsen, ThĂŒringen und dem Harz, sĂŒdlich nach Spanien, dem Elsaß und Niederrhein. Im 12. Jahrh. standen die niederlĂ€ndischen Eisenwerke in großem Ruf; von ihnen gelangte der EisenhĂŒttenbetrieb wahrscheinlich im 15. Jahrh. nach England und Schweden. Agricola spricht nicht von Gußeisen, wohl aber von leichtflĂŒssigem E. fĂŒr den Stahlfrischprozeß. Durch Erhöhung der Herde auf 2–2,5 m im 16. Jahrh. und auf 4 m im 18. Jahrh. bei gleichzeitiger Anwendung von durch WasserrĂ€der getriebenen BlasebĂ€lgen entstanden die StĂŒck- oder Wolfsöfen, deren Anwendung in KĂ€rnten 1775 ihr Ende erreichte. Das Produkt derselben war noch immer ungeschmolzenes, stahlartiges E. (»Wolf, StĂŒck«); höher gekohltes, flĂŒssiges Roheisen erfolgte erst bei kontinuierlichem Betrieb, als man die Wolfsöfen zu Blau- oder Blaseöfen und spĂ€ter zu Hochöfen erhöhte. Wann und wo diese entstanden sind, lĂ€ĂŸt sich nicht mit Bestimmtheit nachweisen; doch muß man ihren Ursprung wohl in den Niederlanden suchen. In Sachsen, Brandenburg, am Harz finden wir Hochöfen erst im Anfang des 17. Jahrh.; der erste Hochofen in Schlesien wurde 1721 errichtet. Holzkohlen waren bis zum 18. Jahrh. ĂŒberall das einzige Schmelzmittel. Die bedeutende Vermehrung der Eisenhochöfen im ersten Viertel des 17. Jahrh. in England, namentlich in der Grafschaft Sussex, lichtete die WĂ€lder rasch und zwang zur Herbeischaffung eines andern Brennmaterials. Das Eisenwerk Coalbrookdale in Shropshire betrieb 1740 zuerst einen von Darby erbauten Hochofen mit Koks. Auch die seit 1760 in England eingefĂŒhrten ZylindergeblĂ€se begĂŒnstigten die Massenproduktion des Eisens, und so kam es zu einer ausgedehntern Anwendung beim Maschinenbau und fĂŒr sonstige Zwecke. Der Zeitpunkt der ersten Benutzung der Koks als Brennmaterial ist nicht bekannt. 1620, 1633 und 1636 wurden in England Patente auf Verkohlung der Steinkohle erteilt, aber genauere Daten ĂŒber Erzeugung der Koks in Meilern und geschlossenen Ofen liegen erst aus dem Jahre 1769 vor. In Deutschland wurde der erste Kokshochofen 1796 zu Gleiwitz errichtet. Die 1791 in Pennsylvanien entdeckten Anthrazite kamen erst 1815 in Nutzung, fĂŒr die Eisenhochöfen noch einige Jahre spĂ€ter.

Nachdem schon Seddler um 1799 und Leuchs 1822 auf die Vorteile der erhitzten GeblĂ€seluft aufmerksam gemacht hatten, fĂŒhrte Nelson die Erfindung 1831 mit Macintosh und Wilson auf den Clyde Iron Works in Schottland aus, worauf man die heiße Luft alsbald weiter bei Kupolöfen, Frischfeuern etc. anwendete. Die Gichtgase wurden 1814 von Aubertot zum Erzrösten, Kalk- und Ziegelbrennen angewendet; 1836 nahm Sire zu Clerval ein Patent auf deren Benutzung fĂŒr das Eisenfrischen, und 1837 fĂŒhrte Faber du Faur das Puddeln mit Gasen zu Wasseralfingen (WĂŒrttemberg) aus, seit welcher Zeit die Sache erst allgemeiner bekannt geworden ist. Man hat dann die Anwendung der Gichtgase zur Erzeugung hoher Temperaturen (z. B. fĂŒr Puddel- und SchweiĂŸĂ¶fen) meist aufgegeben wegen ihrer AbhĂ€ngigkeit vom wechselnden Hochofengang und sie mit großem Vorteil nach dem Vorschlag von Neilson (1828) zur GeblĂ€sewinderhitzung, zum Rösten, Kalkbrennen, zur Dampfkesselfeuerung, zum Betrieb von Kraftmaschinen etc. benutzt. Die Bestrebungen der Neuzeit beim Hochofenbetrieb gehen dahin, durch Anwendung großer Öfen von zweckmĂ€ĂŸigerer Konstruktion (die Erhitzung des GeblĂ€sewindes, die Ausnutzung der Gichtgase und die EinfĂŒhrung der LĂŒrmannschen Schlackenform bilden die wichtigsten Fortschritte der Neuzeit im Hochofenbetrieb) bei gleichzeitig verstĂ€rktem GeblĂ€se und stĂ€rker erhitztem Wind kolossale Produktionen unter Brennstoffersparung, VerlĂ€ngerung der Kampagnen, bequemerer Arbeit und Materialersparung zu erzielen.

Von hoher Bedeutung fĂŒr die Schmiedeeisenerzeugung war die Erfindung des Eisenpuddelns in Flammöfen mit Steinkohlen. Das erste englische Patent auf das Flammofenfrischen erhielten 1766 Thomas und George Cranage, den ersten praktischen Erfolg aber erzielte erst Cort 1784. Östlund gab 1838 die erste Anregung zu einem Puddelofen mit beweglichem Herd, der aber erst von dem Amerikaner Danks durch ein haltbares Futter 1871 lebensfĂ€hig gemacht wurde. 1835 wurde der Puddelprozeß in KĂ€rnten auf Stahl benutzt. Eine Erweiterung erfuhr der Puddelprozeß durch die Generatorgasfeuerung, die zuerst Bischoff in MĂ€gdesprung 1839 ausfĂŒhrte, und durch das Regenerativsystem von Siemens (1860). Die EinfĂŒhrung des Puddelprozesses veranlaßte die Beschaffung verbesserter und vergrĂ¶ĂŸerter Walzwerke. Henry Cort 1783 und Parnell 1787 ersetzten den ZĂ€ngehammer durch das ZĂ€ngewalzwerk. Von da ab kamen die Stabeisenwalzwerke in Gebrauch, die indessen Payne schon 1728 erwĂ€hnt. In Frankreich kamen Walzwerke zu Ende des 18. Jahrh. in Anwendung, in Deutschland und Österreich im ersten Viertel des 19. Jahrh. Das Universalwalzwerk erfand Daelen in Hörde 1848. Die Walzwerke gestatteten die Herstellung von Dampfkesseln aus Eisenblech statt aus Gußeisen, 1820 fertigte Birkinshaw gewalzte Eisenbahnschienen, und 1825 baute Stephenson mit solchen die Eisenbahn von Stockton nach Darlington. Das Ă€lteste Projekt eines Dampfhammers der jetzt gebrĂ€uchlichen Art rĂŒhrt von James Watt her (1784), aber erst nach den Zeichnungen von Nasmyth zu Patricroft bei Manchester wurde der erste Dampfhammer zu Creusot in Frankreich erbaut. Das Eisenschneidwerk wurde 1618 Clement Dawbeny in England patentiert und um die Mitte des 18. Jahrh. auch in Deutschland bekannt. Die erste Luppenquetsche ist 1805 von Hartop in England angewendet. WĂ€hrend die Roh- und Stabeisenbereitung allmĂ€hlich bedeutende Fortschritte machte, blieb die Stahlerzeugung lange Zeit unverĂ€ndert. 1730 gelang es Huntsman (bei Sheffield), durch Umschmelzen von Zement- oder Herdfrischstahl in Tiegeln einen vorzĂŒglichen Gußstahl herzustellen; aber das Produkt war zu allgemeiner Verwendung zu teuer. Erst Krupp erzielte praktisch verwertbare Resultate und brachte 1862 einen Gußstahlblock von 21,000 kg auf die Londoner Ausstellung. 1887 goß er ein GeschĂŒtzrohr von 143,000 kg. Die grĂ¶ĂŸte UmwĂ€lzung erfuhr die Eisenindustrie seit 1856 durch die Erfindung Bessemers und durch die seit 1865 in grĂ¶ĂŸerm Maßstab eingefĂŒhrte Darstellung des Flammofenflußeisens (Martineisens) nach Martin in Sireuil. Die wichtigste Erfindung der Neuzeit in der Eisenindustrie ist aber die weitere Ausbildung des Bessemerprozesses durch Thomas und Gilchrist (1879), wodurch dieser Prozeß auch fĂŒr phosphorhaltiges Roheisen anwendbar wurde.

[Literatur.] Karsten, Handbuch der EisenhĂŒttenkunde (3. Aufl., Berl. 1841, 5 Bde.); DĂŒrre, Anlage und Betrieb der EisenhĂŒtten (Leipz. 1880–92, 3 Bde.); Derselbe, Die Hochofenbetriebe am Ende des 19. Jahrhunderts (Berl. 1901); Wedding-Percy, AusfĂŒhrliches Handbuch der EisenhĂŒttenkunde (2. Aufl., Braunschw. 1891 ff.); Wedding: Die Darstellung des schmiedbaren Eisens, 1. ErgĂ€nzungsband: Der basische Bessemer- oder Thomasprozeß (das. 1884), Grundriß der EisenhĂŒttenkunde (4. Aufl., Berl. 1901) und Die Eisenprobierkunst (das. 1894); Kerpely, Die Anlage und Einrichtung von EisenhĂŒtten (Leipz. 1873–84); Bell, Über die Entwickelung und Verwendung der WĂ€rme in Eisenhochöfen (deutsch von Tunner, das. 1870); Ledebur: Handbuch der EisenhĂŒttenkunde (4. Aufl., das. 1902), Leitfaden fĂŒr EisenhĂŒtten-Laboratorien (6. Aufl., Braunschw. 1903), E. und Stahl in ihrer Anwendung fĂŒr bauliche und gewerbliche Zwecke (Berl. 1890); Toldt, Chemie des Eisens, tabellarische Zusammenstellung (Leoben 1898); Beckert, Leitfaden zur EisenhĂŒttenkunde (2. Aufl., Berl. 1898 ff.); Turner, Metallurgy of iron (3. Aufl., Lond. 1901); »Gemeinfaßliche Darstellung des EisenhĂŒttenwesens« (hrsg. vom Verein deutscher EisenhĂŒttenleute in DĂŒsseldorf; 5. Aufl., DĂŒsseld. 1903); Wathner, Eisen- und Eisenwarenkenner (5. Aufl., Graz 1885); JĂŒptner v. Jonstorff: Handbuch fĂŒr EisenhĂŒttenchemiker (Wien 1885), Kompendium der EisenhĂŒttenkunde (das. 1896) und GrundzĂŒge der Siderologie (Leipz. 1902, 2 Tle.); WĂŒst und Borchers, Eisen- und MetallhĂŒttenkunde (das. 1900); Blair, Chemical analysis of iron (4. Aufl., Lond. 1901; deutsch, Berl. 1892); Helson, La sidĂ©rurgieen France et Ă  l'Ă©tranger (Par. 1894, 2 Bde.); Beck, Geschichte des Eisens (Braunschw. 1892–1901, 5 Abtlgn.); Swank, History of the manufacture of iron (2. Aufl., Philad. 1892); »Stahl und Eisen. Zeitschrift fĂŒr das deutsche EisenhĂŒttenwesen« (DĂŒsseldorf, seit 1881), mit der ErgĂ€nzung »Jahrbuch fĂŒr das EisenhĂŒttenwesen«, seit 1902; »Eisenzeitung« (Berl., seit 1879).


http://www.zeno.org/Meyers-1905. 1905–1909.

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