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Eisen und Stahl

[167] Eisen und Stahl. Das E., wie es die Technik für ihre mannigfaltigen Zwecke verwendet (über die Verwendung im Eisenbahnwesen, s. Art. Baustoffe, Bd. II, S. 32), ist durchaus nicht der reine Grundstoff, den die Chemie der Metalle als solchen kennt, sondern stellt stets eine Verbindung oder Legierung des reinen E. mit anderen metallischen und nichtmetallischen Elementen dar. Teils unvermeidlich, teils beabsichtigt, treten bei der hüttenmännischen Erzeugung die fremden Beimengungen aus den verwendeten Roh- und Hilfsstoffen in das E. ein. Dem Einflüsse dieser Körper, die das E. in seinen verschiedenen Arten begleiten und im Wege der metallurgischen Prozesse auf das erwünschte Maß gebracht werden, verdankt es seine Eigenschaften, die es für die Praxis verwendbar und schätzenswert machen. Das chemisch reine E. hat keine technische Bedeutung, da es ein Metall von geringerer Zähigkeit und Härte ist. Unter den, das E. begleitenden nichtmetallischen Körpern, spielt vor allem der Kohlenstoff die wichtigste Rolle, neben ihm das Silizium, der Schwefel und der Phosphor. Von den Metallen fehlt fast nie das Mangan, und ist sehr häufig das Kupfer, wenn auch oft nur in sehr geringen Mengen, im E. enthalten. In vielen Fällen läßt der Verwendungszweck des Eisens die Gegenwart von Nickel, Chrom, Wolfram, Titan und Vanadium wünschenswert erscheinen. Vereinzelt werden Arsen, Antimon und Wismut als unerwünschte Begleiter des E. angetroffen. Die Anwesenheit von nur wenigen 100stel eines Prozentes jener angeführten Körper übt meistenteils auf die Eigenschaften des E. einen ganz erheblichen Einfluß aus. Die Kenntnis der Art und Weise des Einflusses, den die Fremdkörper für sich und in ihrer Wechselwirkung besitzen, ist demnach von der größten Bedeutung für die Erzeugung und Verwendung des E. Die Erforschung der verschiedenen Eisengattungen nach dieser Hinsicht ist heute ein besonderer Zweig der metallurgischen Wissenschaft geworden, der sich auf die mikroskopische Untersuchung des Gefüges stützt.

Der Einfluß der fremden Bestandteile des E. äußert sich in Gefügeänderungen, die in[167] vielen Fällen ohneweiters wahrnehmbar sind, sehr häufig jedoch mit freiem Auge nicht gesehen werden können. Im allgemeinen kann gesagt werden, daß alle oben angeführten Körper auf das E. einen mehr oder weniger härtenden Einfluß ausüben und mit Ausnahme des Mangans den Schmelzpunkt des E. herabdrücken.

Am stärksten beeinflußt der Kohlenstoff die Eigenschaften des E. Er ist der wichtigste der fremden Bestandteile, da er ausnahmslos in allen im großen hergestellten und verwendeten Eisensorten vorhanden ist. Er wird vom E. leicht, aber nur in beschränktem Maße aufgenommen. Reines E. vermag wenig mehr wie 4% an Kohlenstoff aufzunehmen. Anwesenheit von Mangan oder Chrom steigern das Sättigungsvermögen des E. für Kohlenstoff derart, daß eine Eisenmanganlegierung (genannt »Ferromangan«) mit etwa 90% Mangangehalt ungefähr 7¹/₂% Kohlenstoff enthält, während eine 50% Eisenchromlegierung (»Ferrochrom«) sogar einen solchen von 8% aufweisen kann. Der Kohlenstoff tritt im E. in verschiedener Form auf; man kennt ihn in freiem Zustande als Graphit und Temperkohle, chemisch gebunden als Karbidkohlenstoff und mit dem E. legiert als Härtungskohlenstoff. Der Kohlenstoff drückt mehr als andere Körper den Schmelzpunkt des E. herab. Kohlenstoffarmes E. schmilzt bei etwa 1500° C, während der Schmelzpunkt bei einem Kohlenstoffgehalt von ungefähr 4% auf 1100° C. sinkt. Sein wichtigster Einfluß besteht in der Steigerung der Härte und Festigkeit, allerdings auch der Sprödigkeit des E., wogegen die Dehnbarkeit und Schmiedbarkeit mit zunehmendem Kohlenstoffgehalte vermindert wird.

Das Silizium verbindet sich leicht und in jedem Verhältnisse mit dem E. Es macht das geschmolzene E. dünnflüssig und erhöht das Lösungsvermögen des E. für Gase, ein für Flußeisenerzeugung wichtiger Umstand. Die Aufnahmefähigkeit des E. für Kohlenstoff wird durch Silizium gemindert. Neuestens hat auch der Einfluß des Siliziums auf die magnetischen Eigenschaften des kohlenstoffarmen Flußeisens für die elektrische Industrie große Bedeutung erlangt.

Auch der Phosphor wird vom E. in jedem Ausmaße aufgenommen. Er steigert die Härte des E., doch ist sein diesbezüglicher Einfluß weit unerheblicher als der des Kohlenstoffes. Da ein höherer Phosphorgehalt das Gefüge grobkristallinisch macht, wird solches E. spröde und läßt sich bei gewöhnlicher oder ganz besonders bei sehr niedriger Temperatur durch leichte Hammerschläge brechen, welche Erscheinung man den »Kaltbruch« des E. nennt. Die Höhe des Phosphorgehaltes, der den geschilderten ungünstigen Einfluß auf das E. auszuüben vermag, hängt von dem gleichzeitig vorhandenen Gehalte an Kohlenstoff derart ab, daß kohlenstoffarmes E. weit weniger empfindlich gegen den Einfluß des Phosphorgehaltes ist, als hochkohlenstoffhaltiger Stahl.

Der Schwefel, der das E. im kalten Zustande so gut wie gar nicht beeinflußt, vermindert in Rot- und Weißglut jedoch seine Festigkeit derart, daß es bei der Bearbeitung durch Walzen, Schmieden u.s.w. bricht. Man bezeichnet diese Erscheinung als den »Rotbruch« des E. Das Ausmaß des derart üblen Einflusses des Schwefelgehaltes hängt ganz besonders von der Höhe des gleichzeitig vorhandenen Kohlenstoff- und Mangangehaltes ab, der dem Einflusse des Schwefels entgegenwirkt.

Das Mangan ist nahezu stets im E. vorhanden, ganz besonders im schmiedbaren E., dem es meistens absichtlich zugefügt wird. Es wird vom Eisenhüttenmanne wegen seines günstigen Einflusses auf die Festigkeitseigenschaften und die Schmiedbarkeit des E. als nahezu unentbehrlicher Begleiter sehr geschätzt.

Als sehr häufiger Begleiter des E. in seinen Erzen gelangt das Kupfer in das E., das es bei seinem gewöhnlich nur niedrigen Gehalte kaum beeinflußt. Erst ein Kupfergehalt von ungefähr ¹/₂% beeinträchtigt merklich die Schmiedbarkeit und Schweißbarkeit des E.

Nickel, Chrom, Wolfram und Titan, die als dem E. absichtlich zugefügte Bestandteile auftreten, verleihen ihm größere Härte, Härtbarkeit und in gewissen Fällen auch vermehrte Zähigkeit. Von diesen Einflüssen der genannten Körper macht die Eisenhüttentechnik auf dem Gebiete der Erzeugung der Spezialstähle, besonders des Werkzeugstahles ausgiebigen Gebrauch.

Das E. des Handels kann in zwei Arten unterschieden werden: in »Roheisen« und »schmiedbares Eisen.« Das erstere enthält gewöhnlich reichliche Mengen an fremden Körpern, vor allem Kohlenstoff, während das schmiedbare E. in der Regel arm an solchen fremden Beimengungen ist. Das kennzeichnendste Unterscheidungsmerkmal beider Eisengattungen ist die Eigenschaft des schmiedbaren E., in Rotwärme vermöge seiner Bildsamkeit Formgebungen zuzulassen, wohingegen das Roheisen bei dieser Temperatur brüchig ist.

Die Formgebung des Roheisens kann nur durch Schmelzen und Gießen in Formen geschehen. Wesentlich unterschieden sind beide Eisengattungen auch dadurch, daß das Roheisen bei niedrigerer Temperatur als das schmiedbare E. schmilzt und plötzlich aus dem festen in den flüssigen Aggregatzustand[168] übergeht, sowie umgekehrt flüssiges Roheisen beim Erkalten gleichfalls plötzlich erstarrt, ohne hierbei, wie das schmiedbare E., ein Stadium allmählichen Festwerdens durchzumachen. Das schmiedbare E. stellt in einer Temperatur, die von seinem Schmelzpunkte nicht weit entfernt ist, einen seiner Zusammensetzung entsprechend mehr oder weniger geschmeidigen plastischen Körper dar. Beide Eisengattungen zerfallen wieder je nach ihrer Entstehungsart, ihrer Zusammensetzung und ihren Eigenschaften in mehrere Unterabteilungen. So unterscheidet man »Hämatit«–, »Holzkohlen-«, »Koks«- oder »Elektroroheisen«, je nach Rohmaterial oder Art der Wärmequelle, die bei der Herstellung in Anwendung kamen. Jene Roheisensorten, die zufolge ihres reichen Kohlenstoff- und Siliziumgehaltes beim Erstarren Graphit ausscheiden und deren Bruchfläche infolgedessen grau gefärbt ist, bezeichnet man als »graues Roheisen«, bei besonders starker Graphitausscheidung nennt man in »tiefgrau«. Roheisensorten, bei denen die Graphitausscheidung zufolge geringeren Gehaltes an Kohlenstoff und Silizium oder hohen Gehaltes an Mangan nur eine teilweise ist, wird »halbiertes Roheisen« genannt, während solches Roheisen, das keine oder nur ganz spärliche Graphitausscheidung aufweist und dessen Bruchfläche ein mehr oder weniger strahliges, weiß glänzendes Aussehen zeigt, als »weißes Roheisen« bezeichnet wird. Enthält ein solches weißes Roheisen 5–25% Mangan, dann wird es seiner grobkristallinischen spiegeligen Bruchfläche wegen »Spiegeleisen« genannt; wenn sein Gehalt an Mangan den des E. übersteigt und bis 80% erreicht, führt es den Namen »Ferromangan«. Roheisensorten, die ungefähr 10 bis 15% Silizium enthalten, werden »Siliziumeisen« oder »Ferrosilizium« genannt, und wenn zu diesem Siliziumgehalt noch ein gleich hoher Mangangehalt tritt, bezeichnet man solches Roheisen als »Silikospiegel«. Siliziumreicheres E., das nicht Hochofenprodukt ist, sondern auf elektrischem Wege dargestellt wird, bezieht der Eisenhüttenmann nicht mehr in die Bezeichnung Roheisen ein, sondern zählt es den Ferrolegierungen zu. Auch nach seinem Verwendungszweck, bzw. der Art und Weise der Weiterverarbeitung, der das Roheisen unterzogen werden soll, erhält es Bezeichnungen wie »Gießerei«-, »Bessemer-«, »Thomas« – und »Puddelroheisen« u.s.w. Das schmiedbare E. wird mit Rücksicht auf seinen Entstehungszustand und seine mechanischen Eigenschaften in verschiedene Gruppen unterschieden. Wird es bei seiner Darstellung im teigigweichen, mehr oder weniger mit Schlacke durchsetzten Zustande gewonnen, nennt man es »Schweißeisen«, während das bei seiner Erzeugung im flüssigen Zustande erfolgte schmiedbare E. »Flußeisen« genannt wird. In beiden Gruppen werden die kohlenstoffreicheren, als solche härteren und härtbaren Eisensorten als »Stahl« bezeichnet, wobei wieder der Unterschied zwischen »Schweißstahl« und »Flußstahl« gemacht wird. Auch bei Bezeichnung des schmiedbaren E. pflegt man sich im Handel auf seine Herstellungsweise zu beziehen und spricht daher von »Herdfrisch-« und »Puddeleisen« oder »-stahl«, von »Bessemer-«, »Thomas-«, »Martin-« und »Elektroflußeisen« oder »-stahl« sowie von »Tiegelstahl«.

Das Roheisen stellt E. in jener Form dar, wie es auf hüttenmännischem Wege aus den in der Natur vorkommenden eisenhaltigen Mineralien, den sog. »Eisenerzen« gewonnen wird. Es ist stets ein mit fremden Beimengungen verunreinigtes Rohprodukt, das zu jeder unmittelbaren Verwendung ungeeignet ist. Sofern es nur verhältnismäßig geringe Mengen von anderen fremden Körpern enthält, beträgt sein Kohlenstoffgehalt stets mindestens 2¹/₂%. Es bildet das Ausgangsmaterial für die Weiterverarbeitung zu Gebrauchsgegenständen, sei es, daß durch einfaches Schmelzen und Gießen des Roheisens nur eine Formgebung ohne wesentliche Änderung seiner Zusammensetzung erfolgt oder daß ein Raffinieren des Roheisens zum Zwecke der Herstellung von schmiedbarem E. stattfindet.

Das E. erscheint in seinen Erzen an Sauerstoff und Wasserstoff, Kohlensäure und häufig auch an Kieselsäure gebunden, in gewissen hüttenmännischen und gewerblichen Nebenprodukten, die ihres Eisengehaltes wegen den eigentlichen Erzen zugezählt werden müssen, ist das E. vornehmlich in Verbindung mit Sauerstoff und Kieselsäure enthalten. Die wichtigsten Eisenerze sind: das Eisenoxyd, als Mineral Hämatit oder Roteisenstein genannt, das Oxyduloxyd des E., der Magneteisenstein, das reichste und gewöhnlich auch reinste Eisenerz, das Eisenhydroxyd oder Brauneisenerz mit seinen Abarten, dem See-Erz, Raseneisenerz und Bohnerz, zu welch letzterem das in Lothringen und Luxemburg vorkommende Minetteerz gehört. An Kohlensäure gebunden erscheint das E. in dem Spateisenstein. Erze, die vornehmlich E. in Verbindung mit Kieselsäure enthalten, werden Kieseleisensteine und Chamosite genannt. Als wichtige Rohmaterialien der hüttenmännischen Eisenerzeugung reihen sich den Eisenerzen noch die eisenreichen Schlacken an, die als Abfallprodukte bei verschiedenen metallurgischen Prozessen entstehen, wie die Frischschlacke, Puddelschlacke und Schweißschlacke, sowie der bei Verarbeitung des E. im rotglühenden Zustande sich bildende [169] Eisenhammerschlag oder Walzsinter. Die Rolle eines reichen Eisenerzes spielen auch die bei der Schwefelsäureerzeugung fallenden Röstrückstände des Schwefelkieses, genannt Kiesabbrände oder Purpurerz (»Purple ore«). Die zur Erzeugung manganhaltiger Eisensorten dienenden Manganerze sind gleichfalls vorwiegend Sauerstoff- und Kohlensäureverbindungen des Mangans, unter denen die verschiedenen Arten des Braunsteins (»Pyrolusite«) an erster Stelle in Betracht kommen.

Alle zur Erzeugung des E. verwendeten Rohmaterialien sind gewöhnlich durch fremde Gesteinarten verunreinigt, so daß es Aufgabe des Eisenhüttenmannes ist, das E. aus seinen chemischen Verbindungen zu lösen (»zu reduzieren«) und auch von seinen mineralischen Begleitern zu befreien, welche Vorgänge bei der Roheisenerzeugung im Wege des Hochofenprozesses durchgeführt werden. Zu diesem Behufe werden die Erze unter Beigabe von sog. »Zuschlägen« mit Anwendung von Holzkohle, Koks oder Anthrazit als Brennstoff und mit Zuhilfenahme von gepreßter Luft im Hochofen geschmolzen. Die Zuschläge haben den Zweck, mit den nicht flüchtigen Verunreinigungen des Erzes seine »Schlacke« zu bilden, während das E. teils durch den Kohlenstoff des Brennstoffes, teils durch die Einwirkung kohlenstoffhaltiger Gase reduziert wird und bei der im Hochofen herrschenden Temperatur, ebenso wie die Schlacke im flüssigen Zustande, in Form von Roheisen resultiert. Dieses weist je nach Beschaffenheit der Rohmaterialien und entsprechender Führung des Hochofenprozesses einen verschiedenen Gehalt an Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel und allenfalls anderer Fremdkörper auf.

Der Hochofen ist ein aus besten feuerfesten Ziegeln gemauerter, hoher runder Schachtofen, der seiner Form nach aus zwei mit der Grundfläche aufeinander gesetzten, abgestumpften Kegeln besteht. Der obere, höhere, kegelförmige Teil ist der eigentliche »Schacht« des Hochofens, der anschließend nach unten zu verengte Kegelstumpf wird die »Rast« genannt, und setzt sich in einen zylindrischen Teil fort, der als das »Gestell« des Hochofens bezeichnet wird und zur Aufnahme des geschmolzenen E. und der Schlacke dient. Die Berührungsebene der beiden kegelförmigen Ofenteile, die den größten Querschnitt des Hochofens darstellt, heißt der »Kohlensack«. Höhe und Breite des Hochofens hängen von den örtlichen Verhältnissen der Roheisenerzeugung ab und sind vor allem durch die Beschaffenheit der zu verhüttenden Erze sowie des in Betracht kommenden Brennstoffes gegeben. Selbstverständlich hängt die Leistungsfähigkeit des Hochofens ganz besonders von seinen Abmessungen ab. Als Maße, die heute recht häufig angetroffen werden, können eine Gesamthöhe von 25–30 m und eine Weite im Kohlensack von 6–8 m gelten. Die Füllöffnung des Hochofens, durch die einerseits der Brennstoff, anderseits das Erz mit seinen Zuschlägen in abwechselnden Schichten eingebracht wird, nennt der Hüttenmann die »Gicht«, die Operation des Beschickens selbst, das »Begichten« des Hochofens. Der, das Ofengestell nach unten abschließende Boden des Hochofens genannt der »Bodenstein«, ferner die Wandungen des Gestells und häufig auch die der Rast müssen beständig durch kräftige Wasserkühlung vor Zerstörung geschützt werden, um ein Ausbrechen von Schlacke und Roheisen zu verhüten. Die Öffnung, durch die das erblasene Roheisen mehrmals des Tages abgelassen wird, das sog. »Abstichloch«, befindet sich knapp über dem Bodenstein. Die Schlacke, die sich infolge ihres geringeren spezifischen Gewichtes auf dem flüssigen E. sammelt, wird an einer entsprechenden höheren Stelle der Gestellwand durch den »Schlackenabstich« abgelassen. Die für den Betrieb des Hochofens notwendige Gebläseluft (in der Hüttensprache »Hochofenwind« genannt) wurde in den Anfängen der Hochofenindustrie mit Gebläsen erzeugt, die durch Wasserräder angetrieben wurden. Heute wird zum Antriebe der Gebläse der Dampf in Gestalt der Kolben- oder Turbogebläse und das »Hochofengichtgas« selbst als motorische Kraft verwendet. Der je nach Umständen auf 0∙3 bis 1 Atm. gepreßte Hochofenwind wird heutzutage fast ausnahmslos in mehr oder weniger hocherhitztem Zustande verwendet, was gegenüber dem Betriebe mit kaltem Wind den Vorteil großer Brennstoffersparnisse und wesentlich gesteigerter Erzeugungsfähigkeit des Hochofens mit sich bringt. Die Vorwärmung des Hochofenwindes geschieht in den sog. Winderhitzungsapparaten, die große, mit Hochofengas geheizte Wärmspeicher darstellen, in denen dem Heizgase eine möglichst große Oberfläche dargeboten wird. Die seinerzeit verwendeten eisernen Winderhitzer sind jetzt wohl durchwegs durch steinerne Apparate verdrängt, unter denen der in verschiedenen Ausführungen angewendete »Cowper-Apparat« heute der verbreitetste ist. Die Temperatur, auf die der Hochofenwind gebracht wird, ist sehr verschieden und richtet sich nach der Beschaffenheit der Beschickung und der Qualität der Erzeugnisse. Sie schwankt im allgemeinen zwischen 350–900° C. Die Einführung des heißen Windes in den Hochofen geschieht von einem um den Ofen gelegten Kranzrohre aus durch gußeiserne Düsen, die im oberen Teile des Gestells angebracht sind. Der vordere, in den Ofen hineinragende Teil der Düsen, die sog. »Blaseform«, ist doppelwandig aus Kupfer hergestellt und muß unausgesetzt und intensiv mit Wasser gekühlt werden. Solcher Formen pflegen an modernen, größeren Hochöfen gewöhnlich 8–16 vorhanden zu sein.

Dort, wo das Roheisen keine unmittelbare Weiterverarbeitung erfährt, wird es aus dem Hochofen in Gußbetten abgelassen und daselbst in flache, pfannenartige Formen aus Sand oder Gußeisen zu Stücken gegossen, die den Namen »Gänze« oder »Masseln« führen. Soll das Roheisen jedoch im flüssigen Zustande sofort weiterverarbeitet werden, dann wird es in Pfannen abgestochen und in diesen zum Stahlwerk befördert und dort in den Konverter, Martinofen oder vorerst auch in einen Roheisenmischer eingegossen. Letzterer ist ein in großen Betrieben häufig zwischen Hochofen und Stahlwerk eingeschalteter Roheisenbehälter von 100–1000 t Inhalt, der sowohl in gasgeheizter als auch ungeheizter Form verwendet wird. Der Mischer spielt die Rolle eines Vorrats- und Ausgleichsgefäßes[170] für das Roheisen und wird in vielen Fällen auch zur Durchführung chemischer Prozesse, wie zur Herabminderung des Schwefel- und des Siliziumgehaltes benutzt. Die Hochofenschlacke, die seinerzeit allenthalben ein lästiges Abfallsprodukt war, wird heute in vielfacher Hinsicht nutzbringend verwertet. Größtenteils wird sie durch Einfließenlassen in Wasser zu einem körnigen Sand geformt (»granuliert«), der für Bauzwecke ausgedehnte Anwendung findet. Kalkreiche Hochofenschlacke wird mit Vorteil zur Erzeugung von Schlackenziegeln und Schlackenzement benutzt. Ein wichtiges Abfallprodukt des Hochofenbetriebes ist das an der Gichtöffnung abgefangene »Gichtgas« geworden, das entweder zur Heizung von Dampfkesseln verwendet oder unmittelbar zur Erzeugung motorischer Kraft in Gasmaschinen ausgenutzt wird, wodurch die Ökonomie des Hochofenbetriebes in ganz bedeutendem Maße gesteigert wird. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß Roheisen auch bereits auf elektrischem Wege hergestellt wird, wenngleich diese Art der Roheisenerzeugung, sowohl mit Rücksicht auf ihre geringfügige Anwendung als auch vom wirtschaftlichen Standpunkte aus, heute nicht ins Gewicht fällt. Das Roheisen als Fertigprodukt in der Form von Gebrauchsgegenständen, die durch Schmelzen und Gießen in Formen gewonnen wurden, führt den Namen »Gußeisen«. Zum Zwecke des Gießens wird das Roheisen entweder in sog. »Kupolöfen« mit Hilfe von Koks oder in Flammöfen, die nach dem Siemensschen Regenerativprinzip eingerichtet sind, geschmolzen. Als Gußformen kommen solche aus einem plastischen Gemenge von Sand und Ton hergestellte, nur für einen Guß verwendbare oder gußeiserne Dauerformen, welch letztere den Namen »Kokillen« führen, in Anwendung. Gegenstände, die aus grauem Roheisen hergestellt wurden, pflegt man auch schlechthin als »Grauguß« zu bezeichnen, während Gußwaren, die durch Gießen in Kokillen aus Roheisen erzeugt wurden, das zum Weißwerden neigt und daher an der Gußhaut eine weiße, glasharte Schale bildet, »Hartguß« genannt werden.

Das schmiedbare E., das, wie bereits erwähnt, seiner Herstellungsweise nach sich in zwei Gruppen sondert, muß im Hinblick auf seine mechanischen Eigenschaften unabhängig von der Erzeugungsmethode in zwei Gattungen unterschieden werden, nämlich in »Schmiedeeisen« und »Stahl«. Der Unterschied dieser beiden Gattungen ist im wesentlichen in der Höhe ihres Kohlenstoffgehaltes zu suchen, derart, daß man unter Schmiedeeisen die kohlenstoffarmen Sorten des schmiedbaren E. versteht, während die kohlenstoffreichen Sorten unter dem Namen Stahl zusammengefaßt werden. Mit Rücksicht auf den Einfluß des Kohlenstoffes ist demnach das Schmiedeeisen durch größere Weichheit, Zähigkeit und Dehnbarkeit bei geringerer Festigkeit ausgezeichnet, wohingegen der Stahl verminderte Zähigkeit und Dehnbarkeit, jedoch größere Härte aufweist und im Zusammenhange damit die Eigenschaft besitzt, sich härten zu lassen. Darunter versteht man die Fähigkeit des Stahles im glühenden Zustande im Wasser abgeschreckt, seine Härte und Festigkeit wesentlich zu steigern. Die durch den Kohlenstoffgehalt bewirkte Erhöhung der Festigkeit des schmiedbaren E. erreicht bei einem Gehalt von ungefähr 1% ihre Grenze und nimmt darüber hinaus wieder ab. Das Gefüge des schmiedbaren E. wird mit zunehmendem Kohlenstoffgehalte feinkörnig, wodurch ebenfalls Stahl von Schmiedeeisen unterschieden werden kann. Die durch die Beschaffenheit des Gefüges, sowie die Festigkeitseigenschaften und die Härtbarkeit des Stahles gezogenen Grenzen sind keine so scharfen, daß sie jeden Zweifel über die Zugehörigkeit einer Eisensorte zur Kategorie des Schmiedeeisens oder des Stahles ausschließen würden, weshalb die Bezeichnung »Stahl« nicht immer einheitlich und richtig angewendet wird. Im allgemeinen bildet ein Kohlenstoffgehalt von ungefähr 0∙5% die Grenze, über die hinaus das schmiedbare E. überall »Stahl« genannt wird. Es geschieht allerdings häufig, daß E. mit wesentlich geringerem Kohlenstoffgehalt infolge Anwesenheit anderer härtender Bestandteile, wie des Mangans, seinen Festigkeitseigenschaften nach durchaus stahlartiges Verhalten zeigt, so daß man auch vielfach die Bruchfestigkeit von 55 kg/mm² als oberste Grenze des Schmiedeeisens ansieht. Die durch die mannigfaltigen Einflüsse der verschiedenen Fremdkörper hervorgerufenen Änderungen der Festigkeitseigenschaften des Schmiedeeisens und Stahles sind selbstverständlich Gegenstand der größten Aufmerksamkeit des Eisenhüttenmannes, der sowohl die chemische Zusammensetzung als auch das mechanische Verhalten seiner Erzeugnisse unausgesetzt im Auge behält und ihrem künftigen Verwendungszweck anpaßt.

Das Wesen der hüttenmännischen Erzeugung von Schmiedeeisen und Stahl ist die Herabminderung des Gehaltes der im Roheisen vorhandenen fremden Körper durch deren Oxydation mit dem Sauerstoff der Luft oder[171] durch Anwendung von möglichst sauerstoffreichen Eisenerzen. Dieser Verbrennungsprozeß der Fremdkörper führt den hüttenmännischen Namen das »Frischen« des Roheisens. Für die Erzeugung des im teigartig erweichten Zustande gewonnenen Schweißeisens kommen zwei Herstellungsarten, nämlich das »Herdfrischverfahren« und der »Puddelprozeß« in Betracht. Das erstere Verfahren hat heute kaum mehr als historische Bedeutung; es wird nur noch ganz vereinzelt angetroffen und seine Erzeugnisse haben lediglich als Ausgangsmaterial für die Tiegelstahlfabrikation Bedeutung. Da zur Durchführung des Herdfrischverfahrens ausschließlich Holzkohle verwendet werden kann, bedeutete die Erfindung des Puddelprozesses, der sich auf Steinkohlenfeuerung gründet, einen großen Fortschritt in der Schweißeisenerzeugung. Mehr als ein halbes Jahrhundert beherrschte dieses Verfahren die Massenerzeugung von Schmiedeeisen und Stahl. Auf den Höhepunkt seiner Entwicklung gelangte es durch Benutzung der Regenerativgasheizung, allerdings erst zu einer Zeit, in der das Schweißeisen durch die überaus rasch entwickelten Flußeisenprozesse stark verdrängt wurde.

Ausgeführt wird das Puddelverfahren auf dem flachen Herd eines Flammofens durch Schmelzen des Roheisens und Frischen desselben durch Zugabe von Erz oder Eisenhammerschlag. Da die im Puddelofen herrschende Temperatur zum Schmelzen des resultierenden Schweißeisens oder Schweißstahles nicht ausreicht, erfolgt das Endprodukt in Form von mehr oder weniger kohlenstoffarmen Tropfen, die durch die in einem kräftigen Umrühren bestehende Operation des Puddelns, zu Klumpen vereinigt werden. Diese Eisenklumpen, genannt »Luppen«, die noch reichlich mit Schlacke durchtränkt sind, werden zunächst unter dem Hammer vom größten Teile ihres Schlackengehaltes befreit und sodann auf dem sog. Luppenwalzwerk zu flachen Stäben, die die Bezeichnung »Rohschienen« führen, ausgewalzt. Diese Rohschienen, die infolge immer noch vorhandener Schlackeneinschlüsse kein fertiges Erzeugnis darstellen, werden zum Zwecke weiterer Reinigung in je nach Bedarf längere oder kürzere Stücke geschnitten, die, zu »Schweißpaketen« gebündelt, in besonderen Schweißöfen nochmals kräftig erhitzt werden, worauf erst durch Schmieden oder Walzen die endgültige Formgebung erfolgt.

Lange Zeit hat das Schweißeisen den Wettbewerb mit dem Flußeisen überall dort erfolgreich bestanden, wo es sich um die Verwendung des allerweichsten, ganz kohlenstoffarmen Schmiedeeisens handelte, doch ist es dem Flußeisen, ganz besonders nach Ausgestaltung der basischen Flußeisenerzeugungsmethoden gelungen, das Schweißeisen auch auf diesem Gebiete aus dem Felde zu schlagen. Die moderne Schmiedeeisen- und Stahlerzeugung steht im Zeichen des »Flußeisens«. Der Umstand, daß jedes Flußeisen bei seiner Darstellung im flüssigen Zustande resultiert, macht es allen Methoden seiner Erzeugung gemeinsam, daß die erste Stufe der Formgebung ihres Produktes in dem Gießen in Formen besteht. Wo es sich darum handelt, das Flußeisen durch Walzen oder Schmieden weiterzuverarbeiten gießt man es in gußeiserne Dauerformen, auch hier »Kokillen« genannt. Ist jedoch endgültige, mehr oder weniger komplizierte Formgebung der Zweck des Gießens, dann kommen, wie in der Eisengießerei, meistenteils Sandformen für den Guß in Betracht. Das Herstellungsverfahren von Gebrauchsgegenständen aus Flußeisen durch Gießen heißt der »Stahlform–« oder »Stahlfassonguß«, das Erzeugnis, das in der Regel kohlenstoffreiches Flußeisen, bzw. Flußstahl ist, wird »Stahlguß« genannt.

Die Aufgabe der verschiedenen Flußeisenprozesse besteht nicht nur in der Reinigung des Roheisens von seinen fremden Begleitern, sondern vor allem auch darin, das im Verlaufe des Frischprozesses entstandene schmiedbare E. flüssig zu erhalten. Mit Ausnahme zweier Erzeugungsmethoden wird dieser letztere Zweck nur durch künstliche Wärmezufuhr erreicht. Jene beiden Verfahren, die ohne andere Wärmequelle als die Verbrennungswärme der Fremdkörper des Roheisens durchgeführt werden, sind die sog. »Windfrischverfahren«, u. zw. der »Bessemer«- und der »Thomasprozeß«. Das Wesentliche dieser beiden Prozesse ist die Verbrennung der Fremdkörper durch Hindurchblasen von hochgepreßtem Gebläsewind durch das flüssige Roheisen, wobei der Kohlenstoff in Form von Kohlenoxydgas entweicht, während die durch Oxydation ausgeschiedenen, nicht flüchtigen Bestandteile eine Schlacke bilden. Diese, von Sir Henry Bessemer im Jahre 1855 erfundene Methode von so umwälzender und weittragender Bedeutung besaß nur die eine Unvollkommenheit, daß sie die Verwendung phosphorreichen Roheisens ausschloß. Die Ausgestaltung des Bessemerverfahrens zur Verarbeitung phosphorhaltigen Roheisens erfolgte erst im Jahre 1878 durch Thomas und Gilchrist.

Der Unterschied zwischen dem Verfahren dieser Erfinder und dem ursprünglichen Bessemerprozesse besteht darin, daß bei letzterem Verfahren das Gefäß, in dem die Raffination des Roheisens vorgenommen wird, die sog. Bessemerbirne oder der »Konverter« genannt, mit kieselsäurereichem Futter ausgekleidet ist, während das Thomasverfahren im basischen Konverter mit einer kalk- oder magnesiareichen Auskleidung und unter Zugabe von gebranntem Kalk vor sich geht. Mit Rücksicht auf die Auskleidung des Konverters bezeichnet man daher häufig das Bessemerverfahren kurz als den »sauren«[172] und das Thomas verfahren als den »basischen Konverterprozeß«. Erst durch die Anwesenheit so starker Basen, wie Kalk und Magnesia, wird es möglich, den zu Phosphorsäure verbrannten Phosphorgehalt des Roheisens in der Schlacke des Thomasprozesses zu binden. Beim sauren Prozeß oder Bessemerprozeß im engeren Sinne liefert das Silizium die zur Durchführung des Verfahrens nötige Wärme, während beim basischen Prozesse der Phosphor der Träger der Wärmequelle ist. Das Nebenprodukt des Thomasprozesses, die an Phosphorsäure reiche »Thomasschlacke«, hat als künstliches Düngemittel hervorragende Bedeutung für die Landwirtschaft erhalten. Der Form nach ist der zur Durchführung der Windfrischprozesse dienende Konverter für beide Verfahren gleich, u. zw. ein birnenförmiges Gefäß, das von einem Blechmantel gebildet wird, an den sich die entsprechend stark bemessene feuerfeste Auskleidung schließt. Als saures Futter für den Bessemerprozeß wird entweder quarzreiches, in der entsprechenden Zusammensetzung natürlich vorkommendes Material oder eine Mischung von Quarz und Ton verwendet. Für den Thomasprozeß steht als basische Konverterzustellung gemahlener, totgebrannter Dolomit, gemischt mit Teer, in Gebrauch. Der Konverter ist in wagrechten Zapfen drehbar gelagert und an seinem breiteren Ende mit einem auswechselbaren Bodenstück ausgestattet, während das schmälere Ende – der sog. Konverterschnabel – offen ist. Der Boden ist aus dem gleichem Material hergestellt, wie die Wandungen des Konverters und enthält die Düsenöffnungen, durch die der gepreßte Gebläsewind in das flüssige E. eingeführt wird. Zur Aufnahme des Roheisens wird der Konverter so weit geneigt, daß die Schnabelöffnung, durch die das zu verarbeitende Roheisen, in der Mehrzahl der Fälle direkt vom Hochofen kommend, bzw. nach Passieren eines Roheisenmischers, eingegossen wird, ungefähr in Zapfenhöhe zu liegen kommt. Nur wo die räumliche Entfernung zwischen dem Thomas- oder Bessemerstahlwerk und dem Hochofen die unmittelbare Weiterverarbeitung des Roheisens, wie es vom Hochofen kommt, nicht gestattet, muß es vorerst in Kupolöfen oder Siemensgasöfen umgeschmolzen werden. Nach dem Anlassen des Gebläses erfolgt in aufrechter Stellung des Konverters das Blasen der »Charge«, wie der hüttenmännische Ausdruck für den Konvertereinsatz lautet. Dieses geht unter gewaltiger Flammenentwicklung vor sich, die auf Verbrennung des bei der stürmischen Oxydation des Kohlenstoffes gebildeten Kohlenoxydgases beruht. Das Bessemerverfahren ist mit der vollständigen Verbrennung des Kohlenstoffes beendet, während beim Thomasverfahren erst nach vollzogener Entkohlung die Ausscheidung des Phosphors beginnt. Nach dem Fertigblasen und Abgießen der Schlacke erhält das Material die sog. »Rückkohlungszusätze«, die den Zweck haben, den im Verlaufe des Frischprozesses meist gänzlich entfernten Kohlenstoff- oder Mangangehalt auf eine dem Verwendungszweck des Endproduktes entsprechende Höhe zu bringen. Als Rückkohlungsmaterial dienen vor allem das Ferromangan, häufig auch Spiegeleisen, außerdem bei Erzeugung von Flußstahl fester Kohlenstoff in Form von Koks- oder Holzkohlenpulver. Die Konverter sind heute meist für die Fassung eines Chargengewichtes von 15–20 t gebaut, das gewöhnlich in 15–20 Minuten raffiniert ist.

Die größte Entwicklung hinsichtlich der Menge der Erzeugnisse hat der Bessemerprozeß in den Vereinigten Staaten von Amerika erfahren, welches Land reich an entsprechenden, phosphorarmen Erzen ist. Der Thomasprozeß gewann seine größte Ausdehnung in Deutschland, wo er, gestützt auf das mächtige Vorkommen der phosphorreichen Minetteerze Lothringens, der führende Flußeisenprozeß ist.

Zehn Jahre nach dem Bessemerprozeß wurde das »Martinverfahren« erfunden, das in seinem heutigen Umfange von gleicher Bedeutung für die Flußeisenerzeugung ist, wie das Bessemer- und Thomasverfahren. Das Ziel des Martinverfahrens, das auf dem Herd eines mit Siemensscher Regenerativgasheizung versehenen Flammofens ausgeführt wird, war ursprünglich die Verwertung der verschiedenartigen, bei Erzeugung und Verarbeitung des Schmiedeeisens resultierenden Eisenabfälle, die den Sammelnamen »Eisenschrot« führen. Diese werden durch Zusammenschmelzen mit Roheisen in Flußstahl oder Flußeisen umgewandelt, wobei gewöhnlich der Prozentsatz an verwendetem Roheisen ein geringerer ist und nur dazu dient, durch seinen Kohlenstoffgehalt die Schmiedeeisenabfälle vor allzu starker oxydierender Wirkung der Heizgase zu schützen. Der Martinprozeß in dieser seiner ursprünglichen Form wird das »Martinschrotverfahren« genannt. Dieses wird sowohl auf sauer, wie auf basisch zugestelltem Herd durchgeführt. Überwiegend ist die Arbeitsweise im basischen Martinofen, da das saure Verfahren äußerst reine an Phosphor und Schwefel freie Rohmaterialien voraussetzt und anderseits auch zur Darstellung ganz kohlenstoffarmen Flußeisens nicht geeignet ist. Es ist demnach dem sauren Martinverfahren die Erzeugung kohlenstoffreicherer Flußeisen- und Stahlsorten, besonders auch solcher zur Formgußerzeugung bestimmter, vorbehalten. Im Laufe der letzten Jahrzehnte hat der basische Martinprozeß vielfach eine bedeutsame Wandlung durch Steigerung der verwendeten Roheisenmenge erfahren, die schließlich dazu führte, auch nur Roheisen allein im Herdofen zu verarbeiten. Die so erfolgte Ausgestaltung des basischen Martinverfahrens zu einem Frischprozesse machte ganz ungeahnte Fortschritte durch Anwendung flüssigen Roheisens, besonders auch unter Zuhilfenahme von Roheisenmischern, die gleichfalls gasgeheizt ausgeführt werden und gewöhnlich einen Teil der Frischarbeit übernehmen. Das in dieser Form als der »Martinroheisenprozeß« bezeichnete Verfahren umfaßt den örtlichen Betriebsverhältnissen Rechnung tragend, verschiedene Abarten, wie das »Bertrand-Thiel-,« »Hösch-« und »Surzyckiverfahren«, sowie den »Monell-« und »Talbotprozeß«.[173]

Der Martinofen selbst ist ein Flammofen mit ziemlich flachem, schüsselartigem Herd, mit Generatorgas geheizt, das durch Vergasung von Stein- oder Braunkohle gewonnen wurde. Je nach den Betriebsverhältnissen wird er für ein Fassungsvermögen von 5–100 t Einsatz gebaut. Er ist stets dem Siemensschen Regenerativprinzip entsprechend mit vier Wärmespeichern versehen, die eine Vorwärmung des Gases und der Verbrennungsluft auf 1000–1500 ° C. gestatten. Erst die Anwendung der Gasheizung nach dem Siemensschen System ermöglicht es, die zum Schmelzen kohlenstoffarmen Flußeisens nötige Temperatur zu erzeugen. Zuweilen wird der Herd des Martinofens drehbar gelagert und der Ofen sodann ein kippbarer Martinofen genannt, wie solche beim Talbotprozeß in Anwendung kommen. Seit Ausgestaltung des Roheisenverfahrens ist der Martinprozeß ein mächtiger Nebenbuhler des Bessemer- und Thomasprozesses geworden, gegenüber dem er den Vorteil größerer Unabhängigkeit von der Beschaffenheit des in Betracht kommenden Rohmaterials besitzt.

Die hauptsächlichen Erzeugnisse des Martinprozesses sind die gleichen, wie die des Bessemer- und Thomasverfahrens, wozu noch der größte Teil alles erzeugten Stahlformgusses hinzuzuzählen ist. Infolge der Eignung des Martinofens, dem in ihm befindlichen Einsätze gewisse Zusätze geben zu können, wird er in ausgedehntem Maße zur Erzeugung von Flußeisen- und -stahlsorten verwendet, die durch ihren besonderen Gehalt an Nickel, Chrom, Mangan, Silizium und anderen Körpern ausgezeichnet sind und als »legiertes Flußeisen«, bzw. »legierte Stahle« bezeichnet werden.

Die älteste Methode der Flußstahlerzeugung ist das »Tiegelstahlverfahren«, dessen Erfindung bis in die Mitte des 18. Jahrhunderts zurückreicht. Es stellt kein Flußstahlverfahren in dem Sinne wie der Bessemer- oder Martinprozeß dar, sondern ist lediglich als ein Veredlungsprozeß zu betrachten, der den Zweck hat, Schweiß- oder Flußstahl für besondere Verwendungszwecke zu einem Produkte von möglichst gleichartigem, vollkommen schlacken- und gasfreiem Gefüge umzugestalten. Dieses Endziel wird durch Schmelzen des Tiegeleinsatzes und Abstehenlassen des geschmolzenen Stahles in dünnflüssigem Zustande erreicht, wobei der Graphit- und Siliziumgehalt der Tiegelsubstanz im chemischen Sinne das Schmelzverfahren günstig beeinflusst.

Die Tiegel sind während des Schmelzprozesses durch Deckel geschlossen und dadurch vor oxydierenden Einflüssen, die Anlaß zur Gasbildung bieten könnten, geschützt. Die hohe Temperatur, der die Tiegel ausgesetzt werden, stellt große Anforderungen an das zu ihrer Herstellung verwendete Material und erheischt größte Sorgfalt bei ihrer Erzeugung. Das Rohmaterial für den Tiegeleinsatz bildet entweder Puddelstahl oder hierfür eigens erzeugter Herdfrischstahl, sehr häufig auch irgend ein Flußstahl, beispielsweise Martinstahl. Zum Zwecke leichterer Beschickung und besserer Ausnutzung des Tiegelinhaltes wird das Einsatzmaterial durch Schmieden oder Auswalzen in Stäbe von schwachen Dimensionen gebracht und in Form von kleinen Stücken für den Tiegeleinsatz verwendet. Auch reinstes Holzkohlenroheisen sowie in Verbindung mit Flußeisen kommt als Rohmaterial in Betracht. Bei Erzeugung legierten Tiegelstahles werden die entsprechenden Zusätze, wie Ferronickel, Ferrochrom, Ferrowolfram u.s.w. vor Einleitung des Schmelzverfahrens dem Tiegeleinsatze beigegeben.

Die Fassung eines Schmelztiegels beträgt selten mehr als 40 kg, und die Gewinnung des Inhaltes eines einzigen Tiegels repräsentiert das Tiegelstahlverfahren in seinen äußerst bescheidenen Anfängen. Es war somit anfänglich nur auf die Herstellung von Stahlblöcken kleinster Abmessungen beschränkt und gewann ganz hervorragend an Bedeutung als es Friedrich Krupp, dem Begründer der Essener Gußstahlfabrik, zu Beginn des 19. Jahrhunderts gelang, durch Vereinigung des Inhaltes zahlreicher Tiegel große Blöcke zu erzeugen. Von einschneidendem, förderndem Einfluß war hiermit im Zusammenhange auch für die Tiegelstahlfabrikation die Ausgestaltung der Gasfeuerung, die es ermöglichte, den Tiegelstahl in großem Umfange und vor allem auch wohlfeiler zu erzeugen. Das hauptsächlichste Verwendungsgebiet des Tiegelgußstahles ist höchstbeanspruchter, bester Werkzeugstahl und hochwertiger Konstruktionsstahl, wie solchen die Automobil- und Gasmotorenindustrie benötigt.

Das neueste Verfahren der Erzeugung von Flußeisen und Flußstahl gründet sich auf die Benutzung der Elektrizität als Wärmequelle. Es hat in bezug auf Bauart und Arbeitsweise der Öfen in mancher Beziehung Ähnlichkeit mit dem Martinverfahren, besitzt diesem gegenüber jedoch den Vorteil, daß der elektrische Strom eine ganz neutrale Wärmequelle darstellt, die keine anderen physikalischen oder chemischen Einflüsse auf das Metallbad ausübt. Letzterer Umstand macht das »Elektrostahlverfahren« einigermaßen mit der Tiegelstahlfabrikation vergleichbar. Als ein wesentlicher Vorzug fällt beim elektrischen Verfahren auch die leichte Regulierbarkeit der Temperatur ins Gewicht.

Die Form, in der die Elektrizität in Anwendung gelangt, ist der Wechselstrom, der entweder nach dem Prinzipe der elektrischen Induktion oder als elektrischer Lichtbogen zur Wärmeerzeugung herangezogen wird. Die auf dem Induktionsprinzipe gegründeten Elektroofen stellen nichts anderes als einen Wechselstromtransformator dar, dessen Sekundärstrom in einer einzigen, kurz geschlossenen Windung besteht, die durch das Einsatzmaterial selbst gebildet wird. Daraus leitet sich die ringförmige Gestalt dieser Öfen ab, deren erster, einfachster Typus der »Induktionsofen« von Kjellin ist. Durch[174] Kombination zweier derartiger Ringe, zwischen denen sich ein mit Polheizung versehener größerer Herdraum befindet, wurde der »Röchling-Rodenhausersche Ofen« gebaut, der von seinen Erfindern zur Nachraffination von Thomasstahl verwendet wird. Bei der anderen Art der elektrischen Öfen wird der zwischen Kohlenelektroden durch das Metallbad, bzw. die Schlacke geleitete elektrische Lichtbogen als Wärmequelle benutzt. Die gebräuchlichsten Formen dieses Ofensystems sind der »Héroultofen« und der elektrische Ofen von Girod. Erstgenannter ist jener Ofentypus, der augenblicklich die größte Verbreitung gefunden hat. Der Herd der elektrischen Öfen wird meist in ähnlicher Weise wie bei basischen Martinöfen mit Magnesit oder Dolomit hergestellt, neuestens jedoch auch »sauer« ausgekleidet.

Das Arbeitsverfahren der elektrischen Eisen- und Stahlerzeugung ist je nach den örtlichen Verhältnissen und dem verwendeten Ofensystem verschieden. Zur Durchführung metallurgischer Prozesse, besonders des Frischens durch Zusatz von Erz und Kalk sind mit Rücksicht auf die Art der Wärmezufuhr vornehmlich die Elektrodenöfen geeignet. Bei Verwendung kalten Einsatzes tritt gewöhnlich das Schmelzverfahren gegenüber einer etwaigen Nachraffination in den Vordergrund, während dort, wo flüssiger Thomas- oder Martinstahl in den Elektroofen eingesetzt wird, letzterem die Aufgabe zufällt, den Einsatz durch Überhitzen und bis auf das Äußerste getriebenes Frischen weitestgehend zu reinigen, um ihm nachher die beendigenden Rückkohlungs- oder legierenden Zusätze zu geben. Nach dem heutigen Stande der Dinge ist der wichtigste Gesichtspunkt, von dem aus die elektrische Eisen- und Stahlerzeugung betrachtet werden muß, die wirtschaftliche Seite des Verfahrens. Diese wird sich nur dort günstig gestalten, wo durch Verwertung von Hochofengas oder Ausnutzung natürlicher Wasserkräfte die Kosten der elektrischen Kraft sehr niedrig sind. Selbst in diesem Falle ist derzeit jedoch das elektrische Verfahren nur als Erzeugungsmethode edlerer Spezialartikel wirtschaftlich und vermag nicht, wie ursprünglich ins Auge gefaßt, auf dem Gebiete der Massenfabrikation den Wettbewerb mit dem Konverter- und Martinprozeß erfolgreich zu bestehen.

Der Vollständigkeit halber sind außer dem, durch die vorbeschriebenen Prozesse hergestellten Schweiß- und Flußeisen, bzw. -stahl noch zwei Eisensorten dem schmiedbaren E. hinzuzuzählen, die ihrem Wesen und ihrer Entstehung nach unmittelbar weder als Schweißeisen noch als Flußeisen anzusprechen sind. Diese sind der »schmiedbare Guß«, auch »Temperguß« oder »Glühstahl« genannt, der durch Glühen von aus möglichst reinem Roheisen hergestellten Gußwaren in Glühkisten unter Zusatz von sauerstoffreichen Erzen bei Luftabschluß gewonnen wird. Durch das Glühfrischen wird gegossenen Eisenerzen größere Zähigkeit sowie die Eignung, sich bearbeiten zu lassen, verliehen. Die zweite Gattung ist der »Zementstahl«, der durch Glühen von kohlenstoffarmem Schweiß- oder Flußeisen mit pulverförmigem Kohlenstoff bei Vermeidung von Luftzutritt erzeugt wird. Dieses Verfahren wird zur Herstellung von Gegenständen benutzt, die an dem in eben geschilderter Weise behandelten Teile infolge Kohlenstoffaufnahme stahlartige Eigenschaften angenommen haben, während der übrige Teil weiches Schmiedeeisen blieb.

Die hüttenmännische Formgebung des Schmiedeeisens und -stahles erfolgt durch »Schmieden«, »Pressen« oder »Walzen.« Das Schmieden wird mit Hämmern vorgenommen, zu deren Antrieb Wasserkraft, Dampf, Preßluft oder auch Elektrizität verwendet wird, letztere beispielsweise, wenn es sich um Transmissionshämmer handelt, die mittels Federkraft betrieben werden.

Je nach Art der zu leistenden Schmiedearbeit und Größe des Arbeitsstückes besitzen die Schmiedehämmer großes Fallgewicht bei langsamer Wirkungsweise oder sie leisten die Schmiedearbeit durch rasch aufeinander folgende Schläge kleiner Fallgewichte. Die in letzterer Art wirkenden Hämmer nennt man »Schnellhämmer« und verwendet sie hauptsächlich zum Ausstrecken des Arbeitsstückes bei ganz einfacher Formgebung, wie dies z.B. beim Schmieden des Werkzeugstahles der Fall ist. Im Gegensatz zu dieser Schmiedearbeit steht die sog. »Fassonschmiederei«, die sich mit der Herstellung komplizierter Formen durch Schmieden und Pressen, meist unter Anwendung sog. »Gesenke«, befaßt. Die letzteren sind eiserne Einschubstücke, die an dem niederfallenden Teile des Hammers, dem Hammerbären, sowie dem Amboß befestigt werden und, den Gußformen gleich, die erwünschte Form des Arbeitsstückes vorgebildet enthalten.

Zur Herstellung von Schmiedestücken großer Abmessungen verwendet man, der hohen, gleichförmig zu verteilenden Druckäußerung wegen, dampfhydraulische Schmiedepressen, die bis zu einer Stärke von 2000 t gebaut werden. Dem Schmieden und Pressen folgt in der Regel das Ausglühen, das den Zweck hat, etwaige im Verlaufe der Verarbeitung im Schmiedematerial aufgetretene Spannungen zu beseitigen. An das Ausglühen schließt sich in Fällen, wo der Verwendungszweck des aus Stahl gefertigten Erzeugnisses dies wünschenswert erscheinen läßt, das Härten an. Dieses wird unter genauer Beobachtung der für jede Stahlsorte günstigsten Härtetemperatur durch Eintauchen der erwärmten Gegenstände in Wasser, Öl oder Salzlösungen vorgenommen.

Weitaus der überwiegende Teil alles Schmiedeeisens und -stahles erhält seine Formgebung durch das »Walzen«. Der Vorgang des Walzens besteht in dem Formen, Strecken und Breiten des E. beim mehrfachen Hindurchgang zwischen zwei zylindrischen, mit der Achse paralell gestellten Walzen, die in entgegengesetztem Sinne gedreht werden.

Vermöge der Reibung wird das Walzgut von den Walzen erfaßt und zwischen diesen fortbewegt. Sie[175] sind aus Gußeisen, gegossenem oder geschmiedetem Stahl gefertigt und enthalten eine Anzahl »Kaliber« eingeschnitten, die, der Querschnittsabnahme des Walzgutes Rechnung tragend, der Form und den Abmessungen des gewünschten Enderzeugnisses entsprechen. Die Zapfen der Walzen sind meist wagrecht in sog. »Walzenständern« gelagert, die gemeinsam mit den Walzen die sog. »Walzgerüste« bilden. Die Vereinigung mehrerer, gleichzeitig angetriebener Walzgerüste wird ein »Walzwerk«, auch »Walzstrecke« oder »Walzenstraße« genannt. Der Antrieb der Walzwerke erfolgt durch Dampfmaschinen, Gasmotoren, elektrische Motoren oder auch durch Wasserräder. Besitzen die Walzgerüste nur je zwei übereinander befindliche Walzen, dann spricht man von einem »Duowalzwerk« oder einer »Duostraße«, und wenn die Drehrichtung einer solchen Duostraße nach jedem Durchgang des Walzstückes verkehrt wird, führt sie die Bezeichnung »Reversierstrecke« oder »Umkehrwalzwerk«. Neuestens werden Duowalzwerke auch mit Walzgerüsten verwendet, in denen zwei Paare Walzen sich übereinander befinden und die »Doppelduos« heißen, oder es werden durch Hintereinanderstellen mehrerer Duowalzgerüste sog. »kontinuierliche Walzwerke« gebildet. Wenn die Walzgerüste drei übereinander gestellte, in ununterbrochenem Umlauf befindliche Walzen enthalten, in welchem Falle das Walzgut abwechselnd zwischen der oberen Walze und der Mittelwalze und dieser und der unteren Walze hindurchgeht, wird das Walzwerk eine »Triostrecke« genannt.

Walzwerke, die die Aufgabe haben, die durch Gießen des Flußeisens oder Flußstahles in die Kokillen erzeugten Blöcke, sog. »Ingots«, auf gewalztes Halbfabrikat schwächerer Abmessungen herabzuwalzen, führen den Namen »Blockwalzwerke« und werden nur in jenen größeren Hüttenwerken angetroffen, wo es die Rücksicht auf leichtere Bewältigung der Massenproduktion erforderlich macht, das erzeugte Flußeisen zu großen Ingots von 2–4 t Gewicht zu gießen. Die Erzeugnisse des Blockwalzwerkes bilden das Ausgangsmaterial für die auf anderen Walzwerken vor sich gehende Verarbeitung auf »Fertigfabrikate« und werden im Gegensatze zu den letzteren als »Halbfabrikate« bezeichnet. Man nennt diese »Brammen«, wenn sie einen flachrechteckigen Querschnitt besitzen und zur Blecherzeugung bestimmt sind, während man Halbfabrikat von einem dem Quadrate nahen Querschnitt als »Zaggel« bezeichnet. Halbfabrikat schwächster Abmessung, wie das zur Erzeugung von Bandeisen oder Draht verwendete, führt den Namen »Knüppel«. Unter den Fertigfabrikaten der Walzwerke sind die wichtigsten: Eisenbahnschienen, Träger, Stabeisen, Bandeisen, Draht und Blech. Als »Stabeisen« pflegt man Walzprodukte von einfachem Querschnitt, wie dem runden, rechteckigen oder quadratischen zu bezeichnen und spricht im Handel unter Hinweis auf die Form der Walzware von Rundeisen, Flacheisen, Quadrateisen oder Rundstahl, Flachstahl und Quadratstahl. Im Gegensatz zum Stabeisen werden Walzwaren komplizierteren Profiles als »Fassoneisen« bezeichnet, wie z.B. Winkel, T-Eisen, Schwellen u. dgl. Das Blech wird nach seiner Dicke in »Grobblech« und »Feinblech« unterschieden. Für die Zwecke des Brückenbaues wird auf Universalwalzwerken das sog. »Breiteisen« erzeugt. Dieses stellt Blechstreifen dar, die auch an den Schmalseiten scharfkantig sind, da das Universalwalzwerk außer den wagrechten Walzen noch vor diese gestellte lotrechte besitzt, die das Walzstück an den Seiten bearbeiten. Mit Rücksicht auf den Walzendurchmesser unterscheidet man die Walzwerke in »Grob-«, »Mittel-« und »Feinstrecken« und benennt sie anderseits auch nach ihren Erzeugnissen Schienen-, Träger-, Blech-, Stabeisen-, Draht- oder Bandeisenwalzwerke. Als Walzwerke, die der Erzeugung besonderer Spezialartikel dienen, sind noch die »Tyres- oder Bandagen Walzwerke« zu nennen, zwischen deren lotrechten Walzen die Radreifen der Eisenbahnwagen gewalzt werden. Auch sei nicht unerwähnt, daß das Walzverfahren ausgedehnte Anwendung für die Erzeugung von Röhren und Hohlkörpern findet. Das Walzen von Schmiedeeisen und -stahl im hüttenmännischen Sinne wird bei Rot- bis Gelbhitze des Walzgutes vorgenommen. In gewissen Fällen folgt auf das Walzen im warmen Zustande noch ein sog. »Kaltwalzen«, das nicht den Zweck der Formgebung und Streckung des Walzgutes hat, sondern auf seine genaueste Dimensionierung abzielt.

Czeike.