XXX. Ueber Stahlbereitung mit französischem Roheisen, welches bisher als dazu nicht verwendbar betrachtet wurde; von E. Fremy. Aus den Comptes rendus, August 1862, t. LV p. 297. Fremy, über Stahlbereitung mit unreinem französischem Roheisen. Frankreich besitzt im Ueberfluß gute Eisenerze, aber das Brennmaterial ist in unserem Lande theuer und die Transportmittel sind noch kostspielig. Wir sind daher auf diejenigen metallurgischen Methoden angewiesen, wobei die guten französischen Erze in Bezug auf den Gestehungspreis des Productes die Hauptrolle spielen und das Brennmaterial den geringsten Einfluß auf denselben hat. Die Eisenhüttenwerke liefern der Industrie das Eisen bekanntlich als Roheisen, Schmiedeeisen und Stahl. Letzterer besitzt in hohem Grade die sämmtlichen guten Eigenschaften des Schmiedeeisens und des Roheisens, ohne deren Mängel. Der Stahl kann nämlich wie das Roheisen geschmolzen, wie das Schmiedeeisen gewalzt und ausgestreckt werden; er läßt sich Härten und behält dann nach dem Anlassen jeden gewünschten Grad von Elasticität und Härte; er besitzt einen Widerstand gegen das Zusammendrücken, welcher größer als beim Roheisen und zweimal so groß wie beim Schmiedeeisen ist; die Schmelzung ertheilt ihm eine solche Gleichförmigkeit, daß man alles Vertrauen in die aus ihm verfertigten Waffen und Werkzeuge setzen kann. Der Gußstahl ist daher der geeignetste Körper für die neuen Anwendungen des Eisens in der Industrie, der Marine und dem Kriege. Nach welchem Verfahren soll nun Frankreich die beträchtlichen Massen von Gußstahl erzeugen, deren es bald bedürfen wird? Die in Yorkshire gebräuchliche Methode der Stahlfabrication liefert ein vortreffliches Product, aber bei diesem Verfahren ließ sich die Schmelzung bisher in praktischer Weise nur in Tiegeln bewerkstelligen, deren jeder 20 Kilogr. Stahl enthält. Die Flammöfen, worin man die Schmelzung des Stahls versucht hat, lieferten bis jetzt keine genügenden Resultate. Diese Methode erheischt überdieß die Anwendung eines besonderen, zur Stahlbildung geneigten Schmiedeeisens, das sehr theuer ist, und außerdem einen beträchtlichen Brennmaterialaufwand, welcher dem sechs- bis siebenfachen Gewicht des gewonnenen Stahls entspricht. Frankreich kann daher wegen des hohen Preises seiner Brennmaterialien in der Stahlbereitung nach der Methode von Yorkshire mit England nicht concurriren. Um in Frankreich Gußstahl in beträchtlichen Massen zu fabriciren, muß man also ein Verfahren ermitteln, welches das inländische Roheisen mit großer Ersparniß an Brennmaterial zu verwenden gestattet. Auf dieses Ziel waren alle meine Anstrengungen gerichtet. Als ich meine Arbeiten über den Stahl unternahm, glaubte man allgemein, daß wir in Frankreich, um Stahl bester Qualität zu erzeugen, genöthigt seyen das dazu geeignete Schmiedeeisen aus Schweden oder Rußland zu beziehen. Man nahm allgemein an, daß es unmöglich sey, zur Stahlbereitung ein Schmiedeeisen anzuwenden, welches nicht aus seinem Erze die Neigung zur Stahlbildung empfangen hat. Ich habe niemals die Wichtigkeit dieser Neigung zur Stahlbildung bezweifelt, welche das im Norden erzeugte Schmiedeeisen in so hohem Grade besitzt und die von Leplay so gut studirt wurde; ich wollte aber durch meine Untersuchungen über den Stahl beweisen, daß die Chemie dieses metallurgische Geheimniß aufklären kann; ich wollte die Natur der Körper bestimmen, welche das Schmiedeeisen in Stahl verwandeln, und zeigen daß sich zur Stahlbereitung solches Roheisen und Schmiedeeisen verwenden läßt, von welchen man bisher annahm, daß sie keine Neigung zur Stahlbildung besitzen. Um die Ursache dieser Neigung zur Stahlbildung zu bestimmen, welche das schwedische und russische Schmiedeeisen besitzt, suchte ich vorerst auf synthetischem und analytischem Wege die wahre Constitution des Stahls festzustellen. Aus meinen Versuchen geht hervor, daß bei der Stahlbildung der Kohlenstoff nicht das einzige nützliche Element ist, indem andere Metalloide, wie der Phosphor und Stickstoff, dabei ebenfalls eine wichtige und constituirende Rolle spielen. Ich habe außerdem nachgewiesen, daß diese stahlbildenden Körper auf das Schmiedeeisen nur dann genügend einwirken können, wenn sie in geeigneten Verhältnissen angewandt werden und wenn das Schmiedeeisen frei von Körpern ist, welche wie der Schwefel, die Wirkung jener Metalloide aufheben. Die Neigung zur Stahlbildung, welche das im Norden erzeugte Schmiedeeisen besitzt, hängt also von folgenden zwei Umständen ab: 1) von seinem Gehalt an eigenthümlichen Elementen, welche ich kennen gelehrt habe und die durch die Cementation vervollständigt werden; 2) von der Abwesenheit schädlicher Verbindungen, welche sich der Stahlbildung widersetzen. Durch diese Schlüsse aus meinen Arbeiten schien mir die so wichtige Frage der Stahlbereitung mittelst französischer Eisenerze klar festgestellt zu seyn. War es nicht offenbar, daß man, um Stahl mit unseren Erzen zu fabriciren, durch ein kräftiges Frischen aus unserem Schmiedeeisen und unserem Roheisen die darin befindlichen schädlichen Verbindungen ausscheiden und dem anzuwendenden Eisen gleichzeitig die ihm fehlenden stahlbildenden Körper verleihen muß? Man war auf einem falschen Wege, als man zur Stahlbereitung ein schlecht gereinigtes französisches Schmiedeeisen anwenden wollte, oder in dieses Schmiedeeisen ein unzureichendes Element, den Kohlenstoff, einzuführen suchte. Ich hatte diese Principien in einer Reihe, der Akademie der Wissenschaften eingereichter AbhandlungenMitgetheilt im polytechn. Journal Bd. CLVIII S. 209, Bd. CLX S. 43, 122 und 362. entwickelt; es war mir sogar in meinem Laboratorium gelungen, vortrefflichen Stahl mit französischem, zur Stahlbildung nicht geneigten Schmiedeeisen darzustellen. Ich fühlte aber wohl, daß es nöthig sey meine wissenschaftlichen Nachweisungen durch die in einem Stahlwerk erhaltenen Resultate unterstützen zu können, um ihnen bei den Praktikern Eingang zu verschaffen. Glücklicherweise gestattete mir W. Jackson, der Director des Stahlwerks von Saint-Seurin, daselbst eine Reihe von Versuchen auszuführen. Jackson hat seit mehreren Jahren sein Stahlwerk mit dem Bessemer'schen Apparat versehen und wird in seinen Arbeiten von de Cizancourt, einem unserer geschicktesten Ingenieure, unterstützt; bei ihm befand ich mich daher in den günstigsten Verhältnissen, um alle auf die Stahlbereitung mit französischem Roheisen bezüglichen Fragen zu lösen. Bei meinem Aufenthalt in England während der dießjährigen allgemeinen Industrie-Ausstellung sah ich den Bessemer'schen Apparat nur einmal in Betrieb. Dieses Verfahren, wodurch das Roheisen in einigen Minuten verfrischt wird, machte auf mich einen großen Eindruck, hinterließ bei mir aber ernstliche Zweifel an der Güte des Stahls, welchen es liefern kann. Das Product war in meiner Gegenwart keiner Prüfung unterzogen worden, und alle meine Collegen in der englischen Jury, erfahrene Stahlfabrikanten, behaupteten daß der Bessemer-Stahl sich nur in sehr unregelmäßiger Weise Härten läßt und dem gewöhnlichen Gußstahl nicht gleichgestellt werden kann. Ich wußte, daß mehrere englische Stahlwerke das neue Verfahren ohne Erfolg angewandt hatten; Bessemer hatte mir selbst gestanden, daß ihm die Behandlung gewisser phosphor- und schwefelhaltigen Roheisensorten, welche ihm aus Frankreich übersendet wurden, gänzlich mißlang. Ich verließ daher England mit der Ueberzeugung, daß das Bessemer'sche Verfahren wirklich sehr schätzbar ist, um gewisse fremde Roheisensorten zu verfrischen; ich befürchtete aber, daß unser Kohks-Roheisen zu viel Schwefel und Phosphor enthält, um nach der neuen Methode mit Vortheil verfrischt werden zu können. Alle meine Befürchtungen mußten jedoch durch die Versuche, welche wir zu Saint-Seurin angestellt haben, verschwinden. Bekanntlich ist das Frischen nach Bessemer's Methode eine sehr einfache Operation; während sich das Roheisen in geschmolzenem Zustande in einer Art Retorte aus starkem Eisenblech befindet, welche mit feuerfestem Thon gefüttert ist, treibt man durch dasselbe einen Luftstrom; dieser, anstatt das Roheisen abzukühlen, wie man glauben könnte, erhitzt es im Gegentheil in Folge der Verbrennung der im Roheisen befindlichen Körper, welche oxydirbarer als das Schmiedeeisen sind; diese Körper verschwinden nach und nach in einer Ordnung, welche von ihrer Oxydirbarkeit und ihrer Verwandtschaft zum Schmiedeeisen abhängt. Dieses kräftige Frischen, welches 20 bis 30 Minuten dauert, verwandelt das Roheisen in eine Art verbrannten oder stickstoffhaltigen Schmiedeeisens, welches außerordentlich spröde ist und sich bisher gar nicht verwenden ließ; wenn man aber in dieses geschmolzene Schmiedeeisen eine kleine Menge Roheisen einführt, welches geeignet gewählt ist und stahlbildende Bestandtheile enthält, so erhält man sofort Stahl. Bevor ich diese sinnreiche Methode zur Behandlung des französischen Roheisens anwandte, hatte ich mehrere wichtige Fragen durch Versuche zu lösen. Ich habe gesagt, daß der Bessemer-Stahl durch Vereinigung des geschmolzenen stickstoffhaltigen Schmiedeeisens mit einer kleinen Menge stahlbildenden Roheisens entsteht. Dieses geschmolzene Schmiedeeisen, welches den größten Theil des Bessemer-Stahls bildet, zeigt Eigenschaften, welche nach der Zusammensetzung des Roheisens, woraus es entstand, variiren; so wird ein Roheisen, welches Phosphor, Arsenik oder Schwefel enthält, im Bessemer-Apparat immer ein Schmiedeeisen geben, das einen Ueberschuß von Phosphor, Arsenik oder Schwefel enthält und sich schwer in Stahl verwandeln läßt. Unsere erste Sorge war daher, Reinigungsmethoden zu ermitteln, welche sich für schlecht gereinigtes französisches Schmiedeeisen benutzen lassen, und kräftige stahlerzeugende Wirkungen anzuwenden, um solchem Schmiedeeisen zu verleihen was ihm zur Stahlbildung mangelt. Wir stellten vorerst eine Reihe synthetischer Versuche an, um die Bedingungen der Stahlbildung für die Hauptsorten des französischen Schmiedeeisens festzustellen. Zu unseren Operationen benutzten wir die zur Stahlschmelzung gebräuchlichen großen Tiegel; jeder Tiegel wurde mit beiläufig 20 Kilogr. Gemenge chargirt. Nach vier- bis fünfstündiger Schmelzung erhielten wir zahlreiche Stäbe, welche sofort bezüglich des Gerbens, Ausstreckens, Härtens und Anlassens probirt wurden. Aus diesen Versuchen gieng unzweifelhaft hervor, daß fast alle Sorten gehörig gereinigten französischen Schmiedeeisens vortrefflichen Stahl liefern können. Diese wichtige Thatsache gab uns gute Hoffnung für die Versuche, welche wir nun im Bessemer-Apparat vornahmen. 1000 Kilogr. französisches Kohks-Roheisen wurden in den Bessemer-Apparat eingeführt und nach der Methode behandelt, welche Jackson seit längerer Zeit zum Verfrischen gewisser ausländischen Roheisensorten anwendet. Die Operation hatte einen ganz regelmäßigen Verlauf; der Abgang überschritt nicht 10 Procent; die Stäbe waren regelmäßig und ohne Blasen; unter dem Stempelhammer konnten sie aber das Ausstrecken nicht ertragen und verwandelten sich gewissermaßen in Pulver. Zwei neue Versuche, unter denselben Umständen wiederholt, gaben ebenfalls einen Stahl, welcher das Ausstrecken nicht ertrug. Nach diesen mißlungenen Versuchen – welche mir übrigens den Widerstand erklärten, den die neue Stahlbereitungsmethode jetzt noch in Frankreich und England findet – hätte ich wahrscheinlich geglaubt, daß das französische Kohks-Roheisen sich nicht zur Stahlfabrication nach Bessemer's Methode eignet, wenn nicht vorher unsere im Tiegel angestellten synthetischen Versuche festgestellt hätten, daß sich nach dieser Methode selbst mit unreinem französischem Schmiedeeisen guter Stahl erzeugen läßt. Indem wir alsdann unsere Reinigungsmittel vervollkommneten und stärkere stahlerzeugende Kräfte als die vorhergehenden anwandten, gelang es uns auf regelmäßige Weise vortrefflichen Stahl mittelst französischen Roheisens zu erzeugen, welches bisher als zur Stahlbereitung nicht geeignet betrachtet wurde. Auf diese Weise wurden mehrere Tausend Kilogramme Stahl erhalten, und zwar nach Belieben harter oder weicher; dieser Stahl läßt sich leicht schweißen und Härten; es wurden daraus Werkzeuge, wie Drehhaken, Grabstichel, Messerklingen etc. angefertigt. So haben wir in 25 Minuten mit einem französischen Roheisen, wovon 100 Kilogr. beiläufig 10 Francs kosten, einen Gußstahl erzeugt, wovon 100 Kilogr. um 150 Fr. verkäuflich sind. Es gelang uns auch, das durch den kalten Hohofengang erzeugte (weiße) Roheisen, welches bisher im Bessemer-Apparat nicht behandelt werden konnte, ebenso wie das durch den hitzigen Hohofengang gewonnene (graue) Roheisen in vortrefflichen Stahl zu verwandeln. Endlich haben wir bei unseren synthetischen Versuchen über das Schmiedeeisen die vollständige Schmelzung desselben bewerkstelligt und Stäbe von geschmolzenem Schmiedeeisen erhalten, welche viel zäher und homogener sind als das gewöhnliche geschmiedete Stabeisen; in diesem neuen Zustande läßt sich das Schmiedeeisen, für sich allein oder mit Stahl gemischt, vortheilhaft zur Anfertigung der Waffen verwenden. Alle für die Fabrication des französischen Stahls interessanten Fragen wurden daher zu Saint-Seurin unter der technischen Leitung von W. Jackson gelöst. Dieß sind die Hauptthatsachen, welche ich zur Kenntniß der (französischen) Akademie bringen wollte; ich begnüge mich gegenwärtig die Resultate mitzutheilen, welche mir für unsere Industrie wichtig zu seyn scheinen, indem ich alle auf die neue Stahlbereitung bezüglichen theoretischen Fragen für eine besondere Abhandlung aufspare.Um den Erfolg der zu Saint-Seurin angestellten Versuche zu sichern, hat mich Jackson in Fabricationsgeheimnisse eingeweiht, welche ich nicht veröffentlichen darf; ich mußte daher die Rücksicht beobachten, bei der Redaction dieser Abhandlung allgemeine Ausdrücke (termes généraux) anzuwenden.Den Fabrikanten, welche Stahl mit französischen Roheisensorten darzustellen beabsichtigen, muß ich jedoch sagen, daß wenn sie vor ihren Proben behufs der Stahlerzeigung nicht vollständige chemische Untersuchungen über die Zusammensetzung des aufwendenden Roheisens anstellen, sie sich einem beinahe gewissen Mißlingen derselben absetzen. Jede Roheisensorte erfordert nämlich ein besonderes Studium; die Güte des Stahls, welchen sie liefert, hängt von ihrem Gehalt an Stickstoff, Kohlenstoff, Schwefel, Phosphor und Silicium ab; die chemische Analyse wird daher bei der neuen Methode der Stahlbereitung der wahrhafte Führer. Ich stelle im Folgenden die Vortheile des französischen Gußstahls zusammen: 1) Der Gußstahl, welchen man durch Behandlung des französischen Roheisens unter den von mir angegebenen Bedingungen erhält, entspricht allen Anforderungen welche die Industrie, die Artillerie und Marine an Gußstahl in großen Massen stellen können; er ist gleichförmig, härter und widerstandsfähiger als das Schmiedeeisen; er kann, je nach der Fabricationsweise, mit allen für die verschiedenen Anwendungen erforderlichen Härtegraden erzeugt werden; er läßt sich Härten und schweißen, und im Feuer leichter bearbeiten als der gewöhnliche Gußstahl. 2) Dieser Stahl, welcher immer bei hoher Temperatur erzeugt wird, ist zur Zeit seiner Bildung sehr flüssig; er enthält in seiner Masse nur eine kleine Anzahl von Blasen; die Schmelzung kann ihm schon die erste Gestalt geben, welche hernach durch das Hämmern und Walzen, beinahe ohne Abgang, vollendet wird. 3) Die Bereitung dieses Stahls ist eine der einfachsten metallurgischen Operationen; sie wird in einigen Minuten ausgeführt, sie hängt nicht mehr von Kunstgriffen oder der Geschicklichkeit des Arbeiters ab: sie ersetzt alle Operationen des Frischens, der Cementation und der Schmelzung im Tiegel. 4) Die Bessemer-Apparate, worin das französische Roheisen in Stahl verwandelt wird, geben leicht, je nach ihrem Inhalt, 1000, 3000, 10,000 Kilogr. Stahl; indem man mehrere dieser Apparate verbindet und ihr Product vereinigt, kann man daher die größten Massen von Gußstahl erhalten. 5) Der Brennmaterialverbrauch, welcher bei der Stahlfabrication nach der in Yorkshire gebräuchlichen Methode so beträchtlich ist, verschwindet gewissermaßen bei dem neuen Verfahren; man kann nämlich das flüssige Roheisen unmittelbar dem Hohofen entnehmen und das Gebläse mittelst Wasserkraft betreiben.