XCVII. Ueber die Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes im Eisen; von Prof. V. Eggertz, Vorsteher der Bergschule in Fahlun. Aus den Jern Contorets Annaler durch die berg- und hüttenmännische Zeitung, 1863, Nr. 44. Eggertz, über die Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes im Eisen. Das große Bedürfniß einer leichten und praktischen Methode zur Bestimmung des Kohlengehaltes im Eisen hat mich veranlaßt, dazu einen anderen Weg aufzusuchen, als den bisher gebräuchlichen, nämlich: durch Verbrennung in Sauerstoff die bei der Auflösung des Eisens in Kupferchlorid oder dergl. abgeschiedene kohlige Substanz in Kohlensäure zu verwandeln, diese letztere in einem sogenannten Kaliapparat aufzusammeln und zu wägen, und daraus den Kohlengehalt zu berechnen. Denn abgesehen davon, daß diese Methode weitläufig und mühsam ist, erfordert sie andere Apparate, als gewöhnliche metallurgisch-chemische Untersuchungen, sowie große Uebung und Geschicklichkeit des Laboranten, wenn die Resultate richtig werden sollen. Die Anwendung des Jodes anstatt Kupferchlorids und dergl. zur Lösung des Eisens bei Kohlenbestimmungen ist von mehreren Chemikern vorgeschlagen worden, und einige haben angegeben, daß man durch bloße Wägung der dabei abgeschiedenen Kohlensubstanz, nachdem diese unter der Luftpumpe oder im Luftbad bei 120–130° C. getrocknet worden sey, zu wenigstens approximativ richtigen Resultaten kommen könnte. Bei Versuchen, Jod zur Lösung des Eisens anzuwenden, erfuhr ich jedoch bald, daß die so erhaltene Kohlensubstanz nach dem Trocknen auf genannte zwei Weisen einen allzu großen Kohlengehalt ergab. Indessen zeigte sich, daß selbige in Wasserbadstemperatur leicht constantes Gewicht annahm, sowie daß sie neben Kohle auch Jod in beträchtlicher Menge enthielt. Um zu ermitteln, ob der Kohlengehalt darin constant sey, stellte ich mit Beihülfe des ehemaligen Eleven der Bergschule O. Troili viele Verbrennungsversuche mit solcher Kohlenmasse an, welche von verschiedenen Sorten weißen Roheisens und sehr harten Stahles herrührte; sie ergaben, daß der Kohlengehalt im Mittel zu 59 Procent angenommen werden konnte. Um diese Ziffer genauer zu controliren und die Zusammensetzung der organischen Substanz im übrigen festzustellen, hatte auf mein Ersuchen der Adjunct beim technologischen Institut, Hr. Magister F. L. Ekman, die Güte, von mir übersandtes, aus weißem graphitfreiem Roheisen dargestelltes Material zu untersuchen; das Mittelresultat dieser Untersuchungen ist nach Abzug der bei der Verbrennung erhaltenen schneeweißen Kieselsäure das nachstehende. Der Kohlengehalt ist die Mittelzahl von vier Bestimmungen, welche innerhalb 0,5 Proc. variirten: Kohle 59,69 Jod 16,07 Wasser 22,50 Stickstoff 0,13 Schwefel 0,23 Verlust 1,38 –––––– 100,00. Läßt man den Verlust, so wie den Schwefel- und Stickstoffgehalt unberücksichtigt, so kann das Verhältniß zwischen Kohle, Jod und Wasser ausgedrückt werden durch: C⁸⁰J + 20H²O (d. i. C = 60,00; J = 15,86; H²O = 22,50). Demgemäß scheint der Kohlengehalt in fraglicher Substanz zu 60 Proc. angenommen werden zu können. Sollte derselbe zuweilen unter besonderen Verhältnissen (z.B. bei ungleichem Schwefelgehalt im Eisen etc.) mit 1 Proc. vom wirklichen abweichen, so bedeutet dieß z.B. bei der Kohlenbestimmung im Stahl mit 2 Procent Kohle nicht mehr als 0,03 Procent. Der Stoff erleidet keine Gewichtsveränderung beim Erhitzen von 95 bis 110° C., bei höherer Temperatur aber beginnt eine solche einzutreten. Bei 150° C. entstand ein Verlust von 9 Proc., bei 240° C. von circa 33 Proc. – Wird er längere Zeit mit Salzsäure auf dem Wasserbad erwärmt, so scheint seine Zusammensetzung so verändert zu werden, daß der Kohlengehalt ein wenig zunimmt, der Jod- und Wassergehalt abnimmt, somit Sauerstoff zutritt. Nach unten beschriebener Methode sind sowohl vom Amanuensen Lundberg, als von Eleven an der Bergschule viele Kohlenbestimmungen an denselben Eisensorten ausgeführt worden, welche recht befriedigende Resultate ergaben. Die Differenzen beliefen sich auf circa 0,1 Proc. – Soll ein sehr kleiner Kohlengehalt genau ermittelt werden, so muß zur Probe mehr als 1 Grm. Eisen angewendet werden. Der geringste hier gefundene Kohlengehalt war 0,08 Proc. in einem nach Bessemer's Methode erzeugten Eisen. Wenn der Kohlengehalt in Schmiedeeisen auf etwa 0,5 Proc. steigt, so fängt das Eisen an, Härtung anzunehmen und in Stahl überzugehen. In dem härtesten Stahl, welcher zu gewöhnlichen Zwecken angewendet wird, übersteigt der Kohlengehalt selten 1,5 Procent. In gerecktem sogenanntem Ziehscheibenstahl wurde ein Kohlengehalt von 3,3 Proc. angetroffen, und in weißem Roheisen 2,7 Proc. (geschmeidiges, unter starkem Kochen im Hohofen erzeugtes Eisen) bis 4,5 Proc. (manganreiches Spiegeleisen). – Damascenerstahl von Zlatoust hielt 1,25 Proc. Kohle und 0,68 Proc. Graphit. –––––––––– 1 Grm. Eisen, welches durch ein Metallsieb mit Löchern von höchstens 0,2 Decimallinie gegangen ist (weißes Roheisen wird im Stahlmörser gepulvert; graues zu feinem Span gebohrt, welcher dann zwischen Papier zerrieben wird, da beim Feilen Graphitblättchen verstauben können), wird in kleinen Portionen zu 5 Grm. Jod1 Gramm des anzuwendenden Jodes darf beim Abdunsten auf einem Uhrglas über dem Wasserbad keinen Fleck hinterlassen, der sich nicht mit größter Leichtigkeit in verdünnter Salzsäure löst. gebracht, welches in einem Becher von etwa 30 Kub. Cent. Fassungsraum mit 5 Kub. Cent. Wasser über gossen worden ist. Der Becher mit dem Jod und Wasser, welcher mit einem Uhrglas bedeckt wird, wird vor dem Einbringen des Eisens in Eiswasser abgekühlt und sodann während 24 Stunden bei 0° Temperatur erhalten. Während der ersten 6 Stunden wird stündlich mit einem Glasstab wohl umgerührt, später weniger häufig. Bei der niedrigen Temperatur und durch vorsichtiges Einbringen des Eisens (wodurch Erwärmung vermieden wird) kann man die Auflösung gewöhnlich ohne irgendwelche merkbare Gasentwickelung von entweichendem Kohlenwasserstoff bewerkstelligen. Je mehr Kiesel das Eisen enthält, desto größer ist die Gefahr für eine solche Gasentwickelung. Das Jod löst das Eisen auf und läßt Kohle und Kieselsäure ungelöst zurück. Der Rückstand wird auf einem bei 59–100° C. getrockneten, genau gewogenen Filter gesammelt und mit heißem Wasser gewaschen, bis das Filter weiß wird. Nach 12 Stunden wird mit einer 70 bis 80° warmen Mischung von 2 Theilen Wasser und 1 Theil Salzsäure so lange gewaschen, als die abrinnende Flüssigkeit eine schwache Lösung von Blutlaugensalz in Wasser blau färbt; diese Reaction zeigt sich oft noch, wenn ein auf Glas verdampfter Tropfen Waschwasser andeutet, daß man das Waschen einstellen könnte. Der Aufenthalt wird dadurch veranlaßt, daß die kleinen Eisentheilchen, welche möglicherweise ungelöst im Jod sich befinden, Gelegenheit haben sollen, sich auf Kosten der Luft zu oxydiren, um Gasentwicklung vom Filter beim Zusatz der Salzsäure vorzubeugen. Das Filter mit der Kohle wird in einem kleinen tarirten Tiegel bei 95 bis 100° C. getrocknet, nachdem die Salzsäure weggewaschen worden ist, bis man constantes Gewicht erhält. Subtrahirt man das Gewicht des Tiegels und Filters, so erhält man das Gewicht der Kohlensubstanz und Kieselsäure (jedoch nicht der gesammten Kieselsäure, da ein Theil derselben im Filtrat sich befindet). Wird sodann Kohle und Filter verbrannt, so bleibt die Kieselsäure zurück (nicht selten von ein wenig Eisenoxyd gefärbt), und man berechnet das Gewicht der Kohle. Diese Kohle kann nun theils aus Graphit bestehen, wenn solcher im untersuchten Eisen sich befand, theils aus der oben genannten Kohlen-Jodwasserstoffverbindung mit 60 Proc. Kohle, sofern das Eisen die Kohle chemisch verbunden enthielt. Um zu erfahren, ob sich Graphit im Eisen befand, welches bei den meisten Roheisensorten der Fall ist, bringt man 1 Grm. auf oben angedeutete Weise fein zertheiltes Eisen in einen Becher von etwa 100 Kub. Cent. Fassungsraum, worin sich 15 Kub. Cent. Salzsäure von 1,12 spec. Gew. befinden, bedeckt den Becher mit einem wohlschließenden Uhrglas und erhitzt, nach erfolgter Lösung des Eisens, die Flüssigkeit ohne Aufenthalt eine halbe Stunde lang zu gelindem Kochen. Alle im Eisen chemisch gebundene Kohle entweicht aus der Flüssigkeit in Form eines übelriechenden Kohlenwasserstoffes, und Graphit bleibt neben Kieselsäure zurück. Läßt man die beim Auflösen gebildete Kohlenmasse einige Zeit in Berührung mit der Luft, ehe das Kochen beginnt, so erfährt sie eine solche Veränderung, daß sie nachher nicht in gasförmige Stoffe verwandelt werden und entweichen kann. Der Graphit wird auf einem bei 95 bis 100° C. getrockneten gewogenen Filter gesammelt, gewaschen, getrocknet und gewogen, worauf man ihn nebst dem Filter im Tiegel verbrennt. Durch Abzug des Gewichtes der Filterasche und Kieselsäure erfährt man das Gewicht des Graphits. Beispiel. Ein grau- und weißmelirtes Roheisen enthielt 1,25 Proc. Graphit. Beim Auflösen des Eisens in Jod wurden 5,5 Proc. vom Roheisengewicht an Kohlenmasse erhalten. Wird davon 1,25 Procent Graphit subtrahirt, so bleiben 4,25 Procent Kohlenverbindung. 60 Proc. davon geben 2,55 Procent. Mithin enthielt das Roheisen: 1,25 Proc. Graphit. 2,55    „    gebundene Kohle. Ueber Bestimmung der chemisch gebundenen Kohle auf colorimetrischem Wege. Je mehr chemisch gebundene Kohle eine Eisensorte enthält, desto dunkler wird ihre Auflösung in Salpetersäure durch ein dabei entstehendes stark färbendes Product. Eine Lösung von reinem Eisenoxydhydrat in Salpetersäure hat, sofern sie nicht sehr concentrirt ist, keine oder eine nur schwach grünliche Färbung. Auf Graphit, welcher sich beim Lösen des Eisens abscheidet, übt Salpetersäure keine Wirkung. Auf diese Erscheinungen gründet sich folgende Kohlenbestimmungsmethode. In einen Probircylinder von etwa. 4 Decimalzollen Länge und 0,4 Decimalzoll Durchmesser bringt man wenigstens 1,5 Kub. Cent. Salpetersäure von 1,2 spec. Gewicht, chlorfrei, weil sonst die Eisenlösung gelb wird. Sieht man, daß sich beim Lösen des Eisens viel Kohle absondert, so wird mehr Salpetersäure zugesetzt. Enthält das zu untersuchende Eisen über 0,5 Proc. Kohle, so nimmt man 5 Kub. Cent. Salpetersäure, da bei Gegenwart von mehr Säure sich die Kohlensubstanz rascher löst. – In die Säure wird 0,1 Grm. Eisenpulver gebracht, welches ein Metallsieb mit höchstens 0,2 Linien großen Löchern passirt hat. Nach erfolgter Auflösung des Eisens stellt man den Probecylinder in einem Becher, worin sich etwa 0,5 Decimalzoll hoch Wasser befindet, welches während des Auflösens der Kohle durch eine unter dem Becher angebrachte Lampe oder auf andere Weise auf einer Temperatur von 80° erhalten wird. In das Wasser stellt man neben den Probircylinder ein Thermometer. Dadurch, daß nur der untere Theil des Cylinders erwärmt wird, kommt die darin befindliche Flüssigkeit nebst den Kohlenpartikeln in Bewegung, wodurch die Lösung beschleunigt wird. Bleibt die Kohlenlösung einige Stunden in einer 0° übersteigenden Temperatur, so nimmt die Färbung ab, und zeigt mithin zu niedrigen Kohlengehalt. Bei niedrigerer Temperatur erfolgt die Lösung zu langsam und die Färbung der Flüssigkeit kann etwas zu stark werden. So lange das Auflösen dauert, bemerkt man eine von den Kohlenpartikeln ausgehende Gasentwickelung von Kohlensäure u.s.w. – Hat diese vollständig aufgehört, wozu für Stahl) eine Zeit von 2 bis 3 Stunden erforderlich ist, so läßt man den Cylinder bis zu gewöhnlicher Zimmerwärme sich abkühlen, welches am raschesten dadurch geschieht, daß man ihn 5 Minuten lang in Wasser von dieser Temperatur setzt. Dieß ist nöthig, weil die Lösung, so lange sie warm ist, eine bedeutend stärkere Färbung hat als nach der Abkühlung. Dann bringt man sie in eine Bürette mit der Vorsicht, daß die dunkeln Theile, welche sich während der Abkühlung auf dem Boden des Probircylinders absetzen können, nicht mit in die Bürette folgen. Zu den letzteren setzt man einige Tropfen Salpetersäure und erwärmt den Cylinder vorsichtig über einer Lampe. Bemerkt man dabei keine Gasentwickelung, so bestehen diese Partikel aus Graphit oder Schlacke. Man kühlt das Rohr wieder ab, bringt die unbedeutende Flüssigkeit in die Bürette und verdünnt mit Wasser, bis die Färbung der Lösung genau mit jener der Normallösung (siehe weiter unten) übereinstimmt. Letztere ist von der Stärke, daß einem jeden Kub. Cent. derselben 0,1 Proc. Kohle entspricht. Beträgt z.B. die Lösung in der Bürette 7 Kub. Cent., so ist der Kohlengehalt des untersuchten Eisens 0,7 Proc. Aber da man im Allgemeinen 0,1 Grm. Eisen nicht wohl in weniger als 15 Kub. Cent. Salpetersäure auslösen kann, so folgt, daß man mit der erwähnten Normallösung keine geringeren Kohlengehalte als 0,15 Proc. bestimmen kann, welches auch höchst selten in Frage kommt. Aber so lange der Kohlengehalt des Eisens 0,5 Procent übersteigt, ist außerdem die Eisenlösung so concentrirt, daß ihre Farbe einen geringen Stich in Grün hat, welches eine kleine Schwierigkeit bei ihrer Vergleichung mit der Normallösung veranlaßt. Man kann daher in derartigen Fällen sich mit größter Leichtigkeit eine schwächere Normallösung bereiten, indem man zu 3 Kub. Cent. der gewöhnlichen Normallösung 6 Kub. Cent. Wasser setzt, wodurch eine Lösung von der Stärke erfolgt, daß einem jeden Kub. Cent. derselben ein Kohlengehalt von 0,033 Proc. entspricht. Ist der Kohlengehalt sehr bedeutend, wie im weißen Roheisen, so nimmt man nur 0,05 Grm. Eisen zur Probe, da dann 1/2 Kub. Cent. der Lösung 0,1 Procent Kohle entspricht. Will man wissen, wie viel chemisch gebundene Kohle ein graphithaltiges Roheisen enthält, so wird der Graphit filtrirt, ehe man die Lösung in die Bürette nimmt. Die Normallösung bereitet man durch Auflösen von etwas Gußstahl von genau bestimmtem Kohlengehalt in so viel Salpetersäure von 1,2 spec. Gew., daß ein jeder Kub. Cent. dieser Lösung 0,0001 Grm. Kohle entspricht. Hält z.B. der Stahl 0,76 Proc. Kohle und man löst 0,1 Grm. desselben, so erhält man 7,6 Kub. C. Normallösung. – Diese muß beim Gebrauch sich in einem Glasrohr von mit der Bürette so gleichartigem Glas befinden, daß wenn beide mit der Normallösung gefüllt neben einander vor ein dünnes Filtrirpapier gegen den Tag gehalten werden, die Farbe in beiden genau dieselbe ist. Aber da die Normallösung diese nicht beibehält, sondern gewöhnlich binnen 24 Stunden zu bleichen beginnt, so kann man nicht, wie bei Kupfernormallösungen, ein für allemal sich eine Normallösung schaffen und dieselbe in einem zugeschmolzenen Glasrohr aufbewahren. – Durch Auflösen von gehörigSchwach gebrannter Zucker gibt eine gelbe, stark gebrannter eine braune Lösung. Durch Vermischen solcher Lösungen kann man den rechten gelbbraunen Farbenton erzielen. gebranntem Zucker in Sprit (gleichen Theilen Alkohol und Wasser) kann man eine mit der Normallösung genau gleichgefärbte Lösung erhalten, welche sich im verschlossenen Glasrohr, einigermaßen vor Einwirkung des Lichtes geschützt, wenigstens einige Zeit erhält. Bis es glückt, aus organischen Substanzen Normallösungen von völlig unveränderlicher Farbe zu erhalten, muß man sich also darein finden, dann und wann 0,1 Grm. Stahl von genau bestimmtem Kohlengehalt in 5 Kub. Cent. Salpetersäure zu lösen und die Lösung in einem mit der Bürette gleichartigen Glasrohr zu einer an diesem befindlichen Marke, welche dem Kohlengehalt des Eisens entspricht, zu verdünnen, um damit die Normallösung von gebranntem Zucker oder einem anderen Stoff zu controliren. Hat sich letztere etwas verändert, so kann sie im Nothfall dennoch angewendet werden, nachdem man untersucht hat, wie viel davon einem jeden 0,1 Procent Kohle entspricht. Nimmt man 10 Kub. Cent. Normallösung in die Bürette und setzt sodann 1 Kub. Cent. Wasser hinzu, so nimmt diese Flüssigkeit eine merklich lichtere Farbe an als die Normallösung, wonach man die Genauigkeit der Methode beurtheilen kann. Je größer der Kohlengehalt des Eisens ist, desto unzuverlässiger wird also die Methode. Bei mehreren Eisenwerken, wo der Bessemerproceß angewendet ist, wurde diese Methode der Kohlenbestimmung schon ausgeführt und es ergab sich, daß sie große Leichtigkeit und Sicherheit beim Sortiren des Stahles gewährt, welches früher nach mitunter sehr unzuverlässigen Schmiede- und Härteproben geschah. Die einfachste Weise, verschiedene Härtegrade des Eisens und Stahles zu bezeichnen, scheint mithin: den Kohlengehalt in Zehntelprocenten anzugeben, z.B. 0,3, 0,7, 1,4 u.s.w., wobei jedoch die Ungleichheit des Eisens berücksichtigt werden muß, welche von Ungleichheit der Erze herrührt, sowie von der Verschiedenheit in Härte und Kohlengehalt, die beim Herdfrischen des Eisens stattfindet. Durch Schweißen des Stahles wird oft dessen Kohlengehalt vermindert. Nachtrag. – Zu vorstehender Abhandlung des Hrn. Professor Eggertz erlaubt sich Uebersetzer derselben die Mittheilung, daß behufs Sortirung des Bessemerstahles (und Eisens) die letztbeschriebene colorimetrische Kohlenprobe auf den schwedischen Bessemerstahlhütten nun allgemein angewendet wird. Da gerade die häufige Ungleichartigkeit der Bessemerproducte und die Schwierigkeit, diese Ungleichartigkeit rasch und sicher zu erkennen, dem Ansehen der Waare im Handel Abbruch gethan haben dürfte, so ist leicht einzusehen, welcher bedeutende Nutzen allen Bessemer-Eisen- und Stahlhütten durch eine empirische Probe bereitet wird, der ohne großen Zeit- oder Kostenaufwand ein jedes Gußstück unterworfen werden kann und deren Sicherheit unbezweifelt ist. Jedenfalls nimmt dieses einfache Probirverfahren einen Platz in der Entwickelungsgeschichte des Bessemerprocesses in Schweden ein. Der nach Bessemer's Methode zu Edsken erblasene Stahl (und Eisen) wird nach dem Ausrecken mit Ziffern versehen, welche „seinen Härtegrad“ ausdrücken und welche durch die hier beschriebene colorimetrische Probirmethode ermittelt werden. F. M. Stapff.