Table Of ContentGrundzüge
des Eisenhüttenwesens.
Von
~t."3ng. Th. Geilellkirchell.
1. Band.
Allgemeine Eisenhüttenkunde.
Mit 66 Textabbildungen und 5 Tafeln.
Berlin.
Verlag von Julius Springer.
1911.
ISBN 978-3-642-89738-2 ISBN 978-3-642-91595-6 (eBook)
001 10.1007/978-3-642-91595-6
Copyright 1911 by Julius Springer in Berlin.
Softcover reprint of Ihe hardcover 151 edition 1911
Vorwort.
Mit den "Grundzügen des Eisenhüttenwesens", deren Bearbeitung
ich auf Anregung maßgebender Persönlichkeiten der Eisenindustrie
übernommen habe, beabsichtige ich nicht, die Anzahl der sogenannten
gemeinverständlichen 'Werke, deren in den letzten Jahren eine ganze
Anzahl auf dem Büchermarkt erschienen sind, um ein weiteres zu ver
mehren; vielmehr sollte ein auf streng wissenschaftlicher Grundlage
beruhendes vollständiges Lehrbuch geschaffen werden, welches nur da
durch gegenüber andern Lehrbüchern verhältnismäßig knapp gehalten
werden konnte, daß lediglich tatsächliche Feststellungen über den
modernen Eisenhüttenbetrieb und die gegenwärtigen Anschauungen
über die metallurgischen Vorgänge gemacht werden. Demgemäß wurde
von allen Darlegungen abgesehen, die nur geschichtliches Interesse
haben; vielmehr wurde Wert darauf gelegt, daß nur solche Betriebs
einrichtungen beschrieben werden, die sich in durchaus modernen
Hüttenwerken finden. Ebenso wurde in bezug auf die theoretischen
Unterlagen darauf verzichtet, die vielfach widerstreitenden Ansichten
der Forscher wiederzugeben, auf welche sich unsere modernen Anschau
ungen erst gründen. Auch Literaturnachweise paßten nicht in den
Rahmen der gestellten Aufgabe, und die Namen von Forschern und
Erfindern wurden nur insoweit angegeben, als sie mit irgendwelchen
Vorgängen oder Apparaten fest verknüpft sind.
Bei dem Aufbau des Werkes habe ich sowohl in der ganzen Anlage
wie im einzelnen das Prinzip verfolgt, zuerst das Erzeugnis mit allen
daran gestellten Anforderungen möglichst eingehend zu beschreiben
und dann erst klarzulegen, inwieweit die in der Praxis gebräuchlichen
Verfahren diesen Anforderungen gerecht zu werden vermögen. So ent
hält der erste Band in seinen drei Abschnitten zuerst eine Beschreibung
des technischen Eisens vom Gesichtspunkt des Verbrauchers aus, dann
eine Zusammenstellung des Vorkommens des Eisens in der Natur mit.
einem kurzen Überblick über die theoretische Möglichkeit der Her
stellung des technischen Eisens aus den Rohmaterialien und schließlich
die Art und Weise der Erzeugung und Verwendung der Wärme als des
Mittels zur Durchführung aller metallurgischen Verfahren. - Der zweite
und dritte Band des Werkes, die dem vorliegenden ersten mit möglichster
Beschleunigung folgen sollen, werden die Metallurgie deE" Eisens bzw.
seine mechanische Weiterverarbeitung behandeln.
Indem ich nun den ersten Teil meines Werkes der Öffentlichkeit
übergebe, verfehle ich nicht, allen denjenigen Firmen. die mich in meinen
Bestrebungen durch Überlassung von Zeichnungen usw. unterstützt,
haben, hierfür bestens zu danken.
Remscheid-Hasten, im November 1910.
Geilenkirchen.
Inhalts-Übersicht.
Erster Abschnitt.
Das technische Eisen und seine Eigenschaften.
Seit.e
1. Kapitel. Die technische Verwendung des Eisens und seine Eigenschaften
mit Rücksicht auf den Verwendungszweck . . . . . . . . . . . .. 1
a) Allgemeine Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . .. 2
b) Mechanische Eigenschaften ................. 4
c) Widerstandsfä.higkeit gegen die Einflüsse der umgebenden Materie 7
d) Magnetische und elektrische Eigenschaften 7
2. Kapitel. Die Eigenschaften des reinen Eisens 9
Allotropie des Eisens. . . . . 9-
3. Kapitel. Eisen und Kohlenstoff 11
a) Graphit. . . . . . . . . . 12
b) Temperkohle . . . . . . . 12
c) Gebundener Kohlenstoff 13
Mikrostruktur der Eisenkohlenstofflegierungen 13
Zustandsdiagramm. . . . . . . . . . . . . 15
Einfluß des Kohlenstoffs auf die Eigenschaften des Eisens 18
4. Kapitel. Klassifikation des Eisens . . . . . . . 20
5. Kapitel. Einfluß weiterer chemischer Beimengungen auf die Eigenschaften
des Eisens 23
1. Silizium . . 23
2. Aluminium 23
3. Mangan. 25
4. Phosphor 26
5. Schwefel 26
6. Kupfer 27
7. Arsen. 27
8. Nickel 29
9. Chrom 30
10. Wolfram 31
11. Molybdä.n 31
12. Vanadium 32
13. Wasserstoff 32
14. Sauerstoff 33
15. Stickstoff . 35
16. Gasblasen 35
17. Schlackeneinschlüsse 36
6. Kapitel. Einfluß mechanischer und thermischer Behandlung auf die
Eigenschaften des Eisens . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1. Mechanische Behandlung bei hohen Temperaturen . . 38
2. Mechanische Behandlung bei gewöhnlicher Temperatur 39
3. Verhalten des Eisens bei abnorm niedriger Temperatur 40
4. Einfluß des Abschreckens . . . . . . . . . . . 40
5. Einfluß des Ausgliihens . . . . . . . . . . . . . 42
a) Glühen von Eisensorten mit mehr als 2 % C . 42
b) Glühen von Eisensorten mit weniger als 2 % C 43
6. Das Verbrennen des Stahls ........... 44
Inhalts-übersicht. V
Seite
"7. Kapitel. Die Prüfung der Eigenschaften des Eisens 45
I. Allgemeine Prüfung ....... 46
1. Chemische Analyse. . . . . . . . . . 46
2. Makroskopische Untersuchung. . . . . 47
3. Mikroskopische Untersuchung. . . . . 48
II. Besondere Prüfung bestimmter Eigenschaften 50
1. Festigkeit und elastische Eigenschaften 50
2. Hä.rteprüfung . . . . . . . . . . 51
3. Zähigkeit,' Arbeitsfähigkeit . . . . . . 51
4. Magnetisch-elektrische Eigenschaften 53
5. Andere Prüfungen ................ 54
übersicht über die Beeinflussung der Festigkeitseigenschaften 55
Zweiter Abschnitt.
Das Vorkommen des Eisens in der Natur und die Methoden seiner Herstellung
aus den Rohstoft'en.
A. Die Rohstoffe . . . . 57
8. Kapitel. Die Eisenerze 57
1. Magneteisenstein 58
2. Roteisenstein 60
3. Brauneisenstein . . 63
Der Gemeine Brauneisenstein . 64
Das oolithische Erz 65
Die Minette 65
Das Rasenerz 68
4. Spateisenstein, Siderit 68
Toneisenstein, Sphärosiderit 69
5. Kiesabbrände ...... . 71
6. Eisenreiche Nebenprodukte anderer Prozesse 71
9. Kapitel. Die Vorbereitung der Eisenerze zur Schmelzung . 72
10. Kapitel. Die Eisenerzversorgung der deutschen Hochofenwerke 75
11. Kapitel. Manganerze . . . . . . . 78
12. Kapitel. Die Zuschlä.ge . . . . . . 81
B. Die Verarbeitung der Rohstoffe 82
13. Kapitel. Die Hüttenprozesse: Reduktion und Oxydation 82
1. Reduktion . . . . . . . . . . . . 83
2. Oxydation ........... . 85
14. Kapitel. Die Schlacken der Eisendarstellung . 86
1. Silikatschlacken . . 88
2. Spinelle . . . . . 89
3. Phosphatschlacken 89
4. Sulfide und Sulfate 89
Dritter Abschnitt.
Die Wärme und ihre technische Verwertung in der Eisenindustrie.
A. Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . 91
15. Kapitel. Die Wärme und die Arten ihrer Erzeugung. Begriffsbestim-
mungen ................ . 91
16. Kapitel. Die Temperatur und ihre Messung 94
B. Wärmeerzeugnng durch Verbrennung . 103
I. Der Verbrennungsvorgang 103
17. Kapitel. Begriffsbestimmungen. . . . . . 103
VI Inhalts-übersicht.
Seite
H. Die Brennstoffe .... lOS.
18. Kapitel. Natürliche Brennstoffe lOS.
I. Feste Brennstoffe 109
1. Holz ... 109·
2. Torf 111
3. Brannkohle . 112
4. Steinkohle und Anthrazit Il4
H. Flüssige und gasförmige Brennstoffe 121
19. Kapitel. Feste künstliche Brennstoffe up.d ihre Herstellung 123-
1. Die Holzkohle 124
Holzkohlengewinnung in Meilern 125·
2. Der Koks ......... . 127
a) Allgemeines. Eigenschaften 127
b) Der. Verkokungsprozeß 129·
c) Die verschiedenen Koksofensysteme . 131
Back- oder Bienenkorböfen 131
Appolt-Ofen . -. . . . . . . . . 133
Schrägkammeröfen . . . . . . . 135·
Coppee-Ofen ........ . 136
Ottos Abhitze-Unterfeuerungsofen 143·
Ottos Regenerativ-Unterfeuerungsofen 145·
Koppers Regenerativ-Unterfeuerungsofen 147
v. Bauer-Ofen ........ . 14S.
Brunck-Ofen . . . . . . . . . . 150
d) Die Gewinnung der Nebenprodukte 154-
e) Der Betrieb der Kokereien 157
20. Kapitel. Künstliche gasförmige Brennstoffe und ihre Erzeugung 162
1. Destillationsgas 162
2. Luftgas 163·
3. Wassergas 166
4. Mischgas . 169,
Die technische Erzeugung von Generatorgas 174
Siemens-Generator. . . . . 176
Poetter-Generator mit Polygonrost 178
Duff-Generator . . 180·
Kerpely-Generator .. 182
Poetter-Generator . . 182
Morgan-Generator . . 183
Feinkohlen-Generator. 186
5. Hochofengas . . . . . 187
III. Die Verbrennungsluft 188·
21. Kapitel. Eigenschaften, Aufbereitung und Bewegung der Luft für den
Verbrennungsprozeß . . . . . . . . . . . . . . . 188
1. Zusammensetzung und Eigenschaften der Luft 190·
2. Aufbereitung der Luft . . . . . . . 190
a) Chemische Aufbereitung .... . 191
b) Thermische Aufbereitung .... . 191
3. Die Vorrichtungen zum Transport der Luft zur Verbrennungsstelle 194-
IV. Die metallurgischen Apparate zur Durchführung des
Verbrennungsprozesses; Öfen und Feuerungen. 196
22. Kapitel. Allgemeines. Öfen mit direkter Wärmeausnutzung I !}6.
23. Kapitel. Flammöfen mit gewöhnlicher Feuerung . . . . . . 202
24. Kapitel. Flammöfen mit Intensitätsfeuerung ...... . 213
C. Wärme-Erzeugung durch Oxydation nicht brennstofl'artiger Metalle
und Metalloide . . . . . . . . . . . . . . . . 221
25. Kapitel. Intermolekulare Verbrennung. Aluminothermie 221
I. Intermolekulare Verbrenmmg . 222:
2. Aluminothermie . . . . . . . . . 223:
Inhalts-übersicht. VII
Seite
D. Elektrothermie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
26. Kapitel. Die Erzeugung Yon Wärme aus elektrischer Energie 224
E. Ofenbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
27. Kapitel. Der Aufbau der Öfen und die feuerfesten Materialien 228
1. Der Aufbau der Öfen ....... 228
H. Die feuerfesten Ofenbaumaterialien . . 230
1. Neutrale feuerfeste Ofenbaustoffe 234
a) Tonerdehaltige Stoffe 234
Der Bauxit ....... 234
Die feuerfesten Tone und Schamottesteine . 235
b) Kohlenstoffhaltige Stoffe 237
c) Chromitsteine . . . . . 238
2. Saure feuerfeste Baustoffe 238
3. Basische feuerfeste Baustoffe 240
Eisenoxydhaltige Stoffe. . . 240
Kalkbasische Oxyde . 241
4. Die feuerfesten Mörtel; feuerfeste Masse 243
Verzeichnis der Abbildungen.
Abb. Seite
1. Graphische Darstellung der Festigkeit reinen Eisens beim Ab
schrecken aus verschiedenen Temperaturen . . . . 10
2. Zustandsdiagramm nach Roozeboom . . . . . . . . 16
3. Verhä.ltnis von Eisenerz-Förderung, Verbrauch, Ein- und Ausfuhr
Deutschlands von 1897-1908 . . . . . . . . 76
4. Schema eines Quarzglaswiderstandsthermometers 99-
5. Le Chatelier-Pyrometer 100
6-7. Wanner-Pyrometer . 10Z
8-9. Bienenkorb-Koksofen 132
10-12. Appolt-Ofen . . . . 134-
13-14. Coppee-Ofen . . . . 136-
15. Coppee-Ofen . . . . 137
16-17. Ottos Gasausgleichv erfahren 139-
18-20. Ottos Abhitze-Unterfeuerungsofen 144
21-23. Ottos Regenerativ-Unterfeuerungsofen 145
24-27. Koppers Regenerativ-Unterfeuerungsofen 146
28-30. v. Bauer-Ofen ........... . 149
31-32. Brunck-Ofen ........... . 151
33-34. Verfahren zur Gewinnung der Gase beim Garstehen usw. 153
35. Koksofenanlage mit NebenproduktengeVl'innung 155
36-37. Koksofentür Peters . . . . . . . 157
38-39. Automat.ische Türhebevorrichtung . 158
40. Kohlenstampfmaschine 160
41-42. Koksausdrückmaschine. . . . . . 161
43. Siemens-Generator ...... . 177
44. Poetter-Generator mit Polygonrost 179
45-46. Duff-Generator 180
47-48. Kerpely-Generator 181
49. Poetter-Generator 183
50. Morgan-Generator . 184
51. Feinkohlen-Generator 186
52-53. Flammofen ..... 203
54. Treppenrostfeuerung 209
55-57. Wanderrostfeuerung 210
58. Halbgasfeuerung 211
59. Siemens' Regenerativofen 214
60-61. Neuer Siemens-Ofen 216
62. Siemenssche Wechselklappe 218
63-64. Fischer-Ventil 219
65-66. Forter-Ventil . . . . . . . 220
Erster Abschnitt.
Das technische Eisen und seine Eigenscllaften.
Erstes Kapitel.
Die technische Verwendung des Eisens
und seine Eigenschaften mit Rücksicht auf den
Verwendungszweck.
Die hervorragende Rolle, welche das Eisen von jeher in der
kulturgeschichtlichen Entwickelung aller Völker gespielt hat, ver
dankt es in erster Linie nicht sowohl seinem allgemein verbreite
ten Vorkommen in der Natur und der verhältnismäßig leichten Er
zeugungsmöglichkeit, als seiner Anpassungsfähigkeit an alle Ansprüche,
welche die verschiedenartigsten Verwendungszwecke ihm stellen
können.
Zur Würdigung dieser Tatsache vergegenwärtige man sich bei
spielsweise die Bedeutung des Eisens bei einem unserer wichtigsten
Kulturmittel, dem Eisenbahnwesen, und die verschiedenartigen
Ansprüche, welche hier an seine Eigenschaften gestellt werden. Da
ist zunächst die Bildsamkei t, welche es gestattet, das gleiche Metall
in die verschiedenen Formen des Bau- und des rollenden Ma.terials
zu bringen. Dann die Widerstandsfähigkeit gegen jede denk
bare äußere und innere Beanspruchung. Der Oberbau hat die rollende
Last auf die Bettung zu übertragen und wird dabei der beweglichen
Belastung-Biegungsfestigkeit-und fortwährenden Stößen aus
gesetzt. Die Schienen sollen sich außerdem möglichst wenig abnutzen,
beanspruchen also eine bestimmte Härte (Verschleißfestigkeit.) Der
Lokomotiv- und Wagen-Unterbau ist stetig wechselnden Biegungs
spannungen ausgesetzt; starke Federn übertragen die Last auf den
Unterbau-Elastizität. Die maschinentechnische Ausgestaltung der
Lokomotive setzt die Erfüllung all der Anforderungen voraus,
welche im Maschinen- und Dampfkesselbau an das Material gestellt
werden, während die gußeiserne Armatur der Feuerungen (Rost
stäbe usw.) wieder eine gewisse Feuerbeständigkeit beansprucht.
Geilenkirchen, Eisenhüttenwesen. Bd. I. 1
2 Die technische Verwendung des Eisens und seine Eigenscha.ften.
Die Zug-Organe verlangen eine große Z erreißfestigkei t nicht nur
im ursprünglichen Material, sondern auch in den Schweiß stellen der
Ketten, also vorzügliche Schweißbarkeit.
Man könnte dieses Bild beliebig weit ausdehnen; insbesondere
würde die Herstellung aller dieser einzelnen Konstruktionsteile, zu der
Werkzeuge und Maschinen dienen, deren Grundbestandteil wieder
das Eisen ist, einen sehr weiten Ausblick auf die erforderlichen Eigen
schaften und die Verwendungsmöglichkeiten des Eisens gewähren.
Die Aufgabe der Eisenhüttenkunde besteht also nicht allein
darin, aus den Erzen, welche sich in der Natur vorfinden, Metall
zu erzeugen; sondern ein wichtiger Teil des Eisenhüttenwesens
befaßt sich auch mit der Lösung der Frage, wie dem Eisen die
für seinen Verwendungszweck erforderlichen Eigenschaften zu ver
leihen sind.
Von diesem Gesichtspunkt aus, d. h. aus den Bedürfnissen der
praktischen Verwendbarkeit heraus, sollen nun die einzelnen Eigen
schaften des technischen Eisens gewürdigt werden.
a) .Allgemeine Eigenschaften.
Die erste Grundbedingung, welche man von dem Eisen verlangt,
ist seine Bildsamkeit, d. h. die Möglichkeit, es in jede gewünschte
Form zu bringen. Die Formgebung kann geschehen dadurch, daß
man das flüssige Metall in vorher angefertigte Formen gießt, oder
dadurch, daß man das feste Metall in kaltem oder erhitztem Zu
stande durch äußere mechanische Bearbeitung, Schlag, Druck oder
Behandlung mit Schneidwerkzeugen, verändert.
Im erstgenannten Fall, der die Grundlage des Gießereiwesens
bildet, kommt es darauf an, das Eisen in der für den jeweiligen
Verwendungszweck als günstig erkannten Zusammensetzung schmelz
flüssig zu erhalten, d. h. so dünnflüssig, daß es trotz der unver
meidlichen Abkühlung beim Gießen auch die dünnsten und vom
Einguß entferntesten Stellen der Formen ausfüllt. Diese Eigenschaft
ist natürlich in erster L4rie abhängig von dem Schmelzpunkt
des Metalls, der je nach seiner Zusammensetzung zwischen 1100 und
15000 schwankt.
Für die mechanische Bearbeitung sind die Dehnbarkeit,
Schmiedbarkeit und Schweißbarkeit maßgebend, welche dem
Eisen nicht immer in gleichem Maße eigentümlich sind. Dehnbar
keit ist die Möglichkeit der Formveränderung in kaltem, Schmied
barkeit die Möglichkeit der Verarbeitung in warmem Zustande.
Während die Dehnbarkeit des Eisens bei seiner Formgebung eine
geringe Rolle spielt und sich ihr Einfluß hauptsächlich bei Bean
spruchungen während des Gebrauchs geltend macht - siehe weiter
unten unter "mechanische Eigenschaften" - ist die Schmiedbarkeit
eine der wichtigsten Eigenschaften des Eisens; ihr Vorhandensein
oder Nichtvorhandensein bedingt die Einteilung des technischen
