Bei den Chargen I und II ist für die Zeit des Blasens nach Zusatz von Spiegeleisen den Curven die nämliche Neigung gegeben, welche sie unmittelbar vor dem Nachsatz hatten. Alles übrige erfordert keine besondere Erklärung.

Charge No. I, dazu Fig. 1. Diese Charge vom Stahlwerk Osnabrück hatte die gewöhnliche Mischung von etwa 70 pCt. Bessemereisen von der Georg-MarienHütte und 30 pCt. Cumberlandeisen. Sofort Natriumlinie. Der Verlauf war ein nicht normaler, indem sich gegen Ende abnorm gesteigerte Eruptionsphänomene zeigten. Obgleich von der 9. bis 14. Minute der Winddruck so weit als möglich herabgesetzt war, wurden dennoch durch die Heftigkeit der Explosionen mehrere Centner Metall ausgeschleudert. In der Fig. 1 ist die Abscisse von 9 bis 14 Minuten in dem Masse verkürzt, als das Gebläse langsamer ging. Die Schlacke wurde erst ganz am Ende dünnflüssig. Man lässt dieselbe in Osnabrück dunkelbraun werden, worauf man den Pro

Fig. 1

2%

1%

5

Mn

Si

10

18

40 Sec.

Mn

162 15 Sec.

cess als beendet ansieht. In der Regel verschwinden die grünen Spectrallinien zu derselben Zeit, oft später, zuweilen früher. Es wurden wie gewöhnlich 4 pCt. Spiegeleisen, welches durchschnittlich 8 pCt. Mn und 4,5 pCt. C enthält, kalt eingeworfen. Dabei zeigte sich der Regel gemäss nur eine Verdünnung der Schlacke, keine nennenswerthe Kohlenoxydgas-Entbindung. Nachdem der Spiegel geschmolzen, wurde wie gewöhnlich wieder geblasen bis zum Kurzwerden der Flamme und zum Aufhören des Polterns im Converter. Schliesslich setzt man noch 3 pCt. Schienenenden zu. Das Metall fliesst ohne Spur einer Flamme als scharf begrenzter Strahl in die Pfanne. Beim Erstarren zeigt sich das bekannte Phänomen des Steigens infolge des Freiwerdens von Gasen, weshalb die Coquillen verkeilt werden müssen. Die Probe vor Spiegelzusatz trieb ebenfalls sehr stark, während die vorher genommenen ruhig erstarren. Probe 2 war nur am Rande weissstrahlig, innen dunkelgrau.

Charge No. III (Fig. 3). Diese Charge wurde am 27. April 1878 auf dem Stahlwerk Hösch bei Dortmund erblasen. Der Einsatz von 7500k besteht zu 2/3 aus englischem Hämatiteisen, zu 1/3 aus manganreichem deutschen Bessemereisen. Sofort Natriumlinie. Die erste Probe wurde genommen, als die Flamme anfing constant zu werden. Nach der Probenahme wurden 150k Schienenenden zugesetzt. Die folgende Probe wurde in dem Momente genommen, wo die Flamme anfing kleiner zu werden; dieser den Anfang der dritten Periode bestimmende Zeitpunkt lässt sich nach längerer Uebung sehr sicher erkennen. Beim Weiterblasen wurde die Charge sehr heiss, so dass am Ende nur dicker weisser Qualm, keine eigentliche Flamme, zu erkennen war. Darauf wurde 61/2 pCt. geschmolzenes Spiegeleisen zugelassen, wobei eine sehr kräftige Kohlenoxydflamme auftrat, schliesslich 250 Schienen nach

0

42

13

16

Nach

Nach Spiegel

Minuten 0,428 0,053

0,228

Charge No. IV (Fig. 4). Diese Charge wurde am 30. April 1878 in Bochum geblasen. Der Einsatz besteht zu 3/5 aus in eigenen Hohöfen unter Zuschlag algerischer und spanischer Erze erzeugtem BessemerSofort Natriumeisen, zu 2/5 aus Cumberlandeisen. linie, zweite grüne Bande nach 1/2 Min. blitzend. Schienenzusatz in der Mitte fand nicht statt, der Winddruck war sehr constant 11/2 Atm. Der Process wird mit dem Verschwinden der grünen Spectrallinien als beendet angesehen. Es wurden wie gewöhnlich 8 pCt. geschmolzenes Spiegeleisen zugelassen, wobei eine kräftige Spiegelflamme entsteht. Nach beendeter Reaction wird ohne Weiteres gegossen. Das ausfliessende Metall

flammt lebhaft. Die erzielten Blöcke sind absolut dicht. Die Schlacke wurde erst gegen Ende dünnflüssig. Der rasche Gang der Charge findet seine Erklärung in einer wahrscheinlich durch Düsenverkürzung herbeigeführten Vergrösserung der Windmenge. In dem Diagramm Fig. 4 ist der Massstab um 1/3 grösser genommen. Der fertige Stahl giebt keinen sicheren Anhalt in Bezug auf die Spiegelreaction. Die Proben wurden nämlich vorn aus dem Converter gegossen und das centnerweise vorbeifliessende Metall in der Pfanne aufgefangen, wo

Reaction bei Zusatz von Spiegeleisen, Fig. 5. Von einer in Bochum geblasenen Charge wurde eine Probe am Ende des Processes, eine Probe Spiegeleisen aus der Rinne, sowie eine Probe des fertigen Stahls analysirt. Das Gewicht der erhaltenen Blöcke betrug 7793 oder rund 7800*. Es wurden 600k Spiegeleisen eingeschmolzen.

In Fig. 5 sind zur bequemen Uebersicht die absoluten Werthe als Die schatOrdinaten eingetragen.

tirten Felder versinnlichen durch ihre Höhe die Menge des zugehörigen Sauerstoffs.

k

Charge No. V, dazu Fig. 6. Dieselbe wurde geblasen auf der Union zu Dortmund am 27. April 1878. Der Einsatz von 8000 bestand zu 3/8 aus englischem Eisen, zu 3/8 aus deutschem Eisen und zu 2/% aus Schrott. Die in eine Coquille gegossene Roheisenprobe hatte eine dünne Kruste von Weisseisen. Die Charge bietet besonderes Interesse durch ihren geringen Mangangehalt, ferner, weil sie nicht allein kälter eingeschmolzen, sondern auch von der 10. bis 13. Minute durch etwa 31/2 pCt. Schienenenden, welche ohne Unterbrechung des Blasens von oben in den Converter geworfen wurden, gekühlt wurde. Die Natriumlinie, anfangs blitzend, wurde erst nach 2 Minuten constant. Leider war es der ausserordentlich zähen Schlacke wegen mit den vorhandenen Hilfsmitteln nicht möglich, beim Beginn der dritten Periode, zwei Minuten vor Ende, eine Probe zu nehmen; ebenso mussten an Stelle einer Schöpfprobe am Ende einige aus der Schlacke geklopfte Stahlkügelchen zur Analyse dienen. Letztere habe ich, da sie nicht völlig von Schlacke frei waren, nur verwandt, um zu constatiren, dass der ManganFig. 6

Mn

gehalt am Ende höchstens 0,1 pCt. betragen kann. Den Siliciumgehalt vor Spiegel habe ich in dem Diagramme gleich dem nach Spiegel gesetzt. Die ganze Curve ist

Der deutsche Process ist so scharf ausgeprägt, dass, gleiche Windzuführung und Chargirung vorausgesetzt, die Curven nicht nur ähnlich, sondern congruent werden. Namentlich zeigt die so charakteristische dritte Periode völlige Gleichheit im Verlauf der Curven, die für C und BC sich sogar auf die Höhe über der Abscissenaxe erstreckt. Für die Charge IV braucht die Abscisse nur auf 16 verlängert werden, was auch der normalen Chargendauer in Bochum entspricht, um die nämlichen Neigungswinkel zu erhalten wie in den übrigen Diagrammen. Das Mangan zeigt in den beiden ersten Perioden ein verschiedenes Verhalten, dargestellt durch Fig. 1 und 3 einerseits, durch Fig. 2 und 4 andererseits.

Ob eine Charge nach dem obigen Schema verläuft, kann auch ohne Analyse aus den äusseren Merkmalen erkannt werden. Für die Intensität der Kohlenstoffverbrennung giebt die Grösse der Flamme und das Getöse im Converter einen Massstab. Das Silicium bewirkt durch seine Verbrennung eine schnelle Erhöhung der Temperatur. Steigt die letztere über Stahlschmelzhitze, so entweicht mit dem Gasstrom dampfförmiges Eisen und bildet, in der Flamme verbrennend, einen immer dichter werdenden Rauch. Starker Manganabbrand verdünnt eine saure Schlacke. Bei Hunderten

von Chargen, welche ich genauer beobachtet habe, war keine einzige, welche erheblich anders gegangen wäre, als es die Diagramme zeigen. Alle hatten eine Schlussperiode, während welcher die Flamme allmälig verlischt, wo eine schnell vermehrte Rauchbildung die Siliciumverbrennung verräth und wo, falls die Beschickung manganreich war, sich die zähe Schlacke verdünnte.

Nachdem sich somit der deutsche Bessemerprocess als eine neue weitverbreitete und scharf gekennzeichnete Art zu erkennen gegeben hat, treten ausser vielen Nebenfragen zwei Hauptfragen an uns heran: 1) An welche Bedingungen ist der deutsche Process geknüpft? 2) Was leistet derselbe?

Die Bedingungen eines jeden Bessemerprocesses liegen, die gebräuchlichen Apparate vorausgesetzt, in der Anfangstemperatur und der chemischen Zusammensetzung der Charge.

Um den Einfluss der Anfangstemperatur beurtheilen zu können, muss man sich vollkommen darüber klar sein, welche Rolle die im Bade vorhandenen Körper als Heizmaterialien spielen. Die Berechnungen, welche hier in Frage kommen, sind im Zusatz I ausgeführt, und dem Leser ist dort durch Diagramme Gelegenheit gegeben, die Temperaturerhöhung aus dem Abbrande leicht abzuleiten. Für den Augenblick haben wir festzuhalten, dass im Converter lediglich das Silicium als Heizmaterial in Frage kommt; 1 pCt. erhöht die Temperatur um etwa 300°. Der pyrometrische Effect der Metalle ist etwa viermal geringer. Der Kohlenstoff gar wirkt nicht allein nicht wärmend, sondern abkühlend. Er verbrennt im Bade nur zu Oxyd, was nach stöchiometrischen Sätzen aus den mitgetheilten Analysen hervorgeht. Diese Verbrennung hat aber ihre absolute Maximaltemperatur bei 1500°. Unter 1500° wärmt also der Kohlenstoff, darüber kühlt er; indessen, falls die Differenz nicht 100° übersteigt, kann 1 pCt. Kohlenstoff höchstens eine Temperaturveränderung von 10° hervorbringen.

Ausser diesen calorischen Gesetzen ist für den Verlauf der Verbrennung die Thatsache von der grössten Bedeutung, dass die chemische Verwandtschaft des Kohlenstoffs zum Sauerstoff unter einer gewissen Temperatur gleich Null ist, darüber hinaus aber sehr rasch zunimmt. Wie die kalte Charge des englischen Processes zeigt, liegt die Entzündungstemperatur des Kohlenstoffs bedeutend über dem Schmelzpunkte des Gusseisens. Das Silicium hingegen brennt bereits bei Roheisenschmelzhitze und erhöht die Temperatur des Bades bis zur Entzündung des Kohlenstoffs. Diese Entzündungstemperatur des Kohlenstoffs suchen die deutschen Werke schon im Cupolofen zu erreichen, daher die Regel, dass die Natriumlinie beim Blasen sofort erscheinen soll. Von da ab brennen Kohlenstoff und Silicium neben einander und theilen sich in das eingeblasene Sauerstoffquantum. Da aber die Affinität des Kohlenstoffs so sehr schnell wächst, nimmt er bald, nach dem in der Natur allein massgebenden Recht des Stärkeren, einen immer grösseren Antheil, und nach

5 Minuten tritt eine völlige Unterdrückung der Siliciumverbrennung*) ein: Eine gewaltige stetige Flamme schlägt unter donnerndem Geräusch aus dem Converterhalse, der Process steht in der Eruptionsperiode. Die Temperatur der Eruptionsperiode liegt nun bereits über dem Schmelzpunkte des Schmiedeeisens, was ausser anderem dadurch bestätigt wird, dass bereits beim beginnenden Auftreten der Flamme ein in das Bad getauchter dicker Eisendraht sofort schmilzt, auch an der Stelle, wo er in der Schlacke ist. Setzen wir die Temperatur der Eruptionsperiode zu 1600°, so würde die Entzündungstemperatur des Kohlenstoffs, also die Anfangstemperatur des deutschen Processes, bei 1400° liegen. Denn in der ersten Periode verbrennen etwa 0,8 pCt. Silicium, wodurch eine Temperaturerhöhung von 2000 hervorgebracht wird. Die Eruptionsperiode erreicht ziemlich plötzlich ihr Ende, wenn der Kohlenstoff bis auf einen geringen, schwer verbrennlichen Rest verzehrt ist. Selbstredend wirft sich nunmehr die Verbrennung auf das noch hinreichend vorhandene Silicium und Mangan und erhöht die Temperatur noch um 200o. Der spectroskopische Index für das Ende des Processes, das Verschwinden der grünen Linien bricht, wie man sieht, die zweite Siliciumverbrennung etwa in der Mitte ab. Die Begründung dieses sehr beachtenswerthen Zusammentreffens wird unten versucht werden.

Lässt man ein Eisen von der nämlichen Zusammensetzung nicht mit 1400°, sondern mit 1200° in den Converter fliessen, so entwickelt sich ganz naturgemäss der englische Process. Kohlenstoff, weil unter der Entzündungstemperatur, brennt anfangs gar nicht, wohl aber Silicium und Mangan bezw. Eisen. Wenn nach

*) Durch Zusatz kalter Schienenenden wird die Affinität des Kohlenstoffs vermindert und dadurch eine stärkere Verbrennung des Siliciums veranlasst. Folgende Versuche bestätigen dies. Bei je zwei auf einander folgenden Chargen von gleicher Zusammensetzung wurden der ersteren gegen das Ende der Eruptionsperiode Schienenenden zugesetzt, die andere wie gewöhnlich verblasen. Ich fand 1) 2 Minuten vor Ende 3 pCt. Schienen Si 0,364 pCt.

Ohne Schienen Si 0,512 pCt. Ohne Schienen

Si སྐ

0,450 pCt.

2) 412 Minuten vor Ende 5 pCt. Schienen Si 0,205 pCt. Auch in Bochum sind, wie Hr. Was um mir mittheilt, vor kurzem ähnliche Versuche mit demselben Erfolge angestellt. Diese Versuche erklären sich am einfachsten aus der verminderten Affinität des Kohlenstoffs, nicht, wie ich selber in meiner früheren Abhandlung annahm, aus der vermehrten Affinität des Siliciums. Beide Annahmen kommen allerdings für diesen Versuch und die meisten anderen aus der gegenseitigen Reaction von Si, C, Fe, O entspringenden Erscheinungen auf dasselbe hinaus. Eine beachtenswerthe Consequenz der Voraussetzung, dass das Silicium am Ende der Eruptionsperiode eine weit geringere Verwandtschaft zum Sauerstoff hat als zu Anfang des Processes, bestätigt sich nicht. Es müsste nämlich beim Beginn der dritten Periode eine stärkere Anhäufung von oxydirtem Eisen im Bade eintreten (vergl. § 6), um die weitere Verbrennung des Siliciums hervorzubringen. Dann wäre aber auch selbstverständlich, dass durch eine blosse Abkühlung des Bades am Ende des Processes sich der Siliciumgehalt vermindern müsste, indem infolge der wiedergewonnenen grösseren Affinität der aufgelöste Sauerstoff an das Si ginge. Mehrere genaue Versuche zeigten aber nicht die mindeste Abnahme des Siliciumgehaltes nach starker Abkühlung des ruhigen Bades.

etwa 4 Minuten 0,8 pCt. Si verbrannt sind, ist die Temperatur auf 1400° gebracht. Die Charge ist dann in dem nämlichen Stadium, wo die deutsche beim Beginn des Blasens ist. Der weitere Verlauf ist von da ab für beide Chargen in Uebereinstimmung mit unseren Diagrammen. Nachdem in 5 weiteren Minuten noch etwa 0,7 pCt. Si verbrannt sind, beginnt die Eruptionsperiode, die Kohlenstoffcurve fällt reissend ab, und die flach gewordene Siliciumcurve gelangt bald auf die Nulllinie. Die heisse Schlussperiode fällt fort, sie war eben an den Anfang des Processes versetzt. Uebersteigt indessen der Siliciumgehalt der Charge 1,8 pCt., so muss selbstverständlich auch beim englischen Verfahren sich eine heisse Endperiode entwickeln. Dieselbe würde bei 2,3 pCt. Si vollständig zur Ausbildung gelangen, und bei noch höherem Siliciumgehalt müsste ein Rest desselben im Stahl verbleiben.. Obgleich eine heisse Endperiode beim englischen Process noch nicht analytisch nachgewiesen ist, so zeigt sich ihr Vorhandensein doch in dem Bestreben der englischen Bessemertechniker, zur Erleichterung des Stahlgusses den Siliciumgehalt ihres Roheisens thunlichst zu vergrössern.

Fig. 7

Der Verlauf der Temperatur lässt sich mit Hilfe der in Zusatz I gegebenen Diagramme leicht graphisch darstellen. Fig. 7 zeigt in den beiden obersten Curven die Temperatursteigerung für die Charge No. I und III. Die unterste Curve würde die Erwärmung der nämlichen Charge mit der Anfangstemperatur von 1200° vor Augen führen. Lässt man endlich von den beiden oberen Curven das letzte steile Ende fort, so hat man den Gang der Temperatur für den schwedischen Process.

Nachdem wir in der hohen Anfangstemperatur die Grundbedingung des deutschen Processes unschwer kennen gelernt, nachdem wir gleichzeitig die einfachen Naturgesetze, welche den Gang der Temperatur regeln, klar gelegt, ist die zweite Frage, nach der Abhängigkeit des Processes vom Rohmaterial, mit wenig Worten zu beantworten. Gemäss dem ganz bestimmt ausgeprägten Charakter des deutschen Processes, welcher sich in der bestimmten Gestalt der Curven in unseren Diagrammen spiegelt, werden in der normalen Charge

etwa 1,4 pCt. Silicium und wenig mehr Mangan verbrannt. Soviel muss von beiden Substanzen also mindestens vorhanden sein, damit der deutsche Process herauskommt. Es ist wol Zufall, dass die Charge Bochum nur 1,49 pCt. Silicium enthält, sonst verwendet man in Deutschland höher silicirtes dunkelgraues Eisen No. I, II und III, welches vom Cupolofen gegen 1,9 pCt. Silicium enthält. Vermehrung des Silicium- und Mangangehaltes über die angegebene Grenze von 1,4 pCt. ändert am Wesen des Processes selbstverständlich nichts, die Curven liegen bei unveränderter Gestalt höher über der Abscissenaxe, und der im Stahl verbleibende Rest wird grösser. Der Kohlenstoff ist ohne Einflusss auf den Endgehalt an Mangan und Silicium. Allerdings zieht

höherer Kohlenstoffgehalt den Process in die Länge; wegen der Steilheit der Kohlenstoffcurve würde aber eine Vermehrung desselben um 1 pCt. das am Ende der Eruptionsperiode vorhandene Silicium nicht um 0,1 pCt. vermindern.

Was wird aber aus dem deutschen Process, falls wir mit dem Siliciumgehalt unter 1,4 pCt. hinabgehen? Es liegt klar auf der Hand, dass dann die Siliciumverbrennung in der dritten Periode nicht ganz zur Ausbildung gelangt, und dass sie ganz fortfällt, wenn das Roheisen nur 0,8 pCt. Si enthält. Wir wiederholen, dass 0,8 pCt. Silicium bei 1400° Anfangstemperatur die Charge bis in die Eruptionsperiode bringen, also Stahlschmelzhitze erzeugen können. Wir stehen somit vor einer neuen Art des Bessemerprocesses, welche nicht nur auf dem Papier, sondern in der Wirklichkeit vorhanden ist. Sie bezeichnet sogar den Höhepunkt der Bessemerindustrie, es ist der „schwedische Bessemerprocess".*)

Die drei Arten des Bessemerprocesses stehen nach dem Obigen in enger Verwandtschaft und können durch unzählige Zwischenstufen in einander übergehen. Sie sind abhängig von zwei willkürlich variablen Bedingungen, der Anfangstemperatur und dem Siliciumgehalt des Roheisens. Die vier Grenzvariationen sind die folgenden. Hohe Anfangstemperatur und hoher Siliciumgehalt: deutscher Process. Hohe Anfangstemperatur und niedriger Siliciumgehalt: schwedischer Process. Niedrige Anfangstemperatur und hoher Siliciumgehalt: englischer Process. Die vierte Variation, niedrige Anfangstemperatur und niedriger Siliciumgehalt, ist praktisch unmöglich.