LXXVII. Ueber die Darstellung von Eisen und Stahl; von Hrn. Heinrich Bessemer. Aus einem Vortrage desselben in der Institution of Civil Engineers zu London, gehalten am 10. und 17. Mai 1859, mitgetheilt im Juliheft des London Journal of arts, S. 32. Bessemer, über die Darstellung von Eisen und Stahl. Im Eingange seiner Abhandlung besprach Hr. Bessemer das gewöhnliche Verfahren der Eisenerzeugung mittelst des Puddelns. Bei demselben wird das Eisen, nachdem es aus dem flüssigen Roheisen durch Abscheidung des Kohlenstoffs erzeugt wurde, in Luppen gesammelt, die so schnell als möglich aus dem Puddelofen genommen und zu dem Zängeapparat gebracht werden, welcher viel von der flüssigen Schlacke, nebst anderen mechanisch beigemischten Unreinigkeiten, aus dem Frischeisenklumpen entfernt, wobei eine Eisenmasse zurückbleibt, die aus Tausenden getrennter Metallstückchen besteht, von welchen allen die ganze Oberfläche mehr oder weniger mit trockenem Oxyd oder mit flüssigem Eisenoxyd-Silicat überzogen ist. Der von dem Zängeapparat ausgeübte große Druck reicht hin, den flüssigen Ueberzug der aneinander liegenden Theilchen so weit zu beseitigen, daß ihre Oberflächen in wirkliche Berührung kommen und folglich diese Theilchen sich mit einander vereinigen. Es können aber nicht alle auf diese Weise verdrängten Substanzen ihren Weg durch die Zwischenräume der Frischeisenmasse finden, daher sie in den vielen Höhlungen derselben eingeschlossen bleiben und schwache und unganze Stellen in dem Eisen bilden. Alles spätere Ausschweißen, Schmieden und Walzen kann die Antheile von Schlacke, trockenem Eisenoxyd und Sand, welche der Masse eingemengt und in derselben vertheilt sind, nicht gänzlich verdrängen; sie veranlassen daher ein schiefriges, rissiges, überhaupt ein fehlerhaftes Eisen. Da diese Mängel die natürlichen und unvermeidlichen Folgen der Bedingungen sind, unter denen jetzt Schmiedeeisen dargestellt wird, so müssen ähnliche Fehler auch bei dem durch Puddeln erzeugten Stahl vorkommen. Die körnige Beschaffenheit des Metalles und die Einwirkung von Wärme und Sauerstoff auf dasselbe müssen in beiden Fällen nothwendig die ganze Oberfläche der zahlreichen Molecüle, die zu einer Masse vereinigt werden sollen, oxydiren; die Beimischung von Schlacken und anderen Substanzen aus dem Ofen kann ebenfalls nicht vermieden werden; endlich ist es ebenso schwierig wie bei der Eisenerzeugung, jedes Theilchen des Metalles auf denselben Grad der Entkohlung zu bringen, wozu noch der Uebelstand kommt, daß einzelne Theile des Metalles gänzlich entkohlt und in Frischeisen verwandelt werden. Das Eisen bietet also einen sehr ungünstigen Contrast mit den anderen streckbaren Metallen dar, welche sämmtlich frei von Schlacken sind; sie enthalten keine harten und weichen Theile und es brauchen bei denselben die getrennten Massetheilchen nicht zusammengeschweißt zu werden, sondern sie sind vollkommen gleichartig und frei von aller mechanischen Beimischung fremdartiger Substanzen. Gold, Silber, Kupfer, Zink, Zinn und Blei verdanken die schätzbare Eigenschaft, von den Mängeln des Puddeleisens frei zu seyn, einfach dem Umstand, daß sie in flüssigem Zustande gereinigt und raffinirt und noch flüssig in Formen gegossen werden, wodurch die Cohäsion jedes Theilchens der Masse gesichert ist. Da nun alle anderen streckbaren Metalle durch das Raffiniren im flüssigen Zustande und das Eingießen in Formen reiner und gleichartiger als Eisen gemacht werden, ohne im geringsten ihre Geschmeidigkeit zu verlieren, so fragt es sich, warum das Eisen eine Ausnahme von dieser allgemeinen Regel bleiben soll? Darauf kann man mit Recht erwiedern, daß bis jetzt die außerordentlich hohe Temperatur, welche zum Schmelzen reinen Eisens und zum Erhalten desselben in flüssigem Zustande erforderlich ist, eine unüberwindliche Schranke bildete. Es ist daher nicht zu verwundern daß, als Hr. Bessemer den Vorschlag machte, Roheisen in Stabeisen zu verwandeln, während es sich im flüssigen Zustand befindet, und diesen Zustand so lange zu unterhalten, daß es in Formen gegossen werden kann, ohne daß bei dem Proceß irgend ein Brennmaterial angewendet wird, sein Vorschlag von vielen Personen als eine Schwindelei betrachtet wurde. Von der Richtigkeit des Princips, auf welcher das neue Verfahren beruht, vollkommen überzeugt, hat Hr. Bessemer seine Erfindung im Jahre 1856 der Versammlung der brittischen Naturforscher mitgetheilt, dann unbekümmert um die Zweifler, seinen Weg bisher verfolgt und mehrere Jahre geschwiegen, bis er im Stande war, seine Gegner auf praktischem Wege zu überzeugen, daß durch sein Verfahren auf sehr ökonomische Weise sowohl Eisen als Stahl von größerer Güte als durch die jetzigen mangelhaften und kostbaren Processe erzeugt werden können. Die Erfolglosigkeit der ersten Versuche wurde von Manchen irrthümlich dem Verbrennen des Metalles, und von Anderen der Abwesenheit von Schlacken und dem krystallinischen Zustande der Güsse zugeschrieben. Von den angegebenen Ursachen hat jedoch keine mit dem Mißlingen des Processes, wo es wirklich stattfand, etwas zu schaffen. Chemische Untersuchungen wiesen die wahre Quelle der Schwierigkeit bald nach; man fand daß, obgleich das Roheisen gänzlich entkohlt und das Silicium daraus entfernt werden konnte, die Menge des Schwefels und Phosphors nur wenig vermindert wurde; durch genaue Analysen verschiedener Proben überzeugte man sich, daß 1/10 Proc. Schwefelgehalt stets den Rothbruch veranlaßt und das Vorhandenseyn einer gleichen Phosphormenge den Kalkbruch, daher die Absonderung dieser Substanzen nothwendig wurde. Man versuchte Dampf und reines Wasserstoffgas mit mehr oder weniger Erfolg zur Entfernung des Schwefels; und verschiedene Flüsse, welche hauptsächlich aus Eisenoxyd- und Manganoxydul-Silicaten bestanden, wurden mit dem flüssigen Metall während des Processes in Berührung gebracht und dadurch die Phosphormenge vermindert. Auf diese Weise verstrichen viele Monate mit mühsamen und kostspieligen Versuchen; es wurden aber auch bedeutende Fortschritte und sehr werthvolle Erfahrungen gemacht. Die günstigen Resultate, welche man bei Anwendung einiger der besseren Roheisensorten erhielt, veranlaßten eine gänzliche Umänderung des Verfahrens, wozu Hr. Longsdon Vieles beitrug. Man bezog von dem besten schwedischen Roheisen, aus welchem ein vortrefflicher Stahl erzeugt wurde, welcher sich fast für alle Zwecke eignete, wozu die besten Stahlsorten verwendet werden. Man entschied sich nun dahin, eine zeitlang alle weiteren Versuche zu unterlassen und in Sheffield Stahlwerke zu errichten, um das neue Verfahren vollständig zu entwickeln und in praktischen Betrieb zu bringen, damit die über den Bessemer'schen Proceß allgemein verbreiteten irrigen Ansichten widerlegt werden. Zur Fabrication des besten Werkzeugstahls fand man es aus mehreren Gründen zweckmäßiger, das beste schwedische Roheisen zu benutzen, und nachdem es durch den Bessemer'schen Proceß in Stahl verwandelt ist, den flüssigen Stahl in Wasser zu gießen und dann das abgeschreckte Metall in einem Tiegel umzuschmelzen, wie es jetzt bei der Darstellung des Blasenstahls geschieht. Bekanntlich kommen in England sehr reiche Lagerstätten der reinsten, zu dem Proceß geeigneten Eisenerze vor. Vom Rotheisenstein werden allein jährlich 270,000 Tonnen gefördert und dieses Quantum könnte verdoppelt oder verdreifacht werden; aus diesem Rotheisenstein wird auf dem Workington Eisenwerke Roheisen erblasen, welches in der letzten Zeit hauptsächlich zur Eisen- und Stahlerzeugung nach dem Bessemer'schen Proceß diente. 1 Tonne 13 Ctr. Erz, von welchem die Tonne 10 Shilling kostet, liefern 1 Tonne Roheisen mit 60 Procent weniger Zuschlagskalk und 20 Proc. weniger Brennmaterial, als gewöhnlich zur Zugutemachung geringerer Erze erforderlich sind; überdieß produciren die Oefen, wenn sie dieses Erz allein verhütten, wöchentlich 220–240 Tonnen Roheisen, während sie mit gewöhnlichen Eisensteinen in derselben Zeit nur 160–180 Tonnen erzeugen. Die Eisenwerke zu Cleatormoor, zu Weardale und im Forest of Dean produciren ebenfalls ein treffliches Material für den Bessemer'schen Proceß. Die Behälter, worin das Roheisen durch den Bessemer'schen Proceß in Stabeisen und Stahl verwandelt wird, haben jetzt die Form der Glasretorten, welche die Chemiker zur Destillation anwenden. Sie lagern in Achsen und werden mit Chausseestaub ausgefüttert, welcher 30–40 Stahlchargen aushält und dann schnell und wohlfeil reparirt oder erneuert werden kann. Der Behälter wird in eine geneigte Stellung gebracht, um die Roheisencharge aufzunehmen, während welcher Zeit die Formen sich über der Oberfläche des Metalles befinden. Sobald die ganze Charge eingelaufen ist, wird der Behälter um seine Achsen gedreht, so daß die Formen unter den Spiegel des Metalles kommen, worauf der Proceß sogleich in volle Thätigkeit kommt und zwanzig dünne, jedoch kräftige Luftstrahlen durch die flüssige Masse hinaufspringen. Die Luft, indem sie sich ausdehnt, zertheilt sich in Blasen oder springt heftig aufwärts, eine große Menge des flüssigen Metalles mit sich reißend, welches wieder in die kochende Masse hinabfällt. Der Sauerstoff der Luft bewirkt bei diesem Processe zuvörderst die Verbrennung des Kohlenstoffes in dem Roheisen und oxydirt gleichzeitig das Silicium; die so gebildete Kieselerde verbindet sich mit dem Eisenoxyd, welches durch die Verbrennung einer geringen Menge metallischen Eisens entstand, zu flüssigem Eisenoxydsilicat oder Schlacke, welche in dem Behälter zurückbleibt und die Reinigung des Metalles befördert. Die Temperaturerhöhung, welche in dem Metall eintritt und außer Verhältniß mit der Menge des verzehrten Kohlenstoffs und Eisens zu stehen scheint, rührt ohne Zweifel von den günstigen Umständen her, unter denen die Verbrennung erfolgt. Es ist hier kein Material vorhanden, welches die erzeugte Hitze absorbirt und ihre Aufnahme von dem Metall verhindert, denn die Hitze wird an Tausenden von Punkten entwickelt, durch die ganze flüssige Masse vertheilt, und wenn das Metall ins Kochen kommt, erhebt sich die ganze Masse weit über ihr natürliches Niveau und bildet eine Art von schwammigem Schaum, wobei eine außerordentlich lebhafte Verbrennung in jeder seiner zahllosen beständig wechselnden Höhlungen vor sich geht. Man erreicht so durch die bloße Wirkung des Gebläsewindes in den größten Eisenmassen, in 10–12 Minuten, eine Temperatur, wie sie durch tagelange Behandlung in dem wirksamsten Ofen nicht erzielt werden könnte. Die Entkohlung des Metalles wird mit großer Genauigkeit durch eine Gasuhr regulirt, welche auf einem Zifferblatte die Anzahl der Kubikfuße Luft anzeigt, die durch das Metall strömten; man kann daher Stahl von jeder Beschaffenheit oder Härte mit der größten Sicherheit darstellen. Sobald das Metall (nach Angabe des Zifferblattes) die gewünschte Entkohlung erreicht hat, wird der Behälter so gedreht, daß das flüssige Stabeisen oder der Stahl in eine Gießpfanne ausläuft, die an dem Arm eines hydraulischen Krahnes hängt, daher sie leicht über die Formen gebracht werden kann. Die Gießpfanne ist am Boden mit einem Stöpsel von feuerfestem Thon versehen, nach dessen Emporheben mittelst eines Hebels das flüssige Metall in senkrechtem Strome in die Form abfließt. Nachdem die erste Form gefüllt ist, wird der Stöpsel niedergedrückt und das Metall kann daher nicht ausfließen, bis die Gießpfanne über die nächste Form geschafft wurde, wornach das Aufziehen des Stöpsels deren Füllung in ähnlicher Weise veranlaßt, und so fort bis alle Formen gefüllt sind. Das Gießen großer Massen eines vollkommen gleichartigen streckbaren Metalles in jede gewünschte Form macht die langwierige, kostspielige und unsichere Arbeit des Schweißens, wie sie jetzt erforderlich ist, sobald große Eisen- oder Stahlmassen verlangt werden, unnöthig. Die außerordentliche Zähigkeit und Streckbarkeit des Bessemer'schen Eisens ergibt sich daraus, daß man einen kalten Eisenstab von 3 Zoll im Quadrat unter dem Hammer so umbiegen kann, daß die beiden Hälften dicht auf einander passen, ohne daß sich irgendwo der geringste Bruch zeigt; dabei wird der Stab auf der Außenseite der Biegung von 12 auf 16 3/4 Zoll ausgedehnt, und auf der Innenseite von 12 auf 7 1/4 Zoll zusammengedrückt. Ein eisernes Kabel, aus vier Strängen von 1 1/2 zölligem Rundeisen bestehend, wurde im kalten Zustande so dicht zusammengedreht, daß die Stränge an ihren Berührungspunkten ineinander eingedrungen blieben; jeder von diesen Strängen hatte sich auf einer Länge von 4 Fuß um 12 1/2 Zoll gestreckt und sich auf der ganzen Länge um 1/10 Zoll im Durchmesser vermindert. Ferner wurden mehrere Stahlstäbe von 2 1/2 Zoll im Quadrat und 2 1/2 Fuß Länge im kalten Zustande zu einer Spirale gewunden, deren Winkel etwa 45 Grad betrugen. Auch wurden starke runde Stahlstangen von 2 Zoll Durchmesser in kaltem Zustande unter dem Hammer zur Gestalt eines gewöhnlichen Hufeisenmagnets gebogen, worauf die Außenseite der Biegung 5 Zoll mehr maß als die Innenseite. Kesselplatten von Stahl und Eisen, noch unbeschnitten und die Enden kalt umgebogen (welche Hr. Bessemer nebst den vorher erwähnten Proben in der Versammlung vorzeigte), bewiesen ebenfalls die außerordentliche Festigkeit und Zähigkeit des Metalles, während die glatte Oberfläche der stählernen Eisenbahnwagenachsen und des aus Stabeisen bestehenden Geschützes sich vollständig frei von Rissen, Schiefern oder harten Adern zeigten, was ein charakteristisches Kennzeichen des neuen Metalles ist. Die absolute Festigkeit desselben ist nicht weniger bemerkenswerth; die verschiedenen, mit der Maschine im Arsenale zu Woolwich probirten Stahlstücke widerstanden nach den Berichten des Artillerieobersten Eardly-Wilmot einer Belastung von 150,000 bis 162,900 Pfund auf den Quadratzoll; und vier Muster von Kesselblech widerstanden einer Belastung von 68,314 bis 73,100 Pfd., während nach den von W. Fairbairn angestellten Versuchen Staffordshire Kesselbleche einer mittleren Belastung von 45,000 Pfd. und die Bleche von Low Moor und Bowling einer mittleren Belastung von 57,120 Pfd. per Quadratzoll widerstanden. Bekanntlich steigen bei der Fabrication von Kesselplatten und von Platten zum Schiffsbau die Produktionskosten beträchtlich mit der Gewichtszunahme der Platten; so verlangt die Low Moor Eisen-Compagnie 22 Pfd. Sterl. per Tonne für Platten, deren jede 2 1/2 Ctr. wiegt; wenn aber das Gewicht einer Platte 5 Ctr. überschreitet, so steigt der Preis von 22 Pfd. Sterl. auf 37 Pfd. Sterl. per Tonne. Da nun Hr. Befsemer das Material zu diesen Platten in Formen gießen kann, so lassen sich aus den Gußkolben Platten von 10–20 Ctr. Gewicht mit weniger Aufwand von Arbeit und Kosten und mit geringerem Abgang an Material herstellen als leichtere Platten, daher man ohne Zweifel vorzugsweise große Platten darstellen und kleinere daraus schneiden wird. Da durch das Zusammennieten der einzelnen Platten 30 Procent an Festigkeit verloren gehen, so haben lange Platten für den Bau von Gitterbrücken und Schiffen einen sehr großen Werth. Für die Fabrication von Geschützen ist es sehr wichtig, daß mittelst des Bessemer'schen Processes Cylinder (oder conische Massen) sowohl von weichem Stabeisen als von weichem Stahl, von je 10 bis 20 Tonnen Gewicht gegossen werden können, aus denen man also die Geschütze ohne irgend eine Schweißung anzufertigen im Stande ist, daher sie frei von allen den Fehlern bleiben, welche das Stabeisen stets erlangt, wenn es langen und wiederholten Schweißhitzen unterworfen wird. Die absolute Festigkeit solcher gegossenen Cylinder von weichem Stabeisen ergab sich im konigl. Arsenal zu Woolwich = 64,566 Pfd. auf den Quadratzoll. Um Geschütze durch bloßen Guß aus Bessemer'schen Metall darzustellen, benutzt man das in den Kanonengießereien angewandte Verfahren, jedoch mit dem Unterschiede, daß das Roheisen aus dem Schmelzofen nicht direct in die Form, sondern vorerst in den Umwandlungsbehälter fließt, in welchem es in 10 Minuten in Stahl oder in geschmeidiges Eisen verwandelt wird, wornach der Guß auf gewöhnliche Weise erfolgt. Hr. Bessemer hat auf diese Weise eine kleine Kanone angefertigt, das erste derartige, ohne Schweißung und ohne Schweißnäthe aus hämmerbarem Eisen bestehende Stück. Die Wichtigkeit dieses Verfahrens geht daraus hervor, daß in Woolwich conische Massen dieses reinen, zähen Metalles von 5 bis 10 Tonnen Gewicht zu einem Preise dargestellt werden können, welcher einschließlich der Kosten für Roheisen, Transport, Umschmelzen, Abgang beim Proceß, Arbeitslöhne und Maschinenkraft, nur 6 Pfd. Sterl. 12 Shilling per Tonne beträgt. Die conischen Massen werden in eisernen Formen gegossen und dadurch wird der große Zeitaufwand vermieden, welchen die Anfertigung der Lehmformen veranlaßt, wozu noch kommt, daß die benutzten eisernen Formen eine Stunde nach beendigtem Guß aus der Dammgrube genommen werden können, während jetzt die gußeisernen oder bronzenen Geschütze drei Tage in der Dammgrube bleiben müssen. Ueberdieß kann das Gewicht solcher Geschütze aus geschmiedetem Gußstahl oder aus Stabeisen um 20 bis 25 Procent, wegen der größeren Festigkeit des Metalles, vermindert werden. Diese wichtigen Vortheile werden von dem Director der königl. Geschützgießereien, dem Obersten Eardley-Wilmot, vollkommen anerkannt; derselbe hat sich für die Fortschritte des Bessemer'schen Verfahrens von Anfang an sehr interessirt, und der Erfinder verdankt ihm sehr werthvolle Versuche über die Festigkeit verschiedener von ihm dargestellten Eisensorten. Das Bessemer'sche Verfahren hat bereits in anderen europäischen Ländern Eingang gefunden. Daniel Elfstrand u. Comp. zu Edsken, welche dasselbe in Schweden einführten, haben mittelst desselben bereits mehrere hundert Tonnen vortrefflichen Stahls dargestellt. Eine andere große Fabrik wurde seitdem in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft errichtet, und außerdem haben sich noch drei andere Gesellschaften zur Ausbeutung des neuen Verfahrens gebildet. Die tüchtigsten Eisenhüttenmänner Schwedens haben den ganzen Proceß genau geprüft und sich vollkommen zu dessen Gunsten ausgesprochen. In Frankreich haben vor einiger Zeit James Jackson u. Sohn das neue Verfahren in ihren Stahlwerken in der Nähe von Bordeaux eingeführt, und jetzt wollen sie größere Apparate bei den Hohöfen der Landes errichten. Vier andere Hohöfen werden gegenwärtig im südlichen Frankreich bloß zur Ausführung des neuen Verfahrens gebaut. Aus dem Roheisen von Algerien und Sachsen (wahrscheinlich Westphalen) erhielt man den besten Stahl. Belgien blieb nicht hinter seinen Nachbarn zurück; in der Nähe von Lüttich wird jetzt vortrefflicher Stahl aus dem Kohks-Roheisen der dortigen Hohöfen nach dem Bessemer'schen Verfahren dargestellt. Sardinien, Rußland, Oesterreich und mehrere andere Länder haben Hüttenmänner und Professoren der Chemie nach England und Schweden geschickt, um die Ausführung des neuen Verfahrens kennen zu lernen und darüber zu berichten. Dasselbe wird natürlich durch die Erfahrungen, welche man bei seiner Anwendung im Großen macht, noch vervollkommnet werden.