Stahl und Eisen, Jg. 60, Heft 10

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STAHL UND EISEN

Z E I T S C H R I F T F Ü R D A S D E U T S C H E E I S E N H Ü T T E N W E S E N

Herausgegeben vom Y erein Deutscher Eisenhüttenleute G eleitet von Dr.-Ing. Dr. mont. E. h. O . P e t e r s e n

unter Mitarbeit von Dr. J. W. Reichert und Dr. W. Steinberg für den wirtschaftlichen Teil

H EFT 10 7. M Ä R Z 1940 60. J A H R G A N G

Vorversuche zum Betrieb von Siemens-M artin-Oefen mit Gichtgasbeheizung unter Verwendung von sauerstoffreicher Luft.

Von G e o rg B u lle in Sterkrade.

[Bericht N r. 364 des Stahlw erksausschusses u n d M itteilung N r. 279 der W ärm estelle des Vereins D eutscher E isen h ü tten leu te* ).].

( In einem Trommelofen wird durch Schmelzversuche m it Gichtgas und Sauerstoff nachgewiesen, daß der Betrieb von Siemens- M artin-Oefen m it Gichtgasbeheizung unter Verwendung von sauerstoffreicher L u ft möglich ist.)

B

ekanntlich verfügen zahlreiche H üttenw erke über große Ueberschüsse ungenutzter Gichtgase, andere sind gezwungen, Gichtgas in Kesseln oder anderen Feue

rungen zu verwerten, wo auch minderwertige Brennstoffe aller A rt ausreichen würden und die nützliche Gasform des Gichtgases ungenutzt bleibt. Wenn es gelingt, diese G icht

gasüberschüsse zusätzlich zur Erschmelzung von Siemens- Martin-Stahl zu verwerten, würden gewaltige w irtschaft

liche W erte gewonnen, wie sich in jedem Siemens-Martin- Werk leicht nachrechnen läßt.

Da das Gichtgas infolge seines geringen Heizwertes selbst bei hoher Vorwärmung von Gas und L u ft zur Beheizung eines Stahlschmelzofens nicht ausreicht, kann an eine Benutzung der Gichtgase als Stahlschmelzbrenn

stoff nicht gedacht werden, wenn nicht eine Erhöhung der Verbrennungstemperatur durch Sauerstoffzusatz erreicht wird. Nach Zahlentafel 1 sollte es möglich sein, m it heißem

Gichtgas und kaltem Sauerstoff S tahl noch besser zu schmelzen als, wie je tz t vielfach üblich, m it heißer L uft und kaltem Koksofengas. Wenn der zur Verbrennung no t

wendige Sauerstoff auch noch vorgewärm t wird, steigt der W ert des Gichtgases sogar wesentlich über denjenigen der heute üblichen Ferngasöfen an. Es w ird also möglich sein, den Sauerstoff zu magern, also das Stahlschmelzen

*) E rs ta tte t vor dem U nterausschuß fü r den Siem ens-M artin - B etrieb am 19. J a n u a r 1940 in D üsseldorf. — Sonderabdrucke sind vom Verlag Stahleisen m . b. H ., Düsseldorf, Postschließ- fach 664, zu beziehen.

19 10.6 „

m it heißem Gichtgas und einem Gemisch von heißer L uft und heißem Sauerstoff vorzunehmen. .

Zur Verwirklichung dieser Ueberlegungen im Siemens- M artin-Betrieb bedarf es einiger V o r v e r s u c h e , denn:

1. D a s V e r h ä l t n i s v o n G as u n d S a u e r s to f f o d e r G as u n d S a u e r s to f f - L u f t- G e m is c h ist wesentlich anders als bei Koksofengas oder Generatorgas (Luftbedarf je m 3 Koksofengas: 4 m 3, Luftbedarf je m 3 Gichtgas:

0,76 m 3; Sauerstoffbedarf je m 3 Gichtgas: 0,16 m 3). Des

halb muß der Gasvorwärmer wesentlich größer gestaltet werden als der Luftvorwärm er, gleichgültig ob man die Regenerativ-Bauweise des Ofens beibehält oder zum Re- kuperativ- Siemens-Martin-Ofen übergeht.

2. Der V e r b r e n n u n g s v o r g a n g b e i G i c h t g a s f e u e r u n g ist anders als z. B. bei Koksofengas oder Gene

ratorgas, und es ist die Verbrennungsbeschleunigung durch Sauerstoffzusatz größenmäßig noch unbekannt.

3. Der W ä r m e ü b e r g a n g der wasserdampfarmen Gicht

gasflamme ist wahrscheinlich schlechter als der W ärme

übergang der Koksofengas- und Generatorgasflamme und w ird wahrscheinlich in noch höherem Maße durch K arbu

rierung verbessert werden müssen.

4. Der E in f lu ß d e r w a s s e r d a m p f a r m e n G i c h t g a s f la m m e a u f d ie S t a h l g ü t e ist wahrscheinlich wesentlich günstiger als bei Koksofengas oder Generatorgas, da eine geringere Frischw irkung zu erwarten steht. Dieser P unkt bedarf aber noch der Aufklärung.

Diese vier P unkte müssen erst im kleinen Ofen geklärt sein, ehe eine Umstellung der großen Oefen auf Gichtgas- Sauerstoff-Betrieb erfolgen kann. Dabei wird es möglich sein, in verhältnism äßig kleinen Oefen erst einmal all

gemein festzustellen, ob sich Stahl m it Gichtgas und Sauer

stoff überhaupt schmelzen läßt, und welche Gesichtspunkte bei der Brennerausbildung und Flam m enführung zu beachten sind. An einem größeren Versuchsofen kann dann der Einfluß der Gichtgas-Sauerstoff-Flamme auf die S tahl

güte festgestellt werden.

Es wurden dem entsprechend die Versuche m it einem kleinen V e r s u c h s s c h m e lz o f e n v o n 100 k g F a s s u n g begonnen. Die Größe ergab sich aus der Leistungsfähigkeit der Sauerstoffanlage des Betriebes. Die E rrichtung eines 2,5-t-Versuchsofens war für später ins Auge gefaßt.

201 Zahlentafel 1. T h e o r e t i s c h e V e r b r e n n u n g s t e m p e r a t u r .

Bei kaltem Koksofengas u n d 2280° Stahlschm elzung

kalter L uft unm öglich

Bei kaltem Koksofengas un d 2886° Stahlschm elzung

heißer L u ft (1000°) möglich

Bei kaltem G ichtgas u n d heißer 1775° Stahlschm elzung

L uft (1000°) unm öglich

Bei heißem Gichtgas (1000°) und 2360° Stahlschm elzung

heißer L u ft (1000°) unm öglich

Bei heißem G ichtgas (1000°) un d 2900° Stahlschm elzung theoretisch kaltem Sauerstoff

2970°

möglich Stahlschm elzung Bei heißem G ichtgas (1000°) un d theoretisch

heißem Sauerstoff (1000°) möglich

(2)

202 Stahl un d Eisen. G. Bulle: Verwendung von sauerstoffreicher L u ft in Siemens-Marhn-Oefen. 60. Ja h rg . N r. 10.

Die zunächst geschaffene Kleinversuchs-Anlage ist aus Bild 1 zu ersehen. Als Ofen dient ein Blechrohr von 2 m Länge und 1,2 m Dmr., das zunächst m it 300 mm Teer- M agnesit-Futter ausgestampft wurde, später ein F u tte r von 200-mm-Teer-Magnesit-Masse und 200-mm-Superdiasteinen erhielt. Außerdem wurde der Ofen im Laufe der Versuche m it 60-mm-Sterchamolsteinen außen isoliert. Zur Bedienung des Ofens war anfangs eine seitliche Einsatztür vorgesehen, die später zur Einsparung von Wärmestrahlungsverlusten fortfiel. Die Bedienung des Ofens (Einsetzen, Bühren, Zu

setzen, Probenahme) geschah von da an durch die Fuchs

öffnung.

r a t o r (ein Zug) nach Schack aufgestellt m it folgenden Betriebszahlen: 100 m 3 W ind von 750°, Druckverlust 85 mm WS, Feuerungsgas 34 m 3, A bgastem peratur 1100 bis 250°, Y j= 75% - Wind für Ofen und Rekuperator liefert ein kleiner Ventilator. Der S a u e r s t o f f fließt von einer Gruppe von fünf Sauerstoffflaschen zu, die laufend von einer danebenliegenden Sauerstoffabrik ergänzt werden.

G e m e sse n wird die Sauerstoffmenge durch Gasuhr, die Gichtgas- und Luftmenge durch S taurand und U-Rohr, die Drücke (Sauerstoff, Gichtgas, W ind) durch U-Rohr, die Tem peraturen (Brennraum, R ekuperator, Gichtgas) durch Thermoelement und Millivoltanzeiger sowie die Ofen- und Stahltem peraturen optisch (Pyropto). W ährend der Versuche wurden alle Meßwerte viertelstündlich vermerkt.

-2000-

Sauersto ff 7 Versuchsofen

2Luft-Sauerstoff-Rekuperator m it Gichtgasbeheizung 3 Gichtgas-Rekuperator mit Gichtgasbeheizung k Gasbrenner 5 Sauerstoffleitung e Windleitung 7 Gichtgas/eitung

Bild 1. Versuchsofen zum Stahlschm elzen m it Gichtgas und Sauerstoff oder sauerstoffreicher Luft.

Zur B e h e iz u n g d es O fe n s dient ein Strahlbrenner (Bild 2), dessen Form im Laufe der Versuche verschiedent

lich geändert wurde. Das heiße Gichtgas wird außen, die kalte L uft innen zugeführt. Soll der Brenner s ta tt m it L uft m it Sauerstoff arbeiten, so wird die Luftdüse ent

fernt und durch ein einzölliges Zentralrohr ersetzt, das vorn geschlossen und seitlich nüt 8 kleinen Löchern von 7 mm Dmr. versehen ist, also scharfe Kreuzstrommischung von Sauerstoff und Gas bewirkt.

Zur H e r s t e l l u n g d es H e iß g a s e s dient ein Schack

scher Röhrenrekuperator m it Gichtgasbeheizung (zwei Züge), der mit dem Ofen durch ein ausgemauertes Rohr (100 mm Dmr. lichte Weite) verbunden ist. (Berechnet für 100 m ? Heißgas von 900°, Druckverlust 120 mm WS, Feuerungsgas 50 m 3, Abgastemperatur 1100 auf 300°, tq = 69,5% .) Später wurde noch ein H e iß w in d r e k u p e

Vorversuche.

In der Zeit vom 10. bis 15. Ju li 1938 fanden m it leerem Ofen einige Vorversuche s ta tt, um die beste B r e n n e r f o rm herauszufinden. Zuerst fand ein Strahlbrenner Ver

wendung, bei dem zum Zwecke der Flam m enreckung über dem 1,6 m langen H erd hin Gichtgas und Sauerstoff nahezu im Parallelstrom in den Ofen traten , u nd es zeigte sich, daß ein solcher Brenner zu langflammig arbeitet. Bei Ver

wendung heißen Gichtgases von 600 bis 700° u nd reinem kalten Sauerstoff ergab sich ein langer bis zum Fuchs hin brennender Flam m enbalken m it einem etwa 35 cm langen blauen Kern, ein Flam m enbild also, wie es bei Heißgas und K altluft auch nicht anders erreicht wurde. Deshalb wurde dann der erwähnte K reuzstrom brenner entwickelt und m it Heißgas und kaltem Sauerstoff eine heiße farb

lose Flamme erzielt, die nur selten ein Züngeln sehen ließ und zum Fuchs heraus brannte.

Bei den Vorversuchen ließen sich infolge zu großer W ärmedurchlässigkeit des reinen M a g n e s i t f u t t e r s mit 105 m 3 Gichtgas/h und 26 m 3 Sauerstoff/h nur 1415° im Ofen erreichen, deshalb wurde das M agnesitfutter durch ein gut isolierendes M agnesit-Superdia-Futter ersetzt.

Versuche.

S t a h l s c h m e l z v e r s u c h e m it G ic h t g a s u n d S a u e r s to f f .

Bei den eigentlichen Versuchen wurden immer je rd. 100 kg Stahl geschmolzen, und zwar zuerst aus einem Einsatz von 20 kg Roheisen, 80 kg S chrott und 2,5 kg Ferro- mangan (50prozentig), später aus 40 kg Roheisen, 60 kg Schrott und 2,5 kg Ferrom angan (50prozentig). Dabei wurde anfangs zuerst Schrott, dann Roheisen und zuletzt wieder S chrott eingesetzt; später wurde regelmäßig in der Weise verfahren, daß 60 kg Schrott eingeschmolzen wurden, dann 30 kg Roheisen und 2,5 kg bis 3 kg K alk eingesetzt

| Austrittsiücher für Sauerstoff

herausziehbare Zuleitung für Sauerstoff zum Schmelzen

herausziehbare Zuleitung für Verbrennungs/uft zum Warm halten erste Erweiterung

zweite Erweiterung

Zuleitung für heißes Gichtgas Bild 2. B renner fü r heißes G ichtgas u n d k a lte n Sauerstoff.

(3)

7. März 1940. O. B uße: Verwendung von sauerstoffreicher L u ft in Siemens-Martin-Oefen. Stahl un d Eisen. 203 und nach E intreten eines ruhigen Kochens m it 10 kg Roh

eisen und 2,5 kg Ferrom angan fertiggem acht wurde. Vor dem Fertigmachen wurde von S tahl und Schlacke eine Vor

probe, beim Abstich eine F ertigprobe genommen. Der Stahl wurde in eine Kokille abgestochen. Der Ofen wurde m it kaltem Gichtgas und kalter L uft warm gehalten, 16 h vor Beginn des Versuches auf Heißgas und L uft und 2 h vor Versuchsbeginn auf Heißgas und Sauerstoff um gestellt und auf diese Weise heiß gefahren. Es folgten dann jeweils

Z u s a m m e n s e t z u n g v o n S t a h l u n d S c h l a c k e .

Stahl C

% Mn

% P

% 0 .0 1 2 0,019

s

% Rotbruchprobe

V orprobe F e rtig p ro b e

0,03 0,15

0 ,1 0 0,70

0,026

0 ,0 2 1 h a lb g u t

Schlacke Fe Mn P SiO, AljOj CaO I MgO I

% % % % ^o//o % % !

F e rtig p ro b e 20.84 1 2 ,2 0,32 16,61 2,27 23,45 12,94

y/////////.

O fentem peratur: 1630 bis 1750°.

D auer der Schmelze: 10.22 bis 11.50 U hr

= 8 8 min.

G asverbrauch w ährend der Schmelze:

208 m3 Gichtgas zu 675° u n d 47 m3 Sauerstoff.

herausziehbare Versch/ußstange r für vordere Rohr Öffnung

Schon bei dem ersten Schmelzver

such stellte sich heraus, daß sich Stahl m it heißem Gichtgas und kaltem Sauer

stoff ohne Schwierigkeiten schmelzen ließ. Aber der Stahl war rotbrüchig, u nd wenn auch die Flamme verhält

nismäßig kurzflammig aussah und Tem

peratur sowie Abgasanalyse gleich

mäßige W erte über die Länge des Ofengefäßes aufwiesen, so konnte man doch ein Wegblasen der Schlacke vor

”j dem Brenner erkennen.

J Deshalb wurden folgende Aende- rungen versucht:

,_| 1. Der anfangs geneigte B r e n n e r

| wurde w a a g e r e c h t gelegt (Schmelze 2 J und 3). Die Maßnahme genügte nicht, 1 bis 4 Versuchsschmelzen m it Heißgas und Sauerstoff, die Ueberoxvdation des Stahles und das Fortblasen der Nachfolgend ist das Beispiel einer Schmelze Nr. X an- Schlacke dauerten an.

gegeben.

k — B800 — --- >j

S c h m e l z v e r l a u f X . j ~ i

W - K O T I 1 , i Schnitt C-D c ~ ^ \

10.22 bis s j

10.27 U hr: Einsetzen von 60Jig Schrott.

10.52 U hr: Eingeschm olzen,Bad ^ blank.

10.58 U hr: Einsetzen von 30^kg Roheisen u n d 3 kg

K alk. A

11.15 U hr: E ingeschm olzen,B ad ^—

kocht u n d Schlacke schäum t, P robe u n möglich, weil S tah l noch zu k alt, Z usatz von 0,5 kg Sand.

11.25 U hr: B ad milchig, kleine Blasen, Vorprobe.

11.30 U hr: Einsetzen von 10 kg 1 Roheisen.

11.41 U hr: Zusatz von 1 Schau- 4p

fei Sand. I

I 11.43 U hr: E insetzen von 2,5 kg

Eerrom angan.

11.48 U hr: B ad kocht am Bren-

f A ustrittsschlitze fü r heiße ⁷ ^{^} sauerstbffreiche L u ft ^/

rTTTrJSNNN j COsVstTTTT;

herausziehbares Rohr für Zuführung Zuleitung fü r Gichtgas von heißer sauerstoffreicher L uft

Zuleitung fü r heiße sauerstoffreiche L uft

Bild 3. B renner fü r heißes G ichtgas u n d heiße sauerstoffreiche L uft.

' Schnitt A-B

Versuchsofen fü r w eitere Stahlschm elzversuche m it G ichtgas u n d sauerstoffreicher L uft.

ner stark , sonst schwächer.

11.50 U hr: A bstich, k ocht ü ber die Kokille, H erd rein.

Summe E insatz: 60 kg S ch ro tt, 40 kg R oheisen, 2,5 kg F erro m angan, 3 kg K alk.

2. Die F l a m m e n a u s t r i t t s g e s c h w i n d i g k e i t wurde auf ein D rittel verm indert durch Erw eiterung des Brenner- mauls von 80 mm Dmr. auf 135 mm Dmr. (Schmelze 4 bis 7).

Die Stahlgüte w ar wesentlich besser und bei zwei Schmelzen

(4)

204 Stahl und Eisen. G. Bulle: Verwendung von sauerstoffreicher L u ft in Siemens-M artm-Oefen. 60. Ja h rg . N r. 10.

schon nahezu zufriedenstellend, das Wegblasen der Schlacke h a t nachgelassen.

3. Die F l a m m e n a u s t r i t t s g e s c h w i n d i g k e i t wurde durch Erweiterung des Brennermauls auf 190 mm Dmr.

weiter auf theoretisch 9 % des Anfangswertes vermindert (Schmelze 8 bis 16).

Das Bad kochte zuerst am Brenner, später am Fuchs;

die Flammengeschwindigkeit war also etwas zu klein für den Ofen, es konnte bei Schmelze 10, 13 und 14 eine für den Kleinofen ausreichende Stahlgüte erzielt werden. Ln übrigen traten bei den Schmelzen 8, 9, 12, 15 und 16 unbefriedigende Schmelzbedingungen durch ungenügende Vorwärmung des Ofengefäßes und Abstichstörungen (Schmelze 12) ein.

Insgesamt wurden 16 Versuchsschmelzen hergestellt m it dem Ergebnis:

1. Stahl läß t sich m it heißem Gichtgas und kaltem Sauerstoff ohne Schwierigkeiten sogar im Kleinofen schmelzen.

2. Bei Anwendung geringer Flammengeschwindigkeit läßt sich bei Gichtgas- und Sauerstoffeuerung eine brauch

bare Stahlgüte erreichen.

Es ist klar, daß sich der Einfluß der Gichtgas-Sauerstoff- Flamme auf ein Stahlbad genauestens nur in einem größeren Versuchsofen feststellen läß t; aber es ist zu erwarten, daß sich m it der fast nur Kohlensäure und Stickstoff ent

haltenden Gichtgas-Sauerstoff-Flamme sehr viel leichter eine qualitativ erwünschte neutrale oder reduzierende Schmelzung zur Erzielung guten Stahles erreichen läß t als mit der wasserdampfreichen Koksofengas- oder Gene

ratorgasflamme.

S ta h ls c h m e lz v e r s u c h e m it G ic h tg a s u n d m it s a u e r s t o f f a n g e r e i c h e r t e r L u f t.

W ürde es gelingen, Stahl m it Gichtgas und sauerstoff

reicher L uft s ta tt m it Gichtgas und reinem Sauerstoff zu schmelzen, so würde das Verfahren wesentlich billiger werden, und die heißen Abgase des Stahlschmelzofens könnten nicht nur für die Gasvorwärmung, sondern auch für die dann unbedingt erforderliche Luftvorwärmung aus

genutzt werden. Zur Erprobung dieser Möglichkeit wurde die Versuchsanlage durch einen Heißluftrekuperator m it Gichtgasbeheizung ergänzt (vgl. Bild 1) und der Brenner unter Beibehaltung des als richtig erkannten Kreuzstromes umgebaut. Im Laufe der Versuche brannte das Zentral

rohr dieses Brenners, durch das sauerstoffreiche L uft ein

geführt wird, verschiedentlich durch, bis die Form nach Bild 3 gewählt wurde, die sich als haltbar erwies. Der für Dauerbetrieb entworfene Brenner aus Stein wurde noch nicht ausgeführt.

Nach diesem Umbau wurde der warmgehaltene Ofen m it Heißgas-Heißluft etwa 16 h und anschließend 2 bis 3 h m it Heißgas und heißer sauerstoffreicher L uft auf

geheizt und dann Versuchsschmelzen m it derselben Zu

sammensetzung wie vor dem Umbau durchgeführt. Die Sauerstoffanreicherung der L uft wurde auf etwa 38 % Sauer

stoff im Luft-Sauerstoff-Gemisch festgesetzt, wobei 5 0 % der für die Gichtgasverbrennung nötigen Sauerstoff menge in Form von Luft, 50 % in Form reinen Sauerstoffs zugesetzt wurde. Die Vorversuche ergaben, d a ß s ic h S ta h l m it h e iß e m G ic h tg a s u n d a u f 3 8 % s a u e r s t o f f a n g e r e i c h e r t e r L u f t e i n w a n d f r e i s c h m e lz e n l ä ß t , d. h. m it d e r H ä l f t e des b e i r e in e m G i c h t g a s - S a u e r s t o f f - B e t r i e b n o tw e n d ig e n S a u e r s to f f e s .

Allerdings konnten in bezug auf Schmelzzeit, Ofen- tem peratur und Gasverbrauch nicht ganz so günstige W erte

erreicht werden wie bei Betrieb m it reinem Sauerstoff.

Die Stahlgüte war dem Augenschein nach ausreichend. Es wurden 13 Versuchsschmelzen hergestellt. Die Beobach

tungswerte sind im einzelnen aus Zahlentafel 2 zu ersehen.

Die^Mittelwerte der Versuchsreihen m it reinem Sauerstoff und sauerstoffangereicherter L u ft sind nachstehend zu

sammengestellt (Zahlentafel 3).

Z ah len tafel 3. G e g e n ü b e r s t e l l u n g d e r M i t t e l w e r t e a u s d e n b e i d e n V e r s u c h s r e i h e n .

Schmelze 2 bis 16 (heißes Gicht

gas, reiner Sauerstoff)

Schmelze 17 bis 29 (heißes Gichtgas

und heiße sauer

stoffangereicherte Luft) S c h m e l z d a u e r ... m in 84 96,5 G ic h tg a sv e rb rau c h m 3/S ch m elze 180 198 G ic h tg a ste m p e ra tu r . . . . 0 C 663 810 L u ftv e rb ra u c h . . m 3/S chm elze — 82 S auerstoffverbrauch m 3/S chm elze 38,3 21,9 T e m p e ra tu r d e r sa u e rs to ffa n g e

re ic h erte n L u ft . . . . r d. 0 C 2 0 745 Mit den durchgeführten Versuchen ist der Beweis erbracht worden, daß es möglich ist, S t a h l s o w o h l m it h e iß e m G ic h t g a s u n d r e in e m S a u e r s t o f f a ls a u c h m i t h e iß e m G ic h t g a s u n d h e i ß e r s a u e r s t o f f a n g e r e i c h e r t e r L u f t zu e r s c h m e lz e n . Eine K lärung der für den Großbetrieb passenden Brennerform u nd eine K lärung des metallurgischen Verhaltens des neuen Brenn

stoffs kann nur durch Versuche an einem größeren Schmelz

ofen erfolgen. D afür liegen z w e i E n t w ü r f e vor, und zwar:

1. Ein T r o m m e lo fe n m i t 4 00 k g F a s s u n g , der an die bestehende Vorwärm einrichtung fü r Gas und Luft angebaut werden kann u nd sich deshalb verhältnismäßig billig erstellen u nd betreiben lä ß t. Dieser Trommelofen wird außerdem so sta rk isoliert und ausgem auert, daß der Ausstrahlungsverlust des Gefäßes nicht wesentlich größer ist als derjenige des je tz t im Versuchsbetrieb benutzten Trommelofens, d. h. rd. 14 000 k ca l/h s ta tt 12 800 kcal/h.

Hierdurch wird es möglich, ohne sta rk gesteigerte Gas

zufuhr den Schmelzbetrieb durchzuführen. N atürlich steigt die Schmelzdauer bei nicht gesteigerter Gaszufuhr, aber vervierfachtem Fassungsvermögen (400 kg s ta tt 100 kg jetzt) auf das Drei- bis Vierfache an, also von je tz t 1% auf 5 bis 6 h. Bei V erstärkung der Gaszufuhr könnte die Schmelzleistung allerdings erhöht werden, doch wird dann die Vorwärmung in den vorhandenen auf die kleine Trommel zugeschnittenen Rekuperatoren nicht mehr voll ausreichen, und in diesem Falle m üßte m it einem hohen Sauerstoff

zusatz gearbeitet werden. Trotzdem wäre die Trommel geeignet, das metallurgische V erhalten des neuen Brenn

stoffes m it verschiedenen Arten E insatz und bei Erzeugung verschiedener Stähle zu erforschen.

2. Günstiger, aber teurer wäre die Beschaffung eines K le i n - S ie m e n s - M a r ti n - O f e n s f ü r 2 ,5 t F a s s u n g (B ild 4), weil die hier gesammelten E rfahrungen in bezug auf B rennerbauart und m etallurgische B ehandlung der Stähle ohne weiteres auf den Groß-Siemens-Martin-Ofen übertragen werden können. Der Klein-Siemens-Martin- Ofen wüide allerdings neben den erhöhten Anlagekosten den Nachteil haben, daß die Herbeischaffung genügender Sauerstoffmengen u nd auch das Einsetzen und Bedienen des größeren Ofens wesentlich m ehr Schwierigkeiten machen. Baulich weist der Ofen folgende E i g e n t ü m l i c h k e i t e n g e g e n ü b e r a n d e r e n S ie m e n s - M a r tin - O e f e n a u f :

(5)

Zahlentafel 2.Versuchsergebnisseder ErschmelzungvonStahl mitGichtgasund Sauerstoff. (Versuchsreihe1 und 2.)

7. März 1940. 0 . B ulle: Verwendung von sauerstoffreicher L u ft in Siemens-Martin-Oefen. Stahl un d Eisen. 205

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Gas- und Luftkamm er sind vertauscht, weil beim Gichtgas-Siemens-Martin-Ofen große Gasmengen m it kleinen sauerstoffangereicherten L uft

mengen verbrannt werden.

Der Kopf des Siemens- Martin-Ofens ist als Kreuz

strom brenner ausgeführt, weil sich ein solcher Brenner bei den Vorversuchen bew ährt h a t und deshalb der üblichen Parallel

strom brenner-Bauart des Sie- mens-Martin-Ofenkopfes vor

zuziehen ist. Die Regenera- tivkam m ern stehen zu ebener Erde und nicht u nter Flur, um während der Versuche genauestens überwacht wer

den zu können. Die Regene- rativkam m ern sind gegen die Ofenachse nach vorn ver

schoben, um die Ofenbrenner zugänglich zu machen, dam it die Ueberwachung der Bren

ner und die Möglichkeit, sie zu ändern, erleichtert wird.

Jede Kammer h a t ihre eigenen Ventile, um bei Durchführung der Versuche eine unabhän

gige Regelung und Beobach

tung zu sichern. Es ist also auf Wechselventile, die Gas und Abgas oder L uft und Abgas gleichzeitig steuern, bew ußt verzichtet worden.

F ü r die W i r t s c h a f t l i c h k e i t d e r S ta h ls c h m e lz u n g n üt Gichtgas und Sauerstoff

zusatz lassen sich aus den Betriebszahlen einige Anhalte gewinnen:

Bei den Versuchsschmel

zen 17 bis 29 betrug der Gichtgasverbrauch 198 m 3/ h und der Sauerstoffverbrauch 21,9 m 3/ h ; daraus errechnet sich ein Gichtgasverbrauch je t von rd. 2000 m 3 und ein Sauerstoff verbrauch je t von 220 m 3 = 11 % des Gases.

Es kann angenommen werden, daß beim Ueber- gang vom kleinen 100-kg- Versuchsofen auf einen großen Siemens-Martin-Ofen von 50 bis 100 t Fassung infolge der höheren Vorwärmung m it den geringeren Strahlungs

verlusten der Gichtgasver

brauch auf höchstens 1250 m 3/ t und der Sauerstoffver

brauch auf höchstens 137,5 m 3/ t = 11 % des Gases sinken wird. Dabei würden betragen:

(6)

206 Stahl und Eisen. G. Bulle: Verwendung von Sauerstoff reicher L u ft in Siemens-M artm-Oefen. 60. J a h rg . N r. 10.

D ie H e iz k o s te n d es S ie m e n s - M a r tin - O fe n s ohne K apital dienst

bei Vorhandensein von Ueberschuß-Gichtgas (Graswert: 0,02 Pf./m 3,

Sauerstoffwert:

1 Pf./m 3)

bei Vollbewertung des Gichtgases (Gaswert: 0,2 Pf./m 3,

Sauerstoffwert:

1,5 Pf./m 3)

G a s k o s t e n 1250 m 3/t S a u e r s t o f f k o s t e n

137,5 m 3/t

0,25 J?JT /t 1,38 J U l\\,

2,50 J?JT /t 2,05 Jft.Mft Sum m e 1,63 J U ifi, 4,55 J lJ tfti Da der Siemens-Martin-Ofen zur Zeit meist Heizkosten von 5 bis Rohstahl hat, bedeutet also die Gicht

gasbeheizung des Siemens-Martin-Ofens bei Vorhandensein von Ueberschußgichtgas eine wesentliche Betriebsverbilli

gung; auch bei Vollbewertung des Gichtgases kann sie den W ettbewerb m it anderen Feuerungen aufnehmen. Dabei ist noch nicht berücksichtigt, daß die Gichtgasbefeuerung infolge ihrer wasserdampfarmen Flammenatmosphäre noch metallurgische Vorteile haben kann, über die erst Groß

versuche Aufschluß geben können.

Zusammenfassung.

Einige Versuche haben erwiesen, daß sich Stahl m it h e i ß e m G ic h tg a s und k a l te m S a u e r s to f f sowie m it heißem Gichtgas und h e iß e m S a u e r s to f f - L u f t- G e m is c h (50%

des Sauerstoffbedarfs reiner Sauerstoff, die anderen 5 0 %

Luftsauerstoff; die Mischluft en th ält 3 8 % 0 .) einwand

frei im Kleinofen für 100 kg S tahl schmelzen läßt. Ob man im Großofen noch weiter im Sauerstoffzusatz herunter

kommen kann, muß an größeren Oefen nachgeprüft werden.

Ein Plan für die Fortsetzung der Versuche wurde ent

worfen, m it denen die baulichen und betrieblichen Sonder

bedingungen für einen Stahlschm elzbetrieb m it Gichtgas und sauerstoffreicher L u ft festgestellt werden sollen. Die Kleinversuche haben schon gezeigt, daß Gichtgas und Sauerstoff tro tz hoher Vorwärmung schlecht miteinander verbrennen, also Kreuzstrom verbrennung wahrscheinlich unumgänglich notwendig ist.

Es ist zu erwarten, daß der Siemens-Martin-Betrieb zuerst Gichtgas m it sauerstoffreicher L u ft als Z u s a t z zum Generatorgas- oder Mischgasbetrieb verwenden wird, später werden Siemens-Martin-Oefen auf reines Gichtgas und sauerstoffreiche L uft u nter Zuhilfenahme der Flammen

karburierung um gestellt werden, un d schließlich ist der Bau von Rekuperativ-Gichtgas-Siemens-M artin-Oefen m it Reku

peratoren für Vorwärmung von Gichtgas und sauerstoff

reicher L uft m it Flam m enkarburierung zu erwarten.

Die W irtschaftlichkeit des Gichtgas-Siemens-Martin- Ofens wird immer dann g u t sein, wenn Gichtgas im Ueber- schuß zur Verfügung steht oder von minderwertiger Ver

wendung freigem acht werden kann oder das Siemens- M artin-W erk m it hochwertigen Brennstoffen (Koksofengas, Generatorgas oder ähnlichen) arbeitet.

An den V ortrag schloß sich folgende A u s s p r a c h e an.

H . P o e c h , Bochum: H err Bulle h a t uns auf ein Gebiet ge

fü h rt, das wir im Stahlw erk als N euland bezeichnen m üssen.

N icht n u r die Verwendung von m inderw ertigen Brennstoffen, m inderwertigen Gasen, sondern auch die Anw endung von Sauer

stoff in größerem M aßstahe in Siem ens-M artin-B etrieben sind Neuheiten, die sich vielleicht in Z ukunft ausw irken w erden in Gegenden, wo der Strom preis verhältnism äßig günstig ist; denn der Sauerstoff ist vor allem eine Frage des Strompreises, nicht nur in den Fällen, wo Gichtgas vorhanden ist.

G. B u l le , S terkrade: Die H erstellungsschwierigkeiten be

stehen, wie H err Poech richtig sagt, in den K raftkosten, un d zwar brau ch t m an 0,5 kW h fü r 1 m3 Sauerstoff. W enn m an diese K ra ft aus überschüssigem Gichtgas erzeugt, kom m t m an zu dem Preise von 1 P f. W enn m an diese K ra ft aus Gichtgas erzeugt, das nicht überschüssig ist, dann kom m t m an zu einem Preise von 1,5 P f./m 3.

Neben den K raftkosten sind noch K osten für Löhne u nd sonstiges (einige Chemikalien, etw as W asser und Ausbesserungen) erforder

lich, so daß m an bei bew ertetem Gichtgas wohl m it 1,5 P f. wird rechnen m üssen. Die Anlagekosten hängen natürlich von der Größe der Anlage ab. W ir haben seinerzeit einen Voranschlag für das W erk, in dem ich diese Versuche gem acht habe, ausge

arb eitet. E ine Anlage fü r 2000 m 3/h reinen Sauerstoff — m an stellt aber keinen reinen Sauerstoff her, sondern es ist billiger, einen 80prozentigen Sauerstoff zu erzeugen — kostet m aschinen

mäßig 500 000 J lJ l. E s kom men aber noch an K osten h in z u : die Gebäude un d der Anschluß, m it dem m an die L u ft ansaugt.

M an darf nämlich die L u ft nicht in der N ähe von Schornsteinen ansaugen, sondern m uß sie weit draußen entnehm en. Schließlich is t ein G a s o m e te r unentbehrlich, denn die Sauerstoffanlage m uß durchlaufen un d kan n Spitzen nich t m itm achen, die der B etrieb eines Siemens-Martin-Ofens ergibt. Die Sauerstoffanlage wird bei kleinen Ausbesserungen stillgesetzt.

Alles in allem kostet eine kleine Anlage fast 1 Mill. J lJ tt. Diese Anlage w ürde fü r die Um stellung von zwei Siemens-Martin-Oefen zu 60 t auf Gichtgas m it Sauerstoffzusatz genügen. Dabei ergibt sich eine B ente von 3,50 IH Jlft Stahl, entsprechend bei 120 000 t Stahlerzeugung ~ 420 000 JUH. Bei einer größeren Anlage von z. B. 4000 m 3/h sinken natürlich die spezifischen Anlagekosten, da G asom eter u nd sonstige Anlagen nicht proportional der E r zeugung wachsen. F ü r die L uftansaugung w ar ein Schornstein vorgesehen, um azetylenfreie L u ft zu erhalten. Außerdem braucht

m an L eitungen un d M eßeinrichtungen. So kom m en die K ap ital

aufw endungen zusam m en.

0 . H o lz , Düsseldorf: I n R osenberg ste llt m an meines Wissens eine L u ft m it 43 % Sauerstoff her. N u r is t im Thomaswerk Rosenberg das A rbeiten m it sauerstoffangereieherter L uft viel verlockender als hier, weil d o rt der K oks fa st das D oppelte kostet, so daß m an Thom aseisen m it dem geringstm öglichen Kokssatz m acht. Bei billigem Sauerstoff ist nich t d a ra n zu zweifeln, daß m an m it Gichtgas u n d angereicherter L u ft im Siemens-M artin- Ofen arb eiten kan n .

Wie ä u ß ert sich das A zetylen in d en A nlagen ?

G. B u l le : D as A zetylen reich ert sich in d en Regeneratoren an, bis eine K o n z en tratio n erreich t ist, bei der m it dem vorhan

denen Sauerstoff eine E xplosion e in tritt. D ie S auerstoffent

nahm estelle m uß deshalb e n tfe rn t von K am in en stehen, aus denen im m er Spuren von A zetylen entw eichen. D ie üblichen K lein

anlagen fü r Sauerstoffherstellung a rb eiten sehr teu er, weil sie die gesam te L u ft auf 200 a t bringen, d ad u rch en tsteh en Kosten von 10 bis 30 P f./m 3. Bei neuen G roß-S auerstoffanlagen wird n u r ein kleiner Teil der L u ft hoch v e rd ic h te t u n d rein gewaschen, die übrige L u ft dagegen n ich t. Infolgedessen sinken die Erzeu

gungskosten sehr.

Meine K ostenschätzung s tü tz t sieh au f eine Besichtigung der Leunaw erke, die eine große Sauerstoffanlage haben. Ich glaube deshalb, daß die R echnung ungefähr stim m t.

In R osenherg h an d elt es sich um ein anderes Problem als bei dem m it Gichtgas u n d Sauerstoff beheizten Siemens-M artin- Ofen. In Rosenberg will m an im Thom asw erk w enig Roheisen und m öglichst viel S ch ro tt einsetzen. W enn m an eine zentrale H ü tten-S auerstoffanlage h a t, kom m t m an zu w ichtigen Folge

rungen.

1. H o c h o f e n : S auerstoffzusatz 160 m3 t e rg ib t einen Sauer- stoffgehalt des W indes von 2 6 % . V orteil: L eistungserhöhung und K oksersparnis.

2. T h o m a s w e r k : S auerstoffzusatz 25 m 3/ t bei einem Sauer

stoffgehalt des W indes von 31 % . V orteil: V erarb eitu n g von phosphorarm em Thom asroheisen, von E rz oder S c h ro tt. L eistungs

erhöhung.

3. S i e m e n s - M a r t i n - W e r k : S au ersto ffzu satz 130 bis 140 m3/ t, bei einem Sauerstoffgehalt des W indes v on 38 % V or

teil: Siem ens-M artin-B etrieb m it reinem G ichtgas, L eistungs

steigerung bei schlechtem Gas.

(7)

7. März 1940. A . P om p: U ntersuchung einer mittelalterlichen Steinbüchse aus Schmiedeeisen. Stahl und Eisen. 207

Untersuchung einer mittelalterlichen Steinbüchse aus Schm iedeeisen.

Von A n to n P o m p und F e r d i n a n d S p ie s in Düsseldorf.

(Aufbau der schmiedeeisernen Steinbüchsen des Mittelalters. Chemische u n i metallographische Untersuchung einer Probe aus dem Flug einer mittelalterlichen schmiedeeisernen Steinbüchse aus dem Heeresmuseum in W ien.)

U

eber den Aufbau und die Herstellung der schmiede

eisernen Steinbüchsen des M ittelalters sind kürzlich von K. R i t t e r 1) aufschlußreiche Angaben veröffentlicht worden. Danach w ar die frühe Steinbüchse ein Vorder

lader. Sie bestand aus „F lug“ und „K am m er“ . Die R ohr

seele war kein geradlinig begrenzter Zylinder, sondern h atte hinten in scharfem Absatz gegen den Flug einen Ladungs

raum wesentlich kleineren Durchmessers, von nur 2/ B des Kalibers. Nach dem Einbringen der Ladung wurde der Ladungsraum vorn m it einem fest eingetriebenen Holzpflock verdammt. Die Steinkugel wurde von vorn fest gegen den Holzpflock angesetzt und m it hölzernen Keilen im Flug festgelegt. Beim Schuß schob der Gasdruck Holzklotz und Kugel vor sich her.

Bemerkenswert ist der s c h m ie d e te c h n is c h e A u f bau d e r S te in b ü c h s e n , besonders des Fluges, von dem

man sich auf G rund der Angaben im S chrifttum 1) 2) folgendes Bild machen kann. Der Flug setzt sich aus einer größeren Anzahl von Längsstäben zusammen, die parallel zur Seelenachse angeordnet sind. Das Stabbündel wird durch übergeschobene Ringe zusammengehalten.

Aeußerlich erwecken die erhaltenen Steinbüchsen den E in

druck, als ob sowohl die Stäbe an den radialen K anten als auch die Ringe axial m iteinander verschweißt worden seien, und das ältere S chrifttum 3) nim m t es meistens auch an. Es liegen jedoch Beobachtungen an Steinbüchsen vor, die dafür sprechen, daß weder die Längsstäbe noch die Ringe miteinander verschweißt sind, sondern daß der E in

druck, die Ringe seien verschweißt, dadurch vorgetäuscht wird, daß diese an den äußeren K anten m it Stemmeisen und Handhammer sauber k alt verstem m t wurden.

Die bisherigen U ntersuchungen beschränken sich auf Feststellungen, die auf G rund des äußeren Befundes, vielfach unter Zuhilfenahme von Feile, Meißel oder sonstigen W erk

zeugen, unter größter Rücksichtnahm e auf den historischen Wert der Museumsstücke gem acht worden sind. W eiter

gehende Aufschlüsse erbrachten vor allem solche Stein- Q Techn. M itt. K ru p p 6 (1938) S. 113/27. R i t t e r , K .: Die m ittelalterliche Steinbüchse aus Schmiedeeisen. Technik-G e

schichte. B eiträge zu r G eschichte der Technik un d In d u strie 27 (1938) S. 22/29.

2) R a t h g e n , B .: D as G eschütz im M ittelalter. Berlin 1928.

3) B a a r m a n n : Z. histor. W affenkde. 4 (1906/08) S. 229/35.

G e ß le r , E . A .: Z. h istor. W affenkde. 6 (1912/14) S. 3/12.

büchsen, an denen Querringe abgesprungen waren, oder die teilweise zerstört waren.

Auf der Internationalen Handwerksausstellung 1938 in Berlin w ar eine aus dem Heeresmuseum in Wien stammende Steinbüchse ausgestellt, die ein Meisterstück steirischer Schmiedetechnik aus der Mitte des 15. Jahrhunderts dar

stellt. Durch das freundliche Entgegenkommen des Heeres

museums in Wien und die Vermittlung von H errn Dr. P.

M a h lb e rg wurde dem Kaiser-W ilhelm-Institut für Eisen

forschung die Steinbüchse zur Entnahm e einer größeren Probe und zur Vornahme von Untersuchungen, die Auf

schluß über die Herstellungsart derartiger Steinbüchsen erbringen sollten, zur Verfügung gestellt.

In B ild l ist eine A n s ic h t d e r u n t e r s u c h t e n S t e i n  b ü c h s e wiedergegeben. Die Steinbüchse h a t eine Länge von insgesamt 1,47 m, die Mündungsweite beträgt 17 cm. Der Flug

der Steinbüchse zeigt, besonders in der Nähe der Rohrm ün

dung, eine gewellte Oberfläche. Diese Ungleichmäßigkeiten an der äußeren Oberfläche des Fluges sind, wie die weiteren Untersuchungen ergaben, auf Unvollkommenheiten der da

maligen Schmiedetechnik, insbesondere auf unterschiedliche Abmessungen der Querringe zurückzuführen. Die fugenlose äußere Oberfläche und Innenwand des Fluges ließen keine deutlichen Absätze zwischen den Querringen bzw. zwischen den Längsstäben erkennen.

An der in Bild 1 m it P bezeichneten Stelle wurde durch Bohren eine P r o b e von etwa 100 mm Länge (parallel zur Seelenachse) und 30 mm Breite (quer zur Seelenachse) von der ganzen Wanddicke des Fluges entnommen. Bei der E ntnahm e zerfiel die Probe in mehrere Teile, ein Beweis dafür, daß die Teile nicht verschweißt waren. In Bild 2 ist die Ansicht eines Längsschnittes der entnommenen Probe in natürlicher Größe wiedergegeben. Die vom Bohren stammenden Rillen an den Trennflächen sind durch Hobeln entfernt. Die Aufnahme zeigt die Querschnitte durch einen ganzen Querring (Mitte) und durch Teile der benachbarten Ringe (links und rechts). Die Ueber- lappungen an den m it a bezeichneten Stellen deuten auf ein Verstemmen der äußeren K anten der Querringe hin.

Zwischen den Querringen und dem Längsstab ist eine dunkle Zwischenlage (in Bild 2 m it Z bezeichnet) zu erkennen, die, entsprechend dem unterschiedlichen A bstand zwischen Querring und Längsstab, verschieden dick ist.

B ild 1. Schmiedeeiserne Steinbüchse aus dem 15. J a h rh u n d ert.

(8)

208 Stahl und Eisen. A . Pom p und F. Spies: Untersuchung einer mittelalterlichen Steinbüchse aus Schmiedeeisen. 60. Ja h rg . N r. 10,

Diese Feststellungen bestätigen die Angaben des Schrifttums, nach denen der F lu g a u s L ä n g s s tä b e n u n d Q u e r r in g e n besteht, die n i c h t m i t e i n a n d e r v e r s c h w e iß t, sondern nur an den Außenrändern der Ringe sauber verstem m t wurden. Besonders beachtens

w ert ist der ungleichmäßige und stellenweise verhältnis

mäßig große Zwischenraum zwischen Längsstab und Quer

ring sowie das Vorhandensein einer Zwischenlage. Im Schrifttum ist eine solche Zwischenlage nirgends erwähnt.

Auf Grund der Untersuchung an nur einer Stelle des Fluges kann nicht gesagt werden, ob sich die Zwischenlage über die ganze Länge des Fluges erstreckt. Die Zwischenlage

Die c h e m is c h e U n t e r s u c h u n g d e s Q u e r rin g e s ergab 0,26 % C , 0,06% Si, 0 ,0 % Mn, 0,043 % P , 0,008 % S und 0,01 % Cu. Die Späne wurden vom ganzen Querschnitt der Probe entnommen. Die W erte sind also Durchschnitts

werte ohne Berücksichtigung der örtlichen Ungleichmäßig

keiten im Gefügeaufbau. Die niedrigen Silizium- und Mangan- gehalte sind kennzeichnend für Renn- oder Frischfeuereisen.

Der Längsschliff durch den L ä n g s s t a b ( Bild 6) läß t zwei Zonen unterschiedlicher Gefügeausbildung erkennen. Die mit M bezeichnete breitere Zone besteht vorwiegend aus einem ferritischen Gefüge, während die schmalere Zone R einen höheren Kohlenstoffgehalt hat. Zwischen diesen beiden

X 0,8 (1)

Bild 2. Schnittfläche der entnom m enen Probe.

könnte den Zweck gehabt haben, den beim Aufziehen der Ringe vorhandenen Zwischenraum auszufüllen und so ein geschlossenes Ganzes und eine gasdichte Flugwand zu erhalten. Bild 3 zeigt eine schematische Darstellung vom schmiedetechnischen Aufbau des Fluges der Steinbüchse auf Grund der bei der Probeentnahme gemachten F est

stellungen.

Bild 4. Schnittfläche (geätzt m it K upferam m onium chlorid).

Zonen sowie in der Zone m it höherem Kohlenstoffgehalt sind Schlackenzeilen und rißähnliche Stofftrennungen festzustel

len. Bemerkenswert ist, daß die Zone m it höherem Kohlen

stof fgehalt am R and der inneren, beim Schuß hohen Be

anspruchungen ausgesetzten Geschützwand liegt und über die ganze Länge der Probe verläuft. Ob es sich hier um eine beabsichtigte Aufkohlung durch Zementieren handelt oder

Bild 3. Schematische D arstellung vom schmiedetechnischen Aufbau des Fluges.

F ür die m a k r o s k o p is c h e U n te r s u c h u n g wurden die in Bild 2 wiedergegebenen Flächen der Querringe und des Längsstabes angeschliffen. Bild 4 zeigt die Schliffe nach einer Aetzung m it Kupferammoniumchlorid in natürlicher Größe und läßt den für Schweißeisen kennzeichnenden ungleichmäßigen Gefügeaufbau erkennen.

Die Q u e r s c h lif f e d e r Q u e r rin g e zeigten, wie schon bei der makroskopischen Untersuchung zu erkennen war, eine sehr unterschiedliche G e f ü g e a u s b ild u n g . Das Ge

füge ist teils grob-, teils feinkörnig und zeigt örtliche größere Unterschiede im Kohlenstoffgehalt4). An den überlappten Kanten der Querringe und an dem Außenrand der Quer- ringe ist eine deutliche Streckung des Gefüges zu erkennen ( Bild 5), die auf eine Kaltverformung oder eine Verformung bei niedriger Tem peratur (Verstemmen) hindeutet.

4) N ähere Einzelheiten siehe P o m p , A., u nd P. S p ie s : M itt.

K .-W ilh.-Inst. Eisenforschg. 22 (1940) S. 1/8.

Bild 5. Geätzter Querschliff eines Querringes (Stelle a2 aus Bild 4 stärker vergrößert).

ob eine Lage m it höherem Kohlenstoffgehalt an dieser Se des Längsstabes aufgeschweißt worden ist, um die V schleißfestigkeit der inneren Geschützwand zu erhöhen, 01 ob die hoher kohlenstoffhaltige Schicht rein zufällig an die Stelle vorhanden ist, kann auf G rund der Untersuche der einen Stelle nicht gesagt werden.

Die chennsche Untersuchung ^

0 0 4V r l , P ' a " i 0 , 0 ° i M " ’ °-0 4 9 % p . « .0 0 6 % s ,, 0 ,0 4 / 0 Cu, für die Zone R 0,16 % C, 0 0 5 °/ Si 0 0 ° / A

» W ™d °'04%c"’

Kohlenstoff gehalt ist ,n der Zone R , uch ein M he Phosphor- und Scliwefelgehalt als in der Zone M Vorhand

(9)

7. März 1940. A . P om p: Untersuchung einer mittelalterlichen Steinbüchse aus Schmiedeeisen. S tahl und Eisen. 209 Die Schliffprobe aus der Z w is c h e n s c h ic h t läßt ein

oxydartiges Gefüge m it faserigem Aufbau erkennen ( Bild 7).

Die Bestandteile sind teils heller, teils dunkler, und ver

einzelt sind kleine punktförm ige Teilchen zu beobachten, die sich von der dunklen Grundmasse hell abheben. Wegen der außerordentlichen Feinheit dieser Teilchen konnte

mikroskopisch nicht m it Sicherheit festgestellt werden, ob es sich um Metallteilchen handelt, jedoch spricht der Gehalt an metallischem Eisen von 0 ,7 8 % dafür.

X 10 0

Bild 7. U ngeätzte Schliffprobe aus der Zwischenschicht.

Die chemische U ntersuchung der Zwischenschicht ergab

•■•7 7s o-, 2.15 FeO. 0.78 F e r n - .. 0.72 5iO:.

0,0% A1;Ö„ 0,048% P, 2 ,0 % S, 0 ,4 9 % CaO, Spur HgO, 0,0% MnO un d 14,6% G lühverlust. Demnach besteht die Zwischenschicht vorwiegend aus Eisenoxyd. Bemerkens

wert ist der hohe Schwefelgehalt von 2 % .

Auf G rund der durchgeführten U ntersuchungen können über die A rt un d die E ntstehung der Zwischenschicht keine sicheren Angaben gem acht, sondern nur \ erm utungen ge

äußert werden. Die Annahme, daß die Zwischenschicht ur

sprünglich ein Blechmantel gewesen ist, der vor dem Aufzie

hen der Ringe um das Bündel der Längsstäbe gelegt wurde, oder daß die Zwischenräume nach dem Aufziehen der Quer

ringe durch Einkeilen von Eisenstücken ausgefüllt worden sind, läßt die Frage offen, wie es dann aber kommt, daß dieses

Blech vollkommen ver

rostet ist, während die Querringe und der Längs

stab nur geringe Korrosion zeigen. Manches spricht dafür, daß die Zwischen

schicht ein Eisenkitt ist, mit dem die Zwischen

räume zwischen Ring und Längsstab verkittet wur

den. Derartige K itte ent

hielten vielfach Hammer

schlag und Schwefelblüte5;.

Dieser Bestandteil würde den gefundenen auffallend hohen Schwefelgehalt von 2 % erklären. Aach einem Hinweis im Schrifttum 3;

wurde an alten Steinbüch

sen an der Oberfläche und auch zwischen den Quer

ringen ein Mennigeanstrich festgestellt. Es wird jedoch angenommen, daß dieser Anstrich nur zur Verschönerung des Aussehens der Steinbüchse und außerdem aLs Korro

sionsschutz diente. Blei konnte in der Zwischenschicht nicht festgestellt werden.

Z u s a m m e n f a s s u n g .

Aach einer Besprechung des Schrifttum s über den Auf

bau und die Herstellung von schmiedeeisernen Steinbüchsen des M ittelalters sowie über den Vorgang beim Schuß wird über Untersuchungen an einer schmiedeeisernen Stein

büchse aus dem 15. Jahrhundert, die das Heeresmuseum in Wien zur Verfügung gestellt h atte, berichtet. Die U nter

suchung gibt Aufschluß über den schmiedetechnischen Auf

bau des Fluges der Steinbüchse, der aus u n v e r s c h w e iß te n Längsstäben u nd Querringen besteht. Zwischen den Quer

ringen und den Längsstäben wurde eine Zwischenschicht gefunden, die keinen metallischen Charakter, sondern ein oxydartiges Aussehen hat. Die chemische Analyse von Querring, Längsstab und Zwischenschicht wird angegeben.

Die metallographische Untersuchung zeigt an H and einiger Aufnahmen die Gefügeausbildung der Querringe und des Längsstabes, die aus Schweißeisen bestehen, und den schieferigen oxydartigen Aufbau der Zwischenschicht. Die Randzone des Längsstabes, die der inneren Flugw and zu

gekehrt u n d beim Schuß hohen Beanspruchungen aus- gesetzt ist, h a t einen höheren Kohlenstoffgehalt. Ueber die E ntstehung dieser kohlenstoffreicheren Randzone sowie über die A rt und die Entstehung der Zwischenschicht läßt die durchgeführte Untersuchung keine sicheren Schlüsse zu.

ä) S c h u b e r t h , H .: H an d - u n d H ilfsb ach fü r den praktischen M etallarbeiter. W ien un d Leipzig 1907. S. 551 52. — K arinarsch imd H eeren’= Technisches W örterbuch, IV . B d., 3. AnfL Prag 1880. S. 772 u . 774.

X 10

Bild 6. G eätzter Längsschliff des L ängsstabes (R andzone an der inneren Geschützw and).

20*

(10)

HO Stahl und Eisen. Umschau. 60. J a h rg . N r. 10.

Umschau.

Heißes Wasser

Ha/tes Wasser

Heißes Wasser (t.5°)

Haltes Wasser

Lochfraß bei säurebeständigen Stählen.

Bei säurebeständigen Chrom-Nickel-Stählen beobachtet m an vielfach, daß der W erkstoff örtlich in Form von Blasen oder kleinen Löchern angegriffen wird, w ährend der restliche W erk

stoff keinerlei Spuren irgendeines chemischen Angriffes aufweist.

Dieser lo c h f ö r m ig e A n g r if f , wegen seiner Erscheinungsform auch kurz L o c h k o r r o s io n oder L o c h f r a ß genannt, t r it t oft nur an wenigen Stellen eines Bauteiles auf, befällt aber ebenso häufig die ganze Oberfläche.

Verschiedene Arbeiten von H .A . S m i t h 1), J . W u l f f 2) und H. H. U h l i g 3) h atten zum Ziel, die Ursache dieses Lochfraßes festzulegen. Als erstes m ußte eine E inrichtung entw ickelt werden, m it der in kurzer Zeit der im Betrieb auftretende Vorgang der

Lochkorrosion nach

geahm t w erden kann.

Neben der Feststellung der Neigung der ein

zelnen ' Stähle zur Lochkorrosion sollte besonders überprüft werden, welche A bhän

gigkeit zwischen dem A uftreten dieser E r scheinung und der H er

stellungsart der Stähle, der Oberflächenbe

schaffenheit un d ande

ren Einflüssen besteht, um den Vorgang als solchen zu deuten.

B ekanntlich wei

sen säurebeständige Chrom- u n d Chrom- N ickel-Stähle bei B e

handlung m it einer L ö s u n g v o n E i s e n c h lo r i d m it S a l z s ä u r e z u s a t z Loch

korrosion auf, w äh

rend andere Lösungs

m ittel, wie etw a reine Salzsäure, n u r ein gleichmäßiges A b tra

gen der Oberfläche herbeiführen. H . A.

Sm ith1) gibt zur P r ü f u n g a u f L o c h k o r r o s i o n eine Lösung aus 1 0 0 g kristallisier

tem Eisenchlorid in 100 cm3 destilliertem W asser m it 20 cm3 2,40-n-HCl an. Diese Lösung wird auf 1 1 v erdünnt und ist als etw a lOprozentige Eisenchloridlösung gebrauchsfertig.

Bild 1 zeigt einen Schnitt durch eine T r o p f e i n r i c h t u n g . Die Eisenchloridlösung tro p ft gleichmäßig auf die eingebaute Stahlprobe auf un d w ird selbst durch einen sogenannten W ärm e

um lauf er in stetigem K reislauf gehalten. D er untere Teil der Einrichtung ist m it einem Becherglas fest umschlossen. Die zu untersuchende Probe, die m eist nicht über 0,8 mm dick ist, wird bei Beginn des Versuches zuerst fest an die untere Glasscheibe angedrückt und dann langsam m it einer M ikrometerschraube so weit abgehoben, daß ein Spalt en tsteh t, aus dem alle 30 s ein Tropfen austreten kann. Die Versuchsdauer b eträgt 4 h, wonach die Probe gewaschen, getrocknet, gewogen und die entstehenden Löcher geprüft sowie ihre Tiefe bei hundertfacher Vergrößerung gemessen wird. Die Tiefe der Löcher steh t beobachtungsgem äß stets in einem bestim m ten V erhältnis zum Durchmesser, so daß die Tiefenmessung über die Größe der Löcher Aufschluß gibt.

E in anderes V e r f a h r e n gibt H. II. Uhlig3) an (B ild 2).

E r läß t tropfenweise sechs Tropfen je m in der Korrosionsflüssig

keit, die jeweils verschieden sein kann, auf eine etw as schräg in ein Becherglas hängende Probe herablaufen. N ach 4 h Ver-

2) Progr. Rep. Corr. Res. Comm., Mass. In st. Techn. Nr. 2.

Cambridge, Mass. 1936.

2) Progr. Rep. Corr. Res. Comm., Mass. In st. Techn. N r. 3. Cambridge, Mass. 1937.

3) Progr. Rep. Corr. Res. Comm., Mass. In st. Techn. N r. 4, 5 u. 6. Cambridge, Mass. 1938.

Glasscheibe\

Tropfenp/atte

Wachsabdichtung 'Probe 0,8mm dich

Bild 1. TropfeinrichtuDg nach H. A. Smith.

suchsdaucr werden der G ew ichtsverlust un d die A nzahl der Löcher bestim m t. Diese einfache E in rich tu n g k a n n in einen Thermo

sta te n eingebaut werden, um längere Versuche bei gleichbleibender T em peratur zu ermöglichen. Von Uhlig w ird noch ein zweites, ebenfalls sehr einfaches V erfahren beschrieben, bei dem die zu untersuchenden Proben etw a 24 h lediglich in einem Becherglas in einer neutralen N atrium chloridlösung hängen. D urch einen Therm ostaten w ird eine V ersuchstem peratur von 90° eingehalten.

D urch ein Glasrohr k an n L u ft oder Sauerstoff in die Lösung ein

geblasen werden. N ach dem W aschen u n d T rocknen werden die Proben gewogen un d die Löcher ausgezählt.

Die Neigung zur Lochkorrosion k a n n bei austenitischen Chrom- Nickel-Stählen m it fast gleicher chem ischer Zusammensetzung sehr unterschiedlich sein.

H . A. S m ith1) h a t 0,8 mm dicke Proben m ehrerer S t ä h l e m i t v e r s c h i e d e n e r O b e r f l ä c h e n b e s c h a f f e n h e i t in sei

ner E inrichtung geprüft.

Die Proben w aren g e b e i z t (5 m in in Beize m it 25 % HCl, 25 % H2S 0 4, 50 % H20 ), p a s s i v i e r t (15 m in in 0,5-n-Chrom- säurelösung bei 85°) sowie auf Hochglanz p o l i e r t . I n Zahlcntafel 1 sind Versuchsergebnisse von Stählen m it 18 % Cr, 8 % N i un d verschie

denem K ohlenstoffgehalt, m it zusätzlichem Selen- sowie M olybdängehalt, ferner von einem C hrom stah l zusamm engestellt.

D er molybdänh<Jtige

Stahl m ußte m it 30pro- Bild 2. Tropfeinrichtung nach H. H . Uhlig.

zentiger Eisenchlorid

lösung (300 g FeCl3 -f- 15 cm3 2,45-n-HCl, auf 11 v erdünnt) geprüft werden, da die lOprozentige Lösung keinen Angriff hervorrief.

Zahlentafel 1. E i n f l u ß d e s O b e r f l ä c h e n z u s t a n d e s v o n n i c h t r o s t e n d e n S t ä h l e n a u f d ie L o c h k o r r o s i o n d u r c h

l O p r o z e n t ig e E i s e n c h l o r i d l ö s u n g .

Zusammensetzung Ober

flächen

zustand

Nr. 0

% Si

°//O Mn

% Cr0//o

N i

% 1 0,05 0,36 0,49 18,85 9,27

gebeizt passiviert poliert 2 0,07 0,39 0,43 18,42 9,0

gebeizt passiviert poliert 5 0,11 0,60 0,83 18,29 8,99!)

gebeizt passiviert poliert 6 0,10 0,40 0,45 17,90 -

gebeizt passiviert poliert 7 0,06 0,36 0,40 20,92 9,752)

gebeizt passiviert poliert

Gewichts

verlust3) g /d m 3

1,550 0,064 0,725 0,101 0,016 0,033 2,300 0,024 0,523

Zahl der Löcher4) je dm 2 960

64 156 102 16 16 1760 16 272 0,210 0,010 0,105 2,70 0,105 0,750 1,650 0,027 0,157 0,025 0,003 0,016

0 64 [ > 3000

0 1250^

790 32 640 0 16 16

Höchste Tiefe

0,53 0,44 0,61 0,41 0,42 0,47 0,48 0,44 0,55 0,46 0,51 0,45 0,35 0,68 0,44 0,65

0,23 0,22 l ) 0,19 % Se. — 2) 2,90 % Mo.

m v ip " rh'“ *1 TT„' "’T , *) üm gerechn et aus den Angaben

^ ) Ümgerechnet aus den Angaben Anzahl je " [J].

Die erm ittelten G ew ichtsverluste sowie die Z ahl der d u rch den Angriff gebildeten Locher stehen bei allen u n tersu ch ten Proben im g ^ c h e n V erhältnis, so daß der G ew ichtsverlust ü b erh au p t 18 0/ P r , f Pc/ xt- bst bedinßt tat. F ü r die S tähle mit T nchbr, i1’ ,1, besteht kein Z usam m enhang zwischen den P ° ht S‘T UI’,c ustnffgehalt. I n U ebereinstim m ung mit i n e Vcrm h f h ' " ngen k an n durch einen M olybdänzusatz a ü e r l T Ung d c rL o c h k ™ o n erzielt w erden S m ith hat

erdings nur einen einzigen m olybdänhaltigen S tah l geprüft.