Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl direkt aus den Erzen auf elektrischem Wege. Von Dr. Albert Neuburger, Berlin. (Schluss von S. 223 d. B.) Verfahren zur Gewinnung von Eisen und Stahl direkt aus den Erzen auf elektrischem Wege. 2. Das Verfahren von Héroult. Ein anderes Verfahren, bei dem Eisen und Stahl unmittelbar aus den Erzen gewonnen werden, ist das von Héroult. Es ist ebenfalls schon seit längerer Zeit im Betriebe; bereits am 28. Dezember 1900 lieferte heroult den ersten Waggon auf elektrischem Wege hergestellten Stahles, der von der Société Electro-Metallurgique Francaise in Froges (Département Isère), die das Verfahren ausbeutet, hergestellt war, im Gewicht von 8890 kg an die Firma Schneider & Cie, in Creusot. Eingehende Versuche wurden auch in Neuhausen in der Schweiz gemacht, und eine Anlage ist vor kurzem bei Granbergsdal in Schweden in Betrieb gesetzt worden. Die Anlage in Froges erzeugt für den Tag 6 t Werkzeugstahl; in wasserreichen Jahreszeiten werden die überschüssigen Kräfte zur Erzeugung von Gusseisen auf elektrischem Wege verwendet. Diese Erzeugung beträgt etwa 300 t im Jahr. Auch das Verfahren von Héroult gestattet die Herstellung der verschiedenartigsten Eisensorten sowie von Eisenlegierungen. Ausserdem kann nach demselben kohlenstoffreies Chrom und Mangan erhalten werden. Bei dem Prozesse selbst wird zunächst aus den Erzen, die mit geeigneten Zuschlägen vermischt sind, das Metall ausgeschmolzen, das sofort in einen mit kohlenstoffreiem, wärmebeständigem und nichtleitendem Stoffe ausgekleideten Behälter abfliesst. Ueber dem Metall sammelt sich die Schlacke an. Héroult hat nun bei seinen in bezug auf Form und Wirkungsweise so verschiedenartigen elektrischen Oefen überall da, wo es sich um die elektrische Eisen- oder Stahlgewinnung handelt, ein Prinzip mit grossem Erfolge angewendet, das schon früher einmal von Laval erprobt, dann aber wieder aufgegeben worden war. Das Eigenartige dieses Prinzipes beruht darin, dass die Elektroden durch die Schlacke hindurchgeführt werden und zwar so weit, dass innerhalb der Schlackenschicht der Widerstand so gross wird, um den Strom zu zwingen, von der einen Elektrode durch die darunter befindliche Schlacke zum Metall und von diesem durch die Schlackenschicht zurück zur anderen Elektrode zu gehen. Es findet also eine unmittelbareBerührung der Elektroden mit dem Metalle selbst nicht statt, sondern der Strom geht von der Schlacke durch das Metall wieder zur Schlacke. Dies bietet den wesentlichen Vorteil, dass die Metalle aus den Elektroden keinen Kohlenstoff aufzunehmen vermögen, und dass erstere somit vollkommen kohlenstoffrei gewonnen werden können. Die gewünschten Eigenschaften werden bei der Stahldarstellung dem kohlenstoffreien Eisen dadurch verliehen, dass man die genau bestimmte Kohlenstoffmenge nach dem Ablassen zugibt und den Kohlenstoff sich auflösen lässt. Textabbildung Bd. 319, S. 231 Fig. 4. Ofen von Héroult. Die Bildung eines elektrischen Lichtbogens ist bei dem Héroultschen Verfahren nicht notwendig; das wesentliche Moment ist, dass die Elektroden stets so geregelt werden, dass die zwischen ihnen und dem Metallbade befindlichen Schlackenmengen während des ganzen Arbeitsvorganges heisser, also leitfähiger bleiben als die zwischen den Elektroden selbst ruhende Schlacke. Nur auf diese Weise ist es möglich, den eben beschriebenen Weg des Stromes herbeizuführen. Héroult hat sich eine ganze Anzahl von Oefen patentieren lassen und bringt ununterbrochen neue Verbesserungen und Vervollkommnungen an denselben an, so dass eine endgültige Ofenform heute noch nicht erzielt ist, trotzdem die im Betrieb befindlichen schon seit etwa drei Jahren sehr zufriedenstellend arbeiten. Textabbildung Bd. 319, S. 232 Héroultsche Birne. Die neueste Form seines Ofens ist die in Fig. 4 abgebildete. Die Darstellung gibt zugleich ein anschauliches Bild von der eben geschilderten Art und Weise der Stromwirkung. Die Elektroden b, b sind an drehbaren Trägern k, k durch Schraubenvorrichtungen i, h, g einstellbar angebracht. Sie tauchen in den unteren Teil des Ofens, der in Fig. 4 mit a bezeichnet ist. (Der obere Teil ist der Uebersicht halber weggelassen; er stellt einen einfachen Schacht dar, durch den die Erze herabgleiten, wobei sie durch einen zwischen zwei Elektroden überspringenden Lichtbogen gehen. Hierbei findet die Bildung des Metalls und der Schlacke statt, die sich dann beide in dem gezeichneten unteren Teil, der etwas seitwärts vom Schachte angebracht ist, ansammeln.) Nach einer anderen Ausführungsart wieder kommen zwei Oefen zur Anwendung: der eine ist ein Schachtofen, in dem die Erze niedergeschmolzen werden und aus dem ein Roheisen abfliesst, das dann im zweiten Ofen, der die eben gekennzeichnete Einrichtung besitzt, im sogen. „Raffinationsofen“ in Stahl umgewandelt wird, wobei durch geeignete Zuschläge die Bildung einer Schlacke von bestimmtem elektrischen Widerstände herbeigeführt wird. Dieser untere Teil des Ofens ist der wichtigste der ganzen Héroultschen Anlage, da in ihm die Bildung der reinen, kohlenstoffreien Metalle stattfindet. Man sieht in Fig. 4 das geschmolzene Metall und darüber die Schlacke. Die beiden Elektroden tauchen nur in den oberen Teil der Schlacke ein und sind vom Metall durch eine aus Schlacke gebildetete Zwischenschicht getrennt. Der Strom geht dann in der Richtung des Pfeils durch die Schlacke und das Metall hindurch von einer Elektrode zur anderen. Durch die in Fig. 4 sichtbaren seitlichen Oeffnungen können Schlacke und Metall getrennt abgelassen werden. Wie bereits erwähnt, ist es sehr wichtig, die Elektroden immer in der richtigen Entfernung vom Metalle zu erhalten. Da die Dicke der Schlackenschicht während des Betriebes nicht sichtbar ist, so wird zu ihrer Kontrolle der elektrische Widerstand benutzt, den sie dem Strome entgegensetzt. Ueber jedem Handgriffe der Reguliervorrichtung i befindet sich ein Voltmeter m. Es ist nun Aufgabe des den Prozess beaufsichtigenden Arbeiters, durch fortwährende Regulierung die Spannung immer konstant zu erhalten. Auf diese Weise ist dann die Sicherheit gegeben, dass die Elektroden sich stets in der richtigen Entfernung von der Oberfläche des Metallbades befinden, Ausser dem elektrischen Ofen hat Héroult auch eine elektrische Bessemerbirne konstruiert, die gleichfalls in Froges in Tätigkeit ist, und mittels welcher ebensowohl Graueisen wie Stahl hergestellt werden. Fig. 5 zeigt eine Ansicht dieser Birne von oben, und Fig. 6 einen Durchschnitt durch dieselbe. Auch hier kommt das bereits erwähnte Prinzip, die Elektroden von jeder Berührung mit dem Metall fern zu halten, zur Anwendung. Die Birne besteht aus dem Tiegel a, der mit dem Deckel b versehen ist. In dem Deckel befindet sich der Schornstein c, aus dem die während des Prozesses entstehenden Gase entweichen können. Der Deckel trägt Aussparungen, durch welche die Elektroden d und e hindurchgehen. Auch diese Elektroden können genau eingestellt und reguliert werden, wozu die Vorrichtungen l, m und j dienen, während durch die Kabel p der Strom zugeleitet wird. Der Boden des Tiegels ist mit der Zahnstangenvorrichtung h, g versehen, die dazu dient, den Apparat hin und her zu bewegen. Das Innere das Birne ist mit feuerfesten Steinen ausgemauert und bei f befindet sich ein Ausguss, aus welchem bei geneigter Birne das Metall ausfliesst, das dann im Gusstiegel aufgefangen wird. Mit dieser Birne kann man alle diejenigen Operationen vornehmen, die sonst im elektrischen Ofen ausgeführt werden. Ganz besonders eignet sie sich jedoch zur Herstellung von Stahl. Soll solcher erzeugt werden, so wird durch die Düsen x Luft eingeblasen, und der Prozess geht dann in derselben Weise vor sich wie in einer gewöhnlichen Bessemerbirne, nur mit dem Unterschiede, dass als Wärmequelle der elektrische Strom, der von einer Elektrode zur anderen übergeht, dient. Auch hier werden die Elektroden nur so weit eingetaucht, dass zwischen Metall und Elektrode sich noch eine Schlackenschicht befindet. Gegenüber der Stahlbereitung in der Bessemerbirne hat das Verfahren von Héroult noch besonders den Vorteil, dass die Hitze durch Regelung des Stromes beliebig gesteigert werden kann. Es ist deshalb eine besondere Zugabe von Ferrosilicium zum Zwecke der Temperaturerhöhung nicht mehr nötig. Ebenso fällt die Zugabe von Ferromangan fort, und es braucht wohl nicht weiter darauf hingewiesen zu werden, dass hierdurch eine grosse Menge von Unannehmlichkeiten, die dem gewöhnlichen Bessemerprozess anhaften, vermieden werden. Aus der Birne fliesst vollständig kohlenstoffreies Eisen aus, das dann durch Zugabe von Kohle in Stahl oder in Eisen von beliebigem Kohlenstoffgehalt, und damit von ganz bestimmten Eigenschaften verwandelt werden kann. Die Stärke des Stromes in der elektrischen Bessemerbirne beträgt 120 Volt bei 4000 Ampères. Zur Verwendung kommt Wechselstrom. Eine Birne vermag in einer Schmelzung etwa 3 t Stahl zu liefern, und es können mit der gegenwärtig in La Praz in Betrieb befindlichen Birne täglich in zwei Chargen 6 t Stahl hergestellt werden. Die Reinheit des erzeugten Produktes erhellt am besten aus der nachfolgenden Analyse, die auf Angaben von Héroult selbst beruht. Der Gehalt des erzeugten Eisens beträgt an: Schwefel 0,007 v. H. Phosphor 0,003 „ „ Mangan 0,15 „ „ Silicium 0,003 „ „ Kohlenstoff 0,60 „ „ bis 1,80 v. H. 3. Das Verfahren von Keller. Textabbildung Bd. 319, S. 233 Fig. 7. Anlage nach Keller. Ein Verfahren, das zwischen dem Stassanoschen und dem Héroultschen so ziemlich die Mitte hält, ist das Kellersche. Fig. 7 gibt eine Gesamtskizze der Anlage, die ohne weiteres wohl leicht verständlich ist. Es sei jedoch bemerkt, das nach dem Kellerschen ursprünglichen Verfahren eine Stahlgewinnung nach Ansicht namhafter Elektrometallurgen wohl kaum denkbar ist, und dass die nachstehend geschilderte Anlage eine Vereinigung der ursprünglichen Kellerschen mit der Héroultschen darstellt. Es ist dies bereits die zweite Anlage, die Keller baut. Die erste, welche auf Grund der ersten Kellerschen Patente errichtet war, arbeitete in Uebereinstimmung mit der eben erwähnten Ansicht verschiedener Elektrometallurgen wenig zufriedenstellend und sie wurde deshalb durch eine zweite ersetzt, die nur in bezug auf die Gewinnung des Roheisens neues bietet, während sich die Darstellung von Stahl ähnlich dem Héroultschen Verfahren gestaltet. Die Anlage, welche im Besitze der Compagnie électrothermique Keller, Leleux & Cie. ist, befindet sich in Kerousse bei Hennebout (Morbihan). Weitere Anlagen sind gegenwärtig in Chile im Bau, in welchen die Wasserkräfte dieses wasserreichen Landes zur Erzeugung von Eisen und Stahl ausgenützt werden sollen. Als Erze sollen solche aus Neuseeland Verwendung finden und trotz der Kosten für den Transport derselben hofft Keller, infolge der billigen elektrischen Kraft und der sonstigen günstigen Verhältnisse die Tonne Stahl für 45 fr. herstellen zu können. Die Zusammensetzung der zur Verwendung kommenden neuseeländischen Erze ist, einer frdl. Mitteilung zufolge, folgende: Fe 2 O 3 = 52,88 v. H. FeO = 29,2 „ „ Al 2 O 3 = 0,9 „ „ MnO = 0,48 „ „ MgO = 4,0 „ „ SiO 2 = 3,8 „ „ TiO 2 = 9,3 „ „ Wir hoffen, unseren Lesern über diese Anlage noch besonders berichten zu können. Bei seinem Verfahren benutzt Keller zwei nebeneinander stehende Oefen, von denen der eine etwas höher als der andere angeordnet ist. Der obere dient zur Reduktion der Erze und ähnelt in seinem Aufbau einem Hochofen, der untere ist der Raffinationsofen zur Gewinnung von Stahl und ähnelt sehr dem Héroultschen. Der obere Ofen enthält zwei Gruppen von je zwei Paar Elektroden, von denen die eine Gruppe parallel, die andere hintereinander geschaltet ist, Der Boden des Ofens ist, um das Ausfliessen des Roheisens nach dem Raffinationsofen zu erleichtern, etwas geneigt und ähnelt in seiner Bauart dem Boden eines Martin-Ofens. Der Ofen wird von oben mit den zu verarbeitenden Erzen, der zur Reduktion dienenden Kohle und den Zuschlägen beschickt und ist zu diesem Zweck mit einer Gichtvorrichtung, ähnlich der bei den gewöhnlichen Hochöfen, versehen. Die Materialien werden durch die Hitze des zwischen dem ersten Elektrodenpaar spielenden Lichtbogens zunächst geschmolzen, wobei gleichzeitig Kohlenoxydgas entwickelt wird, das reduzierend wirkt. Um diese Reduktion zu einer möglichst vollständigen zu gestalten, werden die Gase, die an den oberen Teil des Schachtes gelangen, nicht durch die Gichtöffnungen entweichen lassen, sondern in eine Kammer gesaugt, woselbst sie zur Verbrennung kommen. Die Verbrennungswärme wird zum Vortrocknen des Rohmaterials verwendet; der nicht verbrannte Teil der Gase wird je nach der Natur der Erze eventuell auch zum Reduzieren derselben benutzt. Das geschmolzene Material passiert im unteren Teil des Ofens das zweite Elektrodenpaar und wird dort vollkommen reduziert. Eisen und Schlacke sammeln sich am Boden des Ofens an und werden abgelassen. Der Betrieb in diesem ersten Ofen ist ein ununterbrochener. Der zweite Ofen, der Raffinationsofen, hingegen wird nur dann in Betrieb gesetzt, wenn ein Abstich aus dem ersten erfolgt ist. Das Roheisen wird in denselben abgelassen und Kalk zugesetzt, um die Schlackenbildung zu begünstigen, auch wird, um die Entkohlung zu beschleunigen, nach dem sogenannten „ore process“ eine geringe Menge des ursprünglichen Erzes zugegeben. Es findet dann unter der Einwirkung des elektrischen Lichtbogens zunächst Schlackenbildung und dann in ähnlicher Weise wie beim Héroultschen Prozess die Entkohlung statt. Die Elektroden des Raffinationsofens können ähnlich wie die des Héroultschen Ofens nach Bedarf gehoben und gesenkt werden, je nachdem der Prozess sich im Zustande der Entkohlung oder in dem der Schlackenbildung befindet. Wie Keller angibt, können mit seiner neuen Anlage in einer Schmelzung 15–20 t Stahl gewonnen werden. Als Erzmaterial dient neuseeländischer Eisensand. Die Herstellungskosten des Stahles werden f. d. Tonne auf 73–80 Mk. angegeben. Für eine Tonne Stahl werden nach dem Erfinder 2800 Kilowattstunden verbraucht. Die in Kerousse zur Verfügung stehende Kraft beträgt 550 Pferdestärken. Wir haben uns in vorstehenden Zeilen darauf beschränkt, von den gegenwärtig im Betriebe stehenden Anlagen zur Erzeugung von Stahl und Eisen auf elektrischem Wege diejenigen zu besprechen, über die bereits eingehendere und vor allem zuverlässige Angaben vorliegen. Ueber einige in Amerika angeblich im Betriebe befindliche Anlagen können wir um so mehr hinweggehen, als die näheren Mitteilungen so mangelhaft sind, dass man sich ein einigermaassen zuverlässiges Bild über sie nicht zu machen vermag. Das gleiche gilt auch von einzelnen weiteren in Europa befindlichen Anlagen. Die Verfahren zur Erzeugung von Eisen und Stahl durch Elektrizität beginnen gegenwärtig die allgemeine Aufmerksamkeit der an ihrer Entwicklung beteiligten Kreise auf sich zu lenken, und es sei daher noch ihre wirtschaftliche Bedeutung in kurzen Worten gestreift. Wir können uns hierbei um so kürzer fassen, als wir bereits oben die Ansicht Goldschmidts über die Bedeutung dieser Verfahren für deutsche Verhältnisse wiedergegeben haben, der glaubt, dass der Elektrostahl wohl geeignet sein dürfte, mit dem Tiegelgusstahl in Wettbewerb zu treten. In Uebereinstimmung mit ihm befindet sich der bekannte französische Elektrometallurge Gin, der auf Grund eingehender Studien zu dem Ergebnis gelangt, dass zwar die elektrometallurgische Behandlung von Eisenerzen in denjenigen zivilisierten Gegenden eine Utopie ist, in denen Steinkohle gewonnen wird, und in denen für genügende Transportmittel zu Wasser undzu Lande gesorgt ist. Sieht man jedoch von der unmittelbaren Behandlung der Erze ab und beschränkt man sich auf die Erzeugung von Stahl vermittels des im Hochofen dargestellten Gusseisens, so gestalten sich die Aussichten ganz anders. Dann lassen sich, wie Gin in Uebereinstimmung mit Goldschmidt darlegt, die Martinöfen mit Vorteil durch Apparate ersetzen, in denen elektrische Energie verwendet wird. Ganz besonders wirtschaftlich wird sich aber die Stahlgewinnung auf elektrischem Wege gestalten und zwar auch in den Gegenden, wo Steinkohle in Menge gewonnen wird, wenn man zur Erzeugung der Elektrizität die Abgase der Hochöfen benutzt. Der elektrische Strom wird dann so billig zu gewinnen sein, dass er mit dem aus Wasserkraft erzeugten wohl zu konkurrieren vermag, und Gin sieht in einer derartig ausgestalteten Anlage einen technischen Betrieb von höchster Vollkommenheit. Ein solcher Betrieb würde aus dem gewöhnlichen Hochofen zum Schmelzen, dem Bessemer-Apparat zur Herstellung minderwertiger Stahlsorten und Einrichtungen zur Verwendung der Hochofengase zur Erzeugung der elektrischen Energie bestehen, welche wiederum in einem besonderen Läuterungsapparat, in dem die feinen Stahlsorten erzeugt werden, ausgenützt würde. Eine bessere Ausnützung der in der Steinkohle aufgespeicherten Energie als durch einen derartigen Betrieb lässt sich, wie Gin in ausführlichen Berechnungen darlegt, überhaupt nicht denken! Zum Schlusse sei noch erwähnt, dass auch in Deutschland bereits mit der Herstellung von Anlagen zur Erzeugung von Elektrostahl begonnen worden ist. Wir behalten uns vor, s. Z. näheres darüber zu berichten.