Svampejern
Som jernsvamp ( Eisenluppe , svamp jern , ofte også DRI for "direkte reduceret jern") forstår dag overvejende et produkt af den direkte reduktion af jernmalm . Den reduktion af jernmalm resulterer i en "dejagtigt" svampet porer produkt med et indhold af jern på 92-95%. Svampejern er ikke en legering skabt ved en smelteproces ; der produceres ikke flydende råjern under produktionen .
På grund af sin porøsitet (deraf navnet "... svamp" ) skal svampjernet komprimeres til videre forarbejdning eller - for nylig - smeltes, da det indeholder uønskede urenheder (især slagger ).
Grundlæggende kunne smedet jern - af fysiske årsager - kun fremstilles som svampejern indtil opfindelsen af flådeovnen , forgængeren for højovne kendt fra 1700 -tallet .
Historisk baggrund og tidlig teknologi
Svampejern er blevet udvundet af hetitterne i Lilleasien i mindst 3800 år og siden begyndelsen af den tidlige jernalder i Centraleuropa for omkring 2800 år siden ved smeltning af jernmalm, for det meste mosejernmalm . I tysktalende lande blev resultatet omtalt som Luppen . Baseret på disse tidlige koncept glødende, allerede rengjort, beregnet til videre forarbejdning af stålstykker er også stadig oppe i branchen i dag kaldte Luppe .
I tidlige processer blev malmen normalt blandet med trækul eller tørv ( tørvkul ) og glødet på åbne væddeløb . Dette resulterede i temperaturer på omkring 700 til 900 ° C, hvilket var tilstrækkeligt til reduktionen.
Derfor er den udviklede smelteovn , selv racerovn , med et lavt skaft (normalt lavet af ler ), skorsteneffekten mulig for at nå temperaturer på mere end 1000 ° C. Med hensyn til ovn-teknologi, racing ovn var en tidlig form for lav- akslen ovn , ofte bygget ved hjælp af hældningen teknik for at kunne bruge den naturlige updraft. For at opnå højere temperaturer og mere effektiv jernudsugning krævede det dog tilføjelse af blæserteknologi for at sikre den nødvendige forbrændingsluft. Betjenes i hånden med bælge på et meget tidligt tidspunkt , indtil man forstod - som en innovation - hvordan man bruger mere kraftfulde med vandkraft som drivkraft.
Det færdige produkt var i god ovndrift i begge tilfælde, det såkaldte. Renneisen (fra tagrendernes betydning - tagrender fjernelse af slagger efter åbning af tapning).
Jernet, der blev produceret på denne måde, indeholdt både kulstof og en meget stor andel slagger og var derfor ekstremt sprød . At udlede et brugbart materiale (den såkaldte smedejern at vinde), havde wrought jern svamp under smeltetemperaturen af jern og over størkningstemperaturen af slaggen indeholdt deri ved hjælp af muskelkraft forhammer (komprimere sammen internt ). I tusinder af år var dette metoden til at "drive ud" (presse ud) det stadig flydende slagge . Jernet, der blev komprimeret på denne måde, blev smedet ud og gentagne gange foldet over for yderligere rengøring og derefter brandsvejset for at forbinde det jernstykke, der blev opnået efter foldningen, med hinanden. Denne proces blev også kaldt fermentering .
Med Renneisen var et oprindeligt kulstofrigt jern til stede (C 1%), som ifølge de videre procestrin var til et blødt, formbart og meget godt svejsbart jern. Gennem smedningsprocessen blev det behandlede jern yderligere afkarburiseret, og strukturen var stort set homogen . Med glødningsprocessen forbundet med smedning blev udfældningen af cementit og perlit yderligere reduceret . I dagens terminologi vil produktet blive omtalt som blødt jern , i praksis også rent jern . Til videre behandling til brugbare våben eller værktøjer , som f.eks. B. mejsler , yderligere trin var påkrævet, såsom karburering i smedjen og til sidst slukning og hærdning såsom hærdning og hærdning .
I begyndelsen af senmiddelalderen kunne der produceres større, op til 100 kg tunge, svampelignende pellets (også kaldet stykker eller ulve ) i den videreudviklede stykke ovn , udbyttet af renset smedejern, der knap oversteg 10–15 kg . Som forløber for højovnen bestod stykkeovnen af en mursten, firkantet skaft og havde stadig en midlertidig adgang af ler, hvorfra kluden eller svampjernet blev fjernet. Akslerne, der var meget stærke med hensyn til tværsnit og materiale, var - i nogle tilfælde - op til 10 meter høje i begyndelsen af klassicismen . (På samme tid blev den "klassiske" lerovn fortsat brugt i andre regioner.)
På grund af de resulterende højere procestemperaturer, der har smeltepunkt for jern (1539 ° C), og der allerede utilsigtet var flydende råjern, som for de tidligere hyttefolk som mudderstrøm eller Saueisen ( engelsk : råjern blev betegnet), som det formbar til videre forarbejdning til jern måtte møjsommeligt renoveres i smedjen . En proces baseret på dette er nu kendt som processen med friskhed .
Svampejernet, manuelt komprimeret på ambolten, blev smedet fra senmiddelalderen i hammersmede , også kendt som jernhamre eller vandrette hamre , med vanddrevne halehamre (faldhamre) selv efter den industrielle revolution ind i det 20. århundrede. Samtidig blev arbejdet med at fermentere kluden i stedet for mekaniske hamre også udført i hånden af smedens laug, som varierer fra region til region .
Den videre forarbejdning til stål af høj kvalitet ( gæringsstål , den tidlige form af rustfrit stål ) - for eksempel til stikkende våben som epee -blade - blev udført af såkaldte raffineringshamre eller af smeden på stedet, fordi han stadig havde traditionel viden . Grundlæggende bruges denne teknik stadig i traditionelle japanske smede til i dag for at smede sværd af særlig høj kvalitet. (Mere om dette: se nedenfor )
De moderne teknikker til jern- og stålproduktion går i princippet tilbage til disse originale oplevelser på den tid, hvor nutidens højovnsteknologi med en kontinuerlig tilførsel af opvarmet luft- ilt gennem blæsere ikke var mulig med de givne midler.
Dagens industrielle udvinding og brug af svampejern
" Krupp-racerprocessen ", der blev udviklet omkring 1930, gjorde det for første gang muligt at behandle "dårlige" jernmalme med en lav procentdel sammensætning, men også jernholdigt støv fra højovne indeholdt i ovngassen sammen med billig koksskrabning eller fint kul uden brug af højovnsgennemstrømning. Denne proces er i øjeblikket ikke økonomisk.
Nyere direkte reduktionsprocesser som f.eks B. Midrex-processen , der behandler jernrige malme med oxiderende tilsætningsstoffer i en skaktovn eller en roterende ovn og vinder svampejern i procesens sidste fase. Svampejernet, der opnås på denne måde, er normalt "briketteret", dvs. smadret, segmenteret og sintret, før yderligere behandling . Disse briketter eller pellets er derefter Gattierungsbestandteil til støbejern fra kupolovnen eller til fremstilling af stål i lysbueovne . Den porøsitet, der stadig eksisterer efter pelletering, fremskynder den kemiske reaktion i ovnen. Den oprindeligt eksisterende mekaniske styrke under termisk belastning forhindrer sammenklumpning, så de reducerende gasser kan stige uhindret gennem råmaterialet.
De nyere direkte reduktionsprocesser til stålproduktion smelter normalt de briketterede pellets fra svampjern sammen med oxidrigt skrot , hvorved kulstofindholdet reduceres yderligere og dermed springes over jernjernet i højovnsprocessen.
Oversigt over den industrielle produktion af svampejern
I øjeblikket bruges tre direkte reduktionsprocesser hovedsageligt til fremstilling af svampejern:
- Midrex -proces , i øjeblikket den mest økonomisk vigtige proces med 59,7% (fra 2010) af den verdensomspændende produktion af direkte reduceret jern (DRI). Jernmalmen reduceres ved hjælp af en hydrogenrig gas ved hjælp af modstrømsprincippet. Som regel bruges naturgas til dette . Slutproduktet svampejern er meget rent (C -indhold mellem 0,5 og 3%) og kan bruges direkte i stedet for råjern til stålproduktion.
- HYL III, en metode, der kan sammenlignes med Midrex. Forskellen mellem Midrex og HYL III er, hvordan den reducerende gas opnås fra naturgassen. I Midrex bruges kulilteindholdet i ovngassen til dette formål , mens naturgassen ved HYL opdeles i en dampreformer .
- Finex -proces (videreudvikling af Corex -processen). Her tørres finmalm i en tørretumbler i fluidiseret seng og forarbejdes til svampejern i en flertrins fluidiseret lejereaktor . Efter komprimering (varmt komprimeret jern, HRI) smeltes det til flydende råjern ved hjælp af en smelter forgasning.
Omkring 75 millioner tons svampejern produceres årligt (fra 2012). Baseret på DRI -anlæg under opførelse anslår anlæg, der opererer i henhold til Midrex -processen , at DRI -produktionen kan stige til 200 Mt / år inden 2025/2030.
Forskellige stålkoncerner i Europa gør i øjeblikket indledende bestræbelser på at gøre den energiintensive stålproduktion mere omkostningseffektiv gennem direkte reduktion ved hjælp af den kontroversielle fracking-proces . Her skal den billigere såkaldte skifergas (en naturgas lagret i lersten ) bruges i Midrex -processen til at reducere blandingen af jernmalm / jernoxid - i stedet for den klassiske naturgas. Proceduren, som allerede praktiseres i USA, er ikke blevet godkendt i Europa siden 2011 på trods af igangværende ansøgninger på grund af uforklarlige miljørisici - primært på grund af forurening af grundvand og overfladevand. I maj 2013 talte Det Rådgivende Råd for Miljøspørgsmål imod fracking i Tyskland, da det hverken ville sænke gaspriserne i Tyskland eller øge forsyningssikkerheden.
Brug af svampejern i håndværk
I kunsthåndværkssektoren er den besværlige og derfor omkostningskrævende egenproduktion af svampejern næsten død ud i det vestlige kulturområde på grund af den industrielle forsyning af smidige, kulstoffattige halvfabrikata .
Racing brand -symposier til fremstilling af svampejern
På grund af dette var der adskillige forsøg i Tyskland, Frankrig og Schweiz fra slutningen af 1990'erne i form af racing -ild -symposier for at genopdage kendskabet til historisk jernproduktion ved hjælp af racerovne , som først gik tabt fra omkring 1900 . På initiativ af individuelt jernværk eller forfalskede foreninger fandt man adskillige offentlige blomstringsforsøg for at studere jernaldersted fra ældre jernalder - ofte parallelt med smedemøde i forbindelse med udstillinger af nutidig metalskulptur . Samtidig skal der også gøres opmærksom på de store præstationer fra tidligere generationer smede.
For at gøre det klart: frem til senmiddelalderen blev der sjældent produceret mere end 20 kg svampejern pr. Ovncyklus, som varede to til tre dage. Efter det hårde arbejde med at komprimere og forfine med den tilsvarende afbrænding (skala), blev der dannet en knytnæveklump (ca. 3 kg) formbart jern. Efter yderligere behandling kunne der i bedste fald laves to små sværdblade eller rustningstykker af denne mængde . Dette krævede omkring 250 kg trækul og 60 kg malm. Lerovnen skulle genopbygges for hver ovn.
Rapporter om radio og fjernsyn (eksempelvis udsendes med musen ) og offentliggørelsen af den viden, som den Damaskus smeden Heinz Denig vakt interesse for videnskab. Som et resultat blev den opnåede viden omhyggeligt undersøgt og dokumenteret fra et teknisk synspunkt. Dermed stolede forskerne på engagementet og traditionel viden om de involverede kunstsmede.
Traditionelt dyrket smed i Japan
Det er kendt, at selv i dag de traditionelle japanske smedning det nødvendige råmateriale ( Tamahagane = svamp jern) for hånd-smedet sværd (z. B. Katana ) i små, (nævnt ovenfor) Bloomery lignende besætninger selv smelt . I stedet for z. B. jern græsplæne malm eller andre jernmalm jern sand anvendes. Raffineringsstålet fremstillet deraf har bedre egenskaber end industrielt fremstillede halvfabrikata på grund af den særlige produktionsmetode og den manuelle smedning. De bedre egenskaber manifesterer sig hovedsageligt. ved fremstilling af knive eller bladvåben , da strukturen er mere orienteret i en retning på grund af håndværket . Det følger heraf, at den hakkede slagstyrke er højere i tværretningen og lavere i længderetningen - hvilket er særligt ønskeligt her.
Historisk sværdsmede i Europa
Det kan antages, at i historisk tid i Europa - og i Mellemøsten med Damaskus som sit berømte centrum - våben med tilsvarende gode egenskaber med hensyn til indhakket slagstyrke, brudstyrke og kantretention kunne smedes som i Japan i dag. Både i historiske skriftlige kilder og frem for alt i den germansk / tyske legendeverden er myter om "mirakelvåben" bevaret, hvis kerne er videnskabeligt bevist i forhold til den ekstraordinære produktion. For eksempel blev Wieland -sværdet "Mimung" tidligere indgivet til smeden og givet gæssene at spise, hvorved stålet blev nitreret og dermed hårdere. Gåsaffaldet blev smeltet ned igen, og et nyt sværd blev smedet af det. Andre eksempler er den legendariske sværd ”Gram” eller ”Balmung” fra Nibelungen sagaen , de Eckesachs eller Durendal .
Med den industrielle revolution gik denne metallurgiske viden gradvist tabt. Årsagerne til dette lå ikke kun i de ændrede-mere omkostningseffektive-produktionsbetingelser og den stigende brug af halvfabrikata , men også i den ændrede krigsførelse, hvor blade af høj kvalitet og lang levetid blev erstattet af skydevåben. Den generelle bevidsthed om bladkvalitet ændrede sig; flere optiske effekter kom til udtryk, som f.eks B. Forkromede sabler i det 20. århundrede.
Inspireret af racerbrandsymposierne og den følgende offentlige diskussion forsøger kniv- og Damaskusmede i stigende grad at lave deres eget stål til knive af høj kvalitet af svampejern. Den tyske bestiksindustri fra Solingen har fulgt den generelle trend og har siden 2004 bestilt håndsmedet Damaskus-stål fra den velkendte Balbach-smedje til fremstilling af jagtknive . I forbindelse med den traditionelle produktionsteknologi er strukturen også mere justeret i en retning, og som et kvalitetsstempel er den hakkede slagstyrke højere i tværretningen. Af omkostningsmæssige årsager bruges Damaskusproduktion fra svampjern dog ikke her.
Se også
litteratur
- Ernst Brunhuber (grundlægger): Støbereleksikon . 17. udgave, fuldstændig revideret og redigeret af Stephan Hasse. Schiele & Schön, Berlin 1997, ISBN 3-7949-0606-3 .
- AF Holleman , E. Wiberg : Lærebog i uorganisk kemi . 24. og 25. Udgave. De Gruyter, Berlin 1945, s. 488.
Referencer og fodnoter
- ^ Agricola : De re metallica libri XII. (1556)
- ↑ Fra jern til stål. Udgivet af Brandenburg an der Havel Industrial Museum , maj 2002 (PDF; 168,3 kB).
- ^ A b Matthias Zwissler, Roman Landes: Undersøgelser af racing -brandprodukter . I: Racing fire symposium af IGDF International Society for Damascus Steel Research eV i Polle med smeden Georg Petau . 20. august 2005 ( petau.net [PDF; 3.6 MB ]).
- ↑ Rent jern. Angelees websted (maskinbygger og smedeleverandør). Hentet 24. august 2013.
- ↑ Ludwig Beck : Forberedelse af smedejern i friske brande - Saueisen og frisk. S. 217 I: " Jernets historie i teknisk og kulturhistorisk forhold", bind 2, (1895), 1332 s., ISBN 3-253-03192-6 , (Berlin Statsbibliotek: HA 17 Jc 210- 2), Hentet 24. august 2013.
- ↑ For mere information, se teknisk litteratur om jernproduktion
- ↑ se: direkte reduktion. I: Ernst Brunhuber (grundlægger): Foundry Lexicon. 17. udgave, fuldstændig revideret og redigeret af Stephan Hasse. Schiele & Schön, Berlin 1997.
- ^ Georg Küffner: Højovnen er langt fra udbrændt. I: FAZ nr. 135 af 14. juni 2005. Hentet den 24. august 2013.
- ↑ Werner Sturbeck: Fracking - Energiprisgabet. I: FAZ , 3. august 2013, nr. 178, s. 13. Adgang til 24. august 2013.
- ↑ Olaf Velte: Ovngrisen minder om gamle tider. I: fr-online.de , 4. juni 2010. Hentet 27. september 2013.
- ↑ Heinz Denig: Forklaring til bogen "Old Blacksmithing Damascus Steel". Dokumentation af vellykkede racing brandforsøg. I: damaszenerschmiede.de. Hentet 27. september 2013.