Eisenverhüttung
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Eisenhüttenbetrieb
Die Eisengewinnung von Hüttenwerken erfolgt in Hochöfen. Die zerkleinerten Eisenerze wurden mit Zuschlag und Koks/Kohle (früher Holzkohle) in Roh- oder Gußeisen verwandelt. Als Zuschlag verwendete man Beimengungen, z. B. Kalkstein, Flußspat oder Quarz. Diese Zuschläge sollten bewirken, daß im Augenblick des Schmelzens die dem Eisen beigemengten erdigen Bestandteile zu Schlacken zusammenschmolzen (Hochofenschlacke), die sich dann durch ihr verschiedenes spezifisches Gewicht beim Abstich vom Eisen trennten.
Abstich in der Gießhalle
Die Gießhalle ist das zentrale Gebäude eines Hüttenwerkes. Hier steht der Hochofen mit dem Gebläse (Blasebalg) und hier fand der Abstich des Eisens statt.
Gießhallen der Hüttenwerke im 17./18. Jahrhundert waren Innen meistens mit einer, an der Außenwand umlaufenden Galerie versehen, die den Zugang zu den Kammern der Platz- und Hüttenknechte ermöglichte, da der Ofen kontinuierlich betrieben werden mußte. Der Hallenboden bestand aus Lehm. Vor dem Hochofen war Massel- und Schlackenbett ausgespart, getrennt durch einen Steg aus gebrannten Ziegeln.
Einwohner, Platz- und Hüttenknechte
- In erhaltenen Einwohnerverzeichnissen der Amtsgemeinden des 19. Jahrhunderts lassen sich komplette Belegschaften dieser Zeit rekonstruieren.
Wasser zum Antrieb der Gebläse
Die Hüttenwerke entnahm zum Antrieb der großvolumigen Blasebälge und Schmiedehämmer durch Mühlräder das notwendige Wasser aus nahegelegenen Bächen oder Flüssen oder legten zur deren Versorgung mit dem notwendige Antriebswasser entsprechend Wassergräben an. Nur mit entsprechender Wasserkraft konnten die am Hochofen eingesetzten Blasebälge auch größere und höhere Öfen beständig mit genügend Verbrennungsluft (Frischwind) versorgen.
Das Rohstoff¬magazin
Zum kontinuierlichen Betrieb eines Hochofens war eine entsprechende Planung der Bevorratung der Rohstoffe (Erze und Zuschläge = Möllerung, und Kohle) in Magazinen notwendig. Bei den Wegeverhältnissen und Transportmitteln des 18./19. Jhdts. war es vorteilhaft, alle notwendigen Rohstoffe in unmittelbarer Nachbarschaft gewinnen zu können. Ähnliches galt auch für die Weiterverarbeitung des Roh- und Schmiedeeisens.
Da die ursprünglich zum Ofenbetrieb eingesetzte Holzkohle war nässe- und stoßempfindlich und zudem sehr leicht entflamm¬bar. Ihre Erzeugung führte zu erheblichen Eingriffen in die Natur und hatte negative Auswirkungen in den Waldungen und der Viehmast in den Marken.
Möllergebäude
Ein "Möllergebäude" diente dazu, die erforderlichen Rohstoffe für einen Hochhofen, nämlich Erz, Holzkohle und Zusatzstoffe (= Möllerung) abzuwiegen und für die Verhüttung bereit zu stellen. Der Möllerboden und die Gichtbühne waren deshalb mit Körben, Schaufeln, diversen Hohlmaßen und einer Waage ausgestattet.
Hochofen
Von den Rennöfen über die Stücköfen und Floßöfen waren Schmelzfeuer im breiter und höher geworden. im 18. Jahrhundert wurden Hochöfen bereits etwa 6 m hoch gebaut und Anfang des 19. Jahrhunderts erreichte man Höhen von 10 m. Dabei erweiterte man die Gicht¬öffnung (Winverbesserung) und den Herd (Temperaturerhöhung), was zur weiteren Verminderung des Kohlenstoffgehaltes im Eisen führte und damit eine Verbesserung des Produktes ergab.
1829 Hochöfen in Westfalen
Im Jahre 1829 sind in Westfalen erfaßt:
- 27 Hochöfen im Regierungsbezirk Arnsberg
- darunter die königliche Lohhütte bei Siegen und 26 private Hütten in Müsen, Gosenbach, Niederschelden, Eisern, Eiserfeld etc. im Siegenschen
- 1 Hochofen im Regierungsbezirk Minden, privat, in Altenbeken Kreis Paderborn
- 1 Hochofen im Regierungsbezirk Münster, privat, im Kreis Borken[1]
Erzwäsche
Die Erzwäsche diente zur Säuberung der Erze von Lehm und Sand vor dem Einsatz im Hochofen. Viele Erze, besonders die mit Ton verunreinigten Brauneisenerze (Raseneisenstein), wurden nach einer Zerkleinerung in einem Sieb oder in einem Gerinne gewaschen. Dieser Vorgang wurde häufig bereits bei den Erz- oder Eisensteingruben vorgenommen, um die Transportgewichte und damit die Kosten zu senken.
Röstöfen des Rohstoffs
Vor der Verhüttung wurde das Erz oder der Eisenstein in Rösthaufen, Roststätten oder in Röstöfen geröstet. Dies erfolgte aus mehreren Grün-den: • Die festen Mangan-, Rot- und Spateisenerze werden durch das Rösten aufgelockert. • Unerwünschte Bestandteile in den Erzen, wie zum Beispiel Sauerstoff, Schwefel, Arsenik oder Phosphor werden entfernt. • Die Feuchtigkeit wird vermindert.
Die dazu erforderlichen Rösteinrichtungen be¬fanden sich auf dem Hüttengelände oder auf der Gichtbühne, wenn die Gichtgasen des Hochofens zur Erhitzung eingesetzt wurden.
Solche Röstöfen bestanden aus etwa 60 cm dicken, feuer¬festen Steinmauern, die einen Röstraum einschlos¬sen. Der Röstraum war nach oben offen und durch eine 30 cm über Grund angebrachte, durchlöcherte Eisenplatte unterteilt, auf der das Erz angehäuft wurde. In der unteren Kammer wurde das Brenngut, z. B. Holzkohle oder später Steinkohle, eingebracht.
Rösthaufen oder Röstplätze wurden auf dem Hüttenplatz angelegt und werden wie folgt beschrieben: Auf einem ebenen Platz von ca. 4 qm schichtet man Kohlenlösche, Eisenstein. Scheitholz oder Holz¬kohle in 6 Lagen übereinander, so dass der Haufen etwa 1 1/2 m hoch wurde. Zum Schutz gegen Regen und Wind brachte man ein Schutzdach an und ließ dann den Haufen 5 Tage vorsichtig rösten.
Roheisen, Stahl u. Schmiedeeisen
Bis ins 19. Jahrhundert konnten Schmiede¬eisen und Stahl nur in der betrieblichen Abfolge von einem Hochofen zu einem Frischhammer und weiter zu Veredelungs¬hammerwerken hergestellt werden. In den Hochöfen fällt das geschmolzene Metall flüssig an und wird unterschieden in Roheisen und Schmiedeeisen.
Roheisen
Das Roheisen oder Gußeisen enthält über 2,2 Prozent Kohlenstoff und schmilzt zwischen 1.050 - 1.250 °C, läßt sich nicht schweißen und nicht schmieden und wird in weißes und graues Roheisen unterschieden. Es eignete es sich gut zur Herstellung gußeiserner Waren, wie zum Beispiel Kamin- oder Ofenplatten und Kanonenkugeln.
Schmiedeeisen
Das Schmiedeeisen enthält unter 1,7 Prozent Kohlenstoff, ist schmiedbar und schweißbar, schmilzt erst bei 1.400 °C und wird als Flußeisen und Schweißeisen unterschieden. Je nach Härtbarkeit spricht man wieder vom Flußstahl und Schweißstahl sowie von Fluß und Schweißschmiedeeisen.
Eisenaufbereitung
Entkohlen im Frischfeuerverfahren
Wollte man das in Masseln gegossene Roheisen weiter aufarbeiten, so mußte man es in der offenen Muldenesse eines Schmiede¬herdes noch einmal einschmelzen; dieser Vorgang wurde Frischen genannt. Erst durch das Frischen, das Entkohlen des Roheisens auf unter 2% Kohlenstoffgehalt, erhielt man schmiedbares Eisen oder Stahl.
Das anfallende Schmiedeeisen, auch Stabeisen genannt, wurde dann in Kleineisenschmieden zu allen denkbaren Eisenteilen des täglichen Bedarfs weiterverarbeitet.
Frischprozeß
Durch ein Frischfeuer konnte der im Hochofen erschmolzene Stahlkuchen zu Rohstahl verarbeitet werden. Frischwerke, Frischfeuer oder (auch Rohstahlhammer genannt) bestanden aus einer Frischesse und einem schweren Aufwurfhammer. Die Frischessen im kurkölnischen Sauerland sind als 90 x 90 cm große Schmiedeessen überliefert, deren Boden aus Steinen von groben feuerfesten Sandsteinen bestand, und deren Seitenwände, die sogenannten Zacken, aus eisernen Platten zugestellt waren. Brennmaterial war im 19. Jahrhundert Eichen- oder Buchenholzkohle (später Kohle oder Koks), die durch Gebläse angeheizt wurde.
Der Frischeprozeß bestand aus dem wiederholten Niederschmelzen des Eisens. Dabei wurden durch den im Gebläsewind vorhandenen Luftsauerstoff Kohlenstoff und andere störende Elemente wie Schwefel, Mangan, Phosphor und Silicium verbrannt. Während man beim Frischen von Roheisen den Eisenklumpen, der "Schrei" genannt wurde, direkt der Gebläseluft aussetzte, so daß viel Kohlenstoff verbrennen konnte, ließ man beim Frischen von Stahlkuchen das Metall, das ja weniger Verunreinigungen auswies, vorsichtig unter einem Schlackenmantel entkohlen. In einem Zeitraum von 7 bis 8 Stunden wurden ständig Stahlkuchen und oxydiertes Eisen (Schrott) aufgegeben, bis der Schrei etwa 150 kg schwer war.
Frischhammerwerk
Unter einem großen Aufwurfhammer von 150 bis 200 kg Gewicht wurden daran anschließend die nach dem Frischprozeß noch im Material verbliebenen Schlackenreste herausgetrieben, und die noch unverbundenen Eisenteilchen wurden zusammengeschweißt.
Nachdem der "Schrei" erneut zum Ausheizen ins Feuer gelegt und dort glühend geworden war, wurde er erneut verdichtet und zur Härtung glühend in einen Wassertrog getaucht. Das Produkt waren Stäbe von relativ kohlenstoffreichem Stahl (etwa 1,7 % Kohlenstoff) oder kohlenstoffarmen Schmiedeeisen (etwa 0,3 % Kohlenstoff)
1829: Frischfeuer in Westfalen
- 183 Frischfeuer, als gewerkschaftliche als Hammer- und Walzwerke im Regierungsbezirk Arnsberg
- 4 Frischfeuer, gewerkschaftlich, 8 Hämmer, gewerkschaftlich, im Regierungsbezirk Minden [2]
Puddelprozeß
In schwerer handwerklicher Arbeit arbeitete der "Puddler" das in Flammenöfen geschmolzene Roheisen in Chargen von 200-300 kg unter Luftzutritt durch, um so den Kohlenstoff und andere störende Elemente leichter zu verbrennen. Das Material konnte dann durch Walzen weiter verarbeitet werden.
Das Raffinieren von Rohstahl
Raffinierhämmer, die der Edeistahlerzeugung dienten, wurden im Sauerland bis zum ersten Weltkrieg betrieben. Für die Herstellung von Raffinierstahl schmiedete man die Rohstahlstangen unter einem Schwanzhammer dünner und brachte sie auf eine Breite von 6 cm. Je nach Verwendungszweck schlichtete der Schmied Rippen aus gleichartigen Stahlchargen aufeinander und spannte sie bis zu einem Gewicht von etwa 50 Pfund in eine Zange. Nachdem das Stahlbündel im Feuer erhitzt worden war, wurde zuerst die eine Hälfte und dann die andere solange unter dem Hammer verschmiedet und verschweißt, bis sie sich wieder zu einem ganzem, einem Knüppel verbunden hatten. Anschließend wurde der Knüppel in der Mitte gekerbt, zusammengebogen, aufs neue erhitzt und der Schmiede- und Schweißprozeß wiederholt. Durch mehrmaliges falten entstanden immer hochwertigere Stahlsorten.
Die Schmiedehämmer und die Gebläsen (Blasebälge) der Schmiedeessen waren wasserradgetrieben, bis hier zunehmend im 19. Jahrhundert die Dampfmaschine zum Zuge kam.
