Eisenreferat
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Hier kommt ein Ausschnitt aus dem Referat von Melanie D., Klasse11, Chemie 1999, am Kolping-Kolleg Stuttgart.

Melanies Thema war "Geschichte der Eisenverhüttung". Bei ihrer Recherche im Internet gewann sie den Eindruck, dass für dieses Thema vieles noch nicht schulgemäß aufgearbeitet war und in die Tiefe einer Promotionsarbeit reichte.
Hier lassen sich deshalb nur eine Übersicht über die Fortschritte der Rennfeuertechnik und eine Erläuterung dieser Rennfeuertechnik präsentieren.

Das ursprüngliche Konzept des Referates lautete: 3000 Jahre Eisenzeit. Es sollte exemplarisch die Situation 1100 vor Christus - erste Umwälzungen - und 1900 nach Christus - Eisenherstellung als eine Basis der industriellen Revolution - dargestellt werden.
Für wen-auch-immer hier die Stichworte, nach denen sich Melanie anfänglich an die Arbeit machte:

1100 v. Chr: Typische Eisenzeit. Kriegerischer Vorteil, Beispiele: Hethiter überrennen Ägypter. Griechen schlagen Perser (?)

Vergleich Eisen / Bronze / Kupferzeit. Grundbedingungen der Eisenverhüttung.

1900 n. Chr.:  Dampfkraft plus Eisen - gerade noch kein Benzin, keine Elektrizität im industriellen Einsatz. Kolonialzeitalter. 

Klassische Techniken : Eisenverhüttung bei Groß- und Schwerindustrie . Prinzip Hochofen.

Menschen - Erz - Kohle  .  Züge - Schiffe - Kanonen   .  Industriegebiete .

Ergänzung:    Was versteht man unter "Rennverfahren"?
  • - alle frühen Spielarten der pyrometallurgischen Eisenreduktion. Als Produkte entstehen dabei flüssige Schlacke und fester Eisenschwamm, ein poröses kohlenstoffarmes weiches Eisen.
  • - Namen bezieht die Rennfeuertechnik aus dem Umstand, dass bei der Eisenherstellung flüssige (= rinnende) Schlacke anfällt.
  • - Holzkohle, hier als Reduktionsmittel (bis ins 17. Jahrhundert), wird abwechselnd mit Eisenerz im Massenverhältnis 1:1 im eingetieften offenen Herd, beim Rennfeuer, oder in einem aus Lehm gemauerten Schachtofen, beim Rennofen, aufgeschichtet.
  •  
  • Bei beiden Verfahren bekommt man die erforderliche Reaktionstemperatur für die endotherme Eisenoxidation durch die Verbrennung von Kohlenstoff.
  • Den für die Verbrennung benötigten Sauerstoff erhält man beim Rennfeuer durch Düsenrohre, beim Schachtofen reichen dagegen die natürlichen konvektiven Luftzüge.
  • Das Eisen wird in Form eines in der Ofenhitze teigigen, nach Entnahme aus dem Ofen festen schlackedurchsetzten Klumpens (Luppe von lat. lupus = Wolf) erhalten, aus dem es durch mehrfaches Ausschmieden von der anhaftenden Schlacke befreit werden muss.

 

Geschichtliche Entwicklung der Eisenherstellung

Man kann die Anwendungszeit der Rennfeuertechnik in vier "Epochen" gliedern, die sich durch den konstruktiven Wandel der Rennöfen ergeben.

1. "Epoche":

Es kann davon ausgegangen werden, dass es die Hethiter waren, die um 1200 v. Chr. das Verfahren der Eisengewinnung durch Reduktion der Eisenerze mit Kohlenstoff entdeckten.

Das Eisen ließ die Bronzezeit enden und seine Anwendung als Werkstoff breitete sich vom Gebiet der heutigen Türkei auf Ägypten und Babylonien aus.

Die Tatsache, dass man den Beginn der Eisenzeit in Mitteleuropa erst ab 800 v. Chr. nachverfolgen kann, zeigt wie lange es dauerte, bis sich eine neue Technologie damals verbreitet hatte.

Die Hethiter waren es auch, die dem Eisen durch intensives Schmieden und Anblasen mit dem Blasrohr eine stahlartige Oberfläche zu schaffen wussten. Erst hierdurch wurde das Eisen der Bronze in der Härte endgültig überlegen.

Die Hethiter gewannen das Eisen, indem sie Eisenerze und Kohlenstoff, den sie aus Holz und Knochen gewannen, mischten und, nachdem sie daraus einen Haufen errichtet hatten, zur Reaktion brachten.

2. "Epoche" :

Die nächste technologische Stufe war der sogenannte "Rennofen" (rennen = rinnen), der zunächst nichts anderes als eine mit Steinen und Lehm ausgekleidete Kuhle (offener Herd) war.

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3. "Epoche" :

Zur Zeit der Römer, zwischen 400 v. Chr. bis 600 n. Chr. , wurden Rennöfen aus Stein und Lehm in die Höhe gebaut.

Durch die obere Öffnung konnte das Erz / Holzkohle-Gemisch eingefüllt werden. Die linke Öfffnung diente der Luftzufuhr und war normalerweise einem Berghang zugewandt, um Fallwinde auszunutzen. Durch die etwas tiefer gelegene rechte Öffnung wurde das teigige Schlacke / Eisen-Gemisch entnommen. Deutlich ist die konische Form des Ofens, die auch bei modernen Hochöfen besteht, um ein "Festsetzen" des Erz / Kohle-Gemisch zu verhindern.

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4. "Epoche" :

Erst im Mittelalter, im 13./14. Jahrhundert, wurde die nächste wichtige Stufe beschritten. Durch entscheidende bauliche Veränderungen konnten die Temperaturen im Ofen deutlich erhöht werden.

Neuerungen beim mittelalterlichen Rennofen:

  • die neuen Öfen erhielten Gebläse, die durch Wasserräder angetrieben wurden.
  • in der Höhe der Lufteintrittsöffnung besaß der Ofen den engsten Querschnitt, deshalb wurden an dieser Stelle die höchsten Temperaturen erreicht.
  • dieser Ofen entspricht vom Prinzip her weitgehend dem heutigen Hochofen(Bild), denn es wurden Temperaturen von über 1200°C erreicht. Bei diesen Temperaturen wurde das Oxid vollständig reduziert, d.h. es war kein Eisenoxid (FeO) mehr enthalten. Deshalb konnte sich nun Kohlenstoff im Eisen lösen, es "kohlte" auf, das Eisen konnte in geschmolzenem Zustand den Ofen verlassen, war aber zu spröde, um ohne eine Nachbehandlung verformt, geschmiedet zu werden.
  • Eine neues Verfahren kommt hinzu: Das "Frischen":

Das Frischen wurde allerdings nur dann durchgeführt, wenn das Werkstück über besondere Härte und Zähigkeit verfügen musste, wie z.B. Schwerter und Messer. Im anderen Fall wurde das Roheisen in entsprechenden Formen gegossen (z.B.Kanonen)

Vorgang: Das erhaltene Roheisen wurde im Frischfeuer entkohlt, denn beim Frischen wurde das Eisen zusammen mit Holzkohle erhitzt und seitlich mit Luft angeblasen, dass der Kohlenstoff des Eisens und die anderen Verunreinigungen, soweit dies möglich war, oxidiert wurden. Ein harter und zäher Werkstoff ist das Ergebnis.