Großer Rennofen Wochenende 19.06.10

[AchimW]

Noch ein paar Bilder.

Letzter Schlackeabstich:

letzte Erzcharge:

Wootz? Neeeee, das ist die Schlacke!

Ehhhh...... und keine Luppe nach mehr als 1300 Kilo Erz? Das dachte wohl so mancher im Publikum als wir so tief im Ofen angekommen waren:

 

[gast]

Guten Abend,


Falls noch nicht zu spaet, behaltet evtl. die Schlacke.
Die hat wie du weisst ca. die andere Hàlfte eures Eisenerz geschluckt.
Diese Fayalitische Schlacke, laesst sich nochmal mit Kalk verhuetten.

Ihr habt viel davon. Ich habs noch nicht versucht, werds aber noch versuchen, wenn ich genug davon zusammenhabe.
Ansonsten komme ich mal mit dem Haenger ;-)

Meine Bemerkung ist nachzulesen, in :,Archeometallurgische Untersuchungen zur fruehen Eisenverhuettung und -gewinnung in der Hallstatt-und Latènezeit am Beispiel von Eisenfunden der Hunsruek-Eifel-Kultur.
Dipl.Arbeit Rene Kunze Seite 67.............Fayalith....nur sehr schwer zu reduzieren,es sei denn es folgt ein Zuschlag von Kalk,wodurch nach ( :teuflisch (langechemischeFormel) das CaO an die Stelle des FeO treten kann.
Sollte man unbedingt mal versuchen. Immerhin wurden die Galloroemischen Schlackenhuegel hier in den Hochofen gekippt.

Gruss unsel

 

[Alfred]

Hallo Achim & Co
Es war super eindrucksvoll diese Aktion zu verfolgen.
Leider war es uns nicht uns nicht möglich direkt dabei zu sein .
Ihr habt Maßstäbe gesetzt ...Gratulation

Beste Grüße Alfred

 

[MythBuster]

Hallo Achim,

Gratulation, klasse Aktion!
Folgen da noch einige Analysen, Erz-, Schlacke-, Metallanalyse? Die Schlacke schaut sehr interessant aus, die nadelige Struktur sind bestimmt Wüstit-Bäumchen (FeO), hier wär auch ein Schliffbild interessant (würde ich gern machen).
Weiter würde mich interessieren, wie groß war der Querschnitt Eures Ofens auf Höhe der Düsen (daraus könnte ich die eingeblasene Luftmenge berechnen, falls Ihr die nicht eh schon gemessen hattet). Hattet Ihr spezielle Düsen, oder waren das nur Löcher in der Ofenwand. Wie war der Winkel der Düsen zur Ofenwand? (Der Winkel der Stahlrohre entspricht nicht dem Winkel der Düsen im Ofen oder?). Wie groß waren die Erzstücke?
Interessant ist natürlich auch Unsel´s Vorschlag, die Schlacke noch mal zu verhütten. Ja, CaO könnte das FeO im Fayalit ( (FeO)2SiO2) substituieren, aber der Schlacke fehlt natürlich jegliche (Mikro-) Porösität, was eine Reduktion durch CO im festen Zustand erschweren wird. Denn das sollte ja eh schon passeirt sein.
Gruß mit vielen Fragen.

MythBuster

 

[AchimW]

Folgen da noch einige Analysen, Erz-, Schlacke-, Metallanalyse?

Erzanalyse habe ich:

Feuchtigkeit = 1,24 %
Fe = 66,4 %
SiO2 = 2,95 %
CaO = 0,12 %
MgO = 0,04 %
Al2O3 = 1 %
Mn = 0,02 %
P = 0,055 %
S = 0,016 %
Na2O = 0,02 %
K2O = 0,16 %
Pb = 0,002 %
Zn = 0,005 %

Für Schlackeanalysen habe ich niemanden an der Hand. Deshalb haben wir davon auch nur wenig sichergestellt und den Rest verklappt. Wir wollten schließlich Stahl und keine Schlacke. Der Stahl aus der Luppe wird später analysiert.

Weiter würde mich interessieren, wie groß war der Querschnitt Eures Ofens auf Höhe der Düsen? .... Hattet Ihr spezielle Düsen, oder waren das nur Löcher in der Ofenwand. Wie war der Winkel der Düsen zur Ofenwand? (Der Winkel der Stahlrohre entspricht nicht dem Winkel der Düsen im Ofen oder?)....

Der Ofen war da etwa 1050 x 500 mm (geschätzt, nicht gemessen).

Die Düsen waren wie beim Original-Tatara mit konischen Holzstäben in den Lehm gedrückt. Das hat den Vorteil, dass die Düsenöffnungen bei zunehmendem Abschmelzen der Lehmwände immer größer werden und dadurch nicht so schnell durch herablaufende Schlacke verstopft werden. Wir haben jede der 10 Düsenöffnungen jeweils mindestens 70 x kontrolliert, eine wirklich verstopfte ist mir dabei nicht untergekommen.

Die Stahlrohre dienten nur zur Luftverteilung. Die Düsen hatten natürlich keinen aufwärts gerichteten Winkel wie die Luftzufuhr, sondern waren abwärts Richtung Ofenboden geneigt. Der Winkel betrug etwa 25° zur Horizontalen, aber da die Öffnungen händisch angebracht waren, ist das auf's Grad genau nicht zu sagen.

 

[MythBuster]

o.k. dann lehn ich mich mal aus dem Fenster und mach ein paar Vorhersagen.
Wenn Euer Kohleverbrauch bei 1kg/min gelegen hat, dann habt Ihr 4,5 m^3/min also 0,85 l/(min cm^2) Luft eingeblasen. Für einen traditionellen Rennofen wär das etwas viel, aber es war ja auch kein Rennofen.
Bei einem FeO Gehalt von 94% im Erz (1300kg) und einer Ausbeute von 480kg Luppe müsste das einen FeO-Gehalt von 56% in der Schlacke bedeuten, wenn man kein eingeschmolzenes Ofenmaterial miteinberechnet.
Dies bedeutet einen Schlackeschmelzpunkt von ca. 1500°C, genau kann man das nicht sagen, da in diesem Bereich der Schmp. ziemlich steil nach oben geht. Wenn man jetzt noch schätzt, dass sich unter Einschmelzen von etwas Ton aus der Ofenwand der Al2O3 Gehalt der Schlacke auf 5% erhöht, dann ist man schon bei einem Schmp. von 1300°C. (CaO und K2O aus der Holzkohle senken den Schmp. noch etwas weiter).
Von daher ist das Ergebnis schon plausibel... jetzt bin ich nur noch gespannt, ob sich die Schlacke-Analyse auch nach der Abschätzung richtet.
Mit einem Zuschlag an CaO käme man da durchaus auf bessere Ausbeuten. Das CaO sollte auch einen positiven Einfluß auf den Phosphor Gehalt (im Sinne von niedriger) im Stahl haben (Da bin ich auch schon gespannt drauf).
(wer sich wundert, woher ich die Schmelzpunkte habe: die sind aus dem "Slag Atlas/ Verein Deutscher Eisenhüttenleute")

Gruß

MythBuster

 

[AchimW]

Ich glaube nicht, dass da sonderlich viel von stimmt, insbesondere nicht die Schlackeschmelzpunkte. Die Schlacke war deutlich kälter und bei den von Dir genannten Temperaturen wäre der nach erstem Ermessen recht kohlenstoffreiche Stahl zumindest nahe am, wenn nicht deutlich über, seinem Schmelzpunkt gewesen. Die Luppe hätte sich dann zumindest teilweise als Kuchen unten im Ofen finden müssen.

Interessant war die Tatsache, dass man ja permanent in den Ofen hineinsehen konnte. Nach meiner Erfahrung mit Ofenfarben und denen eines Werkstofflers, der seit 35 Jahren im Beruf ist hat die Ofentemperatur kaum die 1250° C überschritten. Naja, nächstes Mal hängen wir vielleicht ein Thermoelement rein. Oder wohl eher nicht, weil mich die reine Wissenschaft beim Rennofen nicht wirklich interessiert. Ich will eher einen Rennofen so fahren, wie die Alten das gemacht haben: Flammen, Glühfarben, Schlackefluss, Verbrauch ansehen und deuten, auf Geräusche horchen und aus empirischer Erfahrung das Richtige tun. Das ist viel spannender.

Ach ja, das angehängte Gebläse macht 25 m³ in der Minute, war aber nur relativ kurze Zeit im Volleinsatz und die restliche Zeit deutlich gedrosselt. Der Kohleverbrauch lag, wenn ich richtig gerechnet habe, bei ca. 0,87 kg/min. Wobei das extremen Schwankungen unterworfen war, was auf die extremen Unterschiede in der Kalibrierung der Kohle zurückzuführen ist.

 

[MythBuster]

hmm, bei der Luftmenge bin ich mir ziemlich sicher das das stimmt. Ich hab das mal mit einer Rennofenfahrt von mir verglichen, bei der ich die Luftmenge mit einem Flügelradmesser gemessen hab. Ich hab mit 70m^3/h reingeblasen und hab nach dem Kohleverbrauch 5kg/20min 67m^3/h berechnet. Interessant übrigens, dass man beim Vergleich mit dem theoretischen Luftverbrauch und der gemessenen den Punkt erkennt, bei dem man beginnt den Ofen zu überblasen. D.h. der Punkt an dem man beginnt mehr Luft einzublasen, als für die Produktion von CO gebraucht wird, also man beginnt auch CO2 zu produzieren, was die Ausbeute an Eisen reduzieren wird. Dieser Punkt wird bestimmt auch abhängig von der Schüttdichte, also der Stückgröße der Kohle sein. Wenn Dein Gebläse jetzt freiblasend so viel mehr macht, heißt das aber noch lange nicht, dass die selbe Luftmenge gegen den Widerstand der Blasrohre und des Kohlebetts geblasen wird.
Was den Schmelzpunkt der Schlacke angeht, so schätzte ich den auf 1300°C (das mit den 1500°C betraf nur FeO und SiO2 alleine ohne andere Oxide) und Du sagst 1250°C, das passt doch prima. Das mit dem Schmelzpunkt der Schlacke bedeutet nur, dass die Schlacke an dem Punkt komplett geschmolzen, also wasserdünn ist. Bei einer Temperatur darunter durchschreitet man ein Zweiphasen-Gebiet, in dem die Schlacke zunehmend zähflüssiger wird. Das liegt daran, dass durch die Reduktion des Eisens im Fayalit zunehmend festes SiO2 (bei der Temperatur Tridymit) in der Schlacke rumschwimmt, was dessen Viskosität hochzieht, bzw. den Schmelzpunkt erhöht.

Gruß

MythBuster

 

[gast]

Nabend ihr Zwei,

Ich habe heute einen Rennofen gefahren, und werde in meinem Tread ,Rennfeuertreffen in Luxemburg ein wenig darüber schreiben.

An dieser Stelle, möchte ich bemerken, dass ich eigendlich so fahre wie Achim, ich aber über alles schätze, dass ich Oliver / Mythbuster (und seine Erklärungen) kennengelernt habe weil ich mir so die Hintergründe der Vorgänge irgendwie besser vorstellen kann, auch wenn ich mit den Formeln nicht viel anfangen kann

Auf alle Fälle gilt es zu beachten dass unsere Altvorderen, Jahrhunderte Zeit hatten, aus dem Beobachteten zu lernen, und es dann anzuwenden.
Ich habe die Zeit nicht und und kenne auch fast keinen der mir praktische Tipps geben kann. Es ist auch nicht Billig einen Rennofen zu fahren.
Also bin ich über jede Wissenschaftlichen Beistand äusserst Dankbar.

Gruss Bohr Rom.

 

[MythBuster]

Hallo,

jetzt hab ich die Schlackeanalyse von Achim´s Ofen:

FeO: 64,0
SiO2: 26,4
Al2O3:5,3
CaO: 1,2
MgO: 0,4
K2O: 1,2
SO3: 0,08
P2O5: 0,2
Mn: 0,12
Co: 0,11

naja, das passt nicht so ganz zu der Luppe von 370kg, also den von mir "vorhergesagten" 56% FeO. 64% FeO würden zu einer Ausbeute von 300kg passen. Aber man muss bedenken, dass die Probe nur aus einem zufällig ausgewählten Schlackenstück stammt und der Mittelwert natürlich davon abweicht. Außerdem ist die Schlacke extrem schwer (sowas hab ich noch nicht gesehen) und dann kann sich natürlich auch etwas Schlacke in der Luppe verstecken. Das FeO/SiO2 Verhältniss entspricht übrigens exakt dem Fayalit, da lag unsel genau richtig. Das entspricht einem Schmelzpunkt von etwas über 1200°C, wenn man nur FeO und SiO2 betrachtet. Schliffbild von der Schlacke hab ich auch gemacht, schaut aber ziemlich unspektakulär aus und lohnt sich nicht zu zeigen. (etwas Wüstit in Fayalit ev. mit etwas Hercynit)
Zufällig war in dem Schlackestück eine eindeutig geschmolzene, etwa 8mm große Eisenperle enthalten, von der ich ein Schliffbild (geätzt mit Nital) gemacht habe:


Uploaded with ImageShack.us

Ich würd mal so auf die Schnelle auf C40 tippen (aber das können andere Leute besser).

Gruß

MythBuster

 

[Hephaestos]

Damit hat die Schlacke ja fast soviel FeO wie das Erz! Und damit mehr FeO als das Bohnerz das ich bislang verwendet habe. Insofern kann man den Verhüttungsprozess wohl doch noch ordentlich optimieren. Die Schlacke würd ich direkt nochmal oben in den Ofen reinwerfen.... wär schade um das viele Material.
Gruß
Hannes

 

[MythBuster]

Vorsicht Hannes, Achim hat in seiner Analyse 66,4% Fe angegeben, das entspricht ca. 94% FeO. Also hat er den FeO Gehalt durch die Reduktion von 94% auf 64% reduziert. Damit ist in Achim´s Schlacke aber immerhin noch 10% mehr FeO enthalten als in Deinem Bohnerz, mit dem Du gestartet hast.

Gruß

MythBuster

 

[MythBuster]

sorry Hannes, wenn ich Achim´s Erz formal auf FeO umrechne kommen 85% FeO raus. Wenn man das auf Fe3O4 (Magnetit) umrechnet, dann kommen 91,7% Fe3O4 raus, was dann ziemlich gut auf 100% aufgeht (bis auf fehlende 2,7%, was bedeutet, dass nicht alles Fe als Magnetit vorliegt, sondern ein klein wenig mehr Fe(II) vorliegt).

Die 94% kommen raus, wenn man real alles Fe3O4 in FeO reduziert, was ich intern für eine Bilanzierung machen muss, da mir für eine Berechnung die Gesamt-Schlackemasse fehlt.

Gruß

MythBuster

 

[AchimW]

Also ich denke mal, wir liegen mit dem Ergebnis ziemlich genau da wo wir hinsollten. In Japan verhütten sie etwa 8 Tonnen etwa gleich hochwertiges Erz und machen eine Luppe von 1,5 bis 2 Tonnen daraus.

Der Tatara ist nicht konstruiert, um maximale Ausbeute zu schaffen, sondern eine besonders saubere und hoch aufgekohlte Luppe. Das klappt auch. Leider habe ich im Moment ein kleines gesundheitliches Problem, sonst würde ich sofort mal einen Schnitt machen. Dauert daher noch ein paar Wochen.

Einen Ofen, aus dem ich maximale Erzausbeute holen wollte, den würde ich nicht mal annähernd mit so viel Wind betreiben und auch die Kohle wäre sicher kleinstückiger.

 

[gast]

N Abend Achim,

Erstmal wünsche ich dir eine gute Besserung.

Du schreibst sehr Interessante Äusserungen, würdest du die bitte ein wenig in Worte fassen?
Ich meine deinen letzten Satz.

Gruss Romain

 

[AchimW]

So, nach dem Erledigen elendig langer Geschichten und dem Kampf mit Gesundheit und verschiedenen anderen alltäglichen Dingen ist es mir endlich gelungen, mal etwas mittelmäßig C-haltiges Material (Funkentest) aus dem Ofen zu raffinieren und auf Zusammensetzung zu testen. Das Material wurde zu Platten geschmiedet, aufeinander gepackt, feuergeschweißt und neun mal gefaltet. Aus dem resultierenden Barren wurde eine Klinge und ein Testbarren geschmiedet. Der Testbarren mit 9 mm Dicke wurde gehärtet und gebrochen. Der Barren war durchgehärtet. Das größere Stück wurde etwas dünner geschmiedet, geschliffen und einem spektrometrischen Test unterzogen. Hier das Ergebnis:

C = 0,46 %
Si = 0,06 %
Mn = 0,005 %
P = 0,02 %
S = 0,0009 % (!)

Der Rest der Elemente war an oder unter der Nachweisgrenze.

 

[fastride]

Das ist ja fast steril