Bericht über die Rennofenversuche am 15/16.09.01 Ort der Versuche: Sachsenhof Greven Fragestellung: Erhöht der Zuschlag von bereits verhütteter Rennofenschlacke die Ausbeute? Beim letzten Versuch am 01.06.01 zeigte sich ein besonders gutes Ergebnis. Wir hatten bei diesem Versuch Raseneisenerz + bereits verhüttete Rennofenschlacke, verarbeitet. Das Verhältnis Erz zu Schlacke war 2:1. Das Erz hatte einen Eisengehalt von 50-60%. Es stellte sich jetzt die Frage: Wie wirkt sich der Schlackezusatz beim Ergebnis aus. Da der Rennofen intakt geblieben war konnten Folgeversuche, mit nur gering geänderter Düsenanordnung geplant werden. Versuch 1: reines Raseneisenerz Versuch 2: vorsortierte Schlacke (es wurde hoch eisenhaltige Schlacke aus- gesucht) Der Rennofen Der Ofen wurde aus, mit Sand und Stroh, gemagertem Lehm in mehreren Abschnitten aufgebaut ( Sommer 2000). Es war erforderlich, die einzelnen Bauabschnitte antrocknen zu lassen, bis der Lehm nicht mehr plastisch war. Ein zu starkes Antrocknen war aber zu vermeiden, da dann die Gefahr zu geringer Haftung zwischen den einzelnen Abschnitten bestand. Abbild. 1

Zur leichteren Bergung der Luppe wurde vorne eine Öffnung ausgespart. Das hat, wie sich herausstellte den Nebeneffekt, dass der Ofen nicht jedes Mal zerstört werden muss. Bisher waren vier Ofengänge möglich. Diese Öffnung wird immer wieder mit einem Formteil aus Ton verschlossen. In diesem Teil ist auch die vordere Düsenöffnung eingearbeitet. Durchmesser der Öffnung ca. 70 mm. Die zweite Düse ist seitlich angebracht. Die Öffnung (∅ ca.60mm) führt schräg nach unten und zielt auf den Mittelpunkt des Ofenraums. Die Austrittsöffnung liegt vom Niveau etwa 100 mm über der vorderen Düsenöffnung.

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Düsenrohr

Düse

Maße in mm

250

560

180340

1140

380300

500

1 vor Inbetriebnahme 2 eingesetztes Verschlussstück mit Düsenloch

Luftzuführung Es wurde ein regelbares Gebläse, mit mäßigem Druckaufbau, von einem Heizungsbrenner eingesetzt. In die seitliche Düsenöffnung wurde ein Stahlrohr, bis zum Innenrand der Ofenwand, eingeschoben. Ein zweites Stahlrohr wurde vor die vordere Düsenöffnung gelegt. Das Gebläse wurde mittels flexibler Schläuche und T- Stück mit den Düsen verbunden. Zeitweilige Versuche mit einem Schmiedeblasebalg ergaben eine ähnliche Luftmenge wie beim Gebläseeinsatz.

3 Düsenanordnung Durchführung Versuch 1, am 15.09.01 Vorbereitung Da dieser Versuch nur mit reinem Raseneisenerz gefahren werden sollte, musste nur das Erz vorbereitet werden. Es wurde nicht geröstet. Eine Zerkleinerung auf max. Haselnussgröße erfolgte.

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Der Ofen wurde mit einem Verschlussstück versehen. Dieses wurde mit Lehm eingedichtet. Zur Wärmeisolierung wurde der gesamte untere Teil bis zu den Düsenlöchern mit Sand angefüllt. Dann erfolgte ein sehr langsames Anheizen des Ofens, um ein vorzeitiges reißen der Ofenwand zu verhindern. Dabei wurde folgendermaßen verfahren: Zunächst wurde nur Glut aus einem Feuer über die Schachtöffnung eingefüllt. Dann kam nach und nach grobe Holzkohle hinein, bis der Schacht gefüllt war. Daraufhin erfolgte ein Wechsel auf feine Kohle, da diese während des Prozesses besser nachrutscht. Der Start, des eigentlichen Verhüttungsprozesses, erfolgte dann durch zuschalten des Gebläses, mit voller Leistung. Gleichzeitig wurde erstmalig Eisenerz in den Schacht gegeben. Eine weitere Zugabe von Holzkohle und Eisenerz erfolgte dann jeweils, wenn die Schachtfüllung nachgesackt war. Das Volumenverhältnis Eisenerz zu Holzkohle war zunächst 1:3. Der Prozess kam problemlos in Gang. Die Schachtfüllung sackte kontinuierlich nach. Es zeigte sich bald eine konstante Gichtflamme und am Düsenloch war eine weißglühende Glutfarbe sichtbar. Das Volumenverhältnis Erz zu Holzkohle wurde daher auf 1:2 verändert. Eine Temperaturüberwachung erfolgte über vorher angebrachte Messsonden. Da die gemessenen Werte jedoch offensichtlich nicht mit dem optischen Eindruck übereinstimmten, erfolgte ein Wechsel der Messpunkte. Die rutschende Schachtfüllung hatte offenbar die Messdrähte verschoben. Die Messungen wurden dann manuell, an neu festgelegten Messpunkten, durchgeführt. Sie stimmten dann auch mit dem optischen Eindruck überein. Am Nachmittag lief dann der Prozess immer besser. Es kam dann sogar so weit, dass bei angezeigten 1280°C ein abschalten des Gebläses nötig wurde, um eine Überhitzung zu verhindern. Nachdem die Temperatur dann langsam wieder abfiel, wurde das Gebläse mit verminderter Leistung, wieder eingeschaltet. Ein Ende des Prozesses zeichnete sich dann gegen 16:00 Uhr ab. Die vordere Düsenöffnung setzte sich mit verglaster Schlacke zu. Auch ein Freistoßen der Öffnung brachte nur kurzfristig Erfolg. Im Inneren des Ofens war bei dieser Gelegenheit eine teigige Konsistenz der Glut / Schlacke deutlich zu spüren.

4 herunterbrennen des Ofens 5 Das Düsenloch setzt sich zu.

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Das nachfüllen von Erz unterblieb daher. Es wurde nur noch Kohle nachgefüllt, um beim kontrollierten Herunterbrennen des Ofens, noch genug Hitze zum schmelzen des eingefüllten Erzes, zu haben. Das Gebläse wurde abgestellt, nachdem der Ofen weitgehend heruntergebrannt war. Zum Öffnen des Ofens wurde zunächst die isolierende Sandschicht beseitigt. Dann entfernten wir das teilweise rotglühende Verschlussstück und zogen den gesamten Ofeninhalt heraus. Das herausziehen, der noch glühenden Masse, hat den Vorteil, dass weniger Material im Ofen anbackt und er somit geschont wird. Es war bei dieser Gelegenheit deutlich zu sehen wie dünnflüssige Schlacke aus dem Ofen rann. Andere Materialklumpen zogen beim herausnehmen lange Glasfäden. Die Lage, der Luppe konnten wir nicht erkennen. Anschließend begann sofort das untersuchen und sortieren der größeren Materialklumpen, da ein sofortiger Schmiedeversuch geplant war. Die sehr große Hitzeabstrahlung bereitete dabei große Schwierigkeiten.

6 öffnen der Verschlussklappe 7 glühende Luppe Das Ausschmieden der Luppe gestaltete sich schwieriger als erwartet, da sie durch langes suchen schon ziemlich erkaltet war. Es gelang aber sie von grob anhaftender Schlacke zu befreien. Eine Verdichtung oder Verformung war nicht mehr zu erreichen. Es ist daher zu überdenken eine Esse vorzuhalten um effektiver schmieden zu können.

8 auswählen der Luppe 9 schmieden der Luppe

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Ergebnisse: Bei der weiteren Untersuchung des Ofeninhaltes nach dem Erkalten fanden sich neben der Luppe von 0,5 kg, hoch eisenhaltige Schlacke in der Menge von 4,5 kg, sowie eine größere Menge dünnflüssig gelaufener Schlacke, die nicht gewogen wurde. Die sehr kompakte Luppe wurde durchtrennt. Es zeigte sich, dass sie fast massiv aus Eisen war. Es besteht jedoch der Verdacht, dass es sich aufgrund der zwischenzeitlich sehr hohen Temperaturen, um Gusseisen handeln könnte. Das wird abschließend durch Analysen und Schmiedeversuch zu klären sein.

10 Luppe durchtrennt 11 und im Anschliff Raseneisenerz wurde in der Menge von 20 kg zugeführt. Der Holzkohleverbrauch lag während der eigentlichen Verhüttungsphase bei 22 kg . Vorheizmaterial wurde nicht gewogen. Das Gewichtsverhältnis Eisenerz zu Holzkohle liegt damit fast bei 1:1. Die Gesamtdauer der eigentlichen Verhüttung betrug 7 Stunden Durchführung Versuch 2, am 16.09.01 Vorbereitung: Bei diesem Versuch war geplant ausschließlich Schlacke aus Vorversuchen, aus dem gleichen Raseneisenerz, zu verhütten. Außerdem wurden Eisenstücke aus Vorversuchen, die zu klein zum Verschmieden waren, zugefügt. Eine Vorsortierung der Schlacke erfolgte nach dem offensichtlichen Eisengehalt (Gewicht). Eine Zerkleinerung auf max. Haselnussgröße erschien sinnvoll. Der Ofen wurde in gleicher Weise vorbereitet und aufgeheizt wie am Vortag.

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Verhüttungsprozess Der Prozess begann mit dem zuführen der Schlacke. Dann wechselseitiges befüllen mit Erz und Holzkohle, zunächst im Verhältnis 3:1. Die Belüftung erfolgte durch beide Düsen mit voller Gebläseleistung. Es zeigten sich bald die bekannten Temperaturen, eine weißglühende Glutfarbe, sowie eine stetige Gichtflamme. Die Temperaturen blieben über den ganzen Versuch fast konstant. Am frühen Nachmittag wurde das Volumenverhältnis Erz zu Holzkohle auf 2:1 verändert, da der Ofen schon sehr gleichmäßig lief.

12 Beschickung und Temperaturmessung 13 Freistoßen des Düsenlochs Am späten Nachmittag kam es wieder zum Zusetzen des Düsenlochs und damit zum Ende des Verhüttungsprozesses. Der Ofen wurde in gewohnter Weise heruntergebrannt. Das öffnen des Ofens gestaltete sich recht schwierig, da große Mengen Schlacke die Verschlussklappe verbacken hatten. Erst nach relativ großen Beschädigungen am Ofen war es möglich den Inhalt zu bergen.

14 Beseitigung der Sandisolierung 15 Verbackene Verschlussklappe

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16 aufbrechen der Verschlussklappe 17 verbackener Ofeninhalt Ausschmieden und Sortieren des Ofeninhaltes Da der Ofeninhalt ebenfalls stark verbacken war, konnte nicht sofort eine Luppe identifiziert werden. Es wurde versucht einige große Brocken zu schmieden. Diese zerbrachen aber sofort in kleinere Stücke. Erst nach dem Erkalten konnte der gesamte herausbeförderte Inhalt begutachtet und sortiert werden.

18 große Klötze........ 19 ......zerbrechen beim Schmieden Es fanden sich einige große Brocken von völlig unterschiedlichem Gewicht. Das Auffinden der Luppe gelang erst beim Durchtrennen der großen Stücke mit dem Winkelschleifer. Die Luppe hatte ein Gewicht von 0,750 kg. Sie war nicht so kompakt wie die Luppe am Vortag. Es waren viele Schlackeeinschlüsse und lamellenförmig angeordnetes Eisen erkennbar. Ebenfalls vorhanden war Eisen in kleineren Stücken mit einem Gesamtgewicht von 0,250 kg. Die Qualität des Eisens lässt sich abschließend erst nach einer Analyse und Schmiedeversuchen beurteilen. Die Untersuchung der Schlacken zeigte einen interessanten Befund. Es hatten sich einige kompakte Schlackeklötze gebildet, die keine weiteren Einschlüsse enthielten, aber recht leicht waren. Gesamtgewicht dieser Schlacke 3,5 kg.

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Weiterhin fand sich eisenhaltige, schwere Schlacke, die jedoch kleinteilig und porös war. Gewicht dieser Schlacke 4,7 kg. Dünnflüssig gelaufene Schlacke lag mit einem Gewicht von 2,5 kg vor.

20 poröse Luppe 21 kompakte Schlackeklötze Eingebrachte Schlacke: 12 kg + 0,600 kg kleinstückiges Eisen Holzkohleverbrauch: 18 kg Vorheizmaterial wurde nicht gewogen Gewichtsverhältnis Schlacke zu Holzkohle liegt damit bei 1:1,4 Gesamtdauer der eigentlichen Verhüttung betrug 7:15 Stunden/Min. Zusammenfassung und Bewertung der Versuche vom 30.06./15.09./16.09.01 Ausbeute der Rennofenversuche am 15/16.09.01 Versuch 15.09.01 Luppe 0,500 kg hoch eisenhaltige Schlacke 4,5 kg Laufschlacke nicht gewogen

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Versuch 16.09.01 Luppe 0,750 kg Eisen kleinteilig 0,250 kg Schlacke eisenhalt., porös, kleint. 4,700 kg Schlackeklotze kompakt 3,500 kg Laufschlacke 2,550 kg Ges. 11,750 kg Versuch 30.06.01 Luppen 1,9 kg Bisher bei allen Versuchen gewonnenes Eisen: Luppen 3,150 kg Kleinzeug 0,350 kg Die Ausbeute ändert sich durch Materialauswahl

Luppengewicht in g

500

7501900

Erz Schlacke Erz+Schlacke

Versuch am 30.06.01: Eisenerz + Schlacke ( unsortiert) im Verhältnis 2:1 Versuch am 15.09.01: nur Eisenerz Versuch am 16.09.01: nur Schlacke ( eisenreiche Schlacke wurde ausgewähl)

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Vorläufige Bewertung der Versuche Nach Analyse der Versuchsbefunde zeigt sich eindeutig ein Zusammenhang zwischen Zusammensetzung des Ausgangsmaterials und der Menge des erzeugten Eisens. Die Kombination Raseneisenerz + Verhüttungsschlacke brachte die besten Ergebnisse. Da die Versuchsbedingungen nahezu gleich waren und nur die zugegebenen Stoffe differierten, können die Erkenntnisse als recht gesichert angesehen werden. Da noch keine qualitative Beurteilung des Eisens vorliegt, kann eine Bewertung in dieser Richtung nur vorsichtig erfolgen. Besonders die Auswirkung der Temperaturspitzen beim Versuch vom 15.09. müssen noch untersucht werden. Hier werden die angebotenen Schmiedeversuche, bei Herrn Bullermann, Klarheit schaffen. Eine zusätzliche Analyse des Eisens sollte erfolgen. Weitere Pläne: Folgeversuche mit der Fragestellung > Schlackesortierung, welche Schlackeart Bringt mehr Ausbeute?

>Auswirkung von nassem Material auf die Ausbeute >Bewirkt vorheriges Rösten des Erzes

eine Qualitätssteigerung?

Bau eines größeren Rennofens, um Durchsatz und Ausbeute zu erhöhen. Übergang zur Belüftung mit Blasebalg, um mit realistischeren Bedingungen zu arbeiten. Anhang: Protokoll Rennofenversuch 15.09.01 Protokoll Vers.16.09.012 Durchführung der Versuche Dr. Hermann –Josef Drexler, Greven Bernhard Reepen, Greven Am 01.10.03 wurden durch Alfred Bullermann Schmiedeversuche mit verschiedenen Luppen durchgeführt. Die Luppe vom15.09.01 zerbröselte beim Schmieden. Es handelt sich um Gusseisen. (Temperaturspitzen < 1280°C )

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Anhang: Protokoll Rennofenversuch 15.09.01 Uhrz. Vorgang / Material Meßp.1 Meßp.2 Anmerkungen 9:00 anheizen 10:00 Mit grober Kohle füllen 10:15 3 kg feine Kohle Gebläse voll 10:45 erstes Erz 5 kg 639°C 101°C E : K = 1 : 3 11:00 668°C 202°C 11:15 774°C 219°C 11:30 3 kg K. 590°C 131°C 11:45 739°C 211°C 12:00 740°C 252°C 12:15 3 kg K. 675°C 266°C 12:30 8 kg Erz 676°C 254°C 12:45 654°C 213°C 13:00 3 kg K. 637°C 240°C 13:15 633°C 265°C E : K = 1 : 2 13:30 3 kg K. 648°C 268°C 13:45 629°C 219°C 14:00 7 kg Erz 569°C 349°C 14:15 3 kg K. 1050°C 446°C Messpunktwechsel ! 14:30 1250°C 360°C 14:40 Gebläse abgestellt ! 1280°C 380°C Zu heiß geworden? 14:45 3 kg K. 1150°C 100°C 15:00 900°C 60°C 15:15 Gebläse m. verm. Leistung an 1200°C 400°C 15:30 1 kg K. 1130°C 260°C 15:45 1150°C 430°C 16:00 Ofen geöffnet Gesamtverbrauch Erz: 20 kg Gesamtverbrauch Holzkohle: 22 kg feine Kohle Vorheizmaterial u. grobe K. nicht gewogen Gesamtdauer Ofenbetrieb: 7 Stunden

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Protokoll Rennofenversuch 16.09.01 Uhrz. Vorgang / Material Meßp.1 Meßp.2 Anmerkungen 8:00 anheizen 9:00 Mit grober Holzkohle befüllt 9:10 2 kg feine Kohle 9:20 3 kg K. 10:00 Erste Schlacke eingefüllt 1130°C 230°C Düsenanordnung

überdenken 10:30 1150°C 210°C K. : Schl. 3:1 10:45 3 kg K. 600 g hochwert. Schl. Düse l. geschlossen 11:00 1040°C 150°C nur Düse v. Wind 11:15 1120°C 262°C Beide D. wieder

Wind 11:30 3 kg K. 1050°C 148°C 12:00 1120°C 370°C 990°C vor Düse im

Luftstrom 12:30 1050°C 300°C 13:00 3Kg K. 1130°C 310°C Kohlezufuhr reduz.

K : Schl. 2:1 13:30 1110°C 300°C 14:00 1 kg K. 1200°C 300°C 15:00 1130°C 460°C 15:15 Ofen geöffnet Gesamtverbrauch Schlacke: 12 kg Schlacke vorsortiert 0,600 kg hoch eisenhaltige Schlacke + Eisen (kl.) Gesamtverbrauch Holzkohle: Vorheizmaterial u. grobe K. nicht gewogen 18 kg feine Holzkohle Gesamtdauer Ofenbetrieb: 7:15 Stunden/Min.

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Bericht über die Rennofenversuche am 15/16.09.01Der Rennofen

Durchführung Versuch 1, am 15.09.01Vorbereitung

Ausschmieden und Sortieren des OfeninhaltesZusammenfassung und Bewertung der Versuche vom 30.06./15.09./16.09.01

Ausbeute der Rennofenversuche am 15/16.09.01Versuch 15.09.01Versuch 16.09.01

LuppeDie Ausbeute ändert sich durch Materialauswahl

Vorläufige Bewertung der VersucheFolgeversuche mit der Fragestellung > Schlackesortierung, welche Schlackeart

Protokoll Rennofenversuch 15.09.01Protokoll Rennofenversuch 16.09.01