Puddelverfahren
Das Puddelverfahren ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahl aus Roheisen. Im Puddelverfahren erzeugtes schmiedbares Eisen heißt auch Schmiedeeisen, auf Englisch „wrought iron“, wenn dieses Material härtbar ist, heißt es auch Schmiedestahl.
Erfunden hat das Puddelverfahren 1784 der Engländer Henry Cort. Er hatte bemerkt, dass der in heißem Roheisen enthaltene Kohlenstoff verpufft, wenn Luft darüber streift.
Verfahren
In der Feuerkammer wird Kohle oder ein anderer Brennstoff verbrannt. Dadurch schmilzt das Roheisen, welches in dem muldenförmigen Herd liegt. Die über das Eisen streichende heiße Luft lässt die Beimengungen wie Kohlenstoff oxidieren, bevor sie über den Schornstein entweichen. Das Eisen kommt während des Vorgangs nur mit Heißluft in Berührung, nicht mit der Kohle und wird dadurch nicht erneut verunreinigt.
Beim Puddeln wird das Roheisen in den großen Pfannen (englisch „puddle“ = Pfütze) eines Puddelofens geschmolzen und dann mit langen Stangen durchgerührt (puddled), um unter häufigem Umrühren Stahl herzustellen.
Dadurch wird die Schlackeschicht durchbrochen und das Eisen immer wieder sauerstoffhaltigen Verbrennungsgasen ausgesetzt und somit gefrischt, um die Verunreinigungen auszutreiben und den Kohlenstoff zu verbrennen.
Die Weiterverarbeitung der Luppe (für Eisenstücke) ermöglicht die Erzeugung von preiswertem Massenstahl. Diese Arbeit war extrem schwer und auch nicht ungefährlich. Ein Puddelvorgang dauerte etwa 24 Stunden, bis aus dem rohen Eisen schmiedbarer Stahl geworden war.
Qualität
Die Qualität des Stahls hing im Wesentlichen vom Geschick und der Kraft des Puddlers ab. Es bildeten sich Klumpen aus Stahl, die der Puddler mit einer Zange aus dem Ofen holte.
Dadurch konnte erstmals ein bruchfester, elastischer Stahl in größeren Mengen hergestellt werden. Bis dahin gab es nur zwei Eisenwerkstoffe, die in größeren Mengen verfügbar waren. Zum einen Gusseisen, welches aber wegen des hohen Kohlenstoffgehalts sehr spröde war. Zum anderen Schmiedeeisen, aus dem Rennofen gewonnen, bei dem häufig fast reines Eisen hergestellt wird. Durch das Ausschmieden und Raffinieren werden die Schlackenanteile ausgetrieben und der Kohlenstoffanteil durch die Feuerführung eingestellt. Dieses Verfahren war aber vor allem wegen des hohen Arbeitsaufwands sehr teuer.
Aber auch das Puddelverfahren war sehr arbeitsintensiv. Außerdem verbrauchte der Ofen ständig Brennstoff. Der Ofen durfte nicht gänzlich auskühlen, um Schäden an diesem zu verhindern und das Anfeuern (nach Feiertagen) zu verkürzen. Dadurch war auch dieses Verfahren im Vergleich zu anderen heutigen Verfahren teuer. Zudem konnten in einem Puddelofen nur Mengen von höchstens 300 Kilogramm Eisen in einem Arbeitsgang verarbeitet werden. Die Herstellung von größeren Mengen Stahl war auf diese Weise nicht möglich.
Geschichte
Das Puddelverfahren ist eines der ältesten Verfahren zur Stahlgewinnung. Es wurde 1784 von Henry Cort entwickelt und erlangte während der beginnenden Industrialisierung große Bedeutung (z. B. für die Herstellung von Dampfmaschinen). Das Verfahren war bis Mitte des 19. Jahrhunderts gebräuchlich.
Bekannt ist, dass der Puddelstahl aufgrund des Phosphorgehalts besonders korrosionsresistent war und die britische Marine darum auf seiner Verwendung im Schiffbau bestand.
Henry Bessemer erkannte, dass der Sauerstoff der aufgeblasenen Luft mit dem Kohlenstoff des Eisens reagierte und dabei genügend Wärme erzeugte, um das Eisen flüssig zu halten. Ein zusätzlicher Brennstoff war nicht mehr nötig. Mit diesem Verfahren verbrannte nicht nur der Kohlenstoff, sondern auch im Eisen enthaltener Schwefel und andere Verunreinigungen. Es blieb ausschließlich Stahl übrig.
Franz Anton Lohage und Gustav Bremme aus Unna gelang es, härtbaren Stahl im Puddelofen zu erzeugen. Das neue Verfahren schuf ein hochwertiges Zwischenprodukt, den Schweiß-Stahl.
Das Puddelverfahren verlor an Bedeutung, als sich mit der Bessemerbirne und später dem Thomas-Verfahren effizientere und vor allem wesentlich schnellere Roheisen-Konvertierverfahren verbreiteten: eine Charge Roheisen konnte die Bessemerbirne bereits nach zwanzig bis dreißig Minuten verlassen.
Verwendung
Verwendung fand Puddelstahl unter anderem im Stahlbau:
- Eiffelturm
- Griethausener Eisenbahnbrücke
- Rheinbrücke Waldshut–Koblenz
Literatur
- Oscar Stillich; H. Steudel, Eisenhütte. Eine Monographie, R. Voigtländer Verlag in Leipzig [ca. 1908], Seiten 90 bis 100
- Handbuch der Eisenhüttenkunde Band 3 von A. Ledebur, 5. Auflage, Verlag von Arthur Felix, Leipzig 1908, Seite 195 ff.
- Akos Paulinyi: Das Puddeln : ein Kapitel aus der Geschichte des Eisens in der industriellen Revolution. München, Oldenbourg-Verlag 1987 (gemeinsam mit dem Deutschen Museum), ISBN 3-486-26200-9.
Weblinks
Commons: Puddelöfen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien