Übungen in Metallurgie


Metallurgie hat mich schon als Kind interessiert, vor allem die Gewinnung der Metalle. Da dazu meist hohe Temperaturen notwendig sind, blieb das Gebiet aber ausserhalb meiner Reichweite.

Mit einem selbstgebauten Spiritusbrenner konnte ich dann Zinn und Blei schmelzen, später mit einem vom Vater geschenkten Gasbrenner auch Aluminium.

Kupfer und damit auch Bronze, eines der klassischen Materialien für Metallguss, blieb mir verschlossen.

Tja, inzwischen sind gut 20 Jahre vergangen, und mein Interesse am Schmelzen von Metallen ist mal wieder aufgewacht. Allerdings sind meine technischen Möglichkeiten nicht wirklich gewachsen. Ein Gasbrenner war bis dato meine beste Wärmequelle.

Also begann ich darüber nachzudenken, wie ich ohne viel Geld einen Schmelzofen mit Holzkohle als Brennmaterial improvisieren könnte.  Recherchen ergaben, dass Blumentöpfe aus Terracotta ausreichend hitzefest sein müssten, zumindest schmilzt Terracotta nicht so leicht. Eine kleine Porzellanschale aus dem Ein-Euro-Laden schien als Tiegel geeignet, Porzellan sollte eigentlich fast noch mehr Hitze aushalten als das Terracotta.

Ein großer Blumentopf sollte also der „Schmelzofen“ werden, ein kleiner als Düse für das gebläse dienen. Das Gebläse war ein alter Fön. Mit dem Winkelschleifer trennte ich den Boden des kleinen Topfes ab, und der große Topf bekam Lufteinlässe. Vielleicht zu viele, wie sich später herausstellen sollte.

Vorbereitung
Vorbereitung

Das Anzünden der Holzkohle lief eigentlich recht gut, der Rauch stammt haupsächlich vom Anzünder.

Zündung
Zündung

Als Testobjekte, ob die Temperatur auch ausreicht, kam ein altes Getriebe aus Messing und etwas Kupferdraht zum Einsatz. Unten im Topf erkennt man schon die erste Glut in der Kohle, ab hier brannte sie fast rauchfrei.

Tiegel
Tiegel

Leider hatte ich die Spannungen unterschätzt, die ungleichmässige Erwärmung in den Materialien verursachen. Sowohl der Topf als auch der Tiegel bekamen schnell Risse, vom Tiegel brach bald ein ganzes Stück ab.

Gebrochener Tiegel
Gebrochener Tiegel

Nach Einsatz des Gebäses und der damit zunehmenden Hitze, zerlegte sich auch der Ofentopf zusehends.

Ofen gebrochen
Ofen gebrochen

Aber die Konstruktion hielt, und bald war der Tiegel auch am Glühen.

Tiegel glüht
Tiegel glüht

Leider zeigte sich an dieser Stelle, dass der Wärmeverlust nach oben zu groß war, und die Metalle so nicht schmelzen würden.

ich nahm daraufhin den Tiegel aus dem Ofen, füllte noch mal Kohle nach, setzte den Tiegel wieder ein und bedeckte den Tiegel auch von oben mit Holzkohle, um die Wärmeverluste nach oben zu verringern. Dann ließ ich den Ofen ausbrennen.

Glut
Glut

Am Ende fand ich den Tiegel dann mit etwas Schlacke.

Schlacke
Schlacke

Nach dem Abkühlen fanden sich unter der Schlacke tatsächlich die Reste des geschmolzenen Kupferdrahtes, und des Getriebes.

Metalle unter der Schlacke
Metalle unter der Schlacke

Vom Ofen blieb jedoch nicht viel übrig.

Trümmer
Trümmer

Ich weiss jetzt nicht so recht, was ich von dem Experiment halten soll. Zum einen war es ein Erfolg, die Metalle sind geschmolzen, und das Ziel somit erreicht. Aber dabei ist praktisch alles kaputt gegangen, der Ofen und der Tiegel. D.h. ich muss für den nächsten Versuch einen anderen Ofen konstruieren, der stabiler und hitzefester ist.

Aber der versuch war Lehrreich:

  • Terracotta hält der Hitze prinzipiell stand. Darauf hatte ich gebaut, aber womit ich nicht gerechnet hatte, waren die Spannungen durch die Hitze, die zu Rissen führten, und den ganzen „Ofen“ zerlegt haben.
  • Porzellan hält der Hitze ebenfalls stand. Spannungen und Risse führen jedoch wie beim Terracotta zur Zerstörung.
  • Der Fön funktioniert ausreichend gut als Gebläse.
  • Holzkohle mit Gebläse kommt bis zur Weißglut. Das dürften etwa 1400° sein, im Prinzip genug um viele Metalle zu schmelzen und Eisen weich zu bekommen.
  • Der Verbrauch von Holzkohle ist enorm, wenn das Gebläse an ist.
  • Der Ofen verlor nach oben sehr viel Wärme und hat den Tiegel lange Zeit nicht warm genug bekommen. Erst als ich den Tiegel oben mit Holzkohle zugedeckt habe, und er sozusagen mitten in der Glut stand, sind die Metalle geschmolzen.
  • Kupfer schmilzt bei etwa 1085°, d.h. so heiß war es mindestens dort im Kern des Ofens.

Operation Erfolgreich, Patient tot – ich glaube so sagt man zu einem Ergebnis wie diesem.

Für den Bau eines neuen Ofens sehe ich zwei Wege.

  1. Eine Konstruktion aus Gasbetonsteinen und Schamotte. Gasbeton isoliert gegen Hitze sehr gut, eine Auskleidung des Ofens mit Schamotte müsste die Standfestigkeit verbessern.
  2. Eine Konstruktion aus zwei Terracotta Töpfen mit einer Lage Sand dazwischen.

Die erste Lösung ist etwas teurer und aufwendiger. Ausserdem nicht transportabel. Die zweite Lösung toleriert die zumindest teilweise Zerstörung des inneren Topfes, ist aber einfach im Aufbau und sollte zumindest besser sein, als die Variante mit nur einem Topf. D.h. die zweite Lösung ist ein Ofen, der immer wieder ausgebessert werden muss.

 

 

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