1. Rennofen mit Koks betrieben

Rafail

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Oder: Der 2. Rennofen 2011

Am 27.09.11 begannen die Vorbereitungen für einen weiteren Schmelzversuch im „die-roemer-online“-Rennofen:
Nach dem ersten erfolgreichen Versuch 2011 sollte diesmal der Ofen mit einem höheren Schachtaufbau versehen werden und damit mehr den bekannten Renn-Öfen gleichen. Trotz der Änderungen basierte der Ofen aber weiterhin auf Fundvorlagen westeuropäischer, römischer Rennöfen, für welche die Literatur Schachthöhen von 80 - 100 cm und einen Durchmesser von 30 – 35 cm angibt [1].
Sinn dieser Schachterhöhung sollte es sein, die Ausbeute durch die längere Reaktionszeit im Schacht zu erhöhen, als auch eine kompaktere Luppe durch den höheren Druck, welche die aufsitzende Beschickung erzeugt, zu erhalten.
Neben diesen Zielen wurde der Versuch unternommen, die Verhüttung im Rennfeuerofen mit Steinkohlen-Koks durchzuführen. Der Grund war, dass zu diesem späten Zeitpunkt im Jahr lokal keine günstige Holzkohle käuflich war. Die Verwendung von Koks ist freilich nicht für die Römerzeit bekannt und war, wie geschrieben, aus der Not heraus geboren.
[1] Typ B 1.i, H. H. Coghlan, Notes on Prehistoric an Early Iron in the Old World, Pitt Rivers Museum, University of Oxford (1956), und H. F. Cleere, The iron industry of roman Britain, (1981).

Zum Bau
Auf ebenem Boden wurde die oberste Erdschicht entfernt und eine Grube von 30 cm Durchmesser ausgehoben. Am Rand der Grube wurden acht Ziegelsteine sternförmig angeordnet (In dieser Ziegelschicht wurde ein Ziegel ausgespart für das Düsenloch), darauf zweimal eine Lage aus sechs, und darauf viermal fünf Ziegelsteine aufgemauert. Zuletzt kamen zweimal acht hochkant angeordnete Ziegel dazu, welche zusätzlich mit dünnem Kupferdraht umwickelt wurden. Der Schacht erreichte damit eine Höhe von 100 cm über den Boden (Total ca. 120 cm). Der Schacht wurde von innen mit Lehm ausgekleidet und maß an der Rast 30 cm, an der Gicht 25 cm Weite. Von außen wurde die Mauerung, besonders in den Fugen, mit Stroh-Lehm verschmiert, so dass eine weitgehende gasundurchlässigkeit gewährleistet war. Gegenüber des Düsenloches wurde eine 25 cm tiefe, längliche Grube vor dem Ofen ausgehoben und von dort eine Tunnelverbindung, unter der Mauerung her, zur Ofensohle geschaffen, durch die später die Schlacke fließen konnte. Die Ziegel über allen Aussparungen ruhten auf Stahlleisten als Giebel.
Die Düse wurde später so eingebaut, dass diese mit der Spitze genau auf die 15x5 cm große Abstichöffnung zielte. Die Düse selbst wurde wieder aus Lehm, mit Schamotte und Gras vermengt, gefertigt und hatte einen Durchmesser von 3 cm an der Spitze, hinten 6 cm bei einer Länge von 30 cm und durchgehend rund 2 cm Dicke. Die Düse wurde in der Sonne getrocknet und noch vor dem Ausbrennen des Ofens eingebaut, in einem Neigungswinkel von 15° ragte diese ca. 8 cm in den Ofen hinein.


Betrieb
Bereits am Vortag der geplanten Verhüttung, dem 30.09., wurde der Ofen mehrere Stunden mit Holz vorgeheizt und dadurch vollständig ausgetrocknet.
Der Ofen wurde am 01.10. gefahren: Zuvor wurden 50 kg „Koks 3“ und 20 kg zerkleinerte Holzkohle, sowie Eisenerz im Korndurchmesser von 0,5-1 cm und einem Eisengehalt von 60 % bereitgestellt (Dieses Erz wurde bereits 2006 beim 1. Rheinischen Rennfeuertreffen erfolgreich verhüttet).
Um 8:00 Morgens wurde mit einem Feuerbohrer die Glut entfacht und mit Holz angefeuert. Während dieser Zeit wurde noch nicht belüftet. Um 10:10 wurde der Ofen mit 15 kg Holzkohle randvoll gefüllt und die Belüftung angefahren, danach wurde nur noch mit Erz und Koks (je ca. 1,2 kg) beschickt:

Uhrzeit/ Schicht Nr.
10:30 1
10:45 2
10:45 3
10:55 4
10:55 5
11:08 6
11:08 7
11:19 8
11:27 9
11:38 10
11:45 11
11:56 12
12:10 13
12:10 14
12:11 15
12:24 16
12:35 17
12:52 18
13:03 19
13:24 20
13:37 21
13:52 22
14:00 23
14:12 24
14:34 25
14:50 26
14:50 27
15:06 28
15:18 29

Der Zeitverlauf mit dem Beginn der Erzzugaben und dem Ende der Beschickung ist fast identisch mit dem des 1. Rennherdes 2011 (siehe hier). Auffällig ist im Vergleich, die hohe Durchsatzmenge von jetzt 12 kg in der ersten Stunde, was auf das hohe spezifische Gewicht von Koks zurückführbar ist: Pro Volumeneinheit lassen sich mehr Erz/Koks- als Erz/Holzkohle-Schichten auftragen. Da in der ersten Stunde noch hauptsächlich Holzkohle verbrannte, war dieser Effekt besonders stark.
Sobald allerdings der Koks im Bereich der Düse angelangt war und ausschließlich Koks verbrannte, sank die Durchsatzmenge auf nur knapp 5 kg pro Stunde und lag damit deutlich unter dem Durchschnitt des 1. Rennherdes 2011: Umgerechnet auf die geringere Dichte von Holzkohle wären dies wohl rund 4 kg pro Stunde. Um 15:18 waren mit der letzten Schicht 35 kg Erz im Ofen.
Die Düse blieb bis zum Schluss frei, allerdings war zeitweise der Schlackenfluss sehr stark, so dass zahlreiche Abstiche nötig waren, was auch gut gelang. Am Ende war die Schlacke auf der Luppe jedoch sehr hoch angestiegen und konnte nicht mehr vollständig abgestochen werden, was zur teilweisen Verhärtung im Düsenbereich führte.
Der Totalverbrauch an Koks betrug 45 kg, Holzkohle zum Anfeuern 15 kg. Nach dem Herunterbrennen der Beschickung auf halbe Ofenhöhe, wurde der Ofen aufgebrochen, die Luppe mit einer Zange entnommen und sofort mit Hammerschlägen verdichtet.

Ergebnis
Die Luppe zeigte beim Verdichten nicht die erhoffte Kompaktheit und zerbrach wieder in mehrere Teile. Nach grober Sichtung konnten weniger als 2,5 kg brauchbares Eisen erhalten werden. Die Funkenprobe zeigte, dass manche Bereiche nur sehr schwach gekohlt waren (0,1-0,2 %C), während andere bis zu 0,5 %C zeigten.
Da der erste Rennherd 2011 eine vergleichsweise bessere Aubeute und eine kompaktere Luppe ergab, wird es bei diesem Versuch an Temperatur gemangelt haben. Der Grund dafür ist eindeutig in dem verwendeten Brennstoff Koks zu suchen. Schließlich waren alle Parameter identisch, außer einem höheren Schachtaufbau, welcher die Ausbeute erhöhen sollte und geringfügig vergrößerte Erz- und Brennstoffmengen pro Schicht.
Ein großes Problem bei Koks ist, dass er nicht die leichte Brennbarkeit und Porosität von Holzkohle hat. Zudem neigte der verwendete Koks zum zusammenbacken, wodurch sich Hohlräume in der Beschickung bildeten, was die gleichmäßige Hitzeverteilung beeinträchtigte. Zwar waren diese Probleme schon vorher bekannt, jedoch gab es bisher keine Erfahrungen im Rennfeuerbereich damit. Da im modernen Hochofen auch mit Koks beheizt wird, war eine grundsätzliche Verwendbarkeit im Rennofen nicht von vorherein ausgeschlossen.

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Video: http://www.youtube.com/watch?v=mfgg3TuTbXg
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Ausblick
Von Koks kann, zumindest für Rennfeuer unseres Typs, abgeraten werden. Es ist keine wirkliche Alternative zu Holzkohle. Zwar ist es möglich damit Eisenerz im Rennfeuer zu verhütten, wie auch gezeigt wurde, aber es wird eine stärkere Belüftung notwendig sein, wenn ein gutes Ergebnis erzielt werden soll. Da die Verwendung von Koks nur ein Versuch aus der Not heraus war, werden wir aber keine weiteren Rennfeuer damit fahren.
Die Antwort auf die Frage, ob die vorgenommenen Veränderungen des Rennofens eine Verbesserung der Ausbeute erzielen, konnte damit nicht geklärt werden und muss vorraussichtlich auf das Jahr 2012 verschoben werden.
 
Zuletzt bearbeitet:

pit03

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Hallo Rafail.

Leider komme ich erst nun dazu Dir zu Antworten.
Keine Holzkohle zu bekommen ist nicht zu glauben! Die meisten Baumärkte haben die Kohle schon eingelagert, oder waren an diesen schönen letzten Wochenende dse Jahres 2011 wirklich ausverkauft!
Aber mein Baumarkt hat noch 2 Paletten Holzkohle nun im Winterlager!!

Anruf hätte gereicht;-)

Ansonsten ein schönes Video, und die ausbeute war ja schon besser als das letzte mal.

Gruß Peter Broich (pit03).