Der Rennofen (experimentelle Archäologie des Spundloch
Haufens)
Eisen aus Erde, Feuer, Luft und Wasser
in
Zusammenarbeit mit der Fachschaft Chemie des Apian
Gymnasiums Ingolstadt,
insbesondere Herrn StD. Stegmüller.
Vielen Dank schon mal an
dieser Stelle für die tatkräftige Unterstützung
Ziel:
Unter Bedingungen eines Feldlagers (kleinerer Rennofen) wird eine Eisenluppe
im Rennofen erzeugt. Das Eisen muss nicht schmiedbar sein (dies ist
Folgeversuchen vorbehalten). Der Rennofen wird in "freier"
Natur aus Lehm aufgebaut und mittels eines 2 Kammer Blasebalgs (Bert
Klier, siehe
auch seine Ausgrabungen), eigener Herstellung ca. 12 bis 14
Stunden per Hand betrieben. Die Temperatur des Ofens wird subjektiv
ohne weitere technische Hilfsmittel durch Sicht überwacht, dazu
sind die Fähigkeiten eines gelernten Gießers (Sigi)
und Schmieds (Bert) notwendig.
Randbedingungen:
Verwendung
eines Erzes mit hohem Gehalt an Fe2O3 - keine modernen technischen Hilfsmittel
- es wird unter Bedingungen des 14ten Jh. und früher gearbeitet.
Das Gelände in Riedenburg, nahe Kriegers Bräustüberl,
eignet sich insbesondere aufgrund des vorhandenen Wasserlaufes, sowie
einer historischen Nähe zur vorzeitlichen/mittelalterlichen Eisenverhüttung
im Gebiet des Altmühltales.
"Ofenmeister": Sigi, Bert, Gerd
Ofen Aufbau: ca. Werte
Ofenhöhe:
[cm]
102
Eisenerz
Herkunftsland: Brasilien
typische Zusammensetzung:
Fe ca. 64 %
(d.h. in Vergleich zum theoretischen Wert 91% Reinheit )
Sonstige Beimengungen:
SiO2 3.00 %... Al2O3 0.70% ...Phosphor 0.03%
Schwefel 0.01%... K2O 0.01%
....CaO 0.02%
MgO 0.03%... Na2O 0.01% ....TiO2 0.08%
Mn 0.15% ....Sn < 0.01%..... Chrom < 0.005%
Zink < 0.005%
Feuchte: 8.0% max Verlust bei 105°C
Größe der Pellets::
0.15 mm - 3 mm 30%
min 3 mm - 5 mm 60%
max 5 mm - 10 mm 10% max
Rennofen mit Gebläse in Riedenburg an der Schambach
rechts: eingesetztes Erz (Brasilien)
2 C + O2 -> 2CO
2 Fe2O3 + CO -> 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO -> 3FeO + CO2
FeO + CO -> Fe + CO2
Zuschläge : CaO/ Al2O3 /SiO2
CO2 + C -> 2 CO
2FeO + 2 CO -> 2Fe + 2CO2
-----------------------------------
2 FeO + C -> 2Fe + CO2
Da die Reaktion endotherm ist, muss Energie zugeführt werden
SSonntag am Morgen gegen 6:00
.
Abb:
Jöns, H.:: Eisengewinnung im norddeutschen Flachland. In: Steuer und Zimmermann.
S. 63-69 
Links:
Rennofenprojekt
des Apian Gymnasium Ingolstadt
Sendung
mit der Maus
Die Roemer Online
http://home.arcor.de/nagel-frank/hintergrund.htm#Rennofen
http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw1_ge/artikel/schwert_und_zauberei.html
http://www.geomontanus.com/seiten/hitzerich_rennofen.htm
http://www.landschaftsmuseum.de/seiten/Lexikon/Eisengewinnung.htm
http://members.aon.at/dbundsch/latene.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Rennofen
Der Name des Eisens (siehe Römpps Chemie Lexikon, Otto-Albrecht Neumüller, Franckh, Fachlexikon) Eisen: keltisch, illyrisch isarno, althochdeutsch: isarn, altirisch:iarn, scheint verwandt mit dem lateinischen ira=Zorn, das zornige kräftige Metall
siehe Römpps Chemie Lexikon, Otto-Albrecht Neumüller, Franckh, Fachlexikon) Man kann für die Entdeckung des Fe kein genaues Datum angeben; sie verliert sich im Dunkel der Vorgeschichte. Wahrscheinlich wurde zunachst das ziemlich reine, seltene Meteoreisen als Waffe u. Werkzeug verwendet, da dieses keine umständlichen Verhüttungsverfahren erforderte. Kleinere Fe-Gegenstande findet man schon in ägyptischen. Gräbern, die etwa 4000 v. Chr. angelegt wurden, eiserne Werkzeuge um 3500 v. Chr. in Anatolien. Um 400 v. Chr. - in Europa datiert man die Eisenzeit auf ca. 800 v. Chr. bis zurn Jahre 0 - wurde im Siegerland bereits Fe verhüttet, und die Romer hatten schon vor 1800-2000 Jahren große Fe-Verhüttungsanlagen in Italien, Spanien, England, am Rhein u. in der Steiermark. Die berühmte Eisensäule von Delhi wurde etwa um 300 n. Chr. erstellt (vgl. a. Dorner, Umschau 67 (1967) 84). Die ersten Hochofen kamen im 14. Jh. auf. Mit der fortschreitenden Vergrößerung und Verbesserung der Hochofen u. der Beschleunigung bzw. Verbilligung der Stahlerzeugung (Siemens-Martin-Verf. 1864, Thomasprozess1877) erreichte die Eisenindustrie. schließlich ihren heutigen hochentwickelten Stand. Neben seiner herausragenden Bedeutung als Werkstoff wurde Eisen in der Alchemie verwendet, wo es mit dem Zeichen für Mars/Männlichkeit ? assoziiert wurde. Da europäische Verarbeitungstechniken (Rennofen) nur Temperaturen von knapp 1.300 °C erreichten, fand die Entwicklung von Gusseisen erst im 15. Jahrhundert in Schweden (Lapphyttan und Vinarhyttan) statt. Mit der gegossenen Kanonenkugel verbreitete sich die Gusseisenverarbeitung schnell wie die Feldzüge über ganz Europa. Als die schwindenden Wälder den wachsenden Holzkohlebedarf zur Eisengewinnung in Großbritannien nicht mehr decken konnten, wurde Kohle (genauer das Kohleprodukt Koks) von Abraham Darby als Alternative entwickelt. Diese Umstellung, zusammen mit der Erfindung der Dampfmaschine, gilt als Beginn der industriellen Revolution.
http://de.wikipedia.org/wiki/Eisen#Geschichte
EISEN
(Fe, Ordnungszahl
26)
Chemisch reines Eisen ist ein silberweißes, verhältnismäßig weiches,
dehnbares, recht reaktionsfreudiges Metall der Dichte 7.873 g/cm3, welches
bei 1539°C schmilzt und bei 3070°C siedet. Es kommt in drei
enantiotropen Modifikationen als Alpha- (kubisch-raumzentriert, ferromagnetisch),
Gamma- (kubisch-dichtest, paramagnetisch) und Beta-Eisen (kubisch-raumzentriert,
paramagnetisch) vor, deren Umwandlungspunkte bei 906°C und 1401°C
liegen:
.....906°C................ 1401°C ........................1539°C
Alpha-Eisen < > Gamma-Eisen <>geschmolzenes Eisen.
Das Alpha-Eisen ist wie Cobalt und Nickel ferromagnetisch. Bei 768'C
("Curie-Temperatur") verliert es seine ferromagnetischen Eigenschaften
und wird paramagnetisch. Früher nahm man irrtümlich an, dass
sich bei 768'C eine andere Modifikation des Eisens bilde. Der Magnetismus
des reinen Alpha-Eisens verliert sich wieder bei Entfernung des äusseren
magnetischen Feldes, ist also nur temporär; dagegen besitzt kohlenstoffhaltiges
Eisen, besonders Stahl, permanenten Magnetismus, der auch nach Entfernung
des magnetischen Feldes erhalten bleibt. Die Löslichkeit von Kohlenstoff
in Alpha--Eisen ist sehr gering und beträgt maximal 0.018% (bei
738'C), wie aus dem wiedergegebenen Ausschnitt aus dem Zustandsdiagramm
des Systems Eisen-Kohlenstoff hervorgeht (schraffiertes Gebiet links
unten). Wesentlich mehr Kohlenstoff (bis zu 2.1% bei 1153 °C) vermag
sich in Gamma-Eisen, der zweiten festen Fe-Modifikation, zu lösen.
In geschmolzenem Eisen beträgt die Löslichkeit von Kohlenstoff
bei 1153°C ca. 4.3%. Sie nimmt mit steigender Temperatur noch zu (Diegramm,
gestrichelte Linie rechts oben).
Phasendiagramm Eisen (Hollemann Wieberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie)
Der
Rennofen entsteht:
05.05.2007: Besorgen des Materials. Herr Stegmüller stattet
uns uns mit grünen Lehmziegel, 16 Stck a 17 kg, Schablone, Schutzbrillen
etc aus.
(Rainer, Sigi, Gerd, Andrea und Jule)
06.05.2007: Die ersten 7 Ziegel müssen dran glauben, wir setzen
das erste Baumaterial an. Ca. 15 .. 20% Wasser auf einen Ziegel.
(Olli, Sigi, Andrea, Jule und Gerd)
06.05.2007: Der Lehm ist in handliche Kugeln geformt und kann jetzt
bis zum 12.05. 2007 ruhen.
12.05.2007: Wir starten den Aufbau des Ofens.
(Rainer, Sigi, Olli, Mo, Gerd) (siehe weiter unten)
16.05.2007:
19:30 Uhr Weiterbau am Ofen, jetzt Innenhöhe 40 cm
(Sigi, Jule, Gerd)
19.05.2007
erstes Ausheizen und Trocknen (14.:15 bis 18:00)
(Sigi, Andrea, Rainer, Olli, Karin, Mo, Jule und Gerd)
ca. 6 kg kleines Holz, 5 weitere Grün-Ziegel als Reserve geholt (Rest
jetzt 9 Ziegel, dies sollte reichen, Lehm aufbereitet)
20.05.2007
Weiterbau (19:00), 4 kleinere Schwindungsrisse im oberen Teil repariert,
Innenhöhe jetzt 55 cm
(Sigi, Gerd, Jule)
22.05.2007 Weiterbau gegen 19:30, Zielhöhe 82 cm. erreicht
(Sigi, Gerd, Jule)
24.05.2007
Noch 7 Monate bis Weihnachten, Weiterarbeit Zielhöhe 100 cm ..
110 cm
geschafft. Es ist vollbracht der Ofen steht, und Kerstin hat die Runen
aufgebracht
(Sigi ,Gerd, Jule, Kerstin, Gabi, Hans und die Jungs)
26.05.2007 / 28.05.2007 /30.05.2007: Jetzt nur noch immer wieder
die Risse, die durch Trocknung und damit verbundenem Schrumpf entstehen,
immer wieder beseitigen
02.06.2007 bis 03.06. 2007: Es ist vollbracht! Das Ziel ist
erreicht: 11 kg Eisen sind geborgen (ca. weitere 4 kg noch im Ofen)!
Nach 14 Stunden funktionierte das System hervorragend -vor allem der 2
- Kammer Blasebalg von Berti!!!. Wir haben daher die ganze Zeit ohne elektrisches
Gebläse gearbeitet. Verarbeitet ca. 50 kg Holzkohle, ca. 200g Sand
und 35 kg Erz (Fe2O3 Gehalt ca. 91Gew.% also 30% bis 40% mehr als die
hier üblichen Erze)
Die Temparatur wurde ohne weitere Hilfsmittel rein subjektiv über
die Färbung der Glut überwacht
Dabei waren: Sigi, Berti, Gerd, Jay, Susi, Heiko, Kalle (bis zum
Schluss), Mo, Kerstin, Achim, Klaus (Danke Gert für euren Erst-Geborenen),
Gefilmt haben Jule, Susi, Andrea, Kerstin, Gerd und viele Besucher.
Flammenfärbungen des austretenden Gichtgases (CO, Kohlenoxid, Zündtemperatur 605°C) während des Betriebs des Rennofens (nach ca. 4h / 6 h / 8h). Unten Blick in den Rennofen (nach ca. 14 Betriebsstunden)
Rennofen
Hauptschule Arzberg am 05./06.067.2008 (Leitung Jürgen Winkler, www.hs-arzberg.de)
Verarbeitung: Brauneisenerz aus der Region
Aufbau des Rennofens:
Fotos
1 ..4 Ausheben der Grube
Fotos 4 .. 10 Fundament + erster Ring (ca. 10 cm Innenhöhe)
Fotos 10 .. 18 zweiter Ring, Feuerloch, Belüftungslöcher
Material für Rennofen (Betrieb 8 h)
Feuerholz, Tannenzapfen (Füllhöhe ca. 30 cm)
Holzkohle (alle 20 min ca. 1 .. 2 kg = ca. 40 kg)
Eisenerz (alle 20 min ca. 1 kg = ca. 30 kg)
Abb. aus: Meyer, R.K.F und Schmidt-Kahler, H.: Wanderungen durch die Erdgeschichte. Bd. 6. Unteres Altmühltal und Weltenburger Enge. München 1994. S. 116
siehe auch: http://home.arcor.de/nagel-frank/hintergrund.htm#Rennofen
(Stärke ca. 5cm)
(Radius 30 cm)
ca. 20 cm
für Blaslöcher (2)
1. Volumen Fundament: VF = Pi*hF*R²
2. Volumen 1. Ring: V1R= Pi*h1R*(R² - r²) (r= Innenradius (Schlot))
3. Volumen Konus: Vk = Pi*hk*((Ru²+Ro²+Ru*Ro)/3 - r²) (o=oben / u=unten)
spez. Gew. Lehm Roh ca. 2g/cm³ Gewicht: Roh*(VF+V1R+Vk)
ca. 6 h
Herstellung des Eisens vor 1400
Bildnachweis:
Rennofen im Altmühltal
http://www.altmuehltal.de/thalmaessing/wanderweg/eisen.htm
Zeitungsberichte
über unser Projekt als pdf (ca. 15,202 MB):
Mittelbayrische Zeitung, Freitag, 1. Juni 2007 (Altmühltal und
Jura),
Donaukurier,
Lokales, Seite 22, DK Nr. 125, Freitag, 1. Juni 2007 (Riedenburger Teil)
Weitere Erwähnung: Pax et Gaudium, Ausgabe 28, Seite 68)
Schlot vor dem Betrieb
oben: Sollhöhe 102 cm erreicht. Der Rennofen ist fertig. Kerstin hat die Inschriften und Symbole angebracht. Die vier alchemistischen Elemente, das Zeichen für Eisen, das Spundloch Symbol mit den Zeichen <ALU> (was soviel wie "Schutz, tabu oder Verzauberung" heissen soll, oder aber profan für Bier oder Met steht. Was auch immer: am Ende steht das Bier im Faß, und das Faß ist nichts ohne Spundloch!
Unten: Die lange Nacht des Dalmore. Wir erleben wie unsere Vorfahren gearbeitet haben. Witterungsbedingt könne wir am 02.06. erst um 18:00 anheizen und den Ofen über 2 h langsam auf Betrieibstemperatur (ca. 1200 bis 1300°C bringen). Fotos: Anheizen, das Gichtgas ist entzündet, folgende 4 Bilder Wache vor dem Ofen, Flammenfärbung der Gichtgase und endlich ist das Zeil erreicht: Teil dere Luppe (3,9 kg). Ganz unten: Der Ofen nach 14 h. Er wird hoffentlich eine Weile erhalten bleiben,
Abbildungen eines Blasebalg und Rennoffens beschrieben von Georg Agricola, De Re Metallica, Libri XII, Zwölf Bücher vom Berg- und Hüttenwesen, Matrixverlag, Neuntes Buch, 16 Jh., Seite 321 ff.. Unser Blasebalg, von Bert angefertigt, ist ähnlich aufgebaut (siehe Abb. oben). Weiter beschreibt Agricola die Verhüttung des Eisenerzes im Rennofen (Treibofen).
Zitat: " Eisenerz von besonderer Güte werden in einem Ofen verschmolzen, der einem Treibofen nicht unähnlich ist. Der Herd ist 31/2 Fuß hoch und je 5 Fuß lang und breit. In seiner Mitte besitzt er eine Vertiefung .... Er kann höher oder niedriger und weiter und enger sein, je nachdem ob aus einem Erze viel oder wenig Eisen entsteht. Dem Meister wird eine bestimmte Menge Eisenerz überwiesen, aus dem er mehr oder weniger Eisen erschmelzen kann. Wenn er zu diesem Zweck sein Werk und seine Arbeit beginnt, wirft er zunächst Holzkohlen in den Tiegel und streut dann über diese eine eiserne Schaufel voll zerkeleinertes Erz, gemischt mit Kalk, der noch nicht abgelöscht worden ist. Dann gibt er wiederum Kohlen auf und streut Erz darüber und wiederholt solange, bis eer einen schwach aufsteigenden Haufen gebildet hat. Diesen schmilzt er, indem er die Kohlen anzündet, den Winf aus den Blasebälgen, die sorgfältig in eine Düse eingelagert sind, anläßt und so das Feuer kräftig anfacht.......
Anordnung mehrerer Balsebälge
Rasterelektronenmikroskop-
Untersuchungen
(REM -Aufnahmen):
Man sieht in der Aufnahme deutlich die Eisen Kristallite, umgeben von Ca-Silikaten (inkl. Verunreinigungen aus dem Erz). Der Schmied der Dolina Geseelschaft für Landeskunde e.V. hat recht gehabt. Er wies uns darauf hin, dass man das Eisenkorn in der Rotglot farblich von den Schlackenanteilen unterscheiden kann. Man müsse im glühenden Material unter sanften äußeren Druck die Kristallite mehr und mehr vereinigen, dann wird das Material auch bearbeitbar. Sigi hat recht, wir haben die Temparatur zu früh fallen lassen. Wahrscheinlich wäre es gut gewesen noch 2 bis 3 Stunden ohne weitere Erzzugabe zu heizen, um weiteres Kornwachstum zu fördern, dann wäre vermulich auch ein besserer Schlackefluss entstanden.
llinks oben Calcium links unten Silicium Verteilung
rechts:
Eisen Verteilung
unten links nach rechts:Analyse des Schliffes der zweiten Probe, Bereiche inkl. EDX Spektren der Bereiche 4 und 8 (eisenhaltig und eisenarme Zonen (Zwischenkormzonen)
Analysebereich S9 und S10
Rückstreuaufnahme
Analysebereich S3 und S4
Rückstreuaufnahme
Analysebereich S7 und S8
Sekundär Elektronen
Analysebereich 4
Analysebereich 8
Vorläufiges Ergebnis:
(Autoren und Betreiber: Siegfried Krause, Bernhard Klier, Dr. Gerd Schulz)
Vielen Dank allen, die mit geholfen haben, diesen Erfolg zu ermöglichen. Allen voran Berti (der sich mit durch die Nacht kämpfte und darüberhinaus den Blasebalg hergestellt hat), Andrea und "Siegurd/Kriemhilde" (die Sigi während des Aufbaus entbehren mussten) und dem Apian Gymnasium Ingolstadt mit Herrn Studiendirektor Alfred Stegmüller sowie Hans und Gabi Dürschinger und ihren Jungs aus Riedenburg. Aber auch allen denen, die mit uns gewacht und ausgehalten haben in der langen Nacht des Dalmore (Danke insbesondere an Susi, Heiko, Mo, Kalle und Jay). Den Riedenburgern und Besuchern, vor allem Herrn Prof. Dr. Brenner (Ehrenpräsident der DOLINA Gesellschaft für Landeskunde e.V.) sowie den Vorsitzenden und Mitgliedern des Vereins und Herrn Huber (Hammerschmiede Hexenagger) danken wir für Ihr überaus starkes Interesse und interessanten Informationen.
Wir werden demnächst unsere Erfahrungen detailliert präsentieren und wissen schon wie wir es besser machen können !
Deutliche Verwitterungspuren nach ca. 3 Wochen durch den zwischenzeitlichen Regen verursacht. Mittlerweile ist der Ofen auch umgefallen. Jedoch haben Gabi und Hans und die Jungs die Einzelteile gerettet.
4. links Bild oben: Man erkennt deutlich die Reaktion mit dem Lehm der Ofenwandung. Dieser Vorgang trägt ebenfalls zur Schlackenbildung
4. links Bild unten: Erkennbar, Verwittertunsspuren an der Inschrift