1. Versuch

Ab dem 30.Juni bis zum 2.Juli 2000 fand in dieser Rekonstruktion ein Verhüttungsversuch statt. Dabei sollte versucht werden, mit den Mitteln, die den latènezeitlichen Kelten zur Verfügung standen, aus Eisenerz Roheisen in Form einer Luppe (d.h. eines schmiedbaren Eisen-Schlacke-Schwammes) zu gewinnen. Als Erz dienten Brauneisen-Molterstücke aus einem Pingenzug (Serie flacher Tagebaue) bei Mudersbach in Rheinland-Pfalz. Zur Feuerung und Reduktion des Eisens diente Holzkohle aus dem Meiler, welcher in der Zeit vom 14.-24.06.2000 mit Haubergsholz betrieben worden war.

Am 30. Juni wurde zunächst das Eisenerz geröstet, d.h. in einem offenen Holzfeuer erhitzt. Dabei wurden die einzelnen Erzklumpen bis zur Rotglut aufgeheizt.
Dieses Rösten diente der chemischen und physikalischen Vorbereitung des Erzes. Zum einen wurden dadurch die flüchtigen Bestandteile wie Wasser und ein Großteil des enthaltenen Schwefels ausgetrieben. Zum anderen wurde das Erz durch den Prozess so spröde, dass es im Folgenden leicht auf Walnussgröße zertrümmert werden konnte. Letzteres diente zur Vergrößerung der Erz-Oberfläche und damit zur Beschleunigung der im Ofen ablaufenden chemischen Reaktionen.

Zertrümmern des gerösteten Erzes Feuerloch des OfensAm 1. Juli fand der eigentliche Versuch statt. Versuchsbeginn war 6:00. Hierbei wurde zunächst die oben erwähnte Zertrümmerung der Erzbrocken vorgenommen und gleichzeitig der Ofen vorgeheizt.

Um 7:53 wurde das Feuerloch des Ofens mit einem Lehm-Gemisch bis auf zwei runde Düsen und ein rechteckiges Schlackenloch verschlossen. Gleichzeitig wurde der Ofen von oben mit 30kg Holzkohle als Grundfüllung beschickt.
Um 8:02 Uhr wurde mit der eigentlichen Beschickung begonnen. Dazu wurden zunächst 12kg Holhkohle und 6kg Erz eingefüllt. Die zweite Charge wurde um 08:07 hinzugefügt. Dabei kühlte sich der Ofen derart ab, dass die weitere Befüllung bis 10:44 unterbrochen werden musste. Zu diesem Zeitpunkt hatte sich die Ofentemperatur wieder erholt, brach jedoch bei erneuter Beschickung wieder ein.

Nachmittags hatte sich der Ofen derartig stabilisiert, dass die Temperatur 1400°K überschritt. Um eine weitere Temperaturerhöhung und die damit einsetzende sekundäre Oxydation des metallischen Eisens zu verhindern, wurden nun die untere Düsenöffnung sowie der Schlackenabfluss verschlossen. Gegen 16:18 erfolgte die letzte Beschickung. Der Ofen brannte inzwischen so stabil, dass sich durch diese Beschickung keine Temperaturänderungen ergaben. Zu diesem Zeitpunkt war erst etwa die Hälfte des Erzvorrats verbraucht. Es wurde aber beschlossen, den Versuch kontrolliert so zu beenden, dass keine Nachtwache am Ofen nötig war.

SchlackeklumpenGegen 22:00 war die Kohle im Ofen soweit verbrannt, dass keine Flammmen mehr im Gichtgas sichtbar waren. Nun wurde auch die zweite Düse verschlossen und der Ofen zum Abkühlen sich selbst überlassen.
Die Öffnung des Ofens erfolgte am 2.Juli 2000 gegen 11:00. Dazu wurde der inzwischen zu Keramik gebrannte Verschluss der Feueröffnung aufgebrochen und die dahinter befindliche Schlacke entfernt. Zu diesem Zeitpunkt befand sich noch eine beträchtliche Menge glühender Kohle im Ofen, die durch die Sauerstoffzufuhr noch einmal aufglühte. Im Ofen fanden sich mehrere große zusammengebackene Klumpen Schlacke mit unregelmäßig verteilten kleinen metallischen Einschlüssen. Mittels eines Magneten konnte nachgewiesen werden, dass es sich um ferromagnetisches Material handelt. Dies schließt jedoch auch bestimmte Eisenoxide mit ein.

Zeitlicher Ablauf des Verhüttungsversuchs
UhrzeitBeschreibungBeschickungTemperatur[°C]1
umo
01.07.2000
06:00
Anheizen Teilweise verkohltes Holz vom Holzkohlemeiler      
07:05     820 480 480
07:12     1000 480 480
07:18     900 580 560
07:53 Verschliessen der Feueröffnung, Grundbeschickung mit Holzkohle 30kg Holzkohle 740 n.b. n.b.
08:00     380 60 200
08:02   12kg Holzkohle
6kg Erz
400 60 n.b.
08:07   12kg Holzkohle,
6kg Erz
380 60 n.b.
08:30     430 n.b. n.b.
08:51     500 200 100
09:26     620 220 140
09:39     630 250 150
09:44     650 330 150
10:12     680 700 320
10:21     690 900 360
10:33     n.b. 1050 n.b.
10:44   12kg Holzkohle,
6kg Erz
700 1100 n.b.
12:15     n.b. 950 n.b.
12:45     720 860 600
13:05     700 780 500
13:25 Sonde 2(m) hatte einen Knick. Lag an der Außenwand an. Nach Korrektur etwa 5 cm von der Wand entfernt.   730 1120 630
13:40   12kg Holzkohle,
6kg Erz
n.b. n.b. n.b.
13:50     760 160 560
14:20 Schüttung an die Vorderwand 12kg Holzkohle,
6kg Erz
n.b. 620 n.b.
14:32     n.b. 700 n.b.
15:11 Schüttung an die Vorderwand 12kg Holzkohle,
6kg Erz
n.b. 920 n.b.
15:49     n.b. 1000 n.b.
16:08     620 1140 n.b.
16:10 Sclackenloch und untere Düse verschlossen        
16:18 letzte Beschickung 11.5 kg Holzkohle,
7kg Erz
n.b.2 1140 n.b.
22:00 Ofen geschlossen   n.b. 1000 n.b.
    Total:
123,5kg Kohle
43kg Erz
     

1o=Oben, gemessan an der Gicht (ca 135 über Grund), m=Mitte, gemessen im Bereich der hauptsächlichen chemischen Vorgänge (ca. 65 cm über Grund), u=Unten, gemessen in der Nähe der Düsen (ca 15 cm über Grund).
2Die Temperatur an der unteren Messstelle lag von ca. 15:00h bis zum Schließen des Ofens zw. 600 und 650°C

Ergebnis

Das Ergebnis der Verhüttung war eine Schlacken-Luppe mit Eisenanteilen mit einem Gesamtgewicht von ca. 27 kg.
Eine genaue Analyse der Luppe sowie ein Versuch, den Eisen-Anteil auszuschmieden, stehen noch aus. Eine vorläufige Analyse hat jedoch ergeben, dass in der Luppe nur sehr wenig metallisches Eisen in sehr kleinen Einschlüssen enthalten war. Bei einem Aufschmelzversuch wurde sogar nur Eisenoxid aus der Schlacke gewonnen. Dieser Fehlschlag hat vermutlich mehrere Ursachen, hauptsächlich wohl ein Übermaß an Sauerstoff während der Verhüttung bzw. ein Mangel an CO (siehe auch Chemische Vorgänge). Einen genauen Aufschluss über die Gründe kann erst eine genae Analyse sowie die systematische Wiederholung des Schmelzversuchs unter veränderten und kontrollierten Bedingungen liefern. Beides ist geplant, genaue Termine stehen jedoch noch nicht fest.

Die Rekonstruktion und der Verhüttungsversuch wurden gefördert von der Nordrheinwestfalen-Stiftung Naturschutz, Heimat-undKulturpflege, der Stadt Kreuztal und fachlich unterstützt durch das Westfälische Museum für Archäologie , Außenstelle Olpe. Das Unternehmen wäre aber ohne die Mitarbeit zahlreicher Freiwilliger nicht durchführbar gewesen, hierunter die Haubergsgenossen Kurt Becker und Arnold Schneider.

Chemische Vorgänge

Das Eisen lag im verwendeten Erz als Eisenhydroxid ( Fe(OH)3 ) und im gerösteten Zustand als ein Gemisch von Fe2O3 und Fe3O4 vor. Wesentliche Voraussetzung für die Reduktion zu metallischem Eisen war die unvollständige Verbrennung der Holzkohle in sauerstoffarmer Atmosphäre. Dabei verbrennt der Kohlenstoff teilweise zu Kohlenmonoxid.

2 C + O2 -> 2 CO

Das Kohlenmonoxid reduziert das Eisenerz in ein bzw zwei Schritten weiter zu metallischem Eisen.

3 Fe2O3 + CO -> 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + 4 CO -> 3 Fe + 4 CO2

Wie schon an der Zahl der beteiligten Moleküle zu erkennen ist, benötigt der zweite Prozess eine höhere Temperatur. Er läuft erst ab etwa 1000°K ab. Neben der erwähnten Reduktion durch Kohlenmonoxid tritt auch noch in wesentlich geringerem Umfang die direkte Reduktion durch elementaren Kohlenstoff auf.

3 Fe2O3 + C -> 2 Fe3O4 + CO bzw.
Fe3O4 + 2 C -> 3 Fe + CO2

und weitere, ähnliche Reaktionen. Die Holzkohle hat also eine doppelte Bedeutung:

  • Einmal wird durch ihre Verbrennung die notwendige Temperatur zum Ablauf der Redox-Reaktionen erzeugt.
  • Zum anderen dient der Kohlenstoff in der Kohle direkt oder indirekt als Reduktionsmittel.

Letzteres kann aber nur bei einer unvollständigen Verbrennung funktionieren. Würde die Luftzufuhr am Ofen nicht reduziert, so würde der überschüssige Sauerstoff sowohl den gesamten Kohlenstoff zu Kohlendioxid verbrennen als auch eventuell bereits erzeugtes Eisen wieder zu Eisenoxid oxidieren.


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