Die Verhüttung von Eisenerz im Rennofen

Eisen

Obwohl die Erde zu fast 30% aus Eisen besteht, kommt reines Eisen an ihrer Oberfläche bis auf wenige Ausnahmen (Meteoriten) praktisch nicht vor. Das liegt daran, dass sich das Eisen sehr gerne mit dem Sauerstoff in unserer Atmosphäre verbindet und dabei Rost (Eisenoxid) bildet. Erst vor etwa 3200 Jahren entdeckte man im Nahen und Mittleren Osten eine Möglichkeit den allgegenwärtigen Eisenoxiden in unseren Böden den Sauerstoff zu entreißen und schmiedbares Eisen zu gewinnen: den Rennofenprozess.

Der Rennofen

Der Rennofen ist ein Schachtofen. Er besteht aus Lehm und Sand, und wird mit Holzkohle beheizt. Die für die Verbrennung nötige Luft wird durch Düsen auf der Unterseite mit Blasebälgen eingeblasen.
Durch das bei der Verbrennung entstehende Kohlenmonoxid (CO) wird das Eisenoxid vom Sauerstoff befreit.
In den Ofen werden dann von oben abwechselnde Chargen von Holzkohle und Erz aufgegeben. Wenn das Kohlenmonoxid nun auf das Eisenoxid trit dann kann daraus ab einer Temperatur von ca. 700°C Eisen entstehen.

Fe2O3 + 3 CO -> 2 Fe + 3 CO2

Beim weiteren Absinken der Chargen tiefer in den Ofen wird die Temperatur dann weiter ansteigen, bis dann bei etwa 1100°C die Begleitmineralien des Eisenerzes, wie Quarz und Ton, schmelzen und die sogenannte Schlacke bilden. Die abtropfende Schlacke ermöglicht es jetzt den zuerst sehr feinen Eisenpartikeln sich zusammenzuballen, un zu einer Luppe zu vereinigen.

Renneisen & Stahl

Die Luppe enthält noch relativ große Mengen an Schlacke, Holzkohle und Luftblasen. Sie muss durch mehrmaliges Schmieden bei hoher Temperatur homogenisiert und von Schlacke befreit werden. Die Luppe wird dabei auch immer wieder gefaltet und mit sich selbst verschweißt (Feuerschweißen) bis ein hinreichend homogenes Material entsteht. Diesen Vorgang nennt man Gärben oder Raffinieren.
Enthält das Renneisen mehr als 0,3% Kohlenstoff, bezeichnet man es als Stahl. Kühlt man diese Legierung von Kohlenstoff in Eisen (Austenit) von oberhalb 800°C schnell ab, z.B. durch Abschrecken in Wasser, dann bildet sich Martensit, welcher härter als Glas ist. Dies bringt einen unschätzbaren technologischen Vorteil gegenüber der Bronze bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen und Waffen.
Die Luppe kann nur soweit anwachsen, bis sie die Düse erreicht und diese blockiert.
Spätestens dann muss der Ofen aufgebrochen werden um die Luppe zu bergen; ein Hochofen dagegen kann kontinuierlich betrieben werden, da hier flüssiges Eisen und Schlacke abgestochen wird. Beim Rennofen dagegen sticht man bei Bedarf nur die Schlacke ab die dann mit etwa 1200°C aus dem Ofen rinnt (=rennt), ein Umstand, dem er auch seinen
Namen zu verdanken hat.