Warmgewalst staal (vloeiijzer)

Vloeiijzer is een veroudere benaming voor het nu meer gebruikte warmgewalste staal. Tot deze groep behoren alle ijzeren stalen producten die gevormd werden terwijl ze in een vloeibare toestand verkeerden door het opwarmen van het ijzer.

Type profielen

Het opwarmen van het staal of ijzer is noodzakelijk om bijvoorbeeld mooi gevormde profielen te kunnen produceren. Zo bestaat er in het staal heel wat verschillende soorten warmgewalste producten zoals: IPE-profielen, HEA-profielen,HEM-profielen, UPN-profielen en HOEK-profielen.

Warmgewalst vs. Koudgewalst

Warmgewalste profielen zijn doorgaans sterker dan geplooide profielen of koudgevormde profielen die door een machinaal procédé hun vorm hebben verkregen zonder dat het staal hierbij word opgewarmt.

Augiet

Augiet is een mafisch (rijk aan magnesium en ijzer) mineraal dat bestaat uit kalk, kiezelzuur en magnesium. Men spreekt van een mafisch of basisch gesteente als de massa tussen de 50 en de 45 % silicaat bevat. Augiet ziet er meestal donker of zwart uit.

Augiet is afkomstig uit het Grieks: Auge wat in het Grieks glans betekend.

Basalt stenen en melafier hebben augiet als bestanddeel.

Bescherming van ijzer tegen de invloed van vuur

Het ijzer kan, ofschoon het aan de vlammen geen voedsel geeft, niet als een vuurvast materiaal beschouwd
worden, zoals bij verschillende grote branden en uit genomen proeven gebleken is. Zodra een ijzeren staaf sterk verhit wordt, verliest zij haar draagvermogen en wordt zij verbogen door de krachten, welke er op werken. Bovendien zet het ijzer zich bij verwarming sterk uit, zodat ijzerconstructies alleen reeds hierdoor voor de muren, waarop zij rusten, gevaarlijk kunnen worden. Ijzerconstructies van gebouwen, waarin zich een grote hitte bij brand ontwikkelen door het aanwezig zijn van grote hoeveelheden brandbare stoffen moeten beschermd worden tegen het instorten van zolders en andere delen van de constructie. Het is noodzakelijk dat balken, kolommen enz. aan de inwerking van het vuur onttrokken worden om verdere verderfelijke gevolgen door inzakking of het begeven van de ijzerconstructie tegen te gaan. Om te verhinderen dat de balken en kolommen aan het vuur blootgesteld worden of aan de hitte ervan, worden ze bekleed met slecht warmte geleidende stoffen. Voor deze bekleding bestaan zeer veel methoden, maar ze hebben ook hun gebreken, men streeft hier altijd naar de beste oplossing met andere woorden de oplossing die in een bepaalde situatie het best is. In het ene geval moeten de ijzeren elementen het 1 uur kunnen volhouden voordat het hele gebouw mag bezwijken in een ander geval moet de constructie altijd stand kunnen houden gelijk welke vuurzee ze ook moeten trotseren, denk maar aan liftkokers in wolkenkrabbers, deze zijn dan ook meestal uit beton gegoten dat beter bestand is tegen invloed van het vuur.
Een in Duitsland veel gebruikte methode bestaat in het bekleden van blootliggende ijzerconstructies met Rabitz-ijzergaas. Dit ijzergaas wordt beraapt met cement-, kalk- of gipsmortel.
kolommen worden op dezelfde wijze bekleed; het is zeer aan te bevelen deze bekleding terug met een dunne mantel van stalen of ijzeren platen af te sluiten. Dit laatste is tamelijk kostbaar, maar heeft bij in Hamburg genomen proeven uitstekende resultaten opgeleverd. De omhulling van de kolommen met gewapende beton (systeem Monier) kan zeer goed zij, hoewel ook hiervan gemakkelijk stukken afspringen, indien er bij sterke verhitting water tegen aan gespoten wordt.

Een bekleding met het in de handel voorkomende steendraagweefsel en het vervolgens berapen van de bekleding is eveneens een aan te bevelen wijze van bescherming.
De andere methoden, om het ijzer tegen de inwerking van het vuur te beschermen, zullen hier niet nader behandeld worden. De meeste zijn zeer kostbaar en geven toch geen volstrekte zekerheid. Een methode die absoluut betrouwbaar, goedkoop en bruikbaar is, bestaat uit het verven van de profielen met een brandwerende verf meestal uit 2 lagen. Deze verf houdt de profielen op een lage temperatuur wanneer er een vuurzee door raast, de meeste hebben een rf-waarde van een half uur soms wel eens 1 uur, dit hangt af van de voorschriften.

De algemene indruk op een, door de schrijver bijgewoonde, vergadering van ingenieurs te San Francisco gehouden, was, dat het met pleisterwerk (op ijzergaas of latjes enz.) en met gewapend beton beschermde ijzerwerk zich het best gehouden had.

Terracotta methode
Toen was de terracotta methode nog niet optimaal maar even later, laten we zeggen in de jaren 1960 bij de testen met de apollo raketten die de missie naar de maan hebben volbracht werden opnieuw terracotta stenen gebruikt tegen de enorme hitte die vrijkwam bij het opstijgen van deze raketten. Tijdens de terugweg van de capsules, wanneer ze terug de dampkring in moeten beschermen terug de terracotta stenen de capsule tegen de warmte die vrijkomt door de wrijving van atmosfeer en het toestel volledig bestaande uit hoogwaardig materiaal. Nu wordt dit nog altijd gebruikt in spaceshuttles die de ruimte ingaan en terugkeren op aarde als vliegtuigen.

Gipsplaten
Tegenwoordig worden er ook gipsplaten geproduceerd met bepaalde rf-waarden die tegen de ijzeren kolommen kunnen geplaatst worden ter afwerking en bescherming.
Het eerstegenoemde, dat betrekkelijk eenvoudig toe te passen en goedkoop is, bleek een zeer aan te bevelen beschermingsmiddel te zijn.

In de jaren 1920 is dikwijles de vraag behandeld, welke soort ijzer voor kolommen gebruikt, de meeste zekerheid bij brand biedt. In Hamburg zijn zeer belangrijke proeven met kolommen van gietijzer en vloeiijzer genomen. Een gevolg van deze proefnemingen is, dat de Hamburger bouwpolitie en de brandverzekerings-maatschappijen in Hamburg de goed geconstrueerde gietijzeren kolommen verkiezen boven die van vloeiijzer. Zij verlangen de bekleding van de kolommen in al de gebouwen waar het grote massa's brandbare stof aanwezig zijn, en waar het instorten van zolders bij brand catastrofale gevolgen kan hebben. Tot deze gebouwen behoren dus: sommige pakhuizen, de grote winkelmagazijnen (Bazars, Waarenhuser) met bovenwoningen en de fabrieken, welke meerdere etages hoog zijn en waarin brandbare stoffen verwerkt worden. In vele grote steden wordt door de bouwpolitie de bekleding van de kolommen in deze gebouwen voorgeschreven.

De zekerheid bij brand van een gebouw, waarin veel ijzer gebruikt is, is voor alles afhankelijke van de wijze, waarop het ijzer beschermd is en van een goede constructie van de ijzerwerken. De steunpunten van de balken moeten, indien mogelijk, zo geconstrueerd worden, dat de balken zich vrij kunnen uitzetten. Het is met het oog op het brandgevaar zeer aan te bevelen, dat de ijzerconstructies stijf te construeren zijn, zodat de kolommen feitelijk aan de einden in de balklagen ingeklemd zijn. Stijve knooppunten (verbindingen) zijn ingeklemd, scharnierende verbindingen hebben een 0-moment.

In ons land wordt over het algemeen de constructeur veel vrijheid gelaten bij het ontwerpen van de gebouwen en ijzerwerken, ook laat men hem in de regel beslissen of een constructie al dan niet beschermd moet worden.

Ook in ons land, hoe langer hoe meer, worden bij gemeentelijke verordeningen voorschriften voor het bouwen gegeven. Doch moet men hiermee voorzichtig zijn. Door te strenge voorschriften worden handel en nijverheid te zeer gedrukt, omdat de gebouwen onnodig te kostbaar worden.
Ten slotte wordt men er nog opmerkzaam op gemaakt, dat een kolom van eikenhout met glad geschaafde oppervlakte bij een brand in vele gevallen te verkiezen is boven een ijzeren kolom, ze kan zeer goed gebruikt worden voor korter, niet te sterk belaste kolommen. Eiken balken en kolommen houden goed stand na een brand doordat het vuur de buitenste schil (+/- 5 cm) aantast en verkoolt, en dit bied een beschermingslaag over de kern van de houten kolom of balk die nog sterk genoeg is om alle krachten op te vatten. Dus bij het construeren van gebouwen met houten balken en kolommen moet er gerekend worden met hout dat een straal van +/- 5 cm kleiner is om alle krachten op een verkoolde balk te laten rusten.

Relevante onderwerpen:
Bescherming van het ijzer tegen de roest

Bescherming van het ijzer tegen de invloed van vuur
Roestgevaar bij staalskeletgebouwen tegen gaan

Meer over Ijzerconstructies en sterkteleer

Bescherming van ijzer tegen roest

Een slechte eigenschap van het ijzer is het roesten.
De roest, ijzeroxihydraat, ontstaat door de inwerking van water en zuurstof en het koolzuur uit de lucht op het ijzer. Op de oppervlakte van het ijzer wordt koolzuur-ijzeroxidul gevormd, dat door de inwerking van zuurstof en waterstof in ijzeroxihydraat overgaat, hierbij komt koolzuur vrij, dat op zich tast opnieuw het ijzer aan. Op deze wijze gaat de roestvorming steeds voort, tot binnen in het ijzer; men zegt dan ook wel: het ijzer wordt door de roest opgevreten. Het roesten wordt door de inwerking van zeer zuiver water en van verdunde zuren op het ijzer bevorderd, in zeewater bevordert het chloormagnesium het roesten.
Zoals reeds gezegd is, biedt gietijzer van alle ijzersoorten het meest weerstand tegen roesten.
Op verschillende wijzen tracht men het ijzer tegen het roesten te beschermen; bij al deze methoden tracht men zoveel mogelijk te verhinderen dat de oppervlakte van het ijzer door vochtige lucht kan worden aangetast. Hieronder worden de meest gebruikte methoden uitgelegd. Voor de gewone bouw wordt verven het meest gebruikt. In de industriebouw maar vooral in agro (landbouw-doeleinden) wordt er overgegaan naar warm elektrisch galvaniseren daar er vele zure lucht vrijkomt van varkens, kippen en koeien.

Verven
In verreweg de meeste gevallen bedekt men het ijzer met een laagje verf, om het tegen de inwerking van de lucht te beschermen.
Als een verflaag het ijzer beschermd, dan is een hoofdvereiste, dat het ijzer geheel vrij van roest en onreinheden is, voordat de eerste laag verf of olie aangebracht wordt. Het ijzer kan door werktuigen of op scheikundige wijze van roest bevrijd worden. In het eerste geval wordt het ijzer met staalborstels of door middel van een zandblaasmachine gereinigd. In het laatste geval, bij de reiniging op scheikundige wijze, wordt het ijzer in een bad van verdund zoutzuur gelegd, of wat minder goed is met verdund zoutzuur afgewassen en flink afgeborsteld. Vervolgens moet het zoutzuur weer van het ijzer verwijderd worden, omdat het aanwezige zoutzuur de verflaag geheel doelloos kan maken. In de regel wordt hiervoor het ijzer in bakken met kalkwater gebaad of met kalkwater afgewassen. Nadat het kalkwater door baden in of spoelen met al dan niet warm water verwijderd is, wordt het ijzer, nadat het flink gedroogd is, zo spoedig mogelijk, liefst in warme toestand met dun vloeibare en vlug drogende lijnolie bekent om het roesten tijdens de verdere bewerking te voorkomen.
Bij alle ijzerconstructies* is het zeer aan te bevelen, de eerste verf, de grondverflaag, eveneens in de werkplaats aan te brengen, zodat het ijzer na de bewerking in de werkplaats heel tegen de inwerking van buitenlucht beschermd is. Voordat met de montage begonnen wordt, moet deze verflaag flink droog zijn. Voor deze grondverflaag is loodmenie met lijnolie het meest aan te bevelen. Verven, die in hoofdzaak uit ijzeroxiden bestaan, zijn minder goed dan de loodmenie, vooral doodekop (caput mortuum) en Berlijns rood, waarin vrije zuren aanwezig zijn, zijn te verwerpen**.

* paragraaf 29 4 der A. V. IJ. luidt:
Bij de opstelling van brug en bouwconstructies moeten de boutkoppen ter stond na het klinken worden geverfd en moeten alle naden, waarin zich, als gevolg van de constructie en niet door onvoldoende klinkwerk, water kan verzamelen, voor zover deze naden niet zonder schade voor de constructie dichtgedreven kunnen worden, met een door de besteller voor het doel geschikt geacht vullingsmateriaal gedicht worden, waarna het gehele ijzerwerk nog eenmaal geverfd moet worden en daarna in de, in het bestek of de overeenkomst, voorgeschreven deklagen overgeverfd moet worden.

** paragraaf 29 5 der A. V. IJ. luidt:
Indien het bestek of de overeenkomst geen ander voorschrift bevat, moet voor het verven van de eerste twee lagen ijzermenie gebruikt worden, aangemengd naar gewicht in de verhouding van 5 delen ijzermenie in 4 delen gekookte lijnolie. De ijzermenie moet zuurvrij en naar gewicht ten minste 85% in zoutzuur oplosbaar ijzeroxide bevatte.

Na de montage wordt de tweede laag grondverf of worden direct de deklagen aangebracht. Het is aan te bevelen die gedeelten van het ijzer, welke na de montage niet meer te bereiken zijn, voor de montage van een tweede laag menieverf te voorzien.
De deklagen bestaan in de regel uit loodwit- of zinkwitverven. Het gebruik van loodwit, dat door de inwerking van zwavelwaterstof donker gekleurd wordt, is op die plaatsen, waar de aanwezigheid van riool-, closetgassen enz. mogelijk is, niettegenstaande zijn betere dekkracht voor lichte dekverven minder goed bruikbaar. Er worden ook dekverven, bestaande uit fijn gemalen grafiet (potlood), gekookte lijnolie en terpentijn, gebruikt met betrekkelijke resultaat.
Een groot aantal verven voor ijzerwerken zijn zo in de handel te koop, vooral in Duitsland is het aanbod zeer groot al vanaf de jaren 1900 is Duitsland een haantje de voorste in dekverven voor ijzer.
Vroeger werden tal van verven gebruikt waarvan de werking nog niet gekent was na x aantal jaren, maar uit ervaring leert ons dat sommige verven niet langer geschikt zijn voor dit soort werken. Men kon vroeger maar de resultaten zien van betrekkelijke korte waarnemingen en de resultaten van de verschillende proefnemingen waren toen nog te verschillend. Een aantal verven bewezen wel hun doeltreffendheid bij bepaalde doeleinden en werden (zie bijvoorbeeld het Centralblatt der Bauverwaltung 1902, Nr. 36 en 99.
Overal waar het ijzer onder water of in de grond gebruikt wordt is het aan te bevelen het met warme steenkolenteer te bestrijken.
De hoofdvereisten voor het aanbrengen van verlaag op ijzer zijn:
- ze moeten vlug drogen
- ze moeten vast op het ijzer gehecht zijn
- ze moeten enigsinds elastisch blijven en meerekken met het ijzer onder bepaalde temperatuursomstandigheden, opdat er zo weinig mogelijke barstjes (haarscheurtjes) in de verlaag zouden ontstaan, vooral in de knooppunten.
Het verven van het ijzer is geheel overbodig, ja zelfs te verwerpen, indien het ijzer met portland cement omhuld wordt. De portland cement hecht zeer vast aan het ijzer en beschermt het ijzer uitstekend tegen de roest. Reeds het enkele malen bestreken wordt met dunvloeibare zuiver cement.

Verzinken
Het verzinken, is het bedekken van het ijzer met een laagje zink, en is 1 der beste middelen om het ijzer tegen de invloed van de atmosfeer te beschermen. De met verdund zoutzuur en salmiak gereinigde ijzeren voorwerpen worden, nog in warme toestand, in een bad met gesmolten zink gedompeld; zij blijven hierin, totdat het ijzer de temperatuur van het smolten zink aangenomen heeft.
Per m wordt +/- 0,25 kg zink gebruikt.
Gewoonlijk komen voor het verzinken slechts kleine voorwerpen en dunne platen in aanmerking, daar het verzinken van grote voorwerpen moeilijk is. In de nieuwste inrichtingen kunnen platen, van 5 m lang en 3 m breed verzinkt worden. In de 21ste eeuw zijn er tal van bedrijven die deze methode ter beschikking stellen hierdoor is het galvaniseren in grote schaal toegepast en kunnen zeer grote voorwerpen zoals een oplegger in 1 stuk worden gegalvaniseerd.

Bij het verzinken vormt zich op de oppervlakte van het ijzer een legering van zink en ijzer, welke het ijzer tegen het roesten beschermt. Het verzinkt ijzer wordt gewoonlijk gegalvaniseerd ijzer genoemd. Aan het zink wordt dikwijls tin toegevoegd; hoewel de voorwerpen daardoor een gladdere oppervlakte verkrijgen, is het niet aan te bevelen, omdat het weerstandsvermogen tegen de invloed van de atmosfeer vermindert. Gegalvaniseerd ijzer die afgekoeld is vertoont een ruw oppervlak, met puntjes die soms scherp aanvoelen. De chemische reactie heeft het zink tot een aantal millimeter in het ijzer gemengeld en vast gezet hierdoor kan deze laag moeilijk afspringen van het ijzer en blijft hierdoor quasi voor de rest van de tijd aan het ijzer vastgehecht.
Wanneer het verzinkte voorwerp ene groot weerstandsvermogen tegen de inwerking van zuren moet bezitten, bv. in scheikundige werkplaatsen, gasfabrieken enz. wordt het verzinkt ijzer bovendien met een laagje lood bedekt (0,4-0,5 kg lood per m), omdat het lood een groot weerstandsvermogen tegen de inwerking van zuren bezit.
Het verzinkte ijzer kan niet gesoldeerd of sterk geboven worden, omdaat de zinklaag hierdoor beschadigd wordt. Verf hecht zich zeer slecht op verzinkt ijzer.
Het gegalvaniseerde ijzer werd zeer veel gebruikt voor dakbedekking; tegenwoordig komt men hiervan terug, vooral op plaatsen waar de lucht met zuren enz. bezwangerd is, omdat het door deze lucht zeer vlug wordt aangetast. Voor fabrieken, perronoverpakkingen, locomotiefloodsen enz. wordt het weinig meer gebruikt.
In de 21ste eeuw kan er ook koud gegalvaniseerd worden. Dit is minder goed beschermend tegen de roest dan het warmbad-galvaniseren maar duurt minder lang. Men onderscheidt 2 soorten: het verven met een vloeistof lijkende op verf of de methode van het ijzer te spuiten met een spuitbus. In de handel zijn zelfs galvaplaten verkrijgbaar die meteen met het ijzer en galva warm gevormd worden (getrokken uit moelen).

Polyester - Plastisol
Bij platen gebeurt het wel eens dat er een beschermingslaag wordt aangebracht in de vorm van plastiek. Polyester is een dun laagje van 25 die op de platen wordt vastgeplakt. Plastisol is de betere variant met 200 dikte. Men dient er wel op te letten bij heb verwerken van deze platen op de werf. Wanneer een stuk van een plaat wordt afgescheven wordt het ijzer weer blood gesteld aan de atmosfeer en kan de plaat in het slechtste geval helemaal oproesten, het schijven aan de plaat is zelf al roestbevorderend door de hitte die vrijkomt bij het schijven. Een betere oplossing hiervoor is het afknappelen met bepaalde gereeschappen waardoor het ijzer niet verwarmd wordt en zo minder snel zal roesten.

Bruneren
Rond de jaren 1920 een opkomend fenomeen maar in de 21ste eeuw nog weinig gebruikt. Ook wel de methode van Barff, deBruneer- of inoxidatiemethode genoemd. Deze methode is betrekkelijk goedkoop en daarom veelvuldig toegepast. Het ijzer wordt aan de inwerking van oververhitte waterdamp blootgesteld, tot het roodgloeiend wordt. De oppervlakte van het ijzer wordt hierdoor met een laagje ijzeroxyduloxid bedenkt, dit hecht zich zeer goed vast. Bij uitzetting van het ijzer door de warmte, blijft dit laagje onveranderd.

Emailleren
Het emailleren wordt slechts bij betrekkelijk weinig in de bouwkunde gebruikte ijzeren voorwerpen toegepast. Een uitzondering zijn aluminium ramen, deuren en veranda's. Bij het emailleren wordt eerst een mengsel van veldspaat, kwarts, borax en klei in poedervorm op het ijzer aangebracht. Het ijzer wordt dan sterk verbrand. Daarna wordt het eigenlijke email (silikaten van tinoxid) aangebracht en vervolgens het voorwerp voor de tweede keer, nu totdat het email smelt, verhit.
Het ijzer en het email zetten zich bij verwarming verschillend uit, zodat bij temperatuursveranderingen het email zou barsten of afspringen. Door het aanbrengen van de eerste laag (de grond-laag) wordt dit vermeden.

Relevante onderwerpen:
Bescherming van het ijzer tegen de invloed van vuur

Roestgevaar bij staalskeletgebouwen tegen gaan

Meer over Ijzerconstructies en sterkteleer

Smeedijzer

Het smeedbare ijzer wordt uit het ruwijzer verkregen, indien men aan het ruwijzer een gedeelte van de koolstof onttrekt, het ijzer wordt hierdoor zachter en smeedbaar. Naarmate aan het ruwijzer meer of minder koolstof onttrokken wordt, verdeelt men het smeedbare ijzer in:
a. Smeedijzer
b. Staal

Op deze pagina zullen we het enkel hebben over smeedijzer.

Het smeedijzer heeft een lager koolstofgehalte dan het staal, het is eveneens minder hard. Men noemt een smeedbaar ijzer 'staal', indien het zich merkbaar laat harden.

Naar da wijze waarop het smeedijzer uit het ruwijzer verkregen wordt, onderscheidt men 2 soorten smeedijzer:
- 1. welijzer
- 2. vloeiijzer

Welijzer

Voor het verkrijgen van het welijzer uit het ruwijzer bestaan 2 methoden. Volgens de eerste en oudste methode, het frisschen, wordt het ruwijzer, nadat het met houtskool en hamerslag vermengd is, op een open haard gesmolten. Bij deze methode verkrijgt men het zeer door slakken verontreinigde welijzer in kneedbare toestand. Door het ijzer te hameren en walsen wordt het zoveel mogelijk van deze slakken gezuiverd.
De tweede, tegenwoordig de meest gebruikte methode, is de Puddel-methode.
Bij deze methode wordt het ruwijzer in een vlamoven gesmolten en, terwijl er voortdurend lucht over de gesmolten massa geblazen wordt, wordt dezemet ijzeren staven omgeroerd. Hierdoor oxideert een gedeelte van de koolstof en het ijzer. Er ontstaat ijzeroxyduloxid, dat door het omroeren met de weke ijzermassa vermengd wordt en door het in aanraking komen met de koolstof verandert in kooloxid. Het in het ijzer aanwezige silicium en phosphorus oxideert eveneens. Door hameren en walsen wordt de in de vlamoven bereide massa, de loepe genaamd, tot staven en platen uitgesmeed. Door deze bewerking wordt het ijzer van de daarin nog aanwezige slakken zoveel mogelijk gereinigd.

Vloeiijzer

Het vloeiijzer wordt niet zoals het welijzer in kneedbare maar in vloeibare toestand verkregen.
Voor de bereiding van vloeiijzer zijn zeer hoge temperaturen nodig. In het jaar 1855, slaagde de Engelsman Bessmer er voor het eerst in om vloeiijzer in grote hoeveelheden te verkrijgen. Volgens zijn methode, de Bessemer-methode genaamd, wordt het meestal reeds gesmolten ruwijzer gebracht in grote peervormige smeltkroezen (converter), deze is vanbinnen met vuurvaste klei bekleed. Door de gloeiende massa wordt een sterke luchtstroom geblazen, de koolstof en het in het ijzer aanwezige mangaan en silicium verbranden, hierdoor ontstaat een zo hoge temperatuur, dat de massa in de smeltkroes vloeibaar wordt.
Op deze wijze verkregen smeedijzer wordt daarom steeds vloeiijzer genoemd.
De vloeibare massa, welke vrij van slakken is, wordt uit de smeltkroezen in vormen gegoten. Hierdoor verkrijgt men blokken vloeiijzer, waaruit middel van walsen in gloeiende toestand, de verschillende soorten staaf-, plaat- en profielijzer verkregen worden.

De Bessemer methode wordt ook wel de zure methode genoemd, omdat de smeltkroezen van binnen met vuurvaste klei (kiezelzure kleiaarde) bekleed zijn. Uit ruwijzer, dat een hoog gehalte van phosphorus bezit, kan volgens deze methode geen bruikbaar vloeiijzer verkregen worden, daar de phosphorus in het ijzer blijft zitten. Het smeedbare ijzer wordt door een groot gehalte aan phosphorus broos, het kan, zoals men dat noemt, koud gebroken worden, het is dan in de techniek onbruikbaar.
Vele Duitse ijzerertsen bevatten tamelijk veel phosphorus.

In het jaar 1879 lukte het ene Thomas om een methode te vinden, waardoor uit het phosphorus houdende ruwijzer een bruikbaar vloeiijzer te verkrijgen. Volgens deze methode vermengt men het ruwijzer met gebrande kalk en bekleedt men de smeltkroezen (converter) met gebrande dolomiet in plaats van met vuurvaste klei, zoals bij de Bessemer methode. Dolomiet is een steensoort, die in hoofdzaak bestaat uit koolzure kalk en koolzure magnesia, dit wordt op verschillende plaatsen in Duitsland gevonden en wordt ook in de gewone bouwkunde gebruikt Door de grote hitte in de smeltkroes, welke evenals de Bessemer methode verkregen wordt, door het doorblazen van lucht, verbrandt de phosphorus en verkrijgt men calcium- en magnesiumphospaat. Deze phosphaten, welke in de vloeibare massa als slakken aanwezig zijn, scheiden zich van deze af, zij worden de Thomasslakken genoemd. Worden deze slakken gemalen, dan verkrijgt men het zogenaamde Thomas-phospaatslakkenmeel, een veel gebruikte kunstmest.
De Thomas methode wordt ook wel de basische methode genoemd, omdat de smeltkroezen van binnen bekleed zijn met dolomiet.

De derde methode, waardoor vloeiijzer verkregen wordt, is de Siemens-Martin methode. Het door deze methode verkregen vloeiijzer noemt men het Siemens-Martainvloeiijzer. Met deze methode verkrijgt men zeer goed vloeiijzer.
Volgens deze methode wordt een mengsel van ruwijzer, smeedijzer en ijzererts op de haard van een met Siemens-regeneratief gasvuur voorziene vlamoven samengesmolten. Door de verbranding van de generatorgassen verkrijgt men de vereiste hoge temperatuur waarin het ijzer vloeibaar wordt.
Bij de methode van Martin onderscheidt men de "zure" en de "basische" methode, naar gelang de oven met kiezelzure kleiaarde of met gebrande dolomiet bekleed is, bij de basische methode wordt terug gebrande kalk aan het ijzer toegevoegd.

Eigenschappen van het smeedijzer
Omdat het smeedijzer armer aan koolstof is, is het veel weker dan het gietijzer. Het smeedijzer, zowel het wel- als het vloeiijzer, gaat bij het verwarmen langzamerhand over in een kneedbare toestand, waarin het zich door hameren en walsen gemakkelijk laat bewerken en vormen, men zegt dat het ijzer smeedbaar is, daarom noemt men zowel het wel- als het vloeiijzer dikwijlssmeedijzer. Hoe rijker het ijzer aan koolstof is, des te minder laat het zich smeden, gietijzer is in 't geheel niet meer smeedbaar.
Het smeedijzer, meer in het bijzonder het welijzer, heeft de eigenschap, dat het geweld of geslacht kan worden. Worden twee stukken welijzer witgloeiend gemaakt en op elkaar gelegd, dan kunnen ze door hamerslagen tot een geheel verenigd worden, dat is geweld worden. Daar de oppervlakten der groeiende stukken spoedig door de lucht aangetast worden (oxideren), bestrooid men de welplaatsen met een zogenaamd laspoeder. Hierdoor wordt een dun laagje van slakken gevormd, dat het ijzer tegen oxidatie beschermt. Dit laagje wordt door het hameren weggeperst.
Als laspoeder gebruikt men: zand, borax, alkalin, zwaarspaath enz.
Twee aaneengewelde stukken welijzer moeten op de welplaats even sterk zijn als op de andere plaatsen. De welbaarheid verminderd, naarmate het koolstofgehalte van het ijzer toeneemt, gietijzer laat zich in 't geheel niet wellen.
De smelttemperatuur van het smeedijzer is 1400 en hoger. Dit is dus hoger dan de smelttemperatuur van het gietijzer.
Bij het verwarmen krijgt het smeedijzer verschillende kleuren, bij +/- 1300 witgloeiend, bij 1400 of hoger begint het te smelten.
De uitzettingscoëfficiënt van smeedijzer is niets groter dan die van gietijzer, zij bedraagt voor een graad 0,00001235.
Het smeedijzer is minder bestand tegen het roesten en de inwerking van zuren dan het gietijzer en wel minder, naarmate het koolstofgehalte lager wordt.

Meer over Ijzerconstructies en sterkteleer

Ruwijzer soorten

Het ruwijzer wordt uit de ijzerertsen door smelting in de hoogovens verkregen. Het bestaat uit een verbinding van het zuiver metaal met koolstof, het bevat bovendien nog zwavel, phosphorus, mangaan, silicium enz. (weliswaar bijna verwaarloos maar toch nodig om het ijzer te vormen). Het gehalte aan koolstof is groter dan 2,3%.
Het ruwijzer is hard, het laat zich niet smeden, is broos en kan betrekkelijk gemakkelijk gesmolten worden. Smelttemperatuur 1050 -1250. Naarmate de kleur donkerder of lichter is, verdeelt men het ruwijzer in grauw ruwijzer en wit ruwijzer.

Grauw ruwijzer en wit ruwijzer
Bij het eerste wordt tijdens het afkoelen van de gesmolten massa een gedeelte van de koolstof als grafiet (potlood) afgescheiden, zodat het breukvlak van een stuk grauw ruwijzer een grauwe kleur heeft.
Bij het wit ruwijzer heeft de afscheiding van de koolstof niet plaats, het breukvlak heeft een witte kleur.
Het grauwe ruwijzer is weker en minder broos dan het witte ruwijzer; het is bij een temperatuur van 1200 - 1300 zeer dun vloeibaar en wordt daarom bij voorkeur voor het gieten van ijzeren voorwerpen gebruikt. Het grauwe ruwijzer wordt daarom dikwijls gietijzer genoemd.
Nadat het grauwe ruwijzer gesmolten is, giet men het in vormen, welke men onderscheidt in natte, droge en ijzeren vormen. Voor de matte vormen wordt zand gebruikt, voor de droge vormen (de zogenaamde vormmassa) zand, leem en klei.
Door het gebruik van ijzeren vormen verkrijgt men het hard gietijzer, dat harder dan het gewone gietijzer is. Door deze ijzeren vormen koelt het gegoten voorwerp zeer snel af, hierdoor verandert het grauwe gietijzer aan de oppervlakte van het voorwerp in wit ijzer.
Wordt het ijzer geruime tijd gegloeid met zuurstofrijke ertsen, dan ontstaat het zogenaamde smeedbare of getemperd gietijzer. Voor dit gietijzer kan slecht wit ruwijzer worden gebruikt.
De uitzettingscoëfficiënt voor gietijzer is van 1 - 100 voor 1 gelijk aan 0,0000111, met andere woorden, een gietijzeren staaf van 1 meter lang, wordt, zodra we temperatuur 1 graad verhogen, 0,0000111 meter langer.
Indien de temperatuur 20 toeneemt, wordt een staaf van 4,5 meter: 4,5 m + (0,0000111 m x 20 x 4,5) = 4,500999 meter lang.

Meer over Ijzerconstructies en sterkteleer

Geschiedenis van de staalbereiding

Ijzer in de Oudheid
IJzer wordt al meer dan 4000 jaar gebruikt voor diverse doeleinden. Het bereiden van kwalitatief hoogwaardig staal is eeuwenlang erg moeilijk geweest.

Het eerste door mensen vervaardigde ijzer werd omstreeks 1500 v. Chr. in Klein-Azië in laagovens gemaakt. Een tijdlang was deze techniek een zorgvuldig gekoesterd geheim van het Hettitische Rijk, maar na de val van dit rijk verspreidde deze metallurgische kennis zich betrekkelijk snel over grote delen van de Oude Wereld (IJzertijd).

Laagovens waren lage ovens, waarin om beurten lagen houtskool en ijzererts werden gestapeld. Met blaasbalgen werd daar voorverwarmde lucht doorheen geblazen, waarbij de houtskool ging branden en er onder meer koolmonoxide werd gevormd, dat het ijzer uit zijn oxiden vrijmaakte volgens de reactie:

Fe2O3+ 3CO of 2Fe + 3CO2

Daarbij werden slechts temperaturen bereikt lager dan het smeltpunt van ijzer. Dat had tot gevolg dat het ijzer niet gescheiden werd van de resten van het erts, de zogenaamde slak, en dat het ook weinig van de koolstof opnam. Het product was een buigzaam maar zacht, vrijwel koolstofloos ijzer met veel stukjes slak erin.

Om van dit zachte smeedijzer een harder kwaliteitsstaal te maken, moesten eerst met veel geduld de stukjes erts en slak uit het ijzer worden gehamerd. Vervolgens moest het hete ijzer dan gedurende lange tijd met houtskool in contact worden gebracht, zodat het voldoende koolstof kon absorberen. Het was moeilijk dit proces goed te beheersen, zodat staal vele eeuwen lang een zeer kostbaar product bleef.

Middeleeuwen
Pas veel later, in China omstreeks het begin van onze jaartelling, in Europa pas in de 15e eeuw, werd de hoogoven uitgevonden. Dit was een metershoge oven, die in principe op ongeveer dezelfde manier functioneerde als de laagoven, maar waarin wel een hogere temperatuur kon worden bereikt. Het ijzer kwam hierin wel tot smelten, zodat het gesmolten ijzer aan de voet van de oven kon worden afgetapt. Het ijzer was nu vrij van resten erts en slak, maar er was nu te veel koolstof in opgelost, namelijk ongeveer 4%, terwijl goed staal 0,5 tot 2% koolstof bevat. Het aldus verkregen gietijzer was wel zeer hard, maar ook broos. Dit was voor sommige toepassingen een geschikt materiaal, maar onbruikbaar voor bijvoorbeeld zwaarden en snel bewegende machineonderdelen.

Om hiervan goed staal te maken, moest het product lange tijd in hete toestand worden gehamerd, zodat het grootste deel van de koolstof aan de lucht kon verbranden. Dat was een zo omslachtig proces dat men vaak verkoos staal te bereiden uit smeedijzer dat in laagovens was geproduceerd. Kwalitatief hoogwaardig staal bleef dus een kostbaar product. Het ijzerverbruik steeg daarom niet ver boven het traditionele pre-industriële niveau van ongeveer 1 kilo per hoofd per jaar.

Heden
Pas de laatste 200 jaar is men door verbetering van het productieproces (bijvoorbeeld het Bessemerprocedé) erin geslaagd het ijzer betrekkelijk gemakkelijk te zuiveren tot een zodanig lager koolstofgehalte (minder dan 2%)  genoeg om te kunnen bewerken (bijvoorbeeld: walsen).

Andere verbeteringen van de afgelopen twee eeuwen:
men ging cokes gebruiken in plaats van houtskool, zodat grootschalige ijzerproductie geen aanslag meer deed op de bossen, maar wel een eerste aanzet was tot het grootschalig gebruik van fossiele brandstof.
door toegenomen kennis van de chemie leerde men welke stoffen men aan het erts moest toevoegen om ongewenste bestanddelen (bijvoorbeeld te veel zwavel of teveel fosfor) om te zetten in stoffen die zich met de slak vermengen, zodat het veel gemakkelijker werd om een kwalitatief hoogwaardig ijzer te vervaardigen.

De mogelijkheid om op goedkope wijze kwalitatief hoogwaardig staal te produceren, heeft het ijzerverbruik enorm doen stijgen (in veel ontwikkelde landen ongeveer 500 kilo per hoofd per jaar).

Meer over Ijzerconstructies en sterkteleer

Metalen en hun eigenschappen (ruwijzer, staal, ferrometalen, non-ferrometalen, legeringen)

Gegalvaniseerde staalconstructie

Hoofd-opdeling van de soorten metalen
Ferrometalen: IJzer en alle legeringen op basis van ijzer, uit ijzererts vervaardige metalen zoals ruwijzer, gietijzer en staal.

Non-ferrometalen: niet ijzerhoudende metalen, zoals aluminium, zink, lood, goud en koper.

Legeringen: samengestelde metalen zoals soldeer, messing en brons.

Ruwijzer
Ruwijzer wordt bekomen door het smelten van ijzererts in een hoogoven waarbij de slak (kalkhoudende delen) van het ijzer wordt gescheiden. Ruwijzer is het basisproduct voor alle ijzer en staal soorten.

Soorten ruwijzer
Grijs ruwijzer: donker van kleur en korrelig op de breuk, zeer geschikt voor gietijzer.
Wit ruwijzer: licht van kleur en glinsterend op de breuk, geschikt voor het vervaardigen van smeedijzer.

Gietijzer
Een klein gedeelte van de productie van ruwijzer gaat naar ijzergieterijen en wordt opnieuw gesmolten en tot voorwerpen gegoten. Gietijzer bevat 3 tot 4 % koolstof.

Grijs gietijzer
Voordelen:
- hoge druksterkte
- hoge slijtweerstand
- is corrosiebestendig
- is lasbaar
- is betrekkelijk goedkoop

Nadelen:
- onvervormbaar
- heeft een geringe trekvastheid

Toepassingen in de bouwnijverheid:
- standleidingen en hulpstukken
- straatkolken
- putdeksels
- rioolbuizen
- sifonputjes
- dakvensters

Magnetisch
Er zijn veel metalen die voor een klein deel magnetisch zijn. Er zijn echter een paar metalen die direct aangetrokken worden door een magneet. Ferromagnetisme genoemd. De bekendste ferromagnetische metalen zijn: ijzer, kobalt en nikkel.

METALEN EN HUN EIGENSCHAPPEN:

Brons
Roodkoper + tin + kleine hoeveelheid non-ferrometalen
- mechanisch bewerkbaar
- is corrosiebestendig
- is hard en slijtvast
- is gietbaar

Messing
Koper + zink
- mechanisch bewerkbaar
- kan gepolijst worden
- kan vernikkeld worden

Gelegeerd zink
Zink + kleine deeltjes koper en titaan
- kan goed tegen atmosferische invloeden
- mechanisch bewerkbaar
- heeft een verbeterde mechanische weerstand
- is goed bestand tegen temperaturen

Lood
Komt zo in de natuur voor
- kan goed tegen atmosferische invloeden
- goed mechanisch te bewerken
- goed om te solderen

Koper
Komt zo in de natuur voor
- kan goed tegen atmosferische invloeden
- goed mechanisch te bewerken
- goed om te solderen
- is warmtegeleidend

Aluminium
Komt uit het aluin metaal waar ze aluminiumoxide uit filteren.
- is zeer licht
- goed mechanisch te bewerken
- is corrosiebestendig
- heeft een grote treksterkte
- is lasbaar
- heeft een gering gewicht
- heeft een lage treksterkte in vergelijking met staal-soorten
- moet beschermt zijn tegen corrosie
Meer over aluminium 

Gegalvaniseerde stalen dakspanten 

Staal
Legering uit ijzer en koolstof. Het is in feite gesmolten ruwijzer die gezuiverd is door middel van zuurstof die zo de onzuiverheden verbrand. Er blijft natuurlijk nog een gering percentage koolstof achter in het ijzer. Zo bekomt men dus staal.
- is lasbaar
- zeer sterk, grote treksterkte
- gemakkelijk roestbaar zonder beschermlaag
- is zwaar

IJzer (smeedijzer)
Zo in de natuur terug te vinden, Fe afgekort
- is lasbaar
- gemakkelijk roestbaar
- is zwaar

Inox (roestvrij staal, RVS)
Legering van hoofdzakelijk ijzer, chroom, nikkel en koolstof.
- even sterk als staal
- is lasbaar
- is corrossiebestendig
- is zwaar

Roestvrij staal is in wezen een Britse uitvinding.
Het werdt per ongeluk ontdekt door Harry Brearley in Sheffield in 1913. Dit terwijl hij aan het experimenteren was met nieuwe legeringen voor wapens. Maar het was het Duitse bedrijf Krupp, die en paar jaar later het eerste niet magnetische staal produceerde. Het is een geweldig product waarbij het oppervlak wordt beschermd door een passieve film. Het heeft een zeer lange levensduur en kan niet roesten of corroderen. Dit maakt natuurlijk dat er een hoog prijskaartje aan vast hangt.

Titanium (Ti)
- zeer sterk, even sterk als inox
- licht, ongeveer even licht als aluminium
- polijstbaar

Dit is uitstekend materiaal voor bevestigingsmaterialen die veel sterkte vragen zoals motorfietsen en motoren. Dit materiaal kan worden gepolijst en geanodiseerd in bepaalde kleuren (meestal blauw), maar kan net zo goed verwerkt worden in brute staat. Titanium is zo sterk als roestvrij staal maar de dichtheid is ongeveer gelijk aan dat van aluminium. Dit materiaal is dus bijna even licht als aluminium.

Cortenstaal
Bekend als weervast staal, metaallegering van ijzer +  koper, fosfor, silicium, nikkel en chroom. Ze hebben een bruine roestkleur De roestkleurige en zeer dichte oxidehuid schermt het dieper liggende materiaal af van zuurstof, waardoor de oxidatie sterk vertraagt, hoewel in holten die vol staan met water de corrosie zich wel voortzet. Door de oxidehuid is het niet nodig het materiaal te schilderen.

Meer over Ijzerconstructies en sterkteleer