Jern. 1. Kem., metalliskt grundämne, som förekommer allmänt i naturen och varit kändt sannolikt sedan 1500 år f. Kr. Det träffas i naturen gediget, så vidt bekant, endast i vissa meteorstenar och i basalt på Grönland. Oftast förekommer det, i förening antingen med syre (se Jernmalmer) eller med svafvel, i de allmänna mineralen svafvelkis och magnetkis. I mindre mängd finnes det nästan öfverallt: i de flesta mineral, i växternas aska och i djurkroppen såsom organisk förening i blodets färgämne, hemoglobin (se d. o.). I stort framställes jern genom reduktion af jernets oxider, d. v. s. jernmalmerna. Jern i renaste form är hvitt, mjukt, segt, smidbart i rödglödgningshetta, har egentlig vigt 7,88 och smälter först i högsta temperaturgrader. Det angripes i fuktig luft och betäckes med en brun skorpa af jernoxidhydrat eller rost. Det löses lätt af syror till oxidulsalter under utveckling af vätgas, men i i köld och i närvaro af mycket vatten löses det af salpetersyra utan gasutveckling, hvarvid jern-(ferro-)nitrat och ammoniumnitrat uppstå. Någorlunda utspädd salpetersyra löser det under utveckling af qväfoxidulgas, koncentrerad syra under utveckling af qväfoxidgas, i hvilket senare fall ferrinitrat bildas. Jernets atomvigt, som tecknas Fe (af Lat. ferrum, jern), är 56. Jernet har flere mättningsstadier. På det lägsta är det ett tvåatomigt element och ger oxidulen Fe O, kloruren Fe Cl2, sulfuretet Fe S o. s. v., s. k. ferro-föreningar. På nästa mättningsstadium ger jernet oxiden Fe2 O3, kloriden Fe Cl3 eller Fe2 Cl6, sulfiden Fe2 S3 o. s. v., s. k. ferri-föreningar. På ett ännu högre mättningsstadium ger jernet syran Fe O3, som dock lätt afger syre och reduceras till jernoxid. Ensamt stående är föreningen Fe S2, eller svafvelkis, som förutsätter en 4-atomig jernatom.
Bland ferro-föreningarna är oxidulen, Fe O, vigtigast. I fullkomligt rent tillstånd är den icke känd, men ger en mängd salter, jernoxiduleller ferrosalter, som i kristalliseradt tillstånd i allmänhet äro gröna och utmärkas genom stor benägenhet att upptaga syre, hvarigenom de förvandlas till basiska oxid-(ferri-)salter. De äro derför kraftiga reduktionsmedel, i synnerhet vid närvaro af starka baser, såsom kali, kalk o. s. v. Jernklorur och jernjodur bildas genom inverkan af vätesyror på jern. Jerncyanur, Fe(CN)2, bildar med andra cyanmetaller mycket beständiga dubbelsalter, t. ex. blodlutsalt (se d. o.), Fe(CN)2 + 4KCN, ger t. o. m. med cyanväte en kristalliserande förening, Fe(CN)2 + 4HCN, som förhåller sig som en 4-basisk vätesyra, hvarför den äfven kallas ferrocyanvätesyra och tecknas Fe(CN)6 H4. Denna syras kaliumsalt är blodlutsalt, dess jernoxidsalt berlinblått (se d. o.). -- Bland jernoxidulens salter är ferrosulfatet, eller jernvitriolen (se d. o.), Fe SO4 + 7H2 O, vigtigast.
Till ferri-föreningarna hör jernoxid, Fe2 O3, som förekommer i mineralriket (se Blodstensmalm, Jernmalmer) och med konst erhålles genom glödgning af jernvitriol eller af basiskt ferrisulfat. I orent tillstånd utgör det rödfärg (se d. o.). Oxiden är röd eller brun af olika
nyanser, föga löslig i syror och mycket hård; den nyttjas till poleringsmedel (Crocus Martis) och färg, äfven i porslinsmålning. Jernoxidhydrat, Fe(OH)3, eller enligt andra Fe2(OH)6, utgör sjö- och myrmalm samt erhålles som en brunröd, i syror löslig, men i alkalier olöslig fällning, då lösliga baser sättas till ferrisalter. Det nyttjas som desinfektionsmedel, emedan det till förruttnande ämnen afger syre och sjelf reduceras till jernoxidul (resp. karbonat och svafveljern). I blandning med kalk nyttjas det till rening af lysgas från svafvelväte, som dermed ger svafvel, vatten och svafveljern (se Gas). Med syror ger hydratet jernoxid-salter l. ferri-salter. hvilka äro hvita, gula eller bruna. Bland salterna märkas nitratet, Fe 3NO3 + 6H2 O, stora, ljust violetta kristaller, sulfatet, ljusgul saltmassa, som med kaliumsulfat ger jernalun, Fe K 2SO4 + 12H2 O (eller denna formel fördubblad), svagt violetta oktoedrar, pyrofosfatet, hvars lösning icke har öfriga jernsalters vidriga smak och ej fälles af alkali eller blodlutsalt, och jernklorid, Fe Cl3 + 6H2 O, gulbrun deliqvescent massa. Jerncyaniden, Fe(CN)3 eller Fe2 (CN)6, ger med cyankalium blodlutsalt (rödt). Ehuru jernoxiden till syror förhåller sig som bas, visar den sig dock i många fall som en syra. Sålunda uppträder den såsom syra i den allmänt förekommande jernoxidulen l. magnetiska jernmalmen, Fe O2(Fe O)2. Ferrisulfuret, Fe2 S3, är en svafla. Flere af dess svafvelsalter finnas i mineralriket, t. ex. kopparkis, Cu2 S2(Fe S)2, magnetkis, Fe3 S6 Fe2, m. fl. Jernsyra är en mycket obeständig syrsättningsgrad af jern, som i form af kaliumsalt bildas genom inverkan af smältande salpeter på fint fördeladt jern eller genom inverkan af klorgas på jernoxid, blandad med kalilut. Salterna motsvara till sammansättningen sulfaten, således M2 O2 Fe O2, och äro till färgen purpur- eller körsbärsröda.
2. Metallurg. Jernet är den mest använda af metallerna, hvarför dess förbrukning inom ett land plägar anses såsom en mätare af folkets kultur. Dess ymniga förekomst, lättheten att deraf kunna framställa de mångfaldigaste former samt de olika egenskaperna hos dess särskilda modifikationer göra det också mera än någon annan metall egnadt att tillfredsställa menniskans behof. Det förekommer i naturen vanligen i oxideradt eller svafvelbundet tillstånd; de jämförelsevis små qvantiteter gediget jern, som påträffats, kunna, vare sig att de äro af telluriskt eller kosmiskt ursprung, endast betraktas såsom mineralogiska märkvärdigheter och hafva ingen praktisk betydelse. I oxideradt tillstånd förekommer deremot jernet så allmänt spridt öfver hela naturen, att knappast någon kropp finnes, vare sig organisk eller oorganisk, hvaruti jern ej ingår. Då dess syreföreningar, eller oxider, förekomma samlade i så stor mängd, att de kunna varda föremål för praktisk bearbetning, kallas de jernmalmer (se d. o.). Jernets svafvelföreningar, som äfven äro mycket jernrika och ofta förekomma samlade i stora qvantiteter, skulle äfven kunna kallas jernmalmer; men då svafvel inverkar högst menligt på jernets egenskaper och endast med stor svårighet kan fullständigt aflägsnas derur, nyttjas svafveljern i allmänhet ej såsom jernmalm. Sedan större delen af det i svafveljernet ingående svaflet blifvit begagnadt för andra industriella ändamål, använder man dock understundom den jernrika oxiderade återstoden till blandning med andra jernmalmer. Det är således endast jernets syreföreningar, som i stort användas för att på metallurgisk väg framställa jern. Syftet härvid är i första rummet att bortskaffa syret och de bergarter, som åtfölja malmen, men äfven i vissa fall att med jernet förena andra ämnen. Jernet ingår nämligen vid hög temperatur föreningar med jämförelsevis små qvantiteter af åtskilliga andra ämnen, förnämligast kol, kisel och mangan samt äfven svafvel, fosfor och koppar, hvilkas närvaro kan i ganska väsentlig mån förändra dess egenskaper. Det vigtigaste af dessa främmande ämnen är kol, hvars inflytande på jernet är så stort, att dess närvaro i mindre eller större mängd betingar tre olika modifikationer af jernet med väsentligt olika egenskaper, nämligen smidigt jern, stål och tackjern.
Smidigt jern l. mjukt jern är den modifikation, hvars egenskaper mest närma sig till det kemiskt rena jernets, och detta så mycket mera, ju friare det är från främmande inblandningar. De egenskaper, som i synnerhet karakterisera det mjuka jernet, äro: stor smidighet, svårsmälthet, förmåga att vid hög temperatur, s. k. vällvärme, kunna "svetsas" tillsammans med annat jern, lätthet att vid beröring med en magnet eller en elektrisk ström hastigt kunna antaga magnetism och lika hastigt förlora densamma, då beröringen upphör, samt god ledningsförmåga för elektricitet och magnetism. Det mjuka jernet smälter först vid en temperatur af 1,600° C.; dess absoluta hållfasthet mot afslitning är omkr. 30 kg. pr qvmm., och förlängningen vid afslitning kan uppgå ända till 40 proc. Genom utsmidning till fina dimensioner, i synnerhet om detta sker utan användning af värme, såsom vid tråddragning, kan hållfastheten mycket förhöjas (jfr Hållfasthet). Alla dessa egenskaper modifieras dock genom inblandning i jernet af främmande ämnen. De ämnen, som oftast förekomma i jernet och i förhållande till sin mängd mer eller mindre inverka på dess egenskaper, äro: kol, mangan, kisel, svafvel, fosfor och slagg. Kol kan i det smidiga jernet ingå från 0,03 till O,35 proc. Ju lägre kol-, mangan- och kiselhalten är, dess mjukare är jernet och dess mer närmar det sig till det kemiskt rena jernets egenskaper. En viss inblandning af slagg gör jernet lätthandterligare vid höga temperaturer, men minskar något dess seghet och smidighet. Svafvel, fosfor och koppar äro föroreningar, som i hög grad försämra jernets egenskaper och derför kallas oarter. Svaflets inverkan ger sig egentligen tillkänna under jernets smidning vid rödvärme. Äfven vid så låg halt deraf som 0,05 proc. är det svårt att undvika "brakor" i kanterna på en stång, som smides vid denna temperatur;
uppgår svafvelhalten till 0,08 å 0,10 proc., blir stången som ett sågblad i kanterna och kan t. o. m. falla sönder under hammaren. Till följd af det svafvelhaltiga jernets ömtålighet vid nämnda temperatur kallar man det rödbräckt. Fosfor åter gör jernet skört vid vanlig temperatur, hvarför till en viss grad fosforhaltigt jern kallas kallbräckt. Fosfor ökar, liksom kol, jernets hårdhet och hållfasthet mot afslitning, men gör det tillika lättsmältare, hvarför det också mycket lätt inträffar, att sådant jern vid vällning uppvärmes för starkt, då det efter afsvalning antager en grofkristallinisk textur och blir mycket skört mot slag och stötar. Äfven icke fosforhaltigt jern kan genom för stark värmning antaga sådan grofkristallinisk textur och säges då vara brändt. Genom mycket stark efterföljande smidning kunna emellertid den grofva texturen och skörheten åter försvinna. Fosforhalten inverkar mindre skadligt, om den är jämnt fördelad i jernet; och om sådant jern behandlas försigtigt vid vällningen, kan det vara ganska lämpligt till många ändamål i anseende till den större hårdhetsgrad, som jernet genom fosforn erhåller. Det svenska jernet innehåller i allmänhet ej mer än 0,01 till 0,04 proc. fosfor; men i utländskt jern är en fosforhalt af 0,1 till 0,2 procent och ännu mer ej ovanlig. -- Äfven en inblandning af koppar, som dock mindre ofta förekommer, gör jernet rödbräckt och förtager dess egenskap att kunna svetsas tillsammans med annat jern.
Stål kallas en förening af jern med 0,4 till 2,5 proc. kol, hvarvid den ingående kolhalten bestämmer stålets hårdhetsgrad. Den mest karakteristiska egenskapen hos stål är att, om det vid lindrig rödvärme neddoppas i vatten eller någon annan vätska, det antager härdning, d.v.s. blir mycket hårdare än förut och förändrar texturen från gnistrig till finkornig, ett förhållande, som torde vara beroende derpå att jernet vid den hastiga afkylningen ingår en kemisk förening med kolet. Genom härdningen blir hårdt stål hårdare än glas, men tillika sprödt och skört. Genom en ny uppvärmning återtager stålet sina förra egenskaper. Detta förhållande begagnas för att förtaga en del af den genom härdningen uppkomna sprödheten hos stålet, i det den härdade stålstången lindrigt uppvärmes öfver en koleld, hvarvid dess yta, i mån som värmningen fortskrider, anlöper med olika färger: gult, brunt, purpur och blått. Genom att afbryta anlöpningen vid någon af dessa färger eller mellan dem liggande nyanser kan man bibringa stålet en för olika ändamål passande hårdhetsgrad. Stål är sämre ledare för elektricitet och magnetism än det mjuka jernet samt antager och bibehåller en hög grad af magnetism, om det bestrykes med en magnet eller utsattes för en rundt omkring detsamma löpande elektrisk ström. Stålets smältningstemperatur ligger mellan det smidiga jernets och tackjernets samt är i medeltal omkr. 1,400°, en egenskap, som begagnas för vinnande af det för sin jämnhet och fina textur så väl kända gjutstålet. Mjuka stålsorter kunna svetsas tillsammans med hvarandra eller med jern, men med de hårdare, mera lättsmälta, möter detta stora svårigheter. Stål fordrar för öfrigt vid bearbetningen mycket större skicklighet och noggranhet hos smeden än det mjuka jernet. Ohärdadt ståls absoluta hållfasthet kan uppgå ända till öfver 100 kg. pr qvmm., hvaremot dess förlängning vid afslitning, i synnerhet för hårda stålsorter, är ganska ringa. -- "Oarter" inverka på stål på samma sätt som på det smidiga jernet. Fosfor inverkar i synnerhet menligt, i det dermed behäftadt stål genom upprepade uppvärmningar snart förlorar sin stålnatur, eller, såsom engelsmännen uttrycka sig, saknar "body". Också betecknas fosforfria malmer med namnet stålmalmer med anledning af deras lämplighet till beredande af ett godt stål, och det är de svenska malmernas fosforfrihet, som gifvit det af dem beredda jernet och stålet det stora anseende det allt hittills åtnjutit.
Tackjern innehåller 2,5 till 5 proc. kol, är osmidigt vid alla temperaturer och smälter vid 1,000° å 1,200°, hvarför man genom gjutning med lätthet kan framställa det i en mängd olika former. Om kolet är kemiskt förenadt med jernet, har tackjernets brottyta hvit, metallglänsande färg samt en textur, som under olika förhållanden kan variera mellan finkornig och grofkristallinisk. Sådant tackjern kallas hvitt tackjern. En viss manganhalt disponerar jernet att varda kristalliniskt och bilda s. k. spegeljern; ökas manganhalten utöfver en viss gräns, blir texturen kornig. Om kolet deremot ej är kemiskt förenadt med jernet, utan mekaniskt inblandadt deri under form af grafit, har tackjernet i brottet en grå till svart färg utan metallglans och kallas grått tackjern. Antagligt är att kolet till största delen är kemiskt förenadt med jernet, så länge tackjernet är smält, emedan samma tackjern vid hastig afsvalning blir hvitt och vid långsam afsvalning grått. Liksom mangan disponera äfven andra främmande ämnen tackjernet att vid afsvalningen bibehålla eller upplösa den kemiska föreningen med kolet; sålunda inverkar en svafvelhalt till bildande af hvitt tackjern, hvaremot kiselhaltigt tackjern vanligen blir grått. Olika kolhalt äfvensom inblandning af andra främmande ämnen bibringa tackjernet egenskaper, genom hvilka det varder lämpligt till användning för olika ändamål. Sålunda blir tackjernet genom stor kol- och fosforhalt lättsmält och tunnflytande, så att det lämpar sig för finare gjutningar. Genom lägre kolhalt och en viss svafvelhalt blir det svårsmältare och mera tjockflytande, men tilllika starkare, hvarför sådant tackjern eftersträfvas för gröfre gjutgods, som skall utsättas för stark påkänning. För s. k. smidestackjern, d. v. s. sådant, som skall användas till beredande af smidigt jern eller stål, söker man deremot, så vidt möjligt, undvika alla andra främmande inblandningar än kol och mangan samt i vissa fall kisel. Med afseende på den lätthet, hvarmed tackjernet under färskningsarbetet låter befria sig från de främmande beståndsdelarna, skiljer man mellan färskt l. lättfärskadt och rått l. trögfärskadt tackjern, hvarvid i
allmänhet det hvita tackjernet är mera lättfärskadt än det gråa. Tackjernets absoluta hållfasthet kan variera mellan 10 och 25 kg. pr qvmm.; någon tänjbarhet är knappast märkbar.
Läran om jernets framställning ur sina malmer kallas jernets metallurgi och häri första hand till uppgift jernets befriande från förbindelsen med syret, eller, såsom det kallas, jernets reduktion, samt derefter frånskiljandet i form af smält slagg af de mineraliska beståndsdelar, som i större eller mindre mängd åtfölja malmerna. Jernets reduktion verkställes i allmänhet medelst koloxidgas, i det denna vid en temperatur af 400° eller deröfver förenar sig med malmens syre till kolsyra. Olika slag af malmer gifva dervid med mer eller mindre lätthet från sig sitt syre; sålunda reduceras i allmänhet de malmer lättare, som endast innehålla jernet i form af jernoxid, än de, som tilllika innehålla jernoxidul. Äfven malmens fysiska beskaffenhet inverkar på den lätthet, hvarmed reduktionen kan verkställas; sålunda äro vattenhaltiga och kolsyrade malmer i allmänhet mycket lättreducerade, emedan vattnet och kolsyran utdrifvas genom värmen, hvarigenom malmerna varda porösa och lemna koloxiden lättare tillträde till sitt inre. -- De äldsta metoderna för jernets framställning voro direkta metoder, d. v. s. sådana, i hvilka man direkt ur malmen sökte framställa smidigt jern. Af dessa fortlefver ännu i Pyrenéerna och i några trakter af Amerika det s. k. Catalan-smidet, hvilket försiggår i en öppen härd (se Härd), öfver hvars ena sida malmen, blandad med kol, upplägges i en hög. Under det jernet från föregående smälta välles och uträckes framför en på härdens motsatta sida insatt, starkt stupande forma, reduceras jernet i malmhögen, hvilken i mån af behof tillökas med mera malm och kol, hvarvid man genom påkastande af våt små-malm, malm-mull, har att tillse, att de framför forman alstrade gaserna passera genom malmhögen. Efter fullbordad reduktion nedsmältes jernet under stark bläster till en smälta, och slaggen uttappas genom ett hål på härdens framsida, allteftersom den bildar sig. Då det ej kan undvikas, att produkten vid detta smide, äfven med de skickligaste arbetare, blir i hög grad ojämn, och då dessutom kolåtgången är mycket stor, är det blott en tidsfråga, huru snart "Catalan-smidet" kommer att helt och hållet utträngas af nutidens förbättrade metoder i de få trakter, der det hittills, till följd af bristande kommunikationer, kunnat bibehålla sig. -- Det i Sverige ursprungligen använda sättet att framställa jern var äfven en direkt metod, kallad osmundsmide, harksmide eller blästersmide. Dertill begagnades en låg schaktugn af konisk form, med den vidare öppningen uppåt och nära bottnen försedd med en eller två formor för blästerns insläppande. Ugnen fylldes först med ved, som kolades under svagt lufttillopp, hvarefter malmen, hvilken alltid bestod af lättreducerad myrmalm (jfr Jernmalm), uppsattes. Sedan ved och malm sålunda skiftesvis uppsatts, till dess ugnen blifvit full, pådrogs skarpare bläster, hvarvid jernet utreducerades och samlades i en eller två färskor, s. k. "osmundar", hvilka sedermera uträcktes i en annan härd. Äfven detta smide lemnade en mycket ojämn produkt, hvarför det för länge sedan blifvit utträngdt af nyare metoder. -- Ehuru äfven under nyare tider åtskilliga direkta metoder blifvit försökta, hafva ännu ej några fullt tillfredsställande resultat på denna väg erhållits. Tvärtom kunna nutidens jernberedningsmetoder kallas indirekta, emedan de alla äro fördelade i flere efter hvarandra följande operationer och börja med tillverkningen af den mest sammansatta af jernets modifikationer, tackjernet, hvilket sedermera genom de efterföljande processerna befrias från de deri ingående främmande beståndsdelarna. -- Tackjernet tillverkas i höga schaktugnar med kontinuerlig gång, kallade masugnar, i hvilka jernet reduceras, skiljes från de malmen åtföljande bergarterna, förenas med det för tackjernsbildningen behöfliga kolet samt smältes. Då ofvannämnda processer, åtminstone delvis, måste försiggå vid mycket hög temperatur och dessutom masugnarna måste hållas kontinuerligt i gång under långa tider, fordras för en sådan byggnad icke allenast de mest eldfasta byggnadsmaterialier, utan äfven en solid konstruktion. Masugnsschaktets inre har vanligen formen af tvänne, med baserna mot hvarandra vända, stympade koner, ofta sinsemellan förenade med ett cylindriskt stycke. Dessa koners storlek och sidornas lutningsvinkel mot vertikallinien kunna variera ganska mycket i olika land och för olika brännmaterialier. Allmänt gäller, att för fossila bränslen göras masugnarna både högre och vidare än för träkol; men äfven träkolsmasugnarna kunna variera ganska betydligt till form och dimensioner. Så t. ex. kunna stora koksmasugnar hafva en höjd af ända till 30 m., med en rymlighet af öfver 1,200 kbm., under det att våra största träkolsmasugnar hafva en höjd af omkr. 16 m. och rymma omkr. 90 kbm., samt äldre små träkols-masugnar ej äro högre än 8 m. och endast rymma omkr. 25 kbm. Fig. framställer i genomskärning en träkols-masugn af en i Sverige ganska allmän konstruktion. Den öfversta delen af pipan, a, kallas uppsättningsmålet, den vidaste delen, b, buken eller korsbandet och den nedre delen, c, stället, i hvilket man äfven brukar särskilja öfverställe och underställe. I koks-masugnarna äro dessa mera tydligt åtskilda, i det pipan nedanför korsbandet är mycket skarpt sammandragen till en s. k. rast, som bildar öfvergången till det jämförelsevis trånga understället. Masugnsbyggnaden består af flere koncentriska murar, af hvilka den inre, pipmuren, d, vanligen göres af eldfast tegel; utomkring denna är en beklädnadsmur, e, af vanligt tegel samt ett rum, f, som fylles med sand eller sönderstött slagg, hvars ändamål är att minska värmeledningen utåt samt att medgifva de inre murarna fri utvidgning. Utomkring fyllningsrummet kommer slutligen yttermuren, g, af vanligt tegel eller slaggtegel, hvilken på vissa afstånd förses med starka jernband. Från korsbandet nedåt är denna mur vanligen gjord af tuktad granit; på äldre
masugnar är ofta hela yttermuren af granit och har qvadratisk genomskärning. På tre eller
fyra sidor af yttermuren göras fördjupningar, eller s. k. bröst, h, ända in till ställets väggar; dessa bröst få namn af utslagsbröst, formbröst, slaggbröst, allteftersom deras ändamål är att göra "stället" tillgängligt för uttappning af jern och slagg eller för insläppning af bläster genom formerna. I de modernaste masugnarna, der man begagnar flere än tvänne formor, har man helt och hållet frångått de grofva gråstensmurarna och bygger hela öfre delen af masugnen ofvanpå ett på tackjernspelare, ungefär 2 m. högt öfver hyttgolfvet hvilande, groft bördjern, hvarigenom "stället" blir hvad man kallar fristående, eller åtkomligt öfverallt mellan tackjernspelarna. "Stället", eller den del af masugnen, der smältningen försiggår, göres antingen af huggen eldfast sandsten eller, såsom i Sverige vanligast, af sönderstött qvarts, som med något litet lera som bindemedel och svagt fuktad instampas, "rammas", omkring insatta trämodeller. Numera gifver man det alltid formen af en upp- och nedvänd stympad kon, med en utvidgning nedtill åt den sidan, der slagg och jern skola uttappas. Denna utvidgning, som kallas framhärd, afslutas utåt med en murad, sluttande fördämning, kallad dammen, i, öfver hvilken slaggen utrinner, och på ena sidan om hvilken en smal ränna, den s. k. jerngatan, lemnas öppen för jernets uttappande. Ungefår 15 cm. högre än dammens öfverkant, men i fortsättning af den inre ställmuren,insattes en omkr. 25 cm. lång och 10 å 20 cm. hög pjes af gjutet eller smidt jern, k, kallad timpel, hvilken lätt kan ersättas med en ny, om den blir uppbränd, och hvilkens uppgift är att skydda den ofvanför varande ställmuren mot stötar, då man understundom är tvungen att insticka grofva spett öfver dammen i "stället". De sidomurar, på hvilka timpeln upphänges, kallas kinningar. Något litet högre än timpelns underkant sitta, symmetriskt fördelade omkring "stället", formorna, uti hvilka blästern införes genom s. k. tättor, l, som genom några rörliga leder, tättställningen, stå i förbindelse med blästerledningen, eller de rör, genom hvilka blästern ledes från blåsmaskinen. I gamla masugnar begagnade man endast en forma; nu för tiden har man vanligast två, men i de nyaste stora masugnarna flere formor. -- Omkring uppsättningsmålet är ett större rum, masugnskransen, der de olika malmerna förvaras i lårar eller malmbås kring väggarna. Äfvenledes finnes på kransen en på en rörlig arm upphängd våg eller pyndare, m, med en derpå hängande malmskopa, som begagnas vid malmens ivägning och uppsättning på masugnen. -- Då de från masugnen bortgående gaserna utgöra ett ganska godt brännmaterial, begagnar man dem såsom bränsle för röstning af malmen, för uppvärmning af blästern, för eldning af ångpannor o. s. v. Den nu för tiden allmännast brukliga anordningen för gasens uttagande ur masugnen synes af fig. På ett visst djup under uppsättniugsmålet insättes nämligen i pipan en med sin nedre kant fritt hängande cylinder, n, af tackjern eller plåt, bakom hvilken de efter pipmuren uppgående gaserna samlas, och hvarifrån de vidare genom rörledningen fortledas till sina resp. användningsorter. För att befria sig från det fina stoft, s. k. malm-mull, som vid vissa tillfällen i stor mängd medföljer masugnsgasen, anbringar man någonstädes på rörledningen en tratt af plåt, s. k. mullsäck, o, i hvilken malm-mullen afsätter sig; denna mullsäck utgöres äfven ofta på äldre masugnar af en murad kammare. -- Till masugnsanläggningen höra äfven några andra byggnader, nämligen rostugn, krossverk, blåsverk och varmapparat. Malmens rostning består uti en glödgning af densamma under lufttillträde och har till ändamål dels att derur aflägsna främmande flyktiga beståndsdelar, såsom vatten, kolsyra, svafvel, arsenik o. s. v., dels att till någon del förvandla i malmen ingående jernoxidul till jernoxid, som är lättare att reducera, dels att göra malmen skörare och porösare samt derigenom lättare att krossas och genomträngligare för gaserna. I äldre tider verkställdes rostningen i s. k. rostgropar, under en senare period i rostugnar (af flerehanda konstruktioner), som eldades med ved eller kol; numera begagnas öfverallt i Sverige rostugnar, som eldas genom förbränning af masugnsgas. Rostugnen är liksom masugnen en schaktugn med kontinuerlig gång. Den har formen af en rätt stående stympad kon, i hvars öfre, mindre öppning malmen uppsättes i stycken af en till två knytnäfvars storlek, och vid hvars bas den rostade malmen uttages genom
flere symmetriskt fördelade uttagsöppningar. En rostugn, som ganska allmänt nyttjas för svafvelkishaltiga malmer, är den af direktör E. Westman konstruerade, som visas i genomskärning i nedanstående figur. Alltefter ugnens
storlek äro uttagsöppningarna, a, 5 till 8; dessa tillslutas med slipade jernluckor,hvilka åter äro försedda med flere små skjutluckor för reglering af lufttilloppet. Vid den inre öfverkanten af dessa uttagsöppningar äro inlagda grofva bördjern, b, af tackjern, på hvilka pipmuren hvilar. Gasen tillföres rostugnen från en rundt omkring densamma löpande trumma af tackjernsrör, c; från denna utgå smärre rör, r, som kommunicera med spettgluggarna, d, hvilka till antalet äro dubbelt så många som uttagsöppningarna och ligga omedelbart öfver bördjernen. Dessutom finnas ytterligare några rader spettgluggar, e, f, ofvanför dessa, alla väl tillslutna med slipade luckor. Draget i ugnen åstadkommes genom plåtskorstenen, g, hvilken genom rören h står i förbindelse med ugnsschaktet; malmen instjelpes i ugnen genom luckan, i. Uppgiften med denna ugn är att koncentrera värmen i ett bälte nära intill den nedersta raden spettgluggar, så att malmen framför dessa öfvergår i ett degigt, halfsmält tillstånd; genom denna höga temperatur lyckas man också bättre än i andra rostugnar utdrifva svafvel ur malmen. Till följd af det halfsmälta tillstånd, hvari malmen försättes, fastnar den ihop till "rusor", hvilka äfven fästa vid murarna. Efter uttagen måste man derför med spettning genom spettgluggarna lossa den, hvarvid den nedfaller i ugnens nedre, starkt utvidgade del. Då man ej har så svafvelhaltiga malmer och således ej behöfver använda så hög temperatur för deras röstning, begagnar man rostugnar af äldre konstruktion, i hvilka värmen fördelas på en större höjd af ugnen. I dessa ugnar är afståndet mellan gasinloppen och uttagsöppningarna större, hvarför äfven gas-trumman kan vara murad inuti ugnsmuren. Dessa ugnar äro billigare i anläggning och underhåll än de westmanska samt förbruka' mindre qvantitet gas. -- På det att gaserna i masugnen skola kunna inverka på malmen, är det nödigt att denna sönderkrossas till ungefär hasselnötters groflek. Detta arbete förrättades fordom med handhammare, under en något senare period med vattenhammare af ungefår samma konstruktion som stångjernshammare (se Hammare) eller i stampverk, men utföres nu för tiden allmänt antingen i krossverk, bestående af tvänne mot hvarandra gående refflade tackjernsvalsar, eller s. k. stentuggare, som bestå af tvänne refflade grofva skifvor, eller käftar, af hårdt tackjern, af hvilka den ena är stillastående och den andra med en excenterrörelse föres från eller mot den förra, hvarvid den mellanliggande malmen krossas. -- För erhållande af den starka kompression af blästern, som erfordras för masugnens drifvande, begagnas vanliga cylinderblåsmaskiner (se Blåsmaskin). Från blåsverkets väderlåda ledes derefter blästern genom blästerledningen, en vanligast af plåt gjord rörledning, till masugnen. -- För att tillgodogöra någon del af det värme, som oundvikligen går förloradt i masugnen, har man funnit sin uträkning vid att åter tillföra den något af detta värme medelst blästern, hvilken man före inträdet i masugnen uppvärmer genom förbränning af masugnsgas. Till blästerns uppvärmning begagnas s. k. varmapparater, som bestå af flere rader raka, medelst krokrör med hvarandra förbundna tackjernsrör, genom hvilka blästern ledes, och utomkring hvilka masugnsgasen förbrännes i en omkring hela systemet murad kammare. De raka rören kunna vara horisontalt eller vertikalt ordnade; men stor vigt ligger uppå att tilloppet af luft utifrån så regleras, att gasen fullständigt förbrännes i apparathuset. Vid utlandets kolossala masugnar har man äfven börjat införa varmapparater efter regenerativt system, d. v. s. sådana, som bestå af tvänne stora kammare, fyllda med löst ställda eldfasta tegel, hvilka vexelvis begagnas så, att den ena kammaren uppvärmes genom förbränning af masugnsgas inuti densamma, under det den genom den andra ledda blästern upptager det deri magasinerade värmet. -- För drifvande af blåsmaskin och krossverk samt för den krossade malmens uppfordring på masugnskransen begagnas i allmänhet vattenkraft, men der sådan ej finnes att tillgå, ångkraft, i hvilket fall ångpannan eldas med masugnsgas. Såsom en allmän regel vid begagnandet af masugnsgas till bränsle gäller att de apparater, i hvilka gasen användes, ej få ligga för djupt under gasuttaget i masugnen, samt att de alla böra ligga på ungefär samma nivå, på det ej gasen må lättare gå till den ena än till den andra.
En i gång varande masugn är fylld med vexlande lager af kol och malm, hvilka befinna sig i en ständig rörelse nedåt och alltjämt förnyas genom ny påfyllning, så snart utrymme för ett nytt lager i uppsättningsmålet, s. k. hålmål, uppkommer. Hvarje sådant lager innehåller alltid lika mycket kol och kallas en sättning. Kolsättningarnas storlek bestämmes efter masugnens vidd och varierar i olika stora träkolsmasugnar mellan 1 och 1,5 kbm.;
en masugns storlek brukar ofta uttryckas med huru mycket kol den rymmer, hvilken kolmängd kallas en ugnsfyllnad. Den hastighet, hvarmed sättningarna sjunka i masugnen, kallas drifning. Denna kan i små masugnar uppgå till 1 1/2 à 2 ugnsfyllnader i dygnet; i de stora åter uppgår den oftast ej till mer än 2/3 à 1 ugnsfyllnad. Malmen väges för hvarje sättning i den på kransen befintliga vågen, och om masugnens förhållande fordrar någon förändring i proportionen mellan kol och malm, är det alltid malmsättningen, som förändras. I allmänhet begagnas på masugnarna flere olika sorter malm, hvilka ofta för sin smältning fordra tillsats af något flussmedel; den vanligast begagnade flussen är kalksten, hvilken på bergsmansspråket äfven kallas lim (Eng. lime). Förhållandet mellan de olika malmerna och kalken måste vara på förhand uppgjordt och kallas beskickning. För att af vissa tillgängliga malmer kunna uppgöra en beskickning måste man antingen af deras kemiska analyser beräkna densamma eller genom s. k. degelprof utröna de särskilda malmernas smältningsförhållanden. Dessa enkla, af professor V. Eggertz utarbetade prof, hvilka allmänt användas vid de svenska masugnarna, gifva en ganska fullständig bild af såväl hvarje särskild malms som den sammansatta beskickningens förhållande i masugnen beträffande både den tackjernsprocent, som kan utbringas, och beskaffenhen af den slagg man önskar erhålla. -- I motsatt riktning mot de ständigt nedsjunkande sättningarna af kol och malm genomströmmas masugnen af en uppåt gående gasström, som bildas genom kolens förbränning framför formorna. Vid den lifliga förbränning, som genom den starkt komprimerade luften åstadkommes, bildas kolsyra, hvilken dock genast vid beröring med de hvitglödande kolen förenar sig med en del af dessa till koloxid. Då koloxiden under uppstigandet träffar den varma malmen, reducerar den denna, d. v. s. förenar sig delvis med dess syre till kolsyra. Ehuru en stor del koloxid passerar genom ugnen, utan att reducera malm, är dock häraf tydligt att mängden af koloxid måste minskas och den af kolsyra ökas, åtminstone så högt upp i ugnen, som temperaturen medgifver någon reduktion af malmen. Dessutom ökas kolsyrehalten genom den kolsyra, som utdrifves ur kalken. Såsom exempel på masugnsgasens sammansättning på olika djup i masugnspipan anföras följande analyser:
Volymprocent Höjd öfver formorna i m. Gaser ........ 11,21 7,35 2,51 0,07 Qväfgas ...... 55,2 59,1 62,4 60,3 Kolsyra ...... 10,8 6,5 3,2 1,4 Koloxid ...... 25,7 31,6 32,0 36,7 Vätgas ....... 7,7 2,8 2,4 1,6
Till följd af de alltjämt nedsjunkande sättningarna, som absorbera värme, minskas temperaturen hos de uppstigande gaserna ganska hastigt, hvarför den egentliga reduktions-zonen ligger ganska djupt ned i masugnspipan. Den ofvanför denna zon varande delen af pipan tjenar endast till förberedande uppvärmning af de nedsjunkande sättningarna och kallas tillvärmnings-zonen. Då det reducerade jernet träffar de hvitglödande kolen i "stället", förenar det sig med en tillräcklig qvantitet deraf för att bilda tackjern, hvilket kallas jernets kolbindning. -- Men utom jernets reduktion, kolbindning och smältning måste äfven en annan process försiggå i masugnen, nämligen slaggens bildning och smältning. Det är nämligen endast i sällsynta undantagsfall, som malmens bergart innehåller slaggens beståndsdelar färdigbildade, utan beskickningen måste genom blandning af olika malmer och tillsats af kalk eller annan fluss göras sådan, att den slagg, som under smältningen bildas, erhåller önskad sammansättning. Masugnsslaggen består af mer eller mindre hårdsmälta kiselsyrade salter, eller s. k. silikat, i hvilka syran alltid utgöres af kiselsyra, ofta till någon del ersatt af lerjord, och baserna hufvudsakligen af kalkjord och talkjord jämte mindre qvantiteter manganoxidul och jernoxidul. Man åtskiljer silikaten i tre grupper, nämligen singulosilikat, i hvilka syreqvantiteten i syran är lika stor som den sammanlagda syreqvantiteten hos baserna, bisilikat, der syran innehåller dubbelt så mycket syre som baserna, och trisilikat, der syrans syre är tre gånger så stort som basernas. Till någon af dessa grupper söker man vid beskickningens uppgörande att närma slaggens sammansättning, alltefter den olika beskaffenhet man önskar erhålla hos tackjcrnet. Skall tackjernet användas till gjutning, göres beskickningen sådan, att man erhåller den porslinslika trisilikatslaggen. För sådant tackjern, som skall färskas i härd, önskar man vanligen glasig bisilikatslagg i masugnen; för tackjern, som skall användas till bessemereller martin-metoderna, äfvensom för manganrikt tackjern gör man beskickningen ändå mera basisk, så att kristallinisk singulosilikatslagg erhålles. Om beskickningen är svafvelhaltig. håller man äfven basisk slagg, hvarvid svaflet ingår i slaggen såsom svafvelkalcium. För att aflägsna fosfor känner man deremot ingen utväg; tvärtom kan det ej förekommas att, om malmen innehåller fosforsyrad kalk eller apatit, fosforn utreduceras ur denna och ingår i tackjernet. Slaggen har i masugnen äfven en annan uppgift, nämligen att skydda det smälta tackjernet för blästerns oxiderande inverkan. Såsom specifikt lättare flyter nämligen slaggen ofvanpå tackjernet och hindrar sålunda blästern att komma i beröring dermed. Genom den framför formerna fortgående smältningen ökas mängden af såväl det smälta tackjernet som den derofvanpå flytande slaggen. När denna hunnit stiga upp öfver dammens öfverkant, uttappas den genom ett hål, som uppstickes i fyllningen mellan dammen och timpeln, och detta upprepas så ofta slaggen åter stigit lika högt. Mellan slaggtappningarna täppes denna öppning med påkastad våt sand. För att kunna nyttigt använda masugnsslaggen brukar man ofta låta den utrinna i tackjernsformar, som inställas i slaggbröstet, hvarigenom man erhåller ganska användbara byggnadstegel. -- Då så mycket tackjern samlat sig i "stället", att det når upp till dammens öfverkant, göres utslag, d. v. s.
sanden i jerngatan uppskottas med en smal skyffel, och den tunna sammansintrade väggen, som stänger "stället", uppbrytes, hvarvid tackjernet, genom en i sanden uppskottad ränna, utrinner till de för dess upptagande iordnirigställda sandformarna, eller tackjernskokillerna. Efter "utslaget" rengöres "ställets" väggar från vidhäftande slaggrusor, jerngatan fylles med torr sand och rummet mellan dammen och timpeln med slaggbitar och våt sand, hvarefter den under "utslaget" afställda blästern åter pådrages. -- Såvida man har tillfälle att underhålla masugnen med kol och malm, kan den sålunda oafbrutet hållas i gång i åratal, så länge "stället" står bi. I Sverige, der i allmänhet koltillgångarna äro begränsade och hufvudsakligen framforslas under vintern, är det vanligare att masugnarna endast hållas i gång vissa månader om året; för hvarje ny blåsning måste då "stället" efter behof repareras. Vid masugnens första igångsättning, den s. k. påblåsningen, måste en viss försigtighet iakttagas, hvarför malmsättningen endast efter hand kan ökas till sin fulla storlek, tills murarna blifvit fullt genomvärmda. Först efter några dagars blåsning är masugnen fullmalmad, d. v. s. att malmsättningen är så stor, som kolen förmå att smälta. Om för mycket malm uppsattes eller om kolen äro sura, gifver detta sig tillkänna genom en tung låga och brun rök i uppsättningsmålet, hvitt, kornigt, stundom blåsigt tackjern, mörk, pösig slagg, som kastas upp för formerna, eller "kokar". Masugnsgången säges då vara härdsatt, och om inga åtgärder deremot vidtagas, afkyles masugnen alltmer samt blir slutligen försatt, d. v. s. godset börjar stelna i "stället". "Försättning" af masugnen inträffar emellertid ytterst sällan, emedan man med lätthet i tid kan förekomma den genom minskning af malmsättning, användande af bättre kol eller höjande af blästerns temperatur. Om för litet malm är uppsatt på kolen, tillkännagifver sig detta genom en hvit, tjock masugnsrök, stora vällgnistor i uppsättningsmålet och grått, mycket grafitiskt s. k. nödsatt tackjern; detta kallas att masugnen är i kräfjelag, eller att gången är kräfjande. En lagom satt hyttegång kännetecknas åter af lätt, blåaktig hyttrök, lättflytande ljus slagg och qvickflytände tackjern. Man säger då, att hyttan blådammar. -- Den dagliga tackjernsproduktionen är högst olika i olika stora masugnar och kan variera från 5 tons i små träkolsmasugnar till 90 tons i de största koksmasugnar; i våra nyaste stora träkolsmasugnar är produktionen omkring 15 tons tackjern i dygnet. Kolåtgången är naturligtvis mycket vexlande med beskickningens jernrikhet och masugnens storlek; såsom ett medeltal kan man säga, att till 1 ton tackjern åtgår omkr. 1 ton kol.
Vid en del masugnar användes tackjernet direkt till gjutning af mellan utslagen uppformade pjeser; men för det mesta uppsamlas det antingen i sandformar, för att vidare användas vid gjuterier, eller också i tackjernsformar, s. k. kokiller, om det skall nyttjas till beredande af smidigt jern, eller slutligen, om bessemerverk finnes i masugnen, tappas det direkt i bessemerkonvertern. Det tackjern, som skall omsmältas vid gjuterierna, bör vara mycket nödsatt och grafitiskt samt hålla en viss mängd kisel och fosfor för att varda qvickflytande och väl utfylla gjutformarna. För detta ändamål begagnas i Sverige vanligen engelskt koks-tackjern, som besitter dessa egenskaper i högre grad än det svenska, af renare malmer med träkol blåsta tackjernet. Tackjernets omsmältning vid gjuterierna sker i låga schaktugnar, kallade kupolugnar, i hvilka tackjernet under riklig tillgång på bläster smältes med koks. Dessa ugnar drifvas ej kontinuerligt, utan påblåsas, då tillräckligt antal gjutformar hunnit uppformas; när smältrummet blifvit fullt, tappas jernet i en framför ugnen i en kran upphängd gryta, skänk, af jern, inuti utfodrad med lera. Från denna skänk tappas jernet antingen direkt i gjutformen eller i mindre skänkar, skopor, i hvilka det kringbäres till de särskilda gjutformarna. Vid somliga gjuterier verkställes smältningen för vissa speciella ändamål i flammugnar. Formningen sker antingen i öppen sand eller i gjutflaska. I öppen sand, d. v. s. i en på öfre sidan öppen form på gjuteriets golf, formas endast enkla pjeser, vid hvilka det ej är så noga, vare sig med godsets tjocklek eller utseendet af den sidan, som är vänd uppåt. Då det emellertid, såsom oftast är fallet, fordras noggranhet i båda dessa afseenden, utföres formningen i s. k. flaskor, eller ramar af trä eller tackjern, af hvilka den ena passar noga ofvanpå den andra. Formningen sker omkring modeller, hvilka noga motsvara den färdiga pjesens yttre form, med iakttagande af den krympning, som tackjernet undergår vid afsvalningen; dessa modeller måste ofta vara sågade i två eller flere delar för att efter formningen kunna lyftas upp ur flaskan. Vid formningen fylles först den nedre delen af flaskan med lagom fuktad s. k. gjutsand, en med något litet lera och kolstybb blandad sand. Derefter nedsättes deri den understa delen af modellen, hvarvid tillses, att dess öfre yta kommer noga i samma höjd som flaskans öfverkant; sanden packas derefter hårdt omkring modellen. Sedan ett tunnt lager af fint kolstybb blifvit siktadt öfver den noga afslätade ytan, inpassas den följande delen af modellen samt den andra afdelningen af flaskan, hvarefter på samma sätt gjutsand packas mellan modellen och flaskans väggar. Är modellen i flere än tvänne afdelningar, fortsattes på samma sätt; men naturligt är att i detta fall måste de mellanliggande delarna af flaskan hafva noggrant samma höjd som den motsvarande delen af modellen. Den öfversta flaskdelen måste deremot vara högre än modellen, så att denna till en viss tjocklek blir täckt med sand. Uti denna sand upptagas derefter ett eller flere större hål till modellens öfversta del, s. k. ingöt, genom hvilka tackjernet skall rinna in; dessutom genomstickes hela sandmassan på flere håll med en jerntråd för att bilda små kanaler för bortledande af de gaser, som utvecklas under gjutningen. Sedan sålunda hela modellen blifvit informad, aflyftes den ena flaskdelen
efter den andra, äfvensom de motsvarande delarna af modellen försigtigt upplyftas, hvarefter formen noggrant afputsas inuti; sedan flaskans delar derefter åter blifvit hoppassade, är formen färdig för gjutningen. Om pjesen skall göras ihålig, måste i formen insättas en val torkad s. k. kärna, som beredes af lera, sand, halm, kogödsel etc., och som någorlunda motsvarar gjutpjesens yttre form samt efter pjesens gjutning och afsvalning söndersmulas med en jernten och utkratsas i pulverform genom något för detta ändamål lemnadt hål på pjesen. För rör och andra pjeser med stora öppningar försiggår kärnans uttagning lättare. Då stora och i synnerhet höga pjeser skola gjutas, är det nödigt att förlänga ingötet ganska betydligt och deraf bilda ett s. k. sjunkhufvud, på det varmt tackjern må kunna pågjutas och flyta efter, i mån som det förut ingjutna genom afsvalningen minskas i volym. Om man åt ytan af hela gjutpjesen eller någon del deraf vill meddela någon större grad af hårdhet, göres denna del af gjutformen af tackjern, hvarigenom den gjutna pjesen på detta ställe hastigt stelnar och jernet blir hvitt; detta kallas kokillhärdning. Understundom verkställes för vissa ändamål gjutningen äfven i torkade formar af sand eller lera.
Borttagandet af större delen af de i tackjernet förekommande främmande ämnena: kol, kisel m. m., eller beredandet af smidigt jern eller stål, kallas med ett gemensamt namn färskning. Efter de olika sätt, på hvilka färskningen utföres, skiljer man mellan torrfärskning, slaggfärskning och blästerfärskning. Torrfärskning, som äfven kallas aducering, tillgår på det sätt att tackjern under en längre tid glödgas i s. k. cementpulver, bestående af jernoxid eller rik jernmalm, hvarvid tackjernets kol småningom förenar sig med jernoxidens syre till koloxid, som bortgår i gasform. Emedan färskningen sålunda börjar vid jernets yta och efter hand fortplantar sig inåt, kan det ej förekommas, att en jernstång på detta sätt blir mindre färskad inuti än vid ytan. Denna färskningsmetod lämpar sig derför hälst för smärre pjeser, som kunna gjutas i den form, hvari de skola användas, och derefter genom aduceringen befrias från en större del af sin kolhalt, hvarigenom de blifva segare och mindre sköra. Som kisel på denna metod ej kan borttagas ur jernet, är det nödigt att dertill använda ett möjligast kiselfritt tackjern; om tackjernet är hvitt och således dess kol kemiskt bundet, försiggår färskningen lättare än med grått tackjern. -- I motsats till torrfärskningen, som försiggår utan någon smältning, måste vid de olika slagen af slaggfärskning tackjernet nedsmältas samt derefter omröras och intimt blandas med en mycket jernoxidulrik slagg, s. k. färskslagg, hvarvid jernoxidulens syre förenar sig med tackjernets kol och kisel till koloxid och kiselsyra, af hvilka den förra bortgår i gasform och den senare förenar sig med slaggen. Under denna operation stelnar jernet till s. k. färskor, hvilka, om arbetet försiggår i härd (jfr Härdsmide), hopsamlas och nedsmältas till en smälta eller hopvällas till stora bållar, om färskningen sker i puddelugn (jfr Puddling). Ur dessa smältor eller puddelbållar utpressas derefter så mycket som möjligt den i jernet inblandade slaggen under tunga smälthammare eller under s. k. puddelklämmor (Eng. squeezers). Som de i härd beredda smältorna äro mycket slaggfriare än puddelbållarna, erhålles af de förra en renare och slaggfriare produkt. Sedan smältan eller puddelbållen sålunda blifvit hopslagen, sönderhugges den i mindre bitar, s. k. smältstycken (Eng. blooms) eller utvalsas till grofva s. k. råstänger. I denna form, såsom smältstycken eller råstänger, är jernet redan en handelsvara. Men för erhållandet af den i handeln vanligast förekommande formen af stångjern uppvärmas smältstyckena ännu en gång till vällhetta, antingen i härden eller i en s. k. vällugn, och uträckas derefter till stänger af hvarjehanda dimensioner, antingen under stångjernshammare (se Hammare) eller i valsverk; råstängerna åter sönderklippas vanligen i grofva saxar till lika långa bitar, hvilka derefter hopläggas till paket, som insättas i vällugnen och der hopvällas, garfvas, hvarefter de uträckas i valsverket till lämpliga dimensioner. För tillverkning af tjock plåt och i allmänhet af jern med grofva dimensioner äro en upprepad paketering och garfning nödvändiga, emedan de ursprungliga smältstyckena och puddelbållarna ej kunna erhållas tillräckligt stora för det afsedda ändamålet. Men dessutom vinnes genom garfningen den fördelen att de ojämnheter, som möjligen kunna förefinnas i jernet, varda jämnare fördelade och t. o. m. hårdare jernkörtlar vid de upprepade vällningarna utsmälta och på vällugnens botten bilda små färskor, s. k. lupper. Med anledning af det olika behandlingssätt stångjernet undergår vid uträckningen skiljer man mellan smidt och valsade jern. Till utseendet skilja sig dessa deri att det smidda jernet har en blankare yta, hvarå man oftast kan se märken efter hammarslagen, då deremot det valsade jernet vanligen är öfverdraget med en jämn hinna af glödspån, beroende derpå att vid valsningen jernet blir färdigräckt vid en högre temperatur än vid smidningen och derför under afsvalningen hinner öfverdragas med en tjockare oxidhinna. Dessutom äro det valsade jernets dimensioner noggrannare än det smiddas, om ock kanterna mången gång ej äro så skarpa. Med afseende å beskaffenheten är det valsade jernet ofta jämnare än det smidda, emedan det undergått en mera likformig behandling; det smidda jernet är deremot hårdare i ytan och har en högre elasticitetsgräns, emedan den sista smidningen, den s. k. slätningen, sker vid lägre temperatur än den, hvarvid det valsade jernet är färdigt. En olägenhet, som någon gång vidlåder smidt jern och är beroende på ovårdsam behandling under uträcknirigen, är att jernet kan vara skört på midten af stången. Detta beror derpå att, sedan den ena änden af stången blifvit uträckt och den återstående delen af smältstycket skall vällas,
öfvergången mellan denna och den uträckta delen af stången, den s. k. halsen, blir för hårdt värmd, så att jernet der antager kristallinisk textur och blifver som man säger brändt, en olägenhet, som dock kan borttagas genom tillräcklig efterföljande smidning. Det från stångjernshammaren eller valsverket erhållna stångjernet, ehuru en i handeln allmänt förekommande vara, kan emellertid i allmänhet ej betraktas såsom en färdig produkt, utan såsom ett råmaterial för vidare bearbetning, hvarför det måste vara tillgängligt i en mångfald af olika dimensioner. Den vidare förarbetningen, eller manufaktureringen, sker antingen i smärre, hastigt gående valsverk eller under mindre s. k. knipphammare (se Hammare) eller slutligen för hand, hvarvid en kombination af ett par af dessa behandlingssätt oftast är nödig för att fullborda de mångfaldiga former, i hvilka jernet användes. Jernets värmning för dessa ändamål sker antingen i mindre vällugnar eller i öppna klensmedsässjor (se Härd). Till de ofvan nämnda förarbetningarna af jernet efter uppvärmning kommer ofta en ytterligare bearbetning i kallt tillstånd med fil, i svarfstol. hyfvelmaskin, gängkloppa och andra verktygsmaskiner. En annan vigtig bearbetning af jern, hvilken äfvenledes sker i kallt tillstånd, är tillverkningen af jerntråd (se d. o.). -- Blästerfärskning är en färskningsmetod af mycket yngre datum än både torrfärskning och slaggfärskning och räknar sitt ursprung först sedan midten af 1850-talet, då Henry Bessemer uppfann den sedermera så ryktbar vordna och så mycket använda bessemer-metoden, som grundar sig derpå att starkt komprimerad bläster i fint fördeladt tillstånd pressas genom smält tackjern, hvarvid blästerns syre förenar sig med tackjernets kisel, kol och en liten del af jernet. Genom det vid dessa föreningar frigjorda värmet erhålles den höga temperatur, som erfordras för att hålla den slutliga produkten i flytande tillstånd. Denna den snabbaste af alla hittills kända färskningsmetoder utföres i päronformiga, kring horisontala axeltappar rörliga ugnar, konvertrar (se fig.), hvilka kunna nedstjelpas,
så att såväl det smälta tackjernet kan intappas som den färdiga produkten uttappas genom öppningen i ugnens topp. Den af två delar sammansatta konvertern är gjord af tjock plåt, infodrad med eldfast tegel eller eldfast massa, till hvilken man begagnar s. k. ganister. Bottnen, som kan löstagas, består af en af starka plåtar sammanfogad väderlåda, ofvanpå hvilken en mängd med 7 å 9 hål försedda formor af eldfast lera äro stadigt fastrammade med massa. Sedan konvertern blifvit väl torkad och tillvärmd genom förbränning af kol, nedstjelpes den; derefter uttömmas kolen, och det i masugnen eller i en kupolugn smälta tackjernet, som uppsamlats i en skänk, intappas i densamma genom öppningen i toppen. På samma gång som ugnen uppreses, pådrages blästern, hvarigenom jernet hindras att intränga i formorna och färskningen genast börjas till följd af den intima beröringen mellan luften och jernet. Till en början förbrännes då tackjernets silicium till kiselsyra, som förenar sig med en del samtidigt oxideradt jern till en färskslagg, som under den derpå följande perioden jämte blästern bidrager till förbränning af tackjernets kol. Denna del af färskningen försiggår så häftigt, att ett stormande kok uppkommer i ugnen, hvilket i mån af kolets förbränning småningom saktar sig. Af den genom ugnens öfre öppning med stor häftighet utströmmande lågans utseende har man lärt sig med ganska stor säkerhet bedöma huru långt färskningen i hvarje ögonblick fortskridit; processen kan sålunda genom ugnens nedstjelpning afbrytas när man vill, alltefter den kolhalt man önskar bibehålla i den färdiga produkten. Man kan sålunda på denna metod tillverka från det hårdaste stål till ett ganska mjukt jern. Genom den stora qvantitet luft, som passerar genom metallbadet, bildas emellertid äfven en del jernoxidul, hvilken, i synnerhet mot slutet af blåsningen, ej finner någon kiselsyra att förena sig med, utan håller sig uppblandad i jernet och förorsakar samma olägenhet som svafvel, nämligen att metallen under utsmidning vid röd värme vill brakna. Till åtskilnad från den af svafvel förorsakade rödbräckan kallas den af jernoxidulen uppkommande oarten rödskörhet. Denna jernoxidul kan emellertid aflägsnas genom tillsats till badet af mangan, som åter reducerar jernet och sjelf i oxideradt tillstånd förbinder sig med slaggen. Om derför tackjerhet från början ej håller tillräckligt mycket mangan, fortsätter man bessemerblåsningen till lägre kolhalt, än man önskar erhålla hos den färdiga produkten, och tillsätter derefter en afpassad mängd spegeljern eller ferromangan (se Manganjern), hvilket åter meddelar bessemermetallen den önskade kolhalten. Vid spegeljernets tillsättande uppkommer en stark reaktion i den smälta metallen, efter hvars upphörande denna uttappas i en skänk och från denna i de tillreds stående kokillerna. Den i kokillerna stelnade produkten, som till formen närmast liknar stora smältstycken, kallas göt; såvida dessa ej skola användas i den form de hafva, inläggas de i en vällugn och smidas eller valsas efter behörig värmning till hvarjehanda dimensioner. Med anledning deraf att sista operationen vid framställandet af denna produkt är dess gjutning i kokillerna, kallas denna metall äfven götmetall, hvaraf man efter olika kolhalt skiljer mellan götstål och götjern, i motsats mot den genom slaggfärskning erhållna produkten, som kallas färskmetall, med dess underafdelningar färskstål och färskjern. Hela färskningsprocessen vid bessemer-metoden upptager, alltefter konverterns rymlighet och tackjernets beskaffenhet, ej längre tid än från 5 till 30 minuter, och på denna tid kunna 2 till 5 tons tackjern förvandlas till smidig metall. -- Såsom nyss beskrifvits, borttagas på denna metod med
lätthet kisel och kol, som ingå i tackjernet; men om detta tillika håller fosfor, ingår hela fosforhalten i den färdiga produkten, hvarför endast de renare malmsorterna varit användbara för denna process ända till 1877, då den basiska defosforiseringsmetoden (se Gilchrists metod) uppfanns, hvilken är ett slags bessemer-metod, men som skiljer sig från denna deruti att konvertern invändigt är utfodrad med magnesia och att kalk inkastas tillsammans med det smälta tackjernet, genom hvilken rikliga tillgång på baser fosforn får tillfälle att oxidera sig och tillsammans med kalken bilda fosforsyrad kalk, som medföljer slaggen. Genom fosforns förbränning frigöres värme i konvertern, så att temperaturen ökas i samma förhållande som tackjernets fosforhalt. Till följd af detta förhållande hafva de i utlandet så ymnigt förekommande fosforhaltiga malmerna till skada för den svenska jernindustrieri fått ett förut ej anadt värde. Också har metoden på kort tid vunnit en mycket stor användning i utlandet.
En annan metod att tillverka götmetall, som under de senare åren vunnit en vidsträckt utbredning, men som ej kan hänföras till ren blästerfärskning, är Siemens-Martins metod. Grunddraget i denna är att till det i en flammugn nedsmälta tackjernet efterhand tillsattes redan färskadt jern i form af skrot, rälstumpar o. s. y. Men utom den nedsättning i tackjernets kolhalt, som på detta sätt åstadkommes, försiggår tillika en verklig färskning genom lågans oxiderande inverkan och ofta äfven genom tillsats af rik jernmalm, hvarför det är dess fördelaktigare, ju större yta det smälta metallbadet har. Som denna process ej försiggår så hastigt som bessemerprocessen, kan ej värmen underhållas genom förbränningen af tackjernets kisel och kol; tvärtom måste en mycket intensiv värme utifrån införas i ugnen, och det är endast genom användande af Siemens' regenerativa system, som man lyckats att med begagnande af generatorgas (se Gas) som bränsle åstadkomma den nödiga temperaturen. Fig.
visar en martinsugn i genomskärning: a är sjelfva martinsugnen, i hvilken godset inlägges genom arbetsluckorna, och på hvars inrammade botten smältningen försiggår; b, b1 äro de med löst ställda eldfasta tegel fyllda gasregeneratorerna och c, c1 de på samma sätt inrättade luftregeneratorerna. Om regeneratorerna b och c äro uppvärmda, ställas tilloppsventilerna så, att gasen passerar genom b och blästern genom c, hvarest de upptaga det magasinerade värmet och vidare genom bredvid hvarandra stående kanaler, e, föras till ugnen för att der blandas och förbrännas. Förbränningsprodukterna bortgå derefter genom de parallella kanalerna f till regeneratorerna b1 c1, der de aflemna största delen af sitt återstående värme och hvarifrån de sedermera ledas till skorstenen. När på detta sätt regeneratorerna b, c blifvit till en viss grad afkylda och b1 c1 uppvärmda, omkastas ventilerna, så att gas och luft inkomma genom b1, c1 och förbränningsprodukterna utgå genom b, c samt således lågans riktning i ugnen förändras. På senare tider hafva dock äfven ugnar konstruerats, i hvilka lågan ständigt bibehåller samma riktning. Arbetet i martinsugnen tillgår sålunda att, sedan bottnen blifvit noga lagad efter föregående smältning, en viss qvantitet tackjern insättes genom den stora luckan på ugnens långsida och, sedan detta smält, skrot och malm efter vissa mellantider i afvägda qvantiteter. Sedan man slutligen genom det smälta godsets utseende och genom uttagna prof försäkrat sig om att metallen innehar den önskade hårdhetsgraden, uttappas den genom ett på härdens djupaste del å ena långväggen anbragt hål uti en framför ugnen i en kran upphängd skänk och derifrån i kokillerna eller också direkt från ugnen i kokillerna. Vid martinsmide, liksom vid bessemertillverkningen, tillsättes mot slutet af smältningen spegeljern eller ferromangan, om det från början använda tackjernet ej är tillräckligt manganhaltigt för att förtaga rödskörheten. Vid båda metoderna är det mycket svårt att förekomma, att göten blifva mer eller mindre fulla med blåsor. Genom den s. k. Terre-Noire-metoden (uppkallad efter jernverket Terre-Noire i södra Frankrike, der metoden uppfunnits) har man lyckats åstadkomma en fullkomligt biåsfri metall på det sätt att man mot slutet af operationen tillsätter några procent mycket kiseloch manganhaltigt tackjern, efter hvars smältning det förut kokande och bubblande metallbadet blir alldeles stilla, då man genast måste tappa det, innan bubblingen, efter kiselns fullständiga oxidering, åter inträder. Den kemiska process, som härvid försiggår, består deri att kiseln och manganet upptaga syre från den genom färskningen bildade koloxiden, som förorsakar de nämnda bubblorna och bildar en lättsmält slagg af kiselsyrad manganoxidul; den på detta sätt erhållna metallen blir dock till en viss grad kiselhaltig. Denna metod har i synnerhet sin betydelse derigenom att man af den blåsfria metallen kan framställa ett gjutgods, som är mycket starkare än af tackjern, och denna styrka kan ytterligare höjas derigenom att den gjutna pjesen glödgas och derefter härdas. Genom den hastiga afkylningen och den derigenom inträdande kontraktionen af pjesens yta utöfvas nämligen ett så starkt tryck på de inre delarna, att den förut kristalliniska texturen förvandlas till finkornig. Härdningen har sålunda samma inverkan som en stark smidning. Man har i Sverige gjort försök med att på detta sätt tillverka stålkanoner, hvilka i intet afseende synas stå efter de så mycket omtalade smidda kruppska kanonerna.
För beredning af stål finnes, utom de nyss beskrifna bessemer- och martinmetoderna, äfven åtskilliga äldre tillverkningssätt, af hvilka några fortfarande äro i allmänt bruk. Det äldsta sättet att bereda stål var genom ofullständig slaggfärskning i härd, d. v. s. att färskningsarbetet afbröts, innan kolet i jernet blifvit fullständigt oxideradt, och af de stålartade färskorna gjordes en smälta, vid hvars uträckning erhölls en tämligen ojämn produkt, kallad härdstål, hvilken i allmänhet måste garfvas (se Garfstål) för att kunna användas. Den allmännaste och fortfarande mycket använda af de äldre stålberedningsmetoderna är brännståls- eller cementerings-metoden. Denna tillgår sålunda att stångjern tätt inpackas tillsammans med kolpulver i stora, af sandsten murade kistor, omkring hvilka derefter under ett par veckors tid underhålles en skarp och jämn eldning. Stålugnarna, i hvilka denna bränning försiggår, rymma vanligen tvänne sådana kistor. Vid hvitglödningstemperatur upptager då jernet kol ur det deromkring packade kolpulvret; men som kolbindningen försiggår från jernets yta och till dess inre, är det naturligt att, i synnerhet vid gröfre dimensioner, den inre kärnan blir mjukare än de yttre delarna hos en stång. Det efter bränningen erhållna stålet har en mycket grofkristallinisk, något mattglänsande textur och är oftast öfver hela ytan öfverdraget med blåsor, hvarför det, jämte de vanliga benämningarna brännstål eller cementstål, äfven ofta kallas blåsstål (Eng. blistersteel). Först efter uträckning erhåller det stålets vanliga textur och egenskaper. Då stundom ett till sina inre egenskaper för detta ändamål lämpligt jern kan vara ganska ojämnt, blir äfven det deraf brända stålet ojämnt, hvarför man ofta måste garfva detsamma för att erhålla en jämnare produkt. En ännu jämnare och i alla afseenden finare produkt är gjutstålet, som beredes på det sätt att brännstålstängerna sönderslås i bitar, hvilka sorteras efter brottytans utseende samt inläggas i deglar och smältas i en gjutstålsugn (jfr Gjutstål). Gjutstål kan äfven beredas genom smältning i degel af granuleradt tackjern, skrot och stångjernsbitar (Uchatius' metod) eller af tackjern och rik jernmalm. Genom tillsats i deglarna af kromtackjern blir stålet mycket hårdare och starkare; sådant stål kallas kromstål. Sedan stålet blifvit smält i deglarna, gjutes det i kokiller, och de erhållna göten räckas eller valsas på vanligt sätt, hvarvid dock noga bör iakttagas, att ju hårdare stålet är, dess svagare måste det värmas före räckriingen, emedan en större kolhalt gör det lättsmältare; och om det uppvärmes till nära smältningstemperatur, antager det kristallinisk textur och blir skört eller hvad man kallar brändt. -- För erhållande af ett godt stål fordras ett oartfritt jern, och bland oarterna är det i synnerhet fosfor, som inverkar skadligt på stålets egenskaper, emedan en äfven ganska liten fosforhalt förorsakar, att stålet vid upprepade värmningar snart förlorar sin stålnatur. Denna egenskap, att många gånger kunna uppvärmas utan att derigenom försämras, kallas af engelsmännnen body och är karakteristisk för det af de bättre svenska malmerna beredda stålet. -- Ännu ett sätt att, åtminstone på ytan, bibringa smidigt jern ståls hårdhet är s. k. sätshärdning, hvilken ganska ofta användes, då man vill erhålla en hård yta på färdigsmidda arbeten. Den tillgår sålunda, att jernpjeserna inpackas i en låda i kolhaltiga ämnen, hälst af animaliskt ursprung, såsom läder, klöfvar, horn etc., eller också i blodlutsalt samt derefter glödgas en timme eller längre, hvarvid jernets yta kolbindes.
Konsten att framställa jern torde kunna räkna sina anor tillbaka till början af den historiska tiden, ehuru metoderna då voro mycket ofullkomliga och förmodligen i mer eller mindre mån öfverensstämde med de ofvan beskrifna direkta metoderna, medelst hvilka jern kan framställas af de mest lättreducerade malmer. Först i början af det 16:de årh. anses smärre masugnar af 4,5 à 6 m. höjd, s. k. blauöfen, blifvit införda i Tyskland och derigenom möjligheten beredd för tillgodogörandet äfven af mera svårreducerade malmer. Men den storartade utveckling, som jernhandteringen i våra dagar intager, daterar sig först från slutet af 18:de årh., då man lärde sig att begagna fossilt bränsle inom jernindustrien, hvilket tillsammans med ångans användande såsom drifkraft gaf medlet i hand till den massproduktion, som kännetecknar vårt århundrade och som hade sin vagga och första utveckling i England, ehuru detta land följts tätt i spåren af de öfriga stenkolsproducerande kulturlanden. Sverige har deremot till följd af för dyrt bränsle ej kunnat i qvantitativt hänseende hålla jämna steg med dessa land; deremot hafva de svenska malmernas frihet från oarter och de vid deras reduktion begagnade rena träkolen åt det svenska jernet förvärfvat ett välförtjent anseende för framstående egenskaper, ett anseende, som dock nu genom utvecklingen af den basiska defosforiseringsmetoden är utsatt för en farlig konkurrens. Enligt den senaste af k. Kommerskollegium offentliggjorda berättelsen för 1880 var tillverkningen inom Sverige nämnda år af
tackjern ....... 401,000 tons gjutgods ....... 17,270 " stångjern ...... 221,015 " stål ........... 37,447 " manufaktur ..... 32,502 "
För jerntillverkningen voro samma år sysselsatta 17,969 arbetare. Följande siffror, som i runda tal angifva den nuvarande tackjernstillverkningen i de vigtigaste jernproducerande landen, kunna bidraga till bedömande af jernindustriens omfattning i olika trakter af jorden. Storbritannien tillverkar årligen omkr. 6,6 millioner, Nord-Amerikas Förenta stater 2,3 mill., Tyskland 1,8 mill., Frankrike 1,4 mill., Belgien 0,47 mill., Ryssland 0,45 mill., Sverige 0,40 mill., Österrike 0,26 mill. och Luxemburg 0,25 mill. tons tackjern. -- 3. Med. Se Jerndroppar, Jernmedel, Jernpiller, Jernpulver, Jernvatten. 1. P. T. C. 2. C. A. D.
