Der Aufbau
Ein Rennofen ist ein Schacht aus Lehm, oft kaum mannshoch. Unten sitzt eine oder mehrere Düsen, durch die Luft eingeblasen wird – mit dem Blasebalg oder, bei manchen Bauarten, durch den natürlichen Zug. Unter oder vor dem Schacht liegt eine Grube oder ein Abstich, in den die Schlacke läuft.
Was im Ofen geschieht
Der Schacht wird mit Holzkohle vorgeheizt und dann abwechselnd mit Holzkohle und zerkleinertem, zuvor geröstetem Erz beschickt. Drei Vorgänge laufen gleichzeitig ab:
- Verbrennen: Vor der Düse verbrennt die Holzkohle. Dabei entsteht Kohlenmonoxid, das im Schacht aufsteigt.
- Reduzieren: Das Kohlenmonoxid entzieht dem Eisenerz – einem Eisenoxid – den Sauerstoff. Zurück bleibt metallisches Eisen in feinen Teilchen.
- Verschlacken: Die Begleitstoffe des Erzes verbinden sich mit einem Teil des Eisenoxids zu Schlacke. Sie wird flüssig, sickert nach unten und läuft ab.
Die Eisenteilchen sinken mit der Beschickung in die heiße Zone vor der Düse und verschweißen dort miteinander. So wächst am Boden des Ofens die Luppe.
Warum das Eisen nicht schmilzt
Der Ofen ist oben etwa 500 °C heiß, vor der Düse bis etwa 1.300 °C. Reines Eisen schmilzt bei 1.538 °C. Das Eisen bleibt also fest – als teigiger, schwammiger Körper. Die Schlacke dagegen schmilzt schon bei 1.100 bis 1.200 °C. Dieser Unterschied ist der Kern des Verfahrens: Das Unerwünschte fließt weg, das Eisen bleibt.
Wird ein Ofen höher gebaut und stärker geblasen, nimmt das Eisen mehr Kohlenstoff auf. Kohlenstoffreiches Eisen schmilzt bei deutlich niedrigerer Temperatur als reines – es wird flüssig. Aus dieser Entwicklung ging im Mittelalter der Hochofen hervor, der flüssiges Roheisen liefert.
Von der Luppe zum Werkstück
Die Luppe wird glühend aus dem Ofen gezogen. Sie ist von Hohlräumen und Schlacke durchsetzt und so nicht brauchbar. Erst wiederholtes Erhitzen und Hämmern presst die Schlacke heraus und verdichtet das Eisen zu einem Barren. Das Ergebnis ist ein weiches, zähes, gut schmiedbares Eisen mit wenig Kohlenstoff; ein Rest feiner Schlackenfäden bleibt immer zurück und ist unter dem Mikroskop das Kennzeichen von Renneisen.
Rennwerk im 16. Jahrhundert: Am Ofen wird die Luppe gezogen, im Vordergrund wird sie ausgeschmiedet. Holzschnitt aus Georgius Agricola, De re metallica, Basel 1556. Gemeinfrei.
Wie lange der Rennofen in Gebrauch war
Im Vorderen Orient verbreitete sich das Verfahren im späten 2. und frühen 1. Jahrtausend v. Chr., in Mitteleuropa ab etwa 800 v. Chr. In Europa blieb der Rennofen bis ins Mittelalter das einzige Verfahren zur Eisengewinnung und wurde erst vom 12. und 13. Jahrhundert an schrittweise vom Hochofen abgelöst. Den größeren Zusammenhang beschreibt die Geschichte der Metallverarbeitung.
Quellen
- Historical Metallurgy Society: Archaeology Datasheet 301 – Iron: bloomery smelting and associated processes. historicalmetallurgy.org
- Stahlinstitut VDEh: Geschichte der Eisenhüttentechnik (Themenpapier). vdeh.de
- Erb-Satullo, N. L.: The Innovation and Adoption of Iron in the Ancient Near East. Journal of Archaeological Research 27 (2019), 557–607. doi:10.1007/s10814-019-09129-6
- Royal Society of Chemistry: Periodic Table – Iron. periodic-table.rsc.org