Puddelijzer, wat is dat nu precies?

IJzer komt als erts op vele plekken in de wereld voor. Dit ijzererts verschilt qua samenstelling en concentratie van plaats tot plaats. Door het ijzererts in ovens te verhitten, vloeit het ijzer uit het erts en ontstaat een product dat men ruwijzer noemt. Dit ruwijzer wordt nogmaals omgesmolten en heet dan gietijzer of het wordt verwerkt tot smeedbaar ijzer. Zie het schematische overzicht hieronder.

Smeedijzer

Naast het ijzer zitten er in het erts nog vele andere elementen zoals koolstof, silicium, mangaan, fosfor en zwavel. Deze bijmengingen worden bij het smelten van het ruwijzer voor een belangrijk deel aan het erts onttrokken. Dit gebeurt uiteraard door hitte, maar ook door toevoeging van meer of minder zuurstof. Het koolstof zal voor een belangrijk deel verbranden en naarmate er meer koolstof aan de massa onttrokken wordt, komt het smeltpunt hoger te liggen. Datzelfde geldt ook voor de andere bijmengingen die alle oxideren met de zuurstof. De eenvoudigste methode was door verbranding van houtskool (men gebruikte ook wel cokes) het ruwijzer tot smelting te brengen en de neervallende druppels gesmolten ruwijzer door een flinke luchtstroom te doen oxideren en dit enige malen te herhalen. Het ruwijzer werd derhalve steeds zuiverder. In het Duits noemde men dit 'herdfrischen' zodat men over het frischhaard-proces ging spreken. Per keer kon men in een oven slechts 70 tot 90 kilogram ijzer vervaardigen waarbij eenzelfde gewicht aan houtskool nodig was.
Op een gegeven moment bleef er een taaie, deegachtige massa over die niet meer vloeibaar is. De deeltjes van deze massa hechtten heel makkelijk aan elkaar (het aaneenwellen), zodat men over welijzer of smeedijzer sprak. 'Het goede frischhaarden smeedijzer is zeer zacht, zeer taai, zeer smeedbaar en welbaar en zeer betrouwbaar doch voor de moderne techniek lang niet sterk genoeg.' (Citaat uit het boekje 'IJzer en staal' van A. Vosmaer, 1920.)
Een enorme verbetering was de ontdekking van de puddeloven.

Puddelijzer

De Engelse ijzerfabrikant Henry Cort vond in 1784 een andere ijzerbereiding uit en wel door middel van het puddelen (to puddle = roeren). Dit proces werd uitgevoerd in een vlamoven met een laaggeplaatste bodem die bedekt was met een laag ijzeroxiden. Hierop werden stukken ruwijzer geplaatst, ook wel witijzer genoemd, en door vlammen vanuit een daarvoor geplaatste vuurhaard tot smelting gebracht. Zodra het ijzer vloeibaar was, werd een overmaat aan zuurstof en ijzeroxiderijke slakken toegevoerd waardoor de bovenlaag ging oxideren. Vervolgens werd met lange ijzeren haken dit vloeibare ijzer omgeroerd zodat er constant een nieuwe oppervlak werd gemaakt en op den duur al het ijzer aan de zuurstof en de slakken was blootgesteld. Het gevolg was een oxidatie van alle aanwezige koolstof, silicium, mangaan, fosfor en zwavel. Er bleef een koolstofarm ijzer over. Dit ijzer was echter in de oven niet meer vloeibaar, doch werd, naarmate het proces werd doorgevoerd, een steeds taaiere deegachtige massa. De ovens konden een lading van 200 tot 300 kilogram per keer verwerken. Het grootste probleem was het puddelen. Dit roeren gebeurde met de hand en was derhalve een zeer zwaar werk waarbij de kennis en ervaring van de vakman van grote invloed was. In het boekje uit 1920 staat de volgende zinsnede:
'Een poging om het handpuddelen te vervangen door machinaal puddelen kon natuurlijk niet slagen, omdat het roeren niet slechts een mechanisch roeren, doch juist een zeer overwogen gevoelsmanipulatie is - de werkman voelt aan de staaf hoe het staat met de ontkoling.'
Cort zelf heeft zijn vinding niet tot een succes kunnen brengen. Dat succes kwam pas in 1840 toen puddelaar Joseph Hall het kiezelzuurrijke materiaal, waarvan Cort de haard maakte, verving door ijzeroxide.
Vosmaer schreef in 1920 dat er 'heden ten dage zelfs nog puddelovens bestaan'.
Puddelijzer is nog lang gebruikt door de kettingsmid omdat hij een materiaal nodig had dat zeer goed welbaar was. Door het puddelproces tot het eind door te voeren, dus totdat bijna alle koolstof was verbrand, kreeg men het zachte, taaie puddelijzer of smeedijzer. Door echter eerder te stoppen verkreeg men het zogenaamde fijnkorrelijzer, met wat meer koolstof, en door nog eerder te stoppen puddelstaal. Het puddelstaal was als constructiemateriaal ongeschikt doch werd wel gebruikt bij de bereiding van staal.
Aan het einde van het puddelproces werd de massa in ballen verdeeld (vijf zes stuks). Door middel van drukken of hameren werden de aanwezig slakken uit de massa gedrukt en verkreeg men de ruwe blokken smeedijzer. Een enkele oven leverde per dag 3.000 à 5.000 kilo materiaal bij gebruik van ongeveer een gelijke hoeveelheid brandstof. Nu werd echter steenkool gebruikt in plaats van houtskool.
De productie werd wel aanzienlijk groter dan bij het herdfrischen, maar echt veel groter werd die pas toen het Bessemer-proces ontstond waarbij een veelvoud aan staal per oven kon worden bereid en bovendien van goede kwaliteit. Het einde van de puddeloven had dus vooral ook met de productiecapaciteit te maken.

Is puddelijzer herkenbaar?

Bij deze vraag begeef ik mij op glad ijs. In de tijd dat mijn tjalkje werd gebouwd (1903) was er nog wel puddelijzer. Volgens de oorspronkelijke meetbrief is zij gebouwd van staalijzer en dat is nu weer een benaming die ik nergens ben tegengekomen. Het materiaal is in elk geval goed te lassen. De zwaarden (die overigens pas in 1954 op mijn motortjalk werden aangebracht) zijn vermoedelijk van puddelijzer. Bij het ontroesten met de bikhamer valt op dat het wat 'schilferig' is. Dit zou wijzen op de ingesloten slakken. Slakken die ook bij het lassen voor de nodige problemen kunnen zorgen. Als we het boekje van Vosmaer er op naslaan, zien we dat onder puddelijzer geschreven staat: 'Een ernstige grief tegen smeedijzer verkregen door puddelen is dat het niet homogeen is en altijd nog slakken insluit. Na het uitwalsen tot plaatmateriaal verschilt het daardoor zeer sterk van vastheid in de walsrichting en de richting daar loodrecht op.'

Referenties:
Vosmaer, A. (1920).
IJzer en staal: hun bereiding, verwerking, eigenschappen en toepassingen.
Leiden: A.W. Siithoff's Uitgeversmaatschappij.

Kunstwerken van puddelijzer

Niet alleen schepen, maar ook kunst- en civiele werken werden in de negentiende eeuw geconstrueerd van puddelijzer.
Het meest aansprekende voorbeeld van een puddelijzerconstructie is wel de Eiffeltoren (1889). Producent van dit puddelijzer was la Société des Hauts Fourneaux, Forges et Aciéries de Pompey (1872 - 1986).
Het binnenwerk van het Vrijheidsbeeld (1886) zou ook van puddelijzer gemaakt zijn, dit is immers ook een ontwerp van Gustave Eiffel c.s. Evenals het Viaduct van Garabit, een boog-spoorbrug in het Franse Centraal Massief, gerealiseerd in 1884.