Stahl und Eisen, Jg. 47, Nr. 36

STAHL m EISEH

M ZEITSCHRIFT

FÜR DAS DEUTSCHE EISENHÜTTENWESEN.

Nr. 36. 8. Septem ber 1927. 47. Jahrgang.

Beiträge zur B estim m ung der Reduktionsfähigkeit von Steinkohlenkoks'k

Von G. As:de und H. S c h m it t in Darmstadt.

[Mitteilung aus dem Chem isch-Technischen u n d E lektrochem ischen In s titu t der Technischen H ochschule D a rm sta d t2 .]

(Theorie der R e d u k tio n sfä h ig k e it. D ie A rbeitsbedingungen. A p p a ra te u n d A rbeitsw eise nach e in e m neuen Bestimmungscerfahren. Berechnungsformel. R ic h tlin ie n fü r die A u sw e rtu n g der E rg eb n isse.) I |urch die Ergebnisse neuerer Forschungen über

die Vorgänge im Hochofen3) ist die Bedeu­

tung der Brenneigenschaften von Koks für den Hochofenprozeß nachgewiesen und die schon öfter bearbeitete Frage nach einer laboratoriumsmäßigen Bestimmung der Reduktionsfähigkeit von Koks wieder aufgeworfen worden. Die bisher beschrie­

benen Verfahren zur laboratoriumsmäßigen Be­

stimmung der Reduktionsfähigkeit von Koks leiden darunter, daß sie ohne genügend wissenschaftliche Grundlagen entwickelt worden sind, und es er­

scheint lohnend, das Problem der Uebertragung der Laboratoriums-Bestimmungsergebnisse auf die tech­

nischen Vorgänge erneut zu bearbeiten, wenn es möglich ist, ein wissenschaftlich einwandfreies La­

boratoriums-Bestimmungsverfahren anzuwenden. Die Auswertung der an anderer Stelle4) ausführlich be­

schriebenen Untersuchungen über die Theorie der Reduktionsfähigkeit von Steinkohlenkoks ermög­

lichen die Zusammenstellung eines wissenschaftlich einwandfreien Verfahrens. Unter Hinweis auf die dort gegebene eingehende Darstellung sei hier nur kurz auf diese Theorie eingegangen.

Bei der versuchsmäßigen Ermittlung der Ursache für die unterschiedliche Einstellungsgeschwindigkeit des Boudouardschen Gleichgewichts wurden bei gleichen Untersuchungsbedingungen Unterschiede so­

wohl chemischer als auch physikalischer Art ermittelt.

Sie werden nachstehend unter der Bezeichnung ,.Reduktionsfaktoren" aufgezählt.

I . C h e m is c h e F a k t o r e n : 1. Die A rt der K om ponenten

a) der K ohlenstoff;

a) am orpher K ohlenstoff [im Sinne von R u f f 5)];

ß) Gra p h ite, d a ru n te r a u ch G lanzkohlenstoff;

4) Die B ezeichnung R ed u k tio n sfäh ig k eit en tsp ric h t der Bezeichnung „ R eak tio n sfäh ig k eit gegen K ohlen­

säure“ .

J) Auszug aus dem Ber. C hem .-A ussch. V. d. E isenh.

Kr. 50(1927); zu beziehen vom V erlag S tahleisen m. b. H., Düsseldorf.

3) W ü s t : S t. u. E . 46 (1926) S. 822.

4) A g d e un d S c h m i t t : T heorie d er R ed u k tio n s- fahigkeit von Steinkohlenkoks auf G ru n d experim enteller Fntersuchungen. (H alle: W . K n a p p 1927.)

5) R u f f und H o h l f e l d : K olloid-Z. 36 (1925) S. 24.

b) der T eerkoks;

c) die Asche.

2. D as M engenverhältnis der K om ponenten a) am orpher K ohlenstoff — G ra p h it;

b) K o h len sto ff—X ieht kohle ns toff (M agerungsm ittel);

x) K ohlen sto ff—Teerkoks;

ß) R einkokssubstanz — Asche.

3. D ie R estgasent wie klung des K okses d urch a) ad so rb ierte Gase;

b) N ackzersetzungsgase.

ü . P h y s i k a l i s c h e F a k t o r e n :

1. Spezifische Größe der Grenzfläche K o k s—K ohlensäure.

2. G estaltu n g der G renzfläche K o k s —K ohlensäure (spe­

zifische Z ahl, F o rm u n d Q uerschnitt der Poren).

Gewöhnlicher, d. h. nicht überhitzter Reinkoks ist demnach ein Gemisch aus amorphem Kohlen­

stoff und Teerkoks. Der Teerkoks ist gewissermaßen die Einbettungsmasse des amorphen Kohlenstoffs und die Ursache der zeitigen Form des Kokses, der amorphe Kohlenstoff ist die Ursache der großober- flächigen Form, der Ultraporosität. Soweit die Asche nicht eisenhaltig ist und nicht katalytisch wirkt, nicht porös ist und einen verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt hat, wirkt sie nur als Magerungsmittel.

Die jeweilige Reduktionsfähigkeit eines Kokses ist die Summe der Wirkungen aller Reduktionsfaktoren.

Die gegenseitigen Beziehungen der einzelnen Fak­

toren zueinander lassen sich durch die einfache Formel ausdrücken. daß die Reduktionsfähigkeit eine Funk­

tion der jeweiligen Menge des dem Kohlensäurestrom ohne längere Diffusion zugänglichen Kohlenstoffs ist.

Der amorphe Kohlenstoff reagiert mit Kohlensäure bei Temperaturen über 385°, Graphit erst bei Tem­

peraturen über 940° mit meßbarer Geschwindigkeit.

Der amorphe Kohlenstoff entsteht in erster Linie aus der Restkohlensubstanz der Kokskohle6), in zweiter Linie und in verhältnismäßig geringen Mengen aus einer sekundären thermischen Zersetzung von Gasen und Dämpfen. Bei Temperaturen über 1100°

wandelt sich amorpher Kohlenstoff langsam, bei Temperaturen über 1600° schneller in Graphit um.

Der Teerkoks ist das feste Zersetzungsprodukt von nicht abdestilliertem Teer; außer der vorhandenen Menge an Teerkoks ist sein Zersetzungsgrad. d. h.

*) F r a n z F i s c h e r , H . B r o c h e u n d S t r a u c h : B rennstoff-C hem . 6 (1925) S. 33.

187

1478 S tah l un d Eisen. Beiträge zur Bestimm ung der Reduktionsfähigkeit von Steinkohlenkoks. 47. Ja h rg . N r. 36.

das stöchiometrische Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoff maßgebend für die Reduktionsfähigkeit.

Je nach diesem durch die Herstellungstemperatur bedingten Zersetzungsgrad und dem Unterschiede zwischen Herstellungs- und Untersuchungstemperatur wandelt sich der Teerkoks unter Schrumpfung und Abspaltung von Gasen während der Untersuchung zu wasserstoffärmeren Produkten um, deren Endglied Graphit ist. Die Umwandlung von Teerkoks in Graphit beginnt bei einer Temperatur von etwa 850°.

Die bei dieser Nacherhitzung durch Nachentgasung frei werdenden Gase und die adsorbiert gewesenen Gase ändern die Reduktionsfähigkeit zeitweise da­

durch, daß sie den Teildruck der Kohlensäure ändern und während des Entweichens zeitweilig die Koks­

poren verstopfen, d. h. die Menge des dem Kohlen­

säurestrom zugänglichen Kohlenstoffs herabsetzen.

Die Zugängüchkeit des mit einem Kohlensäure­

strom reagierenden Kohlenstoffs ist in erster Linie bedingt durch die spezifische Zahl, Form und Quer- schnittsgröße der Poren, die die spezifische Größe der vom Kohlensäurestrom ohne längere Diffusion berührbaren Fläche bestimmen. Die Querschnitte der Poren werden beim Erhitzen auf Temperaturen, die über der Flerstellungstemperatur liegen, kleiner, wodurch die ohne Diffusion erreichbare Fläche eben­

falls kleiner wird. Die relative Zugängüchkeit des reagierenden Kohlenstoffs ist bei gleichem Koks von der Stückgröße abhängig; je kleiner die Stücke, desto mehr Kohlenstoff kann von dem Kohlensäure­

strom ohne Diffusion berührt werden. Poröse Aschen können die Zugänglichkeit erhöhen, Aschenschmelz­

flüsse sie herabsetzen.

Die jeweiüge Reduktionsfähigkeit bei gleichen Untersuchungs- oder Vergasungsbedingungen kann sich im Verlaufe der Untersuchung ändern. Die Ursachen dafür können entweder sein, daß ein Teil des dem Kohlensäurestrom zugängüchen Kohlen­

stoffs vergast wird — Abfallen der Kurve — , oder daß während der Vergasung eine größere Menge Kohlen­

stoffs zugänglich wird als zu einem früheren Zeit­

punkt — Ansteigen der Kurve — . Die Vermehrung des zugängüchen Kohlenstoffs kann bedingt sein durch Formänderungen, z. B. infolge Stückgrößen­

verminderung oder durch Zersetzen und Schrumpfen der Teerkokskomponente unter Bildung von Rissen, Klüften usw. oder Abdestüüeren von Teerresten.

Eine kritische Betrachtung der bisher beschrie­

benen Laboratoriumsverfahren vom Gesichtspunkte dieser Theorie zwecks ZusammensteUung eines Ver­

fahrens, dessen Ergebnisse möglichst weitgehende Aufschlüsse über die Brenneigenschaften des zu untersuchenden Kokses gestatten, hat zu einem Verfahren geführt, dessen Grundlage die Messung der Einstellungsgeschwindigkeit des Kohlensäure- Kohlenoxyd-Gleichgewichts ist, das aber gleichzeitig gestattet, auch den Reduktionspunkt, d. h. den Tem­

peraturpunkt, bei dem die Kohlensäure mit Koks zu reagieren beginnt, sowie die Vergasungsgeschwin­

digkeit zu bestimmen, d. h. den Gewichtsverlust des Kokses in der Zeiteinheit bei der Reaktion mit Kohlensäure bei hoher Temperatur.

Die ZusammensteUung dieses Verfahrens war möglich durch eine Apparatur, die es gestattet, laufend in Abständen von je 10 min den Gehalt der gasförmigen Reaktionsprodukte auf Kohlensäure, Kohlenoxyd und Restgase — so wird das Gemisch von Methan, Wasserstoff, Stickstoff, Ammoniak genannt — zu untersuchen, wie weiter unten be­

schrieben wird. Die Grundlagen der Apparatur sind, wie bei den meisten anderen Verfahren, die, daß die Reaktion des Kokses mit Kohlensäure in einem elektrisch erhitzten Rohr stattfindet, dadurch, daß angewärmte Kohlensäure durch ein abgemessenes Volumen stückigen Kokses geleitet und die bei der Reaktion entstehenden Gase dann analysiert werden.

Beim Anheizen auf Reaktionstemperatur wird der Reaktionspunkt, nach Beendigung der Untersuchung durch Zurückwägen die Vergasungsgeschwindigkeit des Kokses bestimmt.

Gemäß der Theorie müssen bei der Durchführung des Verfahrens folgende Arbeitsbedingungen erfüllt werden:

1. Die zur Untersuchung bestimmte Probe darf nicht in Pulverform, sondern muß in Kornform benutzt werden, um den Einfluß der Oberflächen­

gestaltung des Kokses bei der Untersuchung an der Gasentwicklung teilnehmen zu lassen und den Ein­

fluß einer etwaigen Nachverkokung auf die nicht in Reaktion tretenden Kornteile auswirken zu lassen und erkennbar zu gestalten. Die Körner müssen unter sich mögüchst gleich groß sein; es wird eine Korngröße von 3 bis 4 mm empfohlen. Diese Maß­

größe ist so zu verstehen, daß die Koksstücke durch ein Sieb mit quadratischen Maschen von 4 mm Maschenweite hindurchfaüen und auf einem Sieb von 3 mm üegen bleiben. Der Verwendung größerer Kornabmessungen stehen keine grundsätzlichen Be­

denken entgegen.

Das Verhältnis der Abmessungen des zur Unter­

suchung kommenden Koksvolumens zu der als Strom darüber zu leitenden Kohlensäuremenge muß im Gegensatz zu der bisher willküriichen Bemessung so sein, daß nur im Idealfaü der Verwendung des höchst reduktionsfähigen Kokses die von der Tem­

peratur abhängige Kohlensäure-Kohlenoxyd-Gleich- gewichtshöhe erreicht wird. Dieses Verhältnis von Kohlensäure-Strömungsgeschwindigkeit zum Koks­

volumen wird so eingestellt, daß bei Verwendung von restgasfreier aktiver Kohle oder restgasfreiem Grudekoks bei gegebenem Rohrquerschnitt und gegebener Koksschichtlänge die Strömungsgeschwin­

digkeit der Kohlensäure so bemessen wird, daß die jeweiüge theoretische Gleichgewichtshöhe für die Untersuchungstemperatur noch nicht erreicht wird.

Dieses Koksvolumen muß dann für eine bestimmte Apparatur stets beibehalten werden. Ein genügend gleichmäßiges Abmessen dieses Volumens erhält man in einem Meßzylinder, wobei man den notwen­

digen gleichen Stauchungsgrad durch Faüenlassen des gefüllten Meßzylinders aus gleicher Flöhe durch ein Rohr hindurch auf eine Filzunterlage erreicht.

Bei der Bemessung der Kohlensäure-Strömungs­

geschwindigkeit für vergleichende Versuche an Gas-

8. Septem ber 1927. Beiträge zur Bestim m ung der Reduktionsfähigkeit von Steinkohlenkoks. S ta h l u n d Eisen. 147 9 erzeugern und Hochöfen muß beachtet werden, daß

beim Laboratoriumsversuch die Strömungsgeschwin­

digkeit so groß gewählt wird, daß der störende Einfluß der aus dem Koks entweichenden Restgase möglichst weitgehend ausgeschaltet wird.

Als Untersuchungstemperaturen werden 900 und 1000° vorgeschlagen. Bei 900° tritt der Einfluß des zugänglichen amorphen Kohlenstoffs besonders stark hervor, bei 1000° nimmt etwa vorhandener Graphit schon an der Reaktion teil; ebenso ist der Einfluß katalytischer Vorgänge erkennbar. Wenn diese katalytischen Einflüsse ausgeschal­

tet sind, tritt der Einfluß der Ober­

flächengestaltung in Erscheinung, n

A p p a ra tu r und A r b e its w e is e .

a) Die dauernde Prüfung der Kohlensäure- Strömungsgeschwindigkeit erfolgt nach Feststellung der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit durch einen Strömungsmesser; die Kohlensäure wird mit konzentrierter Schwefelsäure und mit Chlorkalzium getrocknet. Sie muß luftfrei sein und kann einem Kippschen Apparat oder einer Flasche entnommen wer­

den. Die Luftfreiheit muß durch Blindversuche fest­

gestellt werden.

Azotom eter

Regulier- widerstand

Steigrohr

hireauhalter

zu r Wasser- strah/pumpe

A bbildung 3.

Gasanalysen- A p p a ratu r fü r die

U ntersuchung größerer K oks­

m engen.

Abbildung 1.

V ersuchsanordnung zur B estim m ung der R eduktions­

fäh ig k eit von Koks.

Ronstaozmarke

weil bei 1000° die Reaktionsgeschwindigkeiten der Kohlenstoffmodifikationen gleich werden.

Die Untersuchungsdauer beträgt zweckmäßig 2 st bei Ermittlung der Gaszusammensetzung in Abständen von 10 min. Bei längerer Dauer treten Verschleierungen auf, die schwer zu deuten sind.

Als Maßstab für die vergleichenden Untersuchun­

gen werden am zweckmäßigsten die Prozente der angewandten Kohlensäure benutzt oder die durch Umrechnung daraus erhaltbaren Prozente der’theo­

retischen Gasgleichgewichtshöhe.

*-Abga3e Rüh/scha/e u.Rersch/ufi

- W asser

Temperatur.

messung

'Sch/if Roh/ensöure

Thermoelemente in Schutzröhren t 'W.

Temperatur; beim ßase/rrtr/tf

C/ektrischer Ofbn . ^R-M ante/aus Ouarz

t

l l

I vZr Temperatur am J f l ^ Reaktionsort

W >-S/ebp/atte

Abbildung 2. Q uarzrohr-A nordnung zur B estim m ung der R eduktionsfähigkeit von K oks.

b) Der Ofen. Die in Abb. 1 veranschaulichte Apparatur hat sich als zweckmäßig erwiesen, weil sie gestattet, das Verbrennungsrohr herauszunehmen und zur Bestimmung der Vergasungsgeschwindigkeit die Probe zurückzuwiegen. Der Koks liegt dabei auf einer Asbestwollschicht.

Zur Untersuchung größerer Mengen Koks, wie sie wegen der Schwierigkeit des einwandfreien Probenehmens erwünscht ist, hat sich die in Abb. 2 dargestellte Form bewährt.

c) Die G a s a n a ly s e n a p p a r a tu r besteht aus zwei durch Wechselhahn abwechselnd nach gleichen Zeitabschnitten füllbaren Gasmeßgefäßen, die zum Einhalten eines konstanten Aufnahmedruckes mit Mveauhaltern versehen sind. Diese Niveauhalter sind Glasrohre, die etwas länger sind als die Bürette;

unten tragen die Röhren je eine birnenförmige Er­

weiterung, die in einen Schlauchstutzen übergeht, seitlich ist ein Zuflußstutzen eingeschmolzen mit der eigentlichen, oben etwas abgeschrägten Niveaumün­

dung. Die Einschaltung des Niveauhalters erfolgt so, daß sein Zuflußstutzen mit dem Ablaufstutzen des Azotometers und der Ablaufstutzen des Niveau­

halters mit dem Niveaugefäß durch Gummischläuche verbunden werden. Die Einstellung des Druckes in der Apparatur erfolgt durch entsprechendes Ein­

stellen der Niveaumündung. Will man z. B. den Reaktionsraum vor dem Einleiten von Gas auf Atmosphärendruck einstellen, so wird der Niveauhal­

ter bei offenem Gasstutzen der Bürette so eingestellt, daß bei weiterem Senken des Niveauhalters gerade Luft in die Bürette gesaugt wird. Das Ablesen der Bürette erfolgt wie gewöhnlich durch Heben des

1480 S ta h l u n d Eisen. Beiträge zur Bestimm ung der Reduktionsfähigkeit von Steinkohlenkoka. 47. Ja h rg . N r. 36.

Niveaugefäßes. Während der Versuchsdauer muß selbstverständlich das Mveaugefäß so tief stehen, daß sein Flüssigkeitsspiegel dauernd tiefer liegt als die Mveaumündung. Die Niveauhalter müssen dem je­

weiligen atmosphärischen Luftdruck angepaßt werden.

Zum Auffangen größerer Gasmengen kann man sich statt der Büretten mit Vorteil der in Abb. 3 dargestellten Form des Apparates bedienen; je eine Flasche mit Bodentubus dient dabei als Gassammel­

gefäß, ein Meßzylinder als Meßgefäß, Niveauhalter und Niveaugefäß können ein- und ausgeschaltet werden, und die Messung der aufgefangenen Gasmenge erfolgt im Meßzylinder durch Feststellung der nach Rückgabe der Niveauwassermenge in das angehobene Niveaugefäß bis zu der dort angebrachten Konstanz­

marke verbleibenden Wassermenge. Das Wieder­

füllen der Flasche geschieht am besten durch Ansau­

gen mittels Unterdrucks, wobei die Flüssigkeit aus dem Meßzylinder in das Niveaugefäß gegeben wird.

Von den beiden Gasaufnahmegefäßen ist das eine mit Kalilauge gefüllt, das andere mit angesäuertem Wasser. Man läßt nach bestimmten Zeitabschnitten

—- z. B. 5 min — abwechselnd das Reaktionsgas in je eine der Büretten, und man hat dann durch Ab­

lesung an der Wasserbürette die Gesamtmenge an Gas einschließlich nicht umgesetzter Kohlensäure und an der Kalilaugebürette die Gasmenge ohne diese.

Mit Rücksicht darauf, daß während der Füllzeit der Büretten Aenderungen in der Zusammensetzung des Gases auftreten, nimmt man zur Ermittlung des Unterschiedes zweckmäßig nicht zwei hintereinander folgende Messungen, sondern bezieht eine Einzel­

messung auf das arithmetische Mittel der jeweils vor und hinter dieser Einzelmessung liegenden Fest­

stellungen. Die Berechnung der Ablesungen erfolgt, da die angewandte Menge an Kohlensäure bekannt ist und die umgesetzte und durch Restbestimmung der nicht umgesetzten Menge meßbare Reaktions­

kohlensäure das doppelte Volumen an Kohlenoxyd ergibt, auf Grund folgender Gleichungen, in denen bedeuten:

a = angewandte Kohlensäuremenge,

u = abgelesene Werte an der Wasserbürette, v = abgelesene Werte an der Kalilaugebürette, x = Restgasmenge.

C 02 = u — v CO = 2 (a — u + v) Restgas = 2 (u — a —

y2

% Reduktionsfähigkeit = — —— — a

Die Arbeitsweise mit der Apparatur ist folgende:

Nachdem das spezifische Koksvolumen in die Quarzröhre (Verbrennungsröhre) gebracht ist, läßt man einen Kohlensäurestrom in der gewählten Stärke bei einer stets gleichzuhaltenden Temperatur von z. B 200 bis 300° während etwa 2 bis 3 st bis zur vollständigen Trocknung und Verdrängung ad­

sorbierter Gasreste durch die Kokssäule streichen.

Während dieser Zeit entfernt man das Küken des Wechselhahnes. Nur zur gelegentlichen Prüfung auf Gasfreiheit läßt man die Abgase in die Kalilauge­

bürette gehen, in der bei Gasfreiheit nur einige ganz kleine Bläschen aufsteigen dürfen. Daß manch­

mal überhaupt noch etwas Gas vorhanden ist, rührt dann meist daher, daß erstens die Kohlensäure schwer vollkommen luftfrei zu bekommen ist, und daß zwei­

tens der Koks bei 200 bis 300° immer noch eine gewisse Adsorptionsfähigkeit für Gase aufweist.

Diese Vorbereitung des Kokses erfordert bei manchen technischen Koksen sogar 4 bis 6 st.

Geht man mit der Temperatur höher als die Ver­

drängungstemperatur von z. B. 200° und läßt man dabei die Abgase in die Kalilaugebürette gehen, so tritt bei einer gewissen Temperatur der Fall ein, daß die Zunahme an Gas während eines bestimmten Zeitraumes, z. B. innerhalb 10 min, einen vorher gemessenen konstanten Wert stark übersteigt. Diese Temperatur wird die Temperatur des Reduktions­

beginns — kurz „Reduktionspunkt“ — genannt und ist die von F is c h e r und Mitarbeitern7) als „Tem­

peratur der beginnenden Verbrennlichkeit“ bezeich- nete. Es ist notwendig, daß man bei der genaueren Bestimmung dieser Temperatur eine bestimmte Anheizgeschwindigkeit, z. B. 10° je 5 min, einhält, nachdem man durch einen Vorversuch den Tempera­

turpunkt schon annähernd ermittelt hat. Nach dieser Feststellung des Reduktionsbeginns stellt man den Kohlensäurestrom ab und heizt weiter an bis zu der für die Reduktionsfähigkeitsmessung gewählten Untersuchungstemperatur. Während dieses Anhei­

zens auf die Versuchstemperatur bei abgestelltem Kohlensäurestrom läßt man die abdestillierenden Gase bzw. die adsorbiert gewesene Kohlensäure in die Wasserbürette, um auf diese Weise die Apparatur vollkommen gegen die Außenluft abzuschließen.

Dabei kann gleichzeitig nach Vorschlag von K öp ­ p e r s8) festgesteüt werden, bei welcher Temperatur der Koks hergestellt is t ; es ist der Temperaturpunkt, bei dem die durch Nachentgasung bewirkte Gasent­

wicklung plötzlich stark einsetzt.

Da die Restgase, die durch Nachverkokung ent­

stehen, wenn die Koksherstellungstemperatur unter der Untersuchungstemperatur liegt, mittelbar einen sehr großen Einfluß auf die Reduktionsfähigkeits­

bestimmung ausüben, so ist besonders darauf zu achten, daß auch bei einer solchen Nachverkokung gleichbleibende Versuchsbedingungen vorliegen, so nämlich, daß beim Anheizen auf die Versuchstem­

peratur stets die gleiche Anheizgeschwindigkeit, z. B. 25° je 5 min, eingehalten wird.

Bei der Versuchstemperatur angelangt, wird der Kohlensäurestrom wieder in der vorher eingestellten Stärke über den Koks geleitet und sofort mit den Ablesungen an den Büretten begonnen. Der weitere Verlauf der Untersuchungen ist aus dem oben dar­

gestellten Grundgedanken der Gasanalyse ersichtlich.

Die nach der angegebenen Formel errechneten Reduktionsfähigkeitswerte werden zweckmäßig in ein Koordinatensystem als Abhängige von der Zeit eingetragen, und zwar derart, daß z. B. der Wert

7) F i s c h e r , B r e u e r u n d B r o c h e : Brennstoff- Chem. 4 (1923) S. 33.

8) K op p ers-M itt. 4 (1922) S. 190.

8. September 1927. Beiträge zur Bestim m ung der Reduktionsfähigkeit von Steinkohlenlcolcs. S ta h l u nd Eisen. 1481 am Ende eines 10 min dauernden Zeitabschnittes als Untersuchung bzw. der Reaktion maßgebend sind;

Mittelwert für die Reduktionsfähigkeit des Kokses man kann z. B. einerseits ungare Kokse von garen während dieser 10 min betrachtet wird. und überhitzten, anderseits solche mit verhältnis- Man erhält im allgemeinen folgende Arten von mäßig hohem Gehalt an zugänglichem Kohlenstoff Kurven: Hochlage, Mittellage und Tieflage, bei denen von solchen mit hohem Gehalt an Teerkoks unter- die Kurven jeweils ansteigend, wagerecht oder ab- scheiden und nach derartigen Gesichtspunkten die fallend verlaufen können. Vergleichsversuche in Gaserzeugern und Hochöfen

An Hand der Theorie der Reduktionsfähigkeit, vornehmen,

wie sie in dem ersten Teile dieser Arbeit dargelegt Z u sa m m e n fa ssu n g ,

wurde, kann man aus der Höhenlage der Kurven, Es werden die wissenschaftlichen Grundlagen, der Restgasmenge und der Ermittlung des Gewichts- Apparate und Arbeitsweisen für ein wissenschaftlich Verlustes die Ursachen erkennen, die für die jeweiligen begründetes Bestimmungsverfahren der Reduktions- Geschwindigkeitsunterschiede bei der Gleichgewichts- fähigkeit von Koks dargestellt und Richtlinien für einstellung und ihrer Aenderungen während der die Bewertung von Koks gegeben.

An den B ericht schloß sich folgender M e i n u n g s ­ a u s t a u s c h an.

Dr. H . J . v a n R o y e n (H ö rd e): U m zu d e r F rage der Reaktionsfähigkeit des K okses im H ochofen Stellung nehmen zu können, is t es notw endig, z u n äch st einen Ueberblick über die Vorgänge im H ochofen selb st zu gewinnen. Die E rzeugung von R oheisen fin d et u n te r U m ­ wandlung von W ärm eenergie in chem ische E nergie s t a t t ; sie wird also beherrscht d urch den zw eiten W ärm esatz

Der B etrag der n u tzb a re n W ärm e (A) is t also p ro ­ portional der W ärm etönung ( Q ) u n d dem zur V erfügung stehenden T em peraturgefälle (dT ) u n d um g ek eh rt pro­

portional der absoluten T em p era tu r (T). H ie rm it ste h t im Einklang, d aß eine g rundsätzliche V erbesserung des H ochofenbetriebes auch n u r d urch die E in fü h ru n g der W inderhitzung im J a h re 1828 du rch XeiLson erzielt wurde, und ebenfalls die T atsache, d a ß W ärm ebilanzen, wenn auch noch so sorgfältig d u rc h g efü h rt, zu einer grundlegenden U m g estaltu n g des H ochofenbetriebes niemals geführt h ab en u n d niem als fü h re n w erden, weil man darin von W ärm em engen ohne B erücksichtigung ihrer T em peratur, geschweige d en n von ihrem n u tzb a ren Temperaturgefälle sp rich t.

Die chem ischen V orgänge im H ochofen setzen sich zusammen aus einer großen Z ahl unvo llstän d ig ver­

laufender R eaktionen, die in ihrem A blauf d u rch einen Gleichgewichtszustand begrenzt sind. Die Gleichge­

wichtslage ste llt die Grenze der L eistungsfähigkeit der Ausgangsstoffe dar. W enn in jed er T em p eratu rzo n e des Hochofens das G leichgew icht e rre ich t w ürde, h ä tte m an den idealen Hochofengang. Dieser F a ll t r i t t a b e r in Wirklichkeit n ich t ein ; die G eschw indigkeit des G as­

stromes ist zu groß. D er A b sta n d vo n d er G leichgew ichts­

lage wird in jeder Zone am kleinsten sein, w enn die T rieb ­ kraft der chem ischen R eak tio n en , d. i. die A ffin ität, durch die die R eaktionsgeschw indigkeit b ed in g t is t, der Geschwindigkeit des Gasstrom es un d des Niederganges der Beschickung an g ep aß t ist, d. h. m it dieser im Gleich­

gewicht ist. Jede A enderung in dem N iedergang der Beschickung, ein H ängenbleiben derselben, ein d a ra u f­

folgendes plötzliches N achkom m en s tö r t die vorhanden gewesene A bstim m ung auf die chem ische Z usam m en­

setzung des G asstrom es. Die p rak tisch e E rfah ru n g am Hochofen zeigt, daß n ich ts die E rzeugung des Ofens un d die Güte des Eisens so d rü c k t u n d d en K o k sv erb rau ch so steigert wie eine U nregelm äßigkeit des Ofenganges.

Diese w ird n u n in hohem Maße hervorgerufen durch schlechten K oks, d. h. K oks, der leich t zerbröckelt un d eine ungleichmäßige Stückgröße h a t. D u rch keine L a ­ boratoriumsversuche k an n m an diese E igenschaft des Kokses erfassen. D as V erfahren des V o rtrag en d en g ib t uns auch in dieser H insicht keinen A n h alt. Im Gegenteil, man m uß eher erw arten, d aß der in geheiztem R o h r reaktionsfähigste K oks im H ochofen am leich testen zer­

bröckeln wird.

Ic h kom me n u n zurück auf die B edeutung d er T em ­ p e ra tu r fü r die H öhe des K oks Verbrauches. F ü r jede Zone des Hochofens g ilt, d a ß der oberste G renzw ert der A rbeitsfähigkeit des Gasstrom es, nach H elm holtz die A enderung der freien E nergie, nach v a n 't Hoff die A ffin ität des System s, au sg ed rü ck t w ird d urch eine F o r­

mel, in der au ß er d er W ärm etönung m ehrere G lieder m it der ab so lu ten T em p era tu r als F a k to re n V orkom m en:

AT = q 0 — a T + a T ln T + % ß T 2 — R T 2 1 n p n + T K o n st., w orin b ed eu ten :

At = A ffin ität bei der ab so lu ten T em p eratu r T , q 0 = W ärm etönung der R e ak tio n bei 0°, a u . f i = K o n s ta n ten der spezifischen W ärm e d e r b e ­

teilig ten Stoffe, R = G askonstante, T = ab solutb T em p eratu r,

ln p n = die n a tü rlich en L o garithm en der T eildrücke (p) der b eteiligten Gase u n d n ihre M olekül­

zahl, bei denen die en tsteh en d en Gase p o sitiv u n d die verschw indenden n e g ativ zu nehm en sind,

K o n st. = In teg ra tio n sk o n sta n ten .

N ehm en war als Beispiel die w ichtigste R e ak tio n des H ochofens

F e O + CO - > F e + C 0 2, so la u te t die A ffin itätsfo rm el:

A = 2648 + 10,7 T ln T — 0,0058 T 2 — 29,75 T - R T l n — l .

Pco

H iernach ergeben sich fü r die im H ochofen h e rr­

schenden T em p eratu ren u n d G aszusam m ensetzungen A ffin itä ten von 1369 bis 13 701 cal.

W ill m an d en Ofen gün stig beeinflussen, so m uß m an d en W irkungsgrad des System s g ünstiger g estalten , die A ffin itä t der s ta ttfin d e n d e n R e ak tio n en v ergrößern;

u n d dabei sp ielt die T em p eratu r eine H au p tro lle. Irg e n d ­ w elche A ussagen ü b er die erreich b aren T em p eratu ren im H ochofen kö n n en L ab o ratorium sversuche m it K oks allein, wie die u n s h e u te gezeigten, n ic h t liefern.

W en n bei einer D am pfm aschine uns allen geläufig ist, d aß die n u tzb a re W ärm eenergie p ro p o rtio n a l dem T em peraturgefälle zw ischen D am pfkessel u n d K o n d en ­ s a to r is t, so m uß es bei d en h ü tte n m än n isc h en Prozessen ebenso einleuchten, d a ß die A u snutzung der W ärm e­

energie p ro p o rtio n al is t dem Gefälle zw ischen H ö ch st­

te m p e ra tu r der aufgew endeten W ärm em enge u n d der B ild u n g stem p eratu r des E nderzeugnisses. H ier ko m m t m eh r als so n st irgendw o der zw eite W ärm esatz m it seiner ganzen W u ch t zur G eltu n g ; denn das verfügbare Gefälle is t ja n ic h t groß, u n d w ir bewegen uns m it den tech n isch en A p p a rate n a n d e r Grenze des ü b e rh au p t E rreich b aren .

W as ist dieses Gefälle im H ochofen ? Die u n te re G renze is t die B ild u n g ste m p era tu r des R oheisens u n d d er Schlacke, w ährend die obere G renze die T em p era tu r

1482 S tahl und Eisen. Beiträge zur Bestimm ung der Reduktionsfähigkeit von Steinkohlenkoks. 47. Ja h rg . N r. 36.

vor den Form en d arstellt. D aß das Gefälle n ich t groß ist, folgt daraus, d aß die geringste Störung, eine solche von wenigen G raden, die Beschaffenheit des Roheisens verän d ert, un d d aß bei R oheisensorten m it höherer B ildungstem peratur, z. B. hochsilizium haltigem H ä m atit, Spiegeleisen m it 10 % Mn oder Ferrom angan, die E m p ­ findlichkeit erheblich zunim m t. M an erk en n t das b e­

kan n tlich an der sofort ein treten d en dunkleren F ärbung d er L auf schlacken.

H ier zeigt n u n die E rfah ru n g am Ofen, daß die h öchsten T em p eratu ren vor den Form en erzielt w erden m it einem K oks, der in h arten , eckigen, d. h. also wenig angegriffenen Stücken in der V erbrennungszone ankom m t, also einem Koks, der m öglichst u n v erletzt die Reise durch den Ofen ü b erstan d en h a t. Die therm odynam ische B etrachtungsw eise des Hochofenganges ste h t also im vollen E inklang m it den E rfah ru n g en des p raktischen Hochofenbetriebes, u n d sie zeigt uns, daß n u r praktische Versuche am Hochofen A ufklärung geben können. Solche V ersuche m it K oks verschiedener Zechen, a n denen ich beteiligt w ar, ergaben in der T a t U nterschiede.

I n diesem Z usam m enhänge w äre noch zu sagen, d a ß alle M aßnahmen, die die T em p eratu r des Ofens steigern werden, eine große Z uk u n ft haben m üssen; ich nenne hier z. B. Sauerstoffanreicherung des Gebläse­

windes u n d das E inblasen von hochw ertigem B rennstoff in die Form ebene oder kurz darüber.

D r. phil. H . G re w e (H örde): Wie der V ortragende ausg efü h rt h a t, w ird das Abgas zur U ntersuchung z u ­ n äch st in ein A zotom eter, das m it v erd ü n n ter Schwefel­

säure gefüllt ist, geleitet, um die Gasmenge zu erm itteln, die w ährend eines b estim m ten Z eitabschnittes die A ppa­

r a tu r v erläß t. D arauf w ird durch U m stellen des W echsel­

hahnes das Abgas die gleiche Zeitlang in ein zweites m it K alilauge gefülltes A zotom eter geleitet. D er G ehalt a n K ohlensäure erg ib t sich d an n als Differenz der Gas­

m enge in W asserbürette u n d K alilaugebürette.

Es scheint m ir fast, als ob diese V ersuchsanordnung die M öglichkeit einer Fehlerquelle in sich birgt. Z unächst w ird die in der A p p a ratu r eingeschlossene K oksprobe w ährend des Z eitabschnittes, in dem das Gas in die K a li­

laugebürette geht, n ich t m ehr die gleiche sein wie w ährend der Z eitspanne, zu der es in die W asserbürette geleitet wurde. Die N achverkokung w ird w eitergegangen sein, K ohlenstoff ist vergast worden, der K oks is t aschereicher geworden. Die einw irkende K ohlensäure t r i t t also zu dieser Zeit m it einem Koks anderer B eschaffenheit in R eak tio n als w ährend des ersten Z eitabschnittes. Der hierdurch hervorgerufene F ehler w ird kaum sehr groß sein, ist ab er doch durch die V ersuchsanordnung bedingt.

W eiter w ird es n u r schwer zu erreichen sein, die Ström ungsgeschw indigkeit der K ohlensäure w ährend der beiden Z eitabschnitte vollkom m en k o n sta n t zu halten , zum al w enn die K ohlensäure in einem K ippschen A p p a­

r a t entw ickelt wird, in dem die Entw icklung infolge des ungleichm äßigen Angriffs der Salzsäure auf den M arm or usw. stets stoßweise erfolgt. Ebenso kan n die Stauung des G asstrom es, die durch den Versuchskoks h erv o r­

gerufen wird, sich ändern. Eine Gewähr, daß w ährend der Zeit, in der das Gas in die K alilaugebürette geht, tatsäch lich die gleiche Abgasmenge die A p p a ratu r v e r­

lä ß t wie die in der W asserbürette gemessene, is t kaum vorhanden. U nd da die K ohlensäure durch Vergleich der beiden V olum ina bestim m t wird, könnte doch eine U nsicherheit in die B estim m ung hineingetragen werden.

Diese U nsicherheiten lassen sich meines E rachtens beheben, wenn das Gas in einer der gebräuchlichen G as­

b ü re tten , beispielsweise einer H em pel-B ürette, au f­

gefangen w ürde. Zwischen B ü rette und N iveaurohr könnte ¿ der seh r p rak tisch e N iveauhalter, wie ihn der V ortragende angegeben h a t, eingeschaltet un d m it Hilfe ein er Zw ischenverbindung un d einiger Q uetschhähne auch so an g eb rach t w erden, daß das Ablesen des Gas­

volum ens in der M eßbürette u n d das H inüberdrücken in eine K alilaugepipette möglich ist. W ürde auf diese Weise z u r B estim m ung des Volumens u n d der K o h len ­ säure dieselbe Gasmenge b e n u tz t, so b rau ch te m an einerseits die W asserdam pfspannung n ich t zu b erü ck ­ sichtigen u n d w äre anderseits unabhängig von den Aende-

rungen, denen der Versuchskoks u n d die Ström ungsge- schw indigkeit der K ohlensäure in den zwei au einan er folgenden Z eitab sch n itten m öglicherweise unterw orfen sind.

Professor D r. A g d e (D a rm s tad t): D as von m ir an ­ gegebene V erfahren ist selbstverständlich nach allen R ich tu n g en n ach g ep rü ft w orden, auch m it der eben erw ähnten A nordnung, u n d zw ar d u rc h A nschaltung v on O rsatp ip etten an die A z o to m e ter; dabei is t genügende U ebereinstim m ung m it der angegebenen A nalysenart gefunden worden. U ngleichm äßigkeiten in der K ohlen­

säureentw icklung im K ippschen A p p a ra t können ver­

m ieden w erden; hierzu sei auch auf die in dem Bericht erw ähnte V orrichtung von T h ö rn er zur E rzielung eines k o n sta n te n K ohlensäurestrom s im K ip p sch en A pparat hingewiesen. Die b e an sta n d ete n Substanz- u n d Volumen­

änderungen im K oks sind in n erh alb der k u rzen Zeitab­

sc h n itte von 5 m in so gering, d aß sie u n b e a c h te t bleihen können im H inblick darauf, d aß das V erfahren n u r orien­

tierende W erte ergibt.

Die in m einem B erich t g em ach ten A ngaben wollen keine Lösung des K oksproblem s fü r d en Hochofenprozeß bringen, sie stellen vielm ehr einen B eitrag zur Meß­

m ethodik dar. Die A nregung dazu s ta m m t aus der P ra x is der G asherstellung, wo die A usw irkungen der R edu k tio n sfäh ig k eit von K oks viel k larer in Erscheinung tre te n als beim H ochofenprozeß. D a n a c h im Gange befindlichen U ntersuchungen die H ä rte eines Kokses im w esentlichen abhängig von der Menge u n d dem Zerset­

zungsgrad der T eerkokskom ponente ist, so scheint also das Id eal eines H ochofenkokses nach d en A nsichten der D iskussionsredner ein K oks m it besonders hohem Teer­

kok sg eh alt u n d einem hohen Z ersetzungsgrad der Teer­

kokskom ponente zu sein; das angegebene U ntersuchungs­

v erfah ren kön n te d a n n a b er im m erhin doch noch Auf­

schluß über etw aige U nterschiede im Zersetzungsgrad des Teerkokses u n d der O berflächengestaltung geben.

Eine B estim m ung der A briebfestigkeit e rsetz t sie aber nich t.

D r. phil. W . M e lz e r (Brem en-O slebshausen): Das uns h eu te m itg eteilte V erfahren ste llt tro tz mancher Analogien m it einigen schon b ek an n ten Verfahren zweifelsohne eine w ertvolle B ereicherung unserer K ennt­

nisse in der S treitfrag e der K oksbeschaffenheit dar, zu­

m al da es frei von jed er E m pirie ist. E s h a t allerdings m it den m eisten V erfahren den N a ch teil der Labora­

to riu m sv erfah ren gem einsam , zu kleine Kokskörnungen u n d zu geringe Probem engen zu verw enden. Bekanntlich ist eine D urch sch n ittsp ro b e von einem K oksbrand von rd. 6 t a n sich schon au ß ero rd e n tlich schwierig hei der V erschiedenartigkeit der S tücke je n ach Lage in der K am m er zu nehm en. Im H in b lick auf die von dem Vor­

trag e n d en angezogene F rag e der G renzfläche un d der U ltrap o ro s ität bin ich der A nsicht, d a ß bei einer Zer­

kleinerung des K okses auf 3 bis 5 m m K örnung seine n atü rlich e Oberfläche, die bei der Reaktionsfähigkeit eine große Rolle spielt, zerstö rt w ird u n d in der kleinen P robe ein M uster h erau sk o m m t, das n ic h t im m er der w irklichen K oksbeschaffenheit en tsp rich t.

W eiterh in sprach der V ortragende im ersten Teil seines B erichtes ü ber die B eziehungen des Teerkokses zu den flüchtigen B estandteilen u n d n im m t an, daß im K oks noch vorhandene flüchtige B estan d teile als so­

g en an n ter Teerkoks vorliegen. Ich glaube das nicht ohne w eiteres, d a z. B. ein bei w eit ü ber 800° erzeugter K oks je nach seiner Lage in der K a m m er noch die ver­

schiedensten G ehalte (2 bis 4 % ) a n flü ch tig en Bestand­

teilen auf weist. W enn dies w irklich der F a ll wäre, dann m öchte ich die F rage aufw erfen: W an n lä ß t die eigent­

liche G asbildung nach, u n d w an n fä n g t die Teerkoks­

bildung u n d die Z ersetzung derselben an ? Auch das Zer- klüften, die R ißbildungen u n d das Schw inden des Kokses hängen meines E rach ten s w eniger von der N achverko­

kung als vom B lähverm ögen der K ohle, der Löschart u n d dem Schiefergehalt der K ohle ab. Beim Löschen ist b ekanntlich eine auß ero rd en tlich sta rk e K ontraktion des K okses w ah rn eh m b ar, die sich bei der verschiedenen spezifischen W ärm e des K okses einerseits u n d der ein- geschlossenen S chieferbestandteile an d erseits dahin­

8. September 1927. Holzlager bei Walzwerken. S ta h l u n d Eisen. 1483

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gehend ausw irkt, d aß der K oks sich rascher zusam m en­

zieht als der eingeschlossene Schiefer, was eine S pren­

gung des Gefüges zur Folge h a t.

Zu der K ritik der einzelnen V erfahren zur B estim ­ mung der R eaktionsfähigkeit m öchte ich bem erken, daß das Buntesche V erfahren d e r Z ünd p u n k tb estim m u n g nicht nur q u alitativ , sondern auch q u a n tita tiv w ertvolle Schlüsse auf die R eaktionsfähigkeit des Kokses zuläßt.

Ich habe bei zahlreichen V ersuchen verschiedenster Kokse nicht n u r den Z ü n d p u n k t, dessen Schw ankungen m. E. übertriebener W ert beigem essen w orden ist, e r­

m ittelt, sondern vor allem die Schw ankungen der T em ­ peraturkurve nach dem Z ü n d p u n k t b eo b ach tet. E s ergab sich je nach der A rt des K okses ein A nstieg von 600° auf 1200 und 1300°; m itu n te r b e tru g er auch n u r 70° und fiel nachher wieder ab. Die Höhe u n d Z eitdauer dieser exothermen W ärm eabgabe m uß m. E . m it b erücksichtigt werden; hierdurch w erden uns jedenfalls w ertvolle A uf­

schlüsse über die R eaktionsfähigkeit des K okses gegeben.

Zum Schluß sei m ir noch ein W o rt persönlicher K ritik g estattet. Bei dem sta rk e n M ißtrauen, das seitens vieler Betriebsleute der F rage der R eak tio n sfäh ig k eit leider schon entgegengebracht w orden ist, h a lte ich es nicht fü r richtig, das Problem alle J a h re u m zutaufen.

Ich erinnere an die B egriffe: L eicht- u n d Schw erverbrenn­

lichkeit, R eaktionsfähigkeit, E n tzü n d lich k eit u n d je tz t Reduktionsfähigkeit. W enngleich jeder Begriff seine logische Begründung h a t, so w ird d ad u rch in B etriebskrei­

sen nur vorzeitig V erw irrung u n d vielleicht A blehnung hervorgerufen; dazu ist diese F rage a b er zu wichtig.

H. K i n d e r (D uisburg-M eiderich): D er V ortragende hat schon hervorgehoben, d a ß es schwer ist, eine einw and­

freie Probenahm e zu erzielen. W ir wissen alle, d aß der Koks verschiedene H ärteg rad e h a t, d a ß bei dem Absieben die teerigen B estandteile aus der M itte des K okses durch das Sieb fallen; sie spielen keine Rolle m ehr. W ie wird es möglich sein, auch diese K örper in die B ew ertung des Kokses hineinzubringen ?

Professor D r. A g d e : Die P robenahm e b leib t der schwierigste Teil bei der A usführung einer R ed u k tio n s­

fähigkeitsbestimm ung ü b e rh a u p t; um einw andfreie E r ­ gebnisse zu erhalten, bleibt w eiter n ich ts übrig, als eine Reihe von Bestim m ungen m it m ehreren P roben d u rch ­ zuführen un d das M ittel der E rgebnisse zu benutzen.

Das angegebene V erfahren h a t gegenüber anderen den Vorteil, daß die Ausschläge n ic h t so groß sind wie z. B.

bei der Z ündpunktbestim m ung, u n d d a ß die U rsachen von Aenderungen un d U nterschieden erk en n b ar sind.

Bei dem V erfahren der Z ü n d p u n k tb estim m u n g is t z. B.

das A uftreten der Restgase n ic h t e rk en n b ar; den R e st­

gasen wird jedoch ein E influß auf die R ed u k tio n sfäh ig ­ keit zugeschrieben, weil sie zeitw eilig ganze Teile der Reaktionsfläche ausschalten.

Der A usdruck „flüchtige B estan d teile“ is t in a n ­ derem Sinne gebraucht worden, als D r. Melzer es a n nim m t ; es sei hierzu auf den B erich t verw iesen. D er Teerkoks wird gebildet aus den T eeren des O elbitum ens, des F e s t­

bitumens und der R estk o h le; besonders sei auf den Teer des Festbitum ens hingewiesen, dessen K oks bisher noch nicht genügend beach tet w orden ist. Die E rw eiterung des Verfahrens von B unte durch A nfügung des V erfahrens von Le C h a te l ie r ergibt zu große Ausschläge. Die A n tw ort auf die Fragen des Beginns u n d des E ndes der E n tgasung

w ird d urch die sp ä te r zu veröffentlichenden gem ein­

sam en U ntersuchungen m it v. L y n c k e r s gegeben werden.

Die B ezeichnung „ R ed u k tio n sfäh ig k e it“ is t zu einer Zeit g ew äh lt w orden, als noch keine genügende A nzahl von V ersuchsergebnissen alsN achw eis d a fü r vorlag, d aß die K u rv en der R e ak tio n vo n K oks m it S auerstoff ähnlich v er­

laufen wie die m it K ohlensäure. N achdem je tz t ge­

nügend experim entelle Beweise d afü r e rb ra c h t w orden sind, d aß U nterschiede in der V erbrennungs- u n d V er­

gasungsgeschw indigkeit durch die gleichen U rsachen be­

d in g t sind, s te h t der endgültigen allgem einen A nw endung der Bezeichnung „R ea k tio n sfäh ig k eit“ oder „ V erb ren n ­ lic h k e it“ n ich ts m ehr im Wege.

$ r.= 3 n9- H . B a n s e n (R heinhausen): Die B erichte über V erfahren zur B estim m ung der K o k sverbrennlich­

k eit, die uns schon häufiger beschäftigten, h ab en jedesm al die ganze F rage der H ochofentheorie aufgerollt u n d uns eine neue beschert. D er V ortragende h a t sich glücklicher­

weise auf die V orführung seines V erfahrens b esch rän k t.

E s fä llt angenehm auf, d a ß er den Begriff „flüchtige Be­

sta n d te ile “ ausscheidet u n d die E ntw icklung der R e s t­

gase b eobachtet, deren Menge u n d B eschaffenheit m ir besonders w ichtig erscheint. J e ferner die b etreffenden B earb eiter vo n der h ü tte n m än n isch en P rax is stehen, um so m ehr verkennen sie die Rolle des K okses im H och­

ofen. D as aus m ehr ä u ß eren U rsachen gegebene N eben­

ein an d er von K oks u n d E rz auf dem W ege du rch den Ofen w eckt in ih n en den Glauben, d a ß m an die R eak tio n F e O + C d urch einen leichtverbrennlichen K oks be­

schleunigt herb eifü h ren m üßte.

W ir m üssen endlich einm al einen scharfen S trich zwischen uns u n d diese ungebetenen M itarb eiter ziehen, die durch die V erkennung der Rolle der d irek ten R e d u k ­ tio n im Hochofen im m er w ieder U n k larh eit in die F rage hineinbringen. W ir m üssen auf die R e ak tio n F e O + CO h in arb eiten u n d d a h er den K oks m öglichst u n v e rb ra u c h t vor die F orm en bringen, brauchen also einen s c h w e r - v erbrennlichen K oks.

V ersuche fü r die E ignung des K okses im H ochofen kö n n en n u r im H ochofen selbst vorgenom m en w erden.

Die B eurteilung w ird ab er erschw ert, weil die G ichtgas­

analyse keine reine V erbrennungsanalyse, sondern durch K ohlensäure aus dem Möller, d u rch W asserstoff, S tick ­ stoff u n d Sauerstoff aus dem K oks verfälsch t is t u n d e rst d av o n d urch H erausrechnung befreit w erden m uß. Ohne K en n tn is der F o rm u n d der W ärm etönung, in der sie vorliegen, is t es ab er schwer, diese R echnung einw andfrei v orzunehm en u n d eine vollkom m ene Stoff- u n d W ärm e­

bilanz zu m achen. N am entlich die W ärm etönung des im K oks en th a lte n en W asserstoffs, der etw a 1,4 V ol.-%

des Gases au sm ach t, m ac h t m ir bei m einen V ersuchen, aus der G asanalyse die Stoff- u n d W ärm ebilanz des H och­

ofens zu errechnen, Schw ierigkeiten. W enn die a u f­

genom m enen U n tersuchungen d arü b er K la rh e it bringen w ürden, käm en w ir auf dem W ege der p rak tisch en V er­

suche am H ochofen einen g u ten S c h ritt w eiter.

Professor D r. A g d e : Die F rage nach der B indungs­

form des W asserstoffs im K oks m uß d a h in b e an tw o rtet w erden, d a ß w ahrscheinlich der p ro zen tu al höchste G ehalt a n W asserstoff im T eerkoks v o rh an d en ist. E r ric h te t sich n ach dem Z ersetzungsgrad des Teerkokses.

U eber die E nergieverhältnisse d er W asserstoffbindung sind U ntersuchungen g eplant.

Holzlager bei W alzwerken.

Von A. H ü ls e w ig in Hamm i. W.

[B ericht N r. 53 des W alzw erksausschusses des Vereins deutscher E is e n h ü tten leu te1).) (Metallager m it eingesetztem Holzspiegel und Holzstopfen. Holzlager. Verlängerung der Lebens­

dauer durch Einsetzen von Holzstopfen. Betriebsergebnisse.) j a s Kapitel „Warenlagerung“ ist ganz besonders

während des Krieges das Sorgenkind des Walz­

werkers gewesen, als unter dem Metallmangel allerlei Arten von Sonderlegierungen auf den Markt gebracht

') Sonderdrucke sind vom Verlag Stahleisen m. b. H., Düsseldorf, zu beziehen.

und der Walzwerker vor große Schwierigkeiten ge­

stellt wurde. Aus dieser Not heraus hatten sich dann viele Werke auf die Verwendung von Holzlagern ein­

gestellt, welche dort, wo die Kühlwasserverhältnisse als gut anzusprechen waren, auch wesentliche Vor­

teile brachten. Der Walzwerker schenkte daher der

1484 S tah l und Eisen. Holzlager bei Walzwerken. 47. Ja h rg . N r. 36.

Verwendung von Holzlagern erhöhte Beachtung, da nicht allein der geringere Preis, sondern auch die Er­

sparnis von Schmiermitteln die Selbstkosten sehr be­

einflußten.

Im folgenden soll über die zahlreichen Versuche in den Drahtwalzwerken der Vereinigten Stahlwerke, Westfälische Union in Hamm, berichtet und die sicher schon von allen Walzwerkern gestellte Frage: „Wie kann man die Lebensdauer der Lager mit verhältnis­

mäßig einfachen Mitteln erhöhen und eine Verbilligung herbeiführen ?“ in der Oeffentlichkeit beantwortet und an Hand von Zahlen und Bildunterlagen das Ergebnis der Versuche gezeigt werden. Da über jedes ein­

gebaute Lager Buch geführt wird, ist es möglich, ein­

wandfreie Zahlen zu veröffentlichen. An der Vor­

straße eines älteren Drahtwalzwerkes, welches fast ausschließlich Stahldrähte herstellt, waren beispiels­

dungsfähig. Es hat sich gezeigt, daß die Erneuerung der Stopfen im Kragen die Haltbarkeit der Lager weiter sehr günstig beeinflußt, weil der Raum zwischen den hervorstehenden Stopfen das Fett fest­

hält und so als Schmiertasche wirkt. Auf diese Weise können die Lager durch rechtzeitiges Erneuern der Stopfen eine unübersehbare Lebensdauer erhalten, weil der das Holz umschließende Rahmen nur als Halter dient.

Gleichzeitig wurden Versuche an einer 500er Trio- vorstraße eines neuzeitlichen Drahtwalzwerkes mit

Abbildung 1. R otgußlager. (Lebensdauer: 1 Woche.) weise Rotgußlager im Gebrauch, die nach einer Lebensdauer von einer Woche nicht mehr zu ver­

wenden waren. Die Vorstraße hat eine zweigerüstige Anordnung mit sieben Stichen, einen Walzendurch­

messer von 300 mm und 295 Umdr./min. Infolge der starken Beanspruchung war der Lagerverschleiß naturgemäß sehr groß. Es kommt hinzu, daß durch die vorhandenen Umführungen die Walze zur axialen Verschiebung neigt und besonders der Kragen­

verschleiß der Lager erheblich war.

Abb. 1 zeigt ein solches Lager, das nach ein­

wöchigem Gebrauch ausgebaut werden mußte. Um nun hier eine Besserung herbeizuführen, wurden Lager nach Abb. 2 angefertigt. Wie aus der Abbildung ersichtlich ist, befinden sich in Sattel und Kragen Spiegel aus Holz afrikanischen Ursprungs, wobei die Fasern senkrecht zur Achse verlaufen. Nach vier Wochen war am Kragen ein Verschleiß von 0,7 mm eingetreten, während im Sattel überhaupt noch keine Abnutzung festzustellen war. Abb. 3 zeigt dasselbe Lager nach 159 Schichten. Der Sattel weist einen Verschleiß von % mm auf; der Kragen hat noch die Hälfte seiner ursprünglichen Stärke und ist durch die Erneuerung der Hirnholzstopfen wieder voll verwen­

A bbildung 3. R otgußlagerrahm en m it H irnholz­

einsatz. (D. R. P . a .)

Außer diesen Versuchen mit Metallagern wurden auch solche mit an den Mittel- und Fertigstraßen ver­

wendeten Holzlagern aus afrikanischem Eisenholz gemacht. Zu diesen selbst angefertigten Lagern wird das Holz von einer Spezialfirma bezogen, und zwar in ganzen Stämmen, die unter dem Gatter zu pas­

senden Bohlen geschnitten werden. Zwecks luft­

trockener Verwendung werden letztere vor der end­

gültigen Bearbeitung etwa ein Jahr lang in Stapeln gelagert. Um die bisherige Lebensdauer dieser Lager

Abbildung 2. R otgußlagerrahm en m it H irnholz­

einsatz. (D. R . P. a.)

einer zehnstündigen Leistung von etwa 2 501 5,mm (j>

vorgenommen. Auch hier wurden überraschend gute Ergebnisse erzielt. Abb. 4 stellt ein Lager dar, das sich von November 1925 bis November 1926, also ein volles Jahr, bei einer Erzeugung von 105 396 t ständig im Einbau befand und durch die jetzt vor- genommene Erneuerung der Kragenstopfen wieder voll verwendungsfähig wurde. Abb. 5 gibt ein Lager wieder mit runden Satteleinsätzen, das sich für hohe Walzdrücke besonders gut eignet.

8. September 1927. Holzlager bei Walzwerken. S ta h l un d Eisen. 1485 (etwa sechs Wochen) weiter zu erhöhen, wurden sie

mit Hirnholzstopfen in Sattel und Kragen versehen, wie Abb. 6 es deutlich erkennen läßt. Durch An­

wendung dieser verbesserten Lager ergab sich eine Verlängerung der Lebensdauer um weitere vier Wochen. Außerdem konnte das Federn der Walzen beseitigt werden, wodurch das Walzgut infolge der günstigen Aufnahme der Radial- und Axialdrücke

brauch des vorher erwähnten Drahtwalzwerkes be­

trägt 160 000 m3 im Monat oder 7 Pf. je t Erzeugung.

Der Bericht würde nicht vollständig sein ohne einen kurzen Hinweis auf die Herstellungskosten der zum Patent angemeldeten beiden Lagerarten. Die Metallager kommen einschließlich aller Nebenkosten auf durchschnittlich 17,60

M

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Jl.

A bbildung 4.

R otgußlagerrahm en m it H irnholzeinsatz.

(D. R . P. a.)

schön gleichmäßig wird. Besonders an Fertigwalzen hat sich diese Lagerart vorzüglich bewährt, da die axiale Verschiebung der Walzen infolge der ein­

gesetzten Hirnholzstopfen viel weniger in Erschei­

nung tritt.

Beim Gebrauch von Holzlagern ist naturgemäß auf reichliche Walzenzapfen- und Ballenkühlung zu achten. Damit das Wasser die Zapfen gut umspülen

Abbildung 5.

R otgußlagerrahm en m it Hirnholzeinsatz.

(D. R. P. a.)

Die Vorzüge der vorgeführten Lager sind, kurz zusammengefaßt, folgende:

1. Die Lebensdauer der neuartigen Lager mit Hirn­

holzeinsätzen ist ganz bedeutend größer als die der Lager alter Bauart.

2. Infolge des geringen Lagerverschleißes bedeutend besseres Fertigerzeugnis und besseres Arbeiten der Umführungen.

A bbildung 6. Holzlager m it H irnholzstopfen.

(D. R. P. a.)

kann, werden die Schmiertaschen der Oberwalzen mit Putzwolle ausgestopft, die Unterwalzen werden mit Querriegeln versehen. Das aus dem benachbarten Lippefluß bezogene Wasser kostet einschließlich aller Nebenkosten bis zu den Pumpen im Betrieb 3,80

J t

je 1000 m3. Für die Kühlwasserzuführung der Walz­

gerüste sind zwei Pumpen tätig, welche je 20001/min liefern. Die stündliche Leistung der beiden Pumpen beträgt 240 000 1. Vorhanden sind 314 Entnahme­

hähne bei 3/8" Durchlaß. Für den Hahn ergibt sich eine Entnahmeziffer von rd. 740 1/st = 232 000 1/st Gesamtverbrauch. Der gesamte Kühlwasserver-

3. Wesentliche Kraftersparnis und kein Zapfenver­

schleiß.

4. Dort, wo ausschließlich Holzlager verwendet werden können, Fortfall der Schmiermittel.

Durch die Verwendung der beschriebenen Metall- und Holzlager sind die Lagerkosten in Hamm’ bis jetzt auf weniger als ein Zehntel zurückgegangen.

Berücksichtigt man neben diesen zahlenmäßig nach­

weisbaren Ersparnissen die nicht meßbaren erheb­

lichen anderen Vorzüge, so ist die große Wirtschaft­

lichkeit und Bedeutung dieser Metall- und Holzlager klar erwiesen.

X X X V I.,, 188

1486 Stahl und Eisen. Untersuchungen über die Wirtschaftlichkeit verschiedener Walzwerkslager. 47. Ja h rg . N r. 36.

U n tersu ch u n g en über die W irtschaftlichkeit verschiedener Walzwerkslager.

Von ®r.=3ng. E. Cords in Peine.

[B ericht N r. 54 des W alzw erksausschusses des Vereins deutscher E isen h ü tten leu te1).]

( W ir tschaftlichkeit von Walzenlagern. Vorteile der Pockholzlager gegenüber Metallagern. Größter Nachteil der untersuchten Rollenlager liegt in den Beschaffungskosten und in den Einbauschwierigkeiten.) A u f dem Peiner Walzwerk sind Untersuchungen

angestellt worden, um die Wirtschaftlichkeit verschiedener Walzwerkslager zu ermitteln, und zwar wurden die Lager einer Mittel- und einer Schnellstraße untersucht.

Die M itt e ls tr a ß e besteht aus einer eingerüstigen Vorstrecke von 440 mm Walzendurchmesser und einer

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3 0

Die S c h n e lls t r a ß e besteht aus einer einge­

rüstigen Vorstrecke von 360 mm Walzendurchmesser mit 180 mm Zapfendurchmesser und 180 mm Zapfen­

länge und einer fünfgerüstigen Fertigstrecke mit 270 mm Walzendurchmesser, Zapfendurchmesser 150 mm, Zapfenlänge 160 mm. Die Fertigstrecke macht 325 bis 400 Umdr./min. Die Uebertragung erfolgt von der Fertigstrecke mittels Kiemen auf die Vorstrecke mit einem Uebersetzungsverhältnis von

A bbildung 1. W alzenlager fü r die Vorstrecke einesVF einwalz werks.

Fertigstrecke von ebenfalls 440 mm Walzendurch­

messer mit zwei Trio-Gerüsten und einem Fertig- Duo-Gerüst. Der Zapfendurchmesser beträgt 230 mm, die Zapfenlänge 240 mm. Die Fertigstrecke läuft mit 160 bis 200 Umdr./min. Die Uebertragung erfolgt von der Fertigstrecke mittels Riemen auf die Schwungradriemscheibe der Vorstrecke mit einem Uebersetzungsverhältnis von 1 ,5 :1 . Gewalzt wird 30 bis 40 mm cj>-, 27 bis 42 mm Cp -, 38 bis 72 mm P ~ l -.

40 bis 60 mm

P - ,

y2 P - ,

K raftv erb rau ch fü r Metall- und H olzlager (M ittelstraße). an der M ittelstraße. (W alzwerk 2.) 1) Sonderdrucke sind vom Verlag Stahleisen m. b. H ., Düsseldorf, zu beziehen.

8. Septem ber 1927. Untersuchungen über die Wirtschaftlichkeit verschiedener Walzwerkslager. S tahl u nd Eisen. 1487 2,8 :1. Das Walzprogramm umfaßt Flacheisen von

18 bis 37 mm, T -E isen von 20 bis 35 mm, Winkel­

eisen von 15 bis 35 mm, Halbrundeisen und neuer­

dings Bandeisen von 20 bis 60 mm.

Untersuchungen an der Mittelstraße.

Es wurden die Kosten verglichen für

a) Metallager (Abb. 1, Lager der Mittel walzen), b) Pockholzlager (Abb. 2, Lager der Mittel­

walzen),

und zwar wurden für jede Lagerart die Kosten er­

m ittelt für

1. Lager, 2. Schmiermittel, 3. Kraftverbrauch.

a) M e ta lla g e r .

Im Jahre 1924 waren bei reinem Metallager­

betrieb die Kosten bei einer Jahreserzeugung von 30 715 t

1. fü r R o tg u ß (R ückgabe des A ltm etalls be­

rücksichtigt) 16 P f ./t

fü r W eißm etall (R ückgabe des A ltm etalls b e r ü c k s i c h ti g t ) ... 12 ,, 2. K osten fü r F e t t b r i k e t t s ... 10 „

„ „ W a l z e n f e t t 2 „

3. K osten fü r K ra ftv e rb ra u ch (1 k W st =

0,035 J O (s. A bb. 3 ) ...1,83 J ( f t zusam m en 2,23 J f / t b) P o c k h o lz la g e r .

In der Zeit vom 1. Januar bis 1. Juni 1926 wurde bei einer Erzeugung von 8925 t die ganze Strecke mit Pockholzlagern betrieben mit folgenden Ergeb­

nissen:

1. K osten fü r P o c k h o l z l a g e r 15 P f ./t 2. ,, „ S c h m ie r u n g ... — 3. ,, „ K ra ftv e rb ra u ch (s. Abb. 3) . 1,49 J f / t

zusam m en 1,64 J f / t Die Vorteile der Pockholzlager gegenüber den Metallagern sind also folgende: geringere Lager­

kosten, praktisch kein Schmiermittelverbrauch, ge­

ringere Stromkosten (s. Abb. 4, Leerlaufmessungen).

Weitere Vorteile sind, daß die Zapfen niemals ein- laufen können und stets Hochglanz haben.

Nach Einbau der Pock­

holzlager konnte bei ein­

zelnen Profilen, z. B. [- Eisen 6

y2,

rigkeit eine erhebliche Steigerung der Erzeugung erreicht werden. Auch bei dem in letzter Zeit an der Straße neu aufgenom­

menen I-Normalprofil 8 haben sich die Lager sehr gut bewährt.

Die Nachteile der La­

ger sind dagegen folgende:

Die Lager saugen sich nach dem Stillsetzen der Straße an den Zapfen fest, so daß das Anfahren

schwerer ist als bei Metallagern. Der Kühlwasser­

verbrauch ist größer, jedoch sind die Kosten dafür nicht erheblich höher. Das Spiel der Walzen muß größer sein, weil das Holz elastischer ist als die Metallager, deshalb kann man bei empfindlichen Profilen (mindestens im Fertiggerüst) keine Holz­

lager verwenden. Auch verträgt das Pockholz keine stoßweise Beanspruchung, z. B. an den Anstichen der Vorgerüste hat es versagt. So mußten auch an der Vorstrecke der Mittelstraße an der Seite des An­

stichs für Unter- und Mittelwalze wieder Metallager verwendet werden. Jedoch haben sich hier nach neuesten Erfahrungen Metallager mit Pockholzein- lage sehr gut bewährt. Die Versuche darüber sind jedoch noch nicht abgeschlossen.

Untersuchungen an der Schnellstraße.

Es wurden untersucht:

a) Vor- und Fertigstrecke mit Metallagern, b) Vorstrecke mit Rollenlagern, Fertigstrecke

mit Metallagern,

c) Vorstrecke mit Rollenlagern, Fertigstrecke mit Pockholzlagern.

a) M e ta lla g er .

Im Jahre 1924 betrugen bei hauptsächlich Metallagerbetrieb die Kosten bei einer Jahres­

erzeugung von 19 081 t

1. fü r R o tg u ß (R ückgabe des A ltm etalls b e­

rück sich tig t) ... 31 P f ./t fü r W eißm etall (R ückgabe des A ltm etalls

b e r ü c k s i c h t i g t ) ... 18 „ 2. fü r F e t t b r i k e t t s ... 11 „ ,, W a l z e n f e t t ... 3 ,, 3. „ K ra ftv e rb ra u ch (s. A bb. 5 ) ...2,00 J f / t

zusam m en 2,63 J f / t b) V o r str e c k e m it R o lle n la g e r n , F e r t i g ­

s tr e c k e m it M e ta lla g er n .

Ende 1924 wurde für die Vorstrecke ein Rollen­

lagergerüst, Bauart Krupp-Grusonwerk, mit S.-K.-F.- Rollenlagern (s. Abb. 6) eingebaut.

Für die Dauer dieser Einbauweise an Vor- und Fertigstrecke ergaben sich unter Zugrundelegung der

: PocM o/z/ager Meta/Zag.

A bbildung 5. K raftv erb rau ch bei Metall- un d Rollenlagern. (Schnellstraße.)