Z E IT S C H R IF T
FÜR DAS DEUTSCHE EISENHÜTTENW ESEN.
Nr. 43. 22. O k to b e r 1925. 4 5 . Jahrgang.
D ie Härteprüfung v o n gehärteten Stählen.
V on R . M a i l ä n d e r in E ssen.
(E in flu ß der Härte der verwendeten Kugeln. Versuche m it Diamantkugel und m it kaltgehärteten Stahl
kugeln. Grenzen fü r genaue Messungen. M eyers Gesetz P = a ■ d“ fü r gehärtete Stähle.)
B ei der H ä rte p rü fu n g d u rch K u g eld ru ck n ach dem V erfah ren von B rin ell w ird b e k a n n tlic h als H ä rte z iffe r der Q u o tie n t aus der B elastu n g P (in kg) u n d der O berfläche des erzeu g ten E in d ru ck s (in m m 2) e rm itte lt. A bgesehen d avon, daß dieser H ärteziffer eine p h y sik alisch e B e d e u tu n g n ic h t zu
k o m m t1), w ird bei ih re r B erech n u n g stillschw eigend vo rau sg esetzt, d aß die K ugel beim E in d rü c k e n weder bleibende noch elastische F o rm än d eru n g en e rfä h rt. A uch die elastisch e F o rm ä n d e ru n g des P ro b estü ck s a n der E in d ru c k ste lle w ird v e rn a c h lässigt, d a der D u rch m esser des E in d ru c k s e rst nach der E n tla s tu n g gem essen w ird. Solange das P ro b estü ck w esen tlich w eicher als die K ugel ist, bleib t der in dieser W eise begangene F e h le r klein.
Je m eh r sich ab er die H ä rte des zu p rü fen d en S tückes der H ä rte der K ugel n ä h e rt, desto stä rk e re F o rm än d eru n g en w erd en a n d er K ugel a u ftre te n ; die H ä rte der P ro b e w ird infolgedessen zu klein ge
funden. I s t die H ä rte der K ugel g ar w esentlich geringer als die des P ro b e s tü c k s, so w ird n ic h t m eh r die letztere, so n d ern die H ä rte d er K ugel gem essen.
Diese B eziehungen sind schon frü h e r v on S t r i b e c k 2) durch einige V ersuche zah len m äß ig d arg eleg t w or
den. U m eine H ä rte s k a la zu e rh a lte n , w elche von solchen E in flü ssen u n a b h ä n g ig is t, schlug S trib eck vor, die H ä rte zu b estim m en , in d em K ugel un d P la tte von gleicher H ä rte (oder zwei K ugeln von gleicher H ä rte ) g eg en ein an d er g e d rü c k t w erden.
F ü r die U eb erw ach u n g bei d er H erste llu n g von K ugeln e ig n e t sich dieses V erfah ren sehr g u t; fü r die H ä rte p rü fu n g in an d eren F ä lle n w ird m a n aber der E in fa c h h e it h a lb e r w ohl im m er das V erfah ren von B rinell w ählen, d. h. m a n w ird eine N o rm al
kugel verw enden. U m einen A n h a lt zu bekom m en, wie groß der E in flu ß d er H ä rte d er K ugel au f die d a m it a u sg e fü h rte H ä rte b e s tim m u n g is t u n d bis zu w elcher H ä rte des P ro b e stü c k s die M eßergebnisse noch ein ig erm aß en den oben g e n a n n te n V o rau s
setzu n g en des P rü fv e rfa h re n s e n tsp rech en , sind in der V e rsu c h sa n s ta lt d er F ir m a F rie d . K ru p p , A .-G ., E ssen, b e re its 1919 einige V ersuche au sg e fü h rt
>) Vgl. M e y e r : Z. V. d. I. 52 (1908), S. 645 ff.
2) Z. V. d. I. 51 (1907), S. 1544/5.
w orden, die hier zu n äch st m itg e te ilt w erden sollen.
U m K ugeln m it verschiedener H ä rte zu e rh a lte n , w urde eine A nzahl der üblichen zur H ä rte p rü fu n g verw endeten 10 - m m - S tah lk u g eln bei steigenden T e m p e ra tu re n angelassen. Ih re H ä rte w urde b e
stim m t, indem zwei gleich h a rte K ugeln m it einer B e la stu n g von 750 kg gegeneinander g e d rü c k t u n d diese B elastu n g au f die e n tsta n d e n e B erü h ru n g s
fläche bezogen w urde. M it diesen K ugeln w urde n u n in üb lich er W eise die B rin e llh ä rte verschie
dener S ta h lp ro b e n b e stim m t (B elastu n g 3000 kg).
I n A bb. 1 sin d die gefundenen H ä rte n in A b h än g ig k e it von der H ä rte der K ugeln au fg e tra g e n ; die an dem gleichen P ro b e s tü c k e rm itte lte n P u n k te sind d u rch L inienzüge m ite in a n d e r v erb u n d en . A us diesen L inienzügen e rg ib t sich, d aß das M eßergebnis n u r so lange von der H ä rte der K ugel u n ab h än g ig ist, als die K ugeln w esentlich h ä rte r sind als das P ro b estü ck . N ach A bb. 1 k a n n m a n an n eh m en , daß die H ä rte der K ugeln (b e stim m t n ach dem oben angegebenen V erfahren) m in d esten s e tw a l,7 m a l so groß sein m u ß wie die H ä rte (10/3000) d er P ro b e ; in A bb. 1 w ird diese G renzbedingung d u rc h die ge
s trich elte L inie d a rg estellt3). D ie geb räu ch lich en S tah lk u g eln h ab en eine H ä rte (m it 750 k g B elastu n g b e stim m t) v o n e tw a 710 bis 7204); sofern das P ro b e stü c k eine größere H ä rte (10/3000) als e tw a 420 h a t, m iß t m a n also m it den üb lich en S tah lk u g eln zu n iedrige H ärteziffern . W ie A bb. 1 noch zeigt, lau fen m it ab n eh m e n d er K u g elh ärte die L inienzüge sch ließ lich alle in die s tric h p u n k tie r t gezeichnete G erade ein, w elche den K u g e lh ä rte n e n ts p ric h t5), d. h., w enn die P ro b e w esentlich h ä r te r als die K ugel is t, so m iß t m a n n ic h t m e h r die H ä rte der P robe, sondern die der Kugel.
3) E in ig e V ersu ch e , w ie sie h ie r b e sc h rie b e n w u rd e n , s in d a u c h v o n S trib e c k (a. a. O.) a u s g e fü h rt, je d o c h n ic h t a u f die E r m ittlu n g d ie se r G renze a u s g e d e h n t w o rd en .
4) V gl. a. S trib e c k ; a. a. 0 ., S. 1500, A b b . 11.
5) D ie m it 3000 k g B e la s tu n g b e s tim m te P la tte n h ä r te u n d die m it 750 kg B e la stu n g b e s tim m te K u g e lh ä rte e r
g e b e n sic h n a c h d e n A u s fü h ru n g e n v o n S trib e c k (a. a. 0 ., S. 1500 u n d 1544) f a s t gleich g ro ß , w en n K u g e l u n d P la tte gleiche H ä r te h ab en .
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flärtec/erProäe/7i Wmm/i'i/ffe/, 300ff//gße/asfa/TffJ
1770 Stah l und E isen. Die Härteprüfung von gehärteten Stählen. 45. Jahrg. N r. 43.
A b b ild u n g 1. E in f lu ß d e r K u g e lh ä rte a u f die H ä rte p rü fu n g .
H u ltg r e n , der kürzlich über die Herstellung besonders harter Kugeln berichtete6), hat ähnliche Versuche, wie die durch Abb. 1 dargestellten, aus
geführt, wobei er gleichzeitig die bleibenden Ab
flachungen der Kugeln bestimmte. Aus seinen Ver
suchsergebnissen findet er, daß die Grenze, bei welcher um höchstens 1 % zu niedrig gemessen wird, für gewöhnliche Stahlkugeln bei einer Proben
härte (10/3000) von 525 bis 550, für die „besonders harten“ (kaltgehärteten) Stahlkugeln bei einer Probenhärte von 675 bis 700 liege. S h o re7) hat die Grenze, bis zu welcher die gewöhnlichen Stahl
kugeln brauchbar sind, bestimmt, indem er an ver
schieden harten Proben vergleichende Härtemes
sungen, einmal mit 10-mm-Stahlkugeln und einmal mit einer 10-mm-Diamantkugel, ausführte; die Be
lastung betrug in beiden Fällen 750 kg. Die Kurven für die Härten, die er mit den beiden Kugelarten fand, laufen auseinander, wenn die Härte über 325 (10/750) steigt. S m ith und S a n d la n d 8) haben Härteprüfungen mit Stahlkugeln und solche mit einem pyramidenförmigen Diamanten einander gegenübergestellt; der Grenzwert 525 für die Proben-
6) J . I ro n S te e l I n s t. 110 (1924, I I) , S. 183; S t. u. E.
44 (1924), S. 1756. D ie H ä r te dieser K u g eln , die d u rc h die S K F -N o rm a , G. m. b. H ., B e rlin , fü r Zw ecke d er H ä rte p rü fu n g in d e n H a n d e l g e b ra c h t w erd en , is t n a c h d em H ä r te n d u rc h A blöschen vo n h o h er T e m p e ra tu r n o ch
härte, den sie finden, kann mit den oben angeführten Grenzwerten aber nicht ver
glichen werden, da der Diamant keine Kugelform hatte und für die Stahlkugeln wechselnde Belastungen zur Anwendung kamen (um einen konstanten Eindruck
durchmesser zu erzielen).
Unter Berücksichtigung der verschie
denen Belastung ist die Uebereinstimmung zwischen dem aus Abb. 1 gefundenen Grenzwert 420 (Härte 10/3000) und dem von Shore angegebenen Wert 325 (Härte 10/750) als gut zu bezeichnen, während der von Hultgren für gewöhnliche Stahl
kugeln angegebene Wert 525 bis 550 (Härte 10/3000) etwas hoch erscheint.
Nachdem die Versuchsanstalt in den Besitz eines halbkugelförmig geschliffenen Diamanten (5 mm (])) gelangt war, wurde auf Veranlassung von E. M au rer eine Ver
suchsreihe in gleicher Weise durchgeführt, wie es Shore getan hatte. Zu dem Vergleich wurden auch die „besonders harten“
Stahlkugeln mit herangezogen, um die von Hultgren gefundenen Grenzwerte nachzuprüfen und festzustellen, wie weit durch Verwendung dieser Kugeln die An
näherung an die mit dem Diamant ge
messenen Härten gesteigert wird. Üeber die für einen kugelförmigen Diamant zu
lässige Belastung lag nur die Bemerkung von Shore vor, daß für eine 10-mm-Kugel eine Belastung von 750 kg etwa die Höchstgrenze sei. Da ein Bruch des teuren Diamanten vermieden werden mußte, wurden die Versuche mit der dem Durch
messer von 5 mm entsprechenden Belastung von 187,5 kg ausgeführt, Es wurde also eine Anzahl Stahlproben verschiedener Härte gemäß folgender Aufstellung geprüft.
K u g e l
K u g e l d u r c h m e s s e r m m
B e l a s t u n g
k g
S y m b o l f ü r d ie d a m i t b e s ti m m te
H ä r te
D ia m a n tk u g e l . 5 187,5 D 5/187,5
besonders h a rte 5 187,5 S 5/187,5
gew öhnliche 5 187,5 G 5/187,5
beso n d ers h a rte 5 750 S 5/7 5 0
gew öhnliche 5 750 G 5/7 5 0
Die ermittelten Härten wurden in Abhängigkeit von der mit dem Diamanten gemessenen Härte auf- getragen, durch die gleichartigen Punkte wurde jt eine Ausgleichslinie gelegt. In Abb. 2 sind diese Ausgleichslinien zusammengestellt; die einzelner Versuchspunkte sind der Uebersichtlichkeit halber weggelassen. Die unter 45° gezogene Gerade b c f h entspricht der Härte D 5/187,5. Mit gewöhnlicher und besonders harten (kaltgehärteten) Stahlkugeln
d u rc h k urzes L a u fe n in ein em K u g ellag er u n te r h o h e r Be la s tu n g g e ste ig e rt w orden.7) E ngg. 106 (1918), S. 444.
8) I ro n Coal T rad es R e v . 110 (1925), S. 752. - Vgl.
St. u. E . 45 (1925), S. 1442/3.
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22. Oktober 1925. Die Härteprüfung von gehärteten Stählen. S ta h l und E isen . 1771
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700
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erhält man anfänglich die gleichen Härten; von den Punkten c und f ab bleiben jedoch die Härten G 5/187,5 und S 5/187,5 hinter der mit dem Dia
manten bestimmten Härte D 5/187,5 zurück. Die Härte 5/750 konnte aus den früher angeführten Gründen leider mit dem Diamanten nicht ermittelt werden. Die Kurven i k 1 und i m o für die Härten G 5/750 und S 5/750 verlaufen jedoch in ihrem ersten Teil geradlinig und weichen erst oberhalb der Punkte k bzw. m von der Geraden i k m p ab. Man wird mm mit größter Wahrscheinlichkeit annehmen ^ dürfen, daß der geradlinige Teil i m auch der mit |r ^ einem Diamanten bestimmten Härte 5/750 ent- .§
sprechen würde und daß die Kurve für diese Härte f D 5/750 im Punkte m von der Kurve m o abzweigen würde. Die Punkte c. f. k, m, oberhalb welcher die ^ Stahlkugeln kleinere Härten ergeben als die Dia- 1 300 mantkugel, entsprechen nun etwa den in folgender | Uebersicht aufeeführten Härteziffern. t
Kurven auseinanderlaufen, wegen der Streuung der Versuchsergebnisse nur un
genau festgelegt werden kann. Die ge
fundenen Grenzwerte Hegen aber wesent
lich tiefer als die von Hultgren ermit
telten Werte, und die Erhöhung der Grenzwerte durch Verwendung der „be
sonders harten“ Stahlkugeln ist nicht beträchtlich. Von einer Anzahl dieser kaltgehärteten Kugeln wurde in der oben angegebenen Weise (750 kg Belastung bei 10 mm Durchmesser) die Härte zu 800 bis 850 bestimmt11). Nach der in Abb. 1 gestrichelt eingezeichneten Linie würde dieser Härte ein Grenzwert von 470 bis 500 entsprechen; dieser Wert steht ebenfalls mit den hier gefundenen in befriedigender Uebereinstimmung. Wie die aus Abb. 2 abgeleitete Abb. 3 in an
derer Darstellung erkennen läßt, ergeben oberhalb der Grenzwerte in vorstehender Uebersicht die kaltgehärteten Kugeln zwar höhere Härteziffern als die gewöhn
lichen Stahlkugeln, aber auch diese höhe
ren Härteziffern bleiben nach Abb. 2 noch wesentHch hinter den mit dem Dia
manten ermittelten Härten zurück. Wie weit dies für die Härte 5/750 der Fall ist, konnte, wie erwähnt, durch einen direkten Versuch nicht festgestellt werden; die Frage, ob die Gerade i m p (Abb. 2) auch in dem Teil m p die Härte D 5/750 darstellen würde, muß zunächst unbeantwortet bleiben.
H ä r t e H ä r t e
5/187,5 5/750
G ew öhnliche S ta h lk u g e ln . . 280 420
B esonders h a r te S ta h lk u g e ln . 300 460
700
Die Uebereinstimmung der beiden fett gedruckten Grenzwerte mit dem von Shore gefundenen (325 für die Härte 10/750)9) bzw. dem aus Abb. 1 ermittelten Wert (420 für die Härte 10/3000) ist als sehr gut zu bezeichnen10), da der Punkt, von dem ab die
■') E in e r H ä r te (5/1 8 7 ,5 ) v o n 325 e n ts p ric h t n a c h Abb. 2 ein e H ä r te (5 /7 5 0 ) v o n rd . 410.
10) B a t s o n [E n g g . 115 (1923), S. 534] h a t e b en falls die A b fla c h u n g e n d e r K u g e l in A b h ä n g ig k e it vo n d e r H ä rte des g e p rü fte n S tü c k e s b e s tim m t. N a c h d e r vo n
ßarfeo/.
-I
ßär/po/WO!
\
7
A b b ild u n g 3. V e rg le ic h v o n g e w ö h n lic h e n u n d k a ltg e h ä r te te n K u g e ln .
ih m g eg eb en e n K u rv e n im m t d ie A b fla c h u n g s ta r k zu, so b a ld die H ä r te (10/3000) e tw a 400 bis 450 ü b e rsc h re ite t.
u ) E s m ag h ie r e r w ä h n t w e rd e n , d a ß in U e b e re in s tim m u n g m it H u ltg re n d u rc h A n la sse n d e r k a ltg e h ä r te te n K u g e ln a u f 100° n u r ein e se h r g erin g e S te ig e ru n g ih r e r H ä r te e rz ie lt w u rd e , w ä h re n d e in A n lassen a u f 200° die H ä r te d e u tlic h v e rm in d e rte .
T/or/e 3/70Z3
1772 S tah l und E isen . Die Härteprüfung von gehärteten Stählen.
M it H ilfe der vo n M e y e r 1) nachgew iesenen B e
ziehung P = a • d n, w orin P die B elastu n g beim K ugeldruck, d den E in d ru ck d u rch m esser, a u n d n zwei vom W erk sto ff abhängige K o n sta n te n b e zeichnen, k a n n aus der H ä rte 5 /187,5 die H ä rte 5 /7 5 0 b erech n et w erden12), w enn n b e k a n n t ist. Es
ffo r o e l, O e o e c/ r/ re f m /7 T i -3 ,3 3
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O 700 300 300 WO 3770 300 700
f/ä rfe S/730
A b b ild u n g 4. V ergleich d e r H ä r te n 5 /7 5 0 u n d 5/187,5.
k ö n n te dan n in Abb. 2 die fehlende K urve D 5 /7 5 0 aus der K urve D 5/1 8 7 ,5 ab g eleitet w erden. Die V ersuche von M eyer zum N achw eis des G esetzes P = a • d n erstre c k te n sich n u r bis zu H ä rte n von etw a 450. U m die G ü ltig k eit des G esetzes auch fü r höhere H ä rte n nachzuprüfen, w urde deshalb in der V ersu ch san stalt eine A nzahl g e h ä rte te r S tah lp ro b en m it steigenden B elastungen g e p rü ft (u n ter V erw en
dung von gew öhnlichen Stahlkugeln). D ie V ersuche w urden einm al so vorgenom m en, d aß je d e r D ruck a n einer neuen Stelle erzeugt w urde, u n d auch so, d aß eine ganze B elastungsreihe an derselben Stelle d u rch g efü h rt w urde. Die V ersuche ergaben, daß das G esetz P = a • d11 auch bei H ä rte n bis 600 u n d d a rü b e r noch als gültig angesehen w erden k a n n 13).
Die W erte v on n, welche sich aus diesen V ersuchen ergaben, schw ankten zw ischen 2,3 un d 2,7; bei den V ersuchen vo n M eyer lag n fü r E isen u n d S tah l zwischen 2,15 un d 2,35. In den A bb. 4 u nd 5 is t das V erhältnis der H ä rte 5 /7 5 0 zur H ä rte 5/187,5 d arg estellt, u n d zw ar einm al, wie es sich rechnerisch m it verschiedenen W erten von n e rg ib t (strich p u n k tie rte L inien), u nd d an n , wie es aus V ersuchen (z. B. aus den K u rv en in A bb. 2) e rm itte lt w urde (ausgezogene K urven). N ach den ausgezogenen K u rv en n im m t m it w achsender S ta h lh ä rte der W e rt von n zu bis etw a 2,7. B e a c h te t m an aber, daß der W e rt von n von der H ä rte der K ugeln (Abb. 4:
k a ltg e h ä rte te gegen gew öhnliche K ugeln) un d auch von ihrem D urchm esser (Abb. 5: 10 m m gegen 5 m m )
12) Die E in d ru ck d u rch m esser v e rh a lte n sich wie 1 / ^ : 1 .
\ 750
13) D ie V ersuche w u rd e n d u rc h g e fü h rt bis zu B e
la s tu n g e n v o n P = 30 • A 2, w en n A d e n D u rch m esser
• d e r K u g el in m m , P die B e la stu n g in kg b ezeichnet.
45. Jahrg. N r. 43.
abhängig ist, so d rä n g t sich die V e rm u tu n g auf, daß diese Z unahm e von n m it w ach sen d er H ä rte keine E ig en sch a ft des S tah les, so n d ern in den V orgängen beF der P rü fu n g (zunehm ende A b flach u n g d er Kugel m it steigender H ä rte der P ro b e) b e g rü n d e t ist. Je h ä rte r die K ugel is t, um so g erin g er w ird ihre A b
flachung u nd um so k lein er die scheinbare E rh ö h u n g von n ; je größer der K ugeldurchm esser, je flacher an sich der E in d ru c k is t, desto geringer w ird im V erh ältn is der E in flu ß ein er A b p la ttu n g der Kugel.
Ebenso d ü rfte die A bflachung d er K ugel einen v er
h ältn ism äß ig kleineren E in flu ß a u sü b en , w enn unter so n st gleichen B edingungen d er E in d ru c k , d. h. die B elastung, größer w ird ; dies w ürde e rk lä re n , w arum die oben gefundenen G renzw erte fü r die H ärte 5 /7 5 0 höher liegen als fü r die H ä rte 5/187,5. H ier
nach ist zu erw arten , d aß fü r die H ä rte p rü fu n g m it 10-m m -K ugeln die G renzw erte höh er liegen als für die P rü fu n g m it 5-m m -K ugeln.
W en n also die Z unahm e v on n m it steigender H ä rte n u r eine scheinbare is t, so w ird sie fü r die D iam an tk u g el jedenfalls sehr klein ausfallen, so daß in A bb. 2 die H ä rte D 5 /7 5 0 , w enn n ic h t durch die L inie i m p (entsprechend n = 2,35), so doch durch eine K u rv e d a rg e ste llt w ird , w elche anfänglich m it i m zusam m en fällt u n d d a n n n u r schw ach ge
k rü m m t o berhalb von m p v erläu ft.
Z u s a m m e n f a s s u n g .
D urch H ä rte b e stim m u n g e n n ach B rinell m it K ugeln von verschiedener H ä rte w u rd e gezeigt, daß die gefundene H ä rte zu nied rig a u sfä llt, w enn die
K ugel n ic h t w esentlich h ä rte r als die P ro b e ist. Die G renze, bis zu w elcher die M essung noch genügend gen au is t14), lieg t fü r die gew öhnlichen S tahlkugeln
14) D ie o b e n e rw ä h n te e la stisc h e F o rm ä n d e ru n g des P ro b e s tü c k s a n d e r D ru c k s te lle , w elch e f ü r se h r h a rte P ro b e n m ö g lich erw eise ein e m e rk lic h e R o lle sp ie lt, ist in d e n v o rs te h e n d e n V e rsu c h e n n ic h t b e rü c k sic h tig t w orden.
700 300 300 VOO ~S0tT
TfäWe 70/3000 /mO 3/730 A b b ild u n g 5. V erg leich d e r H ä r te n f ü r P
u n d fü r P = 7,5 • A 2.
30 • A2
22. Oktober 1925. Verwendung von Gichtgas im Siemens-Martin-Ofen. Stah l und E isen . 1773
bei einer H ä rte (5/750 bzw. 10/3000) von etw a 420 bis 450, fü r die besonders h a rte n , k a ltg e h ä rte te n S tahlkugeln bei einer H ä rte von e tw a 460 bis 500.
A uch fü r P ro b e n , deren H ä rte o berhalb dieser G renzw erte lieg t, w u rd e — tr o tz d er an den K ugeln a u ftre te n d e n A bflachungen — das G esetz P = a • d n b e stä tig t gefunden. D er aus den V ersuchen sich ergebene W e rt fü r n is t jed o ch v on H ä rte u n d D u rc h m esser der v erw en d eten K ugel ab h än g ig u n d k a n n n ic h t m e h r als eine M a te ria lk o n sta n te b e tr a c h te t w erden.
F ü r d e n h ä rte ste n , u n te rsu c h te n S ta h l erg ab en sich folgende H ä rte z iffe rn :
K u g e l - d u r c h - r a e s s e r mm
B e l a s t u u g
kg
K u g e l H ä r t e
5 750 gew öhnliche K u g el 660
5 750 k a lt g e h ä rte te K u g el 700
5 750 D ia m a n tk u g e l13) m in d e st.
760 lä) S h o re (a. a. O.) fa n d m it dem D ia m a n te n H ä r te ziffern (10/750) bis zu 800.
D ie M ö glichkeit der V e r w e n d u n g v o n G ichtgas im S ie m e n s -M a r tin -O fe n .
Von W i l h e l m T a f e l u n d F r i t z A n k e in B reslau.
(Verhalten der Gase bei der Verbrennung. Vergleichende, rechnerische Betrachtungen über die Verwendung von Generatorgas bzw. Gichtgas im Siemens-M artin-Ofen.) — :~
| ic h tg a s fin d e t b ish er b ei Siem ens - M a rtin - Oefen im allgem einen n u r als Z u sa tz zu h o c h w ertigen B ren n sto ffen (z. B. K oksofengas) V er
w endung. V ersuche, m it ih m allein zu a rb e ite n , sind, sow eit die K e n n tn is d e r V erfasser re ic h t, b ish er m ißglückt. E in e zu n ied rig e V e rb re n n u n g ste m p e ra tu r k a n n n ic h t die U rsach e se in ; d en n , w as d er geringere H eizw ert des G ichtgases in dieser B ezie
hung v e rd irb t, m ü ß te n w ir th e o re tisc h d u rc h eine höhere V o rw ärm u n g v on G as u n d L u ft ausgleichen können. E s la g d esh alb d er G ed an k e n ah e, re c h nerische U n te rsu c h u n g e n an z u ste lle n , ob an d ere G ründe vorliegen, die es un m ö g lich m ach e n , in dem gew öhnlichen S iem ens-M artin-O fen m it d en üb lich en K am m erabm essungen S ta h l allein m it G ichtgas zu erschm elzen. Sie k ö n n e n n ic h t vo llk o m m en ric h tig e , sondern sollen n u r V ergleichsw erte zw ischen G ichtgas und den b ish er im S iem ens-M artin-O fen g e b rä u c h lichen u n d b e w ä h rte n G asen schaffen. G enaue Z ahlen sin d schon deshalb ausgeschlossen, w eil die Vorgänge bei d e r W ä rm e ü b e rtra g u n g (S tra h lu n g , K o n v ek tio n , L e itu n g ) b islan g w egen ih re r V er- w ick elth eit rech n erisch n ic h t e rf a ß t w erd en können.
Die T echnik m u ß , wie o ft in solchen F ä lle n , zu einem E r s a tz m itte l g reifen ; sie m u ß sich in u n se re m F alle m it der e rfa h ru n g sm ä ß ig e n F e s ts te llu n g beg n ü g en , w ieviel W ärm e v o n ein em S to ff a u f einen an d e re n in ein er b e s tim m te n Z e it je m 2 u n d 0 C T e m p e r a tu r
gefälle ü b e rg e h t. A uch sin d die M essungen a n S iem ens-M artin-O efen n ic h t v erlässig u n d zah lreich genug, u m m e h r als A n n ä h e ru n g sre c h n u n g e n aus ih n en ab z u le ite n . A b er die T ech n ik lie b t solche a n n ä h ern d en V erg leich srech n u n g en , w eil sie K la rh e it schaffen, w ä h re n d d e r V ersu ch , g en a u rech n erisch zu erfassen, w as n ic h t g en a u zu erfassen is t, m e ist das G eg en teil b e w irk t.
E s w ird im folgenden ein m ittle re s G e n e ra to rg a s von d er A n aly se1): 11,2 % C 0 2, 25 % CO, 1,2 % C H 4.
0,19 % CnH m. 0,85 % H 2, 55,9 % N a, 5,66 % H 20 (H eizw ert 1140 W E /m 3), ein em G ich tg as von d er Z u sam m en setzu n g 1): 13,8 % C 0 2, 28,5 % CO, 0 ,1 % H 2, 5 5 ,4 % N 2, 2 ,2 % H , 0 (H e iz w e rt 930 W E /m 3) g eg en ü b e rg e ste llt. D ie rech n erisch e A n
l ) A ngaben in G ew ichtsprozenten.
f a n g s te m p e ra tu r des G en erato rg ases b e tr ä g t bei einem L u ftü b e rsc h u ß von 10 % 1560°, die des G ic h t
gases u n te r gleicher B edingung 1450°. D ie O fen
te m p e ra tu re n sind zw ischen 1700 u n d 1800° an g e
n om m en2). D ie F la m m e n te m p e ra tu r soll, d a m it ein m öglichst großes G efälle v o rh a n d e n is t, so hoch d a r ü b er liegen, wie es die H a ltb a r k e it der feu erfesten S teine g erade noch e rla u b t. G enaue A n g ab en ü b e r die T e m p e ra tu r d er F lam m e fehlen, w eil ih re M essung m it g roßen S chw ierigkeiten v e rb u n d e n ist. D as T e m p eratu rg efälle v on F lam m e zu B ad k a n n also n u r g e s c h ä tz t w erden. S o m it is t a u ch u n b e k a n n t, wie w eit sich in diesen T e m p e ra tu rb e re ic h e n die w irkliche F la m m e n te m p e ra tu r a n die sich d u rc h B ech n u n g ergebende a n n ä h e rt. H ilf t m a n sich infolgedessen m it d e r A nn ah m e ein er erfo rd erlich en th e o re tisc h e n A n fa n g ste m p e ra tu r im O fen v o n 2400°, wie es B a n s e n bei seinen B erech n u n g en t u t 3), so sin d zw ischen dieser u n d den rech n erisch en A n fa n g s te m p e ra tu re n d e r G ase U n tersch ied e von 840 bzw. 950° zu decken, die d u rc h eine m ittle r e V o r
w ärm u n g v on G as u n d L u ft a u f 1050° bei G e n e ra to r
gas bzw . 1200° bei G ich tg as ausgeglichen w erden m üssen. G ich tg as w ü rd e m ith in eine rd. 15 % höh ere V o rw ärm u n g b rau ch en .
M it d e r A ngleichung d e r th e o re tisc h e n T em p e
ra tu re n a n e in a n d e r is t a b e r n o ch n ic h t g esag t, d a ß au ch die w irk lich en V e rb re n n u n g ste m p e ra tu re n die gleiche H öhe erreichen. E s m u ß d a h e r a u f d a s V e rh a lte n d er G ase bei d e r V erb re n n u n g eingegangen w erden. D ie E n t z ü n d u n g s g e s c h w i n d i g k e i t 4) k a n n , d a beide G ase w e it ü b e r ih re E n tz ü n d u n g s te m p e r a tu r h in a u s v o rg e w ä rm t w erd en m üssen, ohne w eiteres als u n e n d lic h g roß an g en o m m en w erden. A nders s te h t es m it d er V e rb re n n u n g s- g eschw indigkeit5). Sie is t vo n d em G ra d d e r
2) Vgl. S t. u . E . 33 (1913), S. 115; 44 (1924), S. 194 u . 1034.
3) S t. u . E . 43 (1923), S. 1035.
4) U n te r E n tz ü n d u n g s g e s c h w in d ig k e it i s t d ie R e a k tio n sg e s c h w in d ig k e it zw isch en S a u e rsto ff u n d b r e n n b a re n B e s ta n d te ile n v e rsta n d e n .
5) D ie V e rb re n n u n g sg e s c h w in d ig k e it i s t d ie F o r t p fla n z u n g sg e s c h w in d ig k e it d e r V e r b re n n u n g in n e r h a lb d e s G as-L u ft-G em iseh es.
1774 Stah l und E isen . Verwendung von Gichtgas im Siemens-M artin-Ofen. 45. Jahrg. N r. 43.
V ollkom m enheit d er M ischung von G as u n d L u ft, d er im w esentlichen d u rc h die B a u a rt des O fen
kopfes b ed in g t ist, und, wie im folgenden au sg e fü h rt w ird, vom L u ftü b e rsc h u ß u n d dem V e rh ä ltn is der an d er V e rb ren n u n g teiln eh m en d en zu den n ic h t b ren n b aren B e sta n d te ile n im G as-L u ft-G em isch a b hängig. L e tz te re s b e tr ä g t z. B. bei einem L u f t
überschuß von 10 %
f ü r G ic h tg a s... 0,356 : 1 fü r G e n e ra to rg a s . . . 0,384 : 1 f ü r M ischgas6) ... 0,432 : 1 f ü r K o k so fen g as7) . . . 0,478 : 1
D ie V erb ren n u n g g e h t m it sinkendem A n teil an B allaststo ffen schneller v o r sich, w eil S au ersto ff un d b re n n b a re B e sta n d te ile sich bei so n st gleichen V erh ältn issen um so ra s c h e r vollkom m en vereinigen k ö n n en , je k o n z e n trie rte r sie im G em isch v o rh an d en sin d . J e w eniger W ärm e bei dem ex o th erm en V o r
g a n g an B allaststo ffe abgegeben w erden m uß, desto höh er lieg t die V e rb re n n u n g ste m p e ra tu r. W eiter, je schneller die W ärm e in einem b e stim m te n Z eit
a b s c h n itt e n tw ick e lt w ird, desto h ö h er w iederum w ird infolge d er v errin g erten M öglichkeit, die W ärm e schon w äh ren d ih re r E n ts te h u n g an die U m gebung abzugeben, die T e m p e ra tu r d er H eizgase.
D as G ichtgas h a t, wie obige V erh ältn iszah len zeigen, m eh r B allaststo ffe, also b ei so n st gleichen B edingungen eine kleinere V erbrennungsgeschw in
d igkeit. D er N ach teil der geringeren A n fan g stem p e
r a t u r k an n , wie erw äh n t, d u rc h E rh ö h u n g d er V or
w ärm ung ausgeglichen w erden.
M it fo rtsc h re ite n d e r V e rb ren n u n g eines G e
m isches nehm en die A nteile an b ren n b a re n B e s ta n d teilen u nd S au ersto ff stä n d ig a b ; d er V erb ren n u n g s
v organg m uß sich also m eh r u n d m eh r v e r
zögern. E in e B eschleunigung erfolgt d u rc h E r höhung der K o n z e n tra tio n an S au ersto ff im G em isch.
Die h ierzu notw endige V erm ehrung des L u ftü b e r
schusses t r i t t , wie ein V ergleich d e r S a u e rsto ff
g eh alte in Z ah len tafel 1 un d 2 erg ib t, am A nfang d er V erb ren n u n g k au m , sondern s tä rk e r e rs t am E n d e in E rscheinung. D er S a u ersto ffg eh alt s te ig t bei Beginn n ach Z ah len tafel 1 um rd. 30, am E n d e nach Z ahlentafel 2 u m rd. 5 5 0 % . Seine Z unahm e v e r
g rö ß e rt die M öglichkeit, die gegen E n d e des V er
brennungsvorganges n u r noch in schw acher K onzen
tr a tio n v o rhandenen b re n n b a re n B e sta n d te ile w ä h ren d der A u fen th altsz eit der H eizgase im O fenraum v o llstän d ig zu r V erbren n u n g zu bringen. D ie S a u e r
stoffgehalte in den d u rch R ech n u n g sich ergebenden A bgasanalysen sind in Z ah len tafel 3 zu sam m en g e ste llt; sie zeigt, daß d e r A nteil an S au ersto ff bei p ro zen tu al gleichbleibendem L u ftü b e rsc h u ß m it z u n eh m e n d er K o n z e n tra tio n an b re n n b a re n B e
s ta n d te ile n w ächst. D er Z usam m en h an g w ird klar, w enn m an b ed en k t, daß m it ihnen a u ch die zu r V er- - b ren n u n g erforderlichen L uftm engen w achsen, also d e r L u ftü b e rsc h u ß je m 3 Gas, ab so lu t genom m en, g rö ß e r w ird. N im m t m an fü r unseren V ergleich an, d a ß das G enerato rg as bei einem L u ftü b e rsc h u ß von
6) M ischgas vo n 2000 W E /m 3 au s G ich t- u n d K o k s
ofengas.
7) K o k so fen g as von 4300 W E /m 3.
Z a h le n ta ie l 1. Z u s a m m e n s e t z u n g d e s V e r b r e n n u n g s g e m i s c h e s v o n G e n e r a t o r g a s b e i s t e i
g e n d e m L u f t ü b e r s c h u ß . L u f t
ü b e r s c h u ß
%
o 2 V o l. %
B re n n b are B estan d te ile
V ol. %
N ic h t b ren n b a re B estan d te ile
V o l. %
1 0 1 1 , 0 1 6 , 7 5 7 2 , 2 5
2 0 1 1 , 4 1 6 , 1 7 2 , 5
3 0 1 1 1 , 8 1 5 , 3 7 2 ,9
1 0 0 1 4 , 4 1 1 , 0 7 4 , 6
Z a h l e n t a f e l 2 . Z u s a m m e n s e t z u n g d e r A b g a s e v o n G e n e r a t o r g a s b e i s t e i g e n d e m
s c h u ß .
L u f t ü b e r -
L u ft
überschuß 0 2 C 0 2 H ,0 n2
°//o V o l. % v o l . % v o l . X V o l. %
1 0 1 , 1 1 6 , 1 1 1 , 9 7 0 ,9
2 0 2 ,0 6 1 5 , 3 2 1 1 , 4 7 1 , 2 2
3 0 2 ,9 3 1 4 , 6 2 1 0 ,8 5 7 1 , 6 0
1 0 0 | 7 , 1 7 1 0 ,7 2 7 , 9 7 7 4 , 1 4
Z a h le n ta f e l 3. V e r g l e i c h d e r G e h a l t e a n b r e n n b a r e n B e s t a n d t e i l e n i n d e n u n v e r b r a n n t e n , n i c h t m i t L u f t g e m i s c h t e n G a s e n u n d a n S a u e r s t o f f i n d e n A b g a s e n v o n G i c h t - , G e n e r a t o r - u n d M i s c h g a s b e i 10 % L u f t ü b e r s c h u ß ;
B e z e i c h n u n g G ic h tg a s Vol. %
G e n e r a t o r g a s V o l. %
M is c h g a s V o l. %
B r e n n b a r e B e s ta n d te ile . S a u e r s t o f f ...
3 0 ,5 5 3 5 ,0 4
0 ,9 1,1
49,60 1,4
10 % im O fenraum vollkom m en v e rb re n n t, so ist die zu sätzlich e L u ftm e n g e z u r E rre ic h u n g d e r glei
chen V erb ren n u n g sg esch w in d ig k eit b eim G ichtgas so hoch zu w ählen, d aß d e r S a u e rs to ffg e h a lt in den A bgasanalysen b eid er G ase gleich g roß w ird . Bei E rh ö h u n g des L u ftü b e rsc h u ssc s fü r G ich tg as auf 15 % is t die B edingung reich lich e rfü llt. D ie R ech
n u n g erg ib t, d aß das bei d e r V e rb re n n u n g vo n 1 kg G ichtgas e n tste h e n d e R a u c h g a sg e w ic h t sich dann von 1,8 a u f 1,84 kg e rh ö h t. D ie E rn ie d rig u n g der A n fa n g ste m p e ra tu r b e tr ä g t 2 5 °; sie m u ß durch eine S teig eru n g d e r m ittle re n V o rw ärm u n g von 1200 a u f 1230° ausgeglichen w erden.
Von W ic h tig k e it is t fe rn e r die F ra g e , wie sich die beiden G ase in bezug a u f den W ärm eü b erg an g v e rh a lte n 8). M an f ü h r t die in n e u e re r Z eit n ä h e ru n g s
weise e rre c h n e te n g ro ß en W ärm eü b erg an g szah len a u f G a sstra h lu n g z u rü c k u nd sc h re ib t d e r K o h len säure u nd dem W a sse rd a m p f den H a u p ta n te il d a ra n zu. E in V ergleich d e r G e h a lte an K o h len säu re und W asserd am p f zeigt, d a ß in dieser H in sic h t d as G ic h t
gas m it 23,2 % C 0 2 un d 3 % H 20 in d e r A bgas
a n aly se d as G e n e ra to rg a s m it 16,1 % C 0 2 und 11,9 % HoO ü b e rtrif ft. E in e gew isse R olle spielen au ch , wie die bessere U e b e rtra g u n g d e r leu ch ten d en F lam m e gezeigt h a t, im G asgem isch schw im m ende feste Teilchen, die sich m it W ärm e a u fla d e n u n d sie d u rc h S tra h lu n g an B ad u n d W än d e w eitergeben.
U ngereinigtes G ich tg as w äre von diesem G esichts-
t ) V e ig leich en d e A n g a b e n v o n S to ß ö fe n , b e i d e n e n die A n w e n d u n g b e id e r G a s a rte n m öglich u n d a u c h vielfach im G e b ra u c h is t, sin d le id e r n ic h t b e k a n n t.2 2 . O k t o b e r 19 2 5 .
I
ericendung von Gichtgas im Sie mens-Martin-Ofen. S ta h l u n d E is e n . 1775p u n k te aus b e tr a c h te t dem g erein ig ten vorzuziehen,
doch steh en dem gegebenenfalls chem ische E in flü sse des G ic h ts ta u b e s a u f die K am m e rste in e u n d die G efahr d er V e rsta u b u n g d er K am m ern im W ege.
G eber die Menge d e r festen B e sta n d te ile , die beim G eneratorgas als Z ersetzungserzeugnisse des Teers m it in den O fen gelangen, is t n ic h ts G enaues b e kannt. D er A n teil an T eer im gew öhnlichen G ene
ratorgas is t n ic h t erh eb lich . A u ß erd em g elan g t w ahrscheinlich n u r ein B ru c h te il des sich in den K am m ern a b sp a lte n d e n R ußes in fe in v e rte ilte r F o rm in den Ofen. Im m e rh in is t h ie r eine U eb erleg en h eit des G en erato rg ases g eg en ü b er dem G ich tg as v o r
handen, die sieh m it w ach sen d em A n te il an T eer im G eneratorgas v e rg r ö ß e rt9).
F ü r die F e s tste llu n g , ob b eim G ich tg as die A b
hitze a u sre ic h t, u m die hohe e rreclin ete V o rw är
m ung zu erzielen, m u ß eine W ärm eb ilan z a u fg estellt w erden. E s w erd en in Z a h le n ta fe l 4 u n d 5 die W ärm erechnungen eines Siem ens-M artin-O fens von 50 t m it 7 s t S ch m elzu n g sd au er bei B eheizung m it G eneratorgas bzw. m it G ich tg as verg lich en . E s b e trag e d er m ittle r e K o h le n v e rb ra u c h 26 % (1 kg Kohle = 5.05 k g G e n e ra to rg a s; 1 kg G as v e rb re n n t bei einem L u ftü b e rsc h u ß von 10 % m it 1.26 kg L u ft zu 2,26 kg R au ch g as), die O fe n te m p e ra tu r 1750°, die U m ste u e rv e rlu ste 1.4 ° 0, die S ehlaeken-
Z ah len tafel 4. W ä r m e b i l a n z f ü r 1 t e r z e u g t e n S t a h l( G e n e r a t o r g a s b e h e i z u n g ) .
Z u g efü h rte G a sm e n g e : 1000 ■ 0 ,26 ■ 5,05 = 1313 kg U m s te u e rv e rlu ste : 0 ,0 1 4 - 1 3 1 3 = 18 „ D em O fen z u g e fü h rte G asm en g e . . 1295 kg L u ftm e n g e : 1000 • 0 ,2 6 • 5 ,05 ■ 1,26 = 1640 kg.
E i n n a h m e n .
1. F ü h lb a re W ä rm e d es G ases
1295 • 1050 • 0,3 2 5 10) . . = 440 000 WF- = 18,5 % 2. F ü h lb a re W ä rm e d e r L u ft
1640- 1050 - 0,261 . . . = 450 000 W E = 1 8 ,8 % 3. V e rb re n n u n g sw ä rm e d es
G ases 1 2 9 5 - 1 0 2 0 . . . . = 1 320 000 W E = 5 5 ,5 % 4 . W ä rm e z u fu h r a u s d e m
E in s a tz 14 • 8080 4- 4 ■
7830 + 11 ■ 1730 + 6000 = 169 000 W E = 7,2 % 2 379 00 0 W E = 100,0 % A u s g a b e n .
1. E rw ä rm u n g d es E in s a tz e s v o n 0 a u f 1750° = 1000 •
1750 - 0 ,16 ...= 280 00 0 W E 2. S ch m elzw ärm e d e s E isen s
1000 - 3 2 ...= 32 000 W E 3. W ä rm e in h a lt v o n 150 kg
S ch lack e = 150 • 504 . . = 76 000 W E F ü r d e n g e s a m te n S ch m elz
v o rg a n g ... 388 00 0 W E - 16,2 % 4. G as v o r w ä rm u n g v o n 600
a u f 1050° 1295 • 450 • 0 ,3 2 5 = 188 000 W E = 7,95 % 5. L u ftv o rw ä rm u n g (s. o b en ) = 450 0 0 0 W E = 18,8 % 6. E ss e n v e rlu s t = 650 • 0,27
■2935 . = 515 000 W E = 2 1 ,5 5 %
7. R e s tg lie d (W a n d -, S p a lt
v e rlu ste u s w . ) ...= 838 00 0 \ \ E = 35,5 %
2 379 000 W = iUO %
9) V gl. W . T a f e l : W ä rm e u n d W ä rm e w irts c h a ft d e r K ra ft- u n d F e u e ru n g s a n la g e n in d e r I n d u s tr ie (M ü n ch en u n d B e rlin : R . O ld e n b o u rg 1924), S. 125/6.
10) D ie u n te r s tr ic h e n e n Z a h le n s in d d ie m ittle re n sp e z ifis c h e n W ä rm e n bei d e n e r re c h n e te n T e m p e ra tu re n .
Zahlentafel 5. W ä rm eb ila n z für 1 t e r z e u g te n S ta h l (G ic h tg a sb e h e iz u n g ).
1 380 000
Zugeführte Gasmenge = — - = 1S40
kg729
Zugeführte Luftmenge = 1840 - 0,84 = 1540 kg E in n ah m en .
1. Fühlbare Wärme des Gases
1840 • 0,277 • 1230 . . . = 625 000 WE = 24 % 2. Fühlbare Wärme der Luft
1540 -1230 - 0 ,2 6 . . . . = 495 0 0 0 W E = 19 % 3. Verbrennungswärme des
Gases (wie bei Generatorgas) = 1 320 000 WE = 50,5 % 4. Wärmezufuhr aus dem Ein
satz (wie bei Generatorgas) = 169 000 WE = 6,5 % 2 609 000 WE = 100 % A u sgab en .
Für den Schmelzvorgang = 388 000 WE = 14,9 % Für Gasvorwärmung (s.o.) = 625 000 WE = 24 % Für Luftvorwärmung (s. o.) = 495 000 WE = 19 % Restglied 0,35
x2 609 000 = 915 000 WE = 35 % Somit bleibt Essenverlust = 186 000 WE = 7,1 % 2 609 000 WE = 100 % 186 000
Temperatur der Abgase: = 225°.
m enge 15 % des E in satzes, d e r W ä rm e in k a lt der S chlacke bei 1750° 504 W E kg. die S chm elzw ärm e des E isens 32 W E kg. die m ittle re spezifische W ärm e des E in sa tz e s 0,16, d e r A b b ran d je t E isen 14 kg C, 4 kg Si, 11 kg Mn, 1 kg P . die T e m p e ra tu r des G en erato rg ases beim E i n t r it t in den W ärm esp eich er 600°, des G ichtgases 0 ° , die m ittle re T e m p e ra tu r d er A bgase beim G en erato rg as 650u ).
B ei G leichsetzung d e r dem O fen zu g efü h rten W ärm em enge u n d d e r W a n d v e rlu ste e rg ib t sich die B ilan z fü r G ich tg asb eh eizu n g in Z a h le n ta fe l 5.
D ie H e ru n te rk ü h lu n g d er A bgase a u f 225° w ü rd e n u r m öglich sein d u rc h V e rlän g eru n g d e r W ärm e
sp eich er bzw . E in b a u ein er V o rk am m er, die, v ie l
leich t m it engm aschigem G itte rw e rk oder m it S em m elstein fü llu n g 12) v erseh en , d as G as zu ein er v o llstä n d ig e re n W ä rm eab g ab e zw ingt. Z ur U eber- w in d u n g d e r sich s ta r k v e rg rö ß e rn d e n R eib u n g s
w id e rstä n d e u n d w egen d e r n ied eren A b g astem p e
r a t u r m ü ß te eine S augzuganlage a u fg e ste llt w erden.
Zu b e a c h te n ist. n o ch , d a ß d u rc h V erg rö ß eru n g d er K am m er e rh ö h te W a n d v e rlu ste e n ts te h e n , die eine w eitere E rn ie d rig u n g d e r A b g a s te m p e ra tu r h e rv o r
rufen.
E in e w eitere F ra g e is t die, ob n ic h t oh n e V er
g rö ß eru n g d e r K am m ern , die h äu fig w egen d er P la tz v e rh ä ltn is s e u n tu n lic h sein w ird , au szu k o m m en is t, e tw a d a d u rc h , d a ß m a n e n ts p re c h e n d m eh r G ich tg as zu r V erb ren n u n g b rin g t, also e n tsp re c h e n d m eh r A bgas e rz e u g t, das d a n n d u rc h die W ä rm e a b g ab e s t a t t a u f 225 n u r a u f 500 bis 600°. wie a ll
gem ein ü b lich , a b g e k ü h lt w ird . In diesem F alle w ürde das m ittle r e T e m p e ra tu rg e fä lle in d e r K a m m er, also a u c h die W ä rm e ü b e rtra g u n g je m 2 H eiz
fläche gleich gro ß , m it a n d e re n W o rte n , eine V e r
g rö ß e ru n g d e r K a m m e rn w ü rd e u n n ö tig sein, v o ra u s g e se tz t, d a ß k ein e w esen tlich e S teig eru n g
u ) Die Zahlen für Generatorgasbeheizung sind einem praktischen Fall entnommen.
12) Vgl.
S t.u. E. 44 (1924).
S. 856.1776 S ta h l und E ise n . Verwendung; von Gichtgas im Siemens-Martin-Ofen. 45. Jahrg. N r. 43.
Z a h le n ta fe l 6. V e r g l e i c h v o n Q u e r s c h n i t t e n d e r E i n s t r ö m u n g s ö f f n u n g e n , R a u c h g a s g e s c h w i n - d i g k e i t e n u n d V o r w ä r m e t e m p e r a t u r e n b e i g l e i c h b l e i b e n d e n E i n t r i t t s g e s c h w i n d i g k e i t e n
f ü r G a s u n d L u f t .
Generatorgas Gichtgas
Q u e r s c h n itt d es L u f t
k a n a ls ... m 2 0 ,79 1,17 Q u e r s c h n itt d es G a s
k a n a ls ... m 2 0 ,3 6 0 ,70 E in tr itts g e s c h w in d ig k e it
v o n L u f t . . m /se k 14,6 14,6
E in tr itts g e s c h w in d ig k e it
v o n G as . . . m /se k 29,2 29,2
R a u c h g a s g e s c h w in d ig -
k e it i m L u f t k a n a l m /se k 27,1 25 R a u c h g a s g e s c h w in d ig
k e it im G a s k a n a l m /se k 27,1 25
V o r w ä r m u n g v o n G a s °C 1050 825
V o rw ä rm u n g v o n L u f t / C 1050 1740
d er W ä rm e ü b e rtra g u n g au f L u ft u n d G as e rfo rd e r
lich w ird. D ie h ierfü r aufzuw endenden W ärm e
m engen lassen sich leich t berechnen. N ich t v o ra u s zubestim m en is t die A enderung des R estgliedes.
In dem K u rv en b ild K urve I (s. Abb. 1) sind die A b
g a ste m p e ra tu re n aufgetragen, die sich bei V er
stä rk u n g d er B eheizung ergeben, w enn die W a n d v erlu ste k o n s ta n t bleiben; in K urve I I sind die A bgas
te m p e ra tu re n bei p ro z e n tu a l m it den zug efü h rten W ärm em engen steigenden W a n d v e rlu ste n au fg e
trag en . W erden an den A bm essungen des Ofens keine großen V erän d eru n g en g etroffen, so is t zu erw arten , daß die w irklich sich ergebenden A bgas-
A b b ild u n g 1. A b g a s te m p e ra tu re n b e i v e rsc h ie d e n e r B e la s tu n g .
te m p e ra tu re n zw ischen K u rv e I u n d I I liegen, u n d zw ar n äh er bei I als bei II. R ech n et m an m it dem u n günstigeren F a ll m it K urve II , so e rg ib t sich bei einer V erstärk u n g der B eheizung um 40 % eine A b g a ste m p e ra tu r von a n n ä h e rn d 300°, bei der ein B etrieb sowohl m it Saugzug als auch m it E ssenzug m öglich ist. E ine V ergrößerung der W ärm espeicher w ürde in letzterem F alle ebenfalls notw en d ig sein, weil die gew öhnlichen M artin o fen k am m ern die für die V orw ärm ung der zusätzlichen G as- u n d L u f t
m engen erforderliche M ehrbelastung der H eizfläche bei gleichzeitiger A bkü h lu n g der A bgase auf 300°
k au m tra g e n können. E in e nach T afel13) d urchge-
13) Vgl. W . T a f e l : W ä rm e u n d W ä rm e w irts c h a ft d e r K r a ft- u n d F e u e ru n g sa n la g e n in d e r In d u s trie (M ünchen u n d B e rlin : R . O ld en b o u rg 1924). S. 125/6.Z a h le n ta fe l 7. V e r g l e i c h d e r E i n t r i t t s g e s c h w i n d i g k e i t v o n G a s u n d L u f t , d e r R a u c h g a s g e s c h w i n d i g k e i t u n d V o r w ä r m e t e m p e r a t u r b e i g l e i c h b l e i b e n d e n B r e n n e r a b m e s s u n g e n (in S p a lte 3 d e rse lb e V e rg le ic h b e i g le ic h b le ib e n d e r
S u m m e d e r Q u e r s c h n itte ) .
] 2 3
Gene
rato r- ga*
Gicht
gras Gicht
gas Q u e r s c h n itt d e s L u f t
k a n a ls ... m 2 0 ,7 9 0 ,7 9 0,50 Q u e r s c h n itt d e s G a s-
k a n a l s ... m 2 0 ,3 6 0 ,3 6 0,65 E in t r i t t s g e s c h w i n d i g
k e i t d e r L u f t . . . m /s e k 1 4,6 2 1,7 34,2 E in t r i t t s g e s c h w i n d i g
k e i t d e s G a se s . . . ,, 29,2 5 7 ,0 31,5 R a u c h g a s g e s c h w in d ig
k e i t im L u f t k a n a l . ,, 27,1 4 0,7 40,7 R a u c h g a s g e s c h w in d ig
k e i t im G a s k a n a l . ,, 27,1 4 0,7 40,7 V o r w ä r m u n g v o n G a s °C 1050 7 5 0 1240 j V o r w ä r m u n g v o n L u f t °C 1050 1850 1210 ¡
fü h rte W ärm esp eich erb erech n u n g , die h ier d er Kürze h a lb e r w eggelassen is t, e rg ib t fü r den F a ll, d a ß dem Ofen die gleiche W ärm em enge w ie b e i Beheizung m it G en erato rg as z u g e fü h rt w ird , ein V e rh ä ltn is der G e sa m tg itte rw e rk sflä c h e n v o n :
G itte rw e rk sfla c h e b e i G e n e ra to rg a s-O fe n ^ • 2 7 G itte rw e rk s flä c h e bei G ic h tg a s-O fe n
bei u m 40 % v e r s tä r k te r H eizu n g ein solches von 1 : 3,4. S elb st w enn d er g ü n stig ste V erlau f nach K u rv e 1 e in t r i tt (A b g a ste m p e ra tu r 600°), b e tr ä g t es im m er no ch 1 : 2,36.
Zum Schluß sollen n o ch die G eschw indigkeits
v e rh ä ltn isse fü r G as, L u ft u n d R a u ch g as in den K an ä le n d er B ren n er u n te r s u c h t w erden, die beim Siem ens-M artin-O fen m in d e ste n s ebenso w ichtig sind wie der W ä rm e a u sta u sc h u n d die T e m p e ra tu r
verh ältn isse. N im m t m a n n ach O s a n n 14) die durch
sc h n ittlic h e E in strö m u n g sg e sc h w in d ig k e it fü r Gene
ra to rg a s bei 0° un d 760 m m Q S m it 6 m /s e k und fü r L u ft m it 3 m /s e k an u n d s e tz t die A bgastem pe
r a t u r gleich der des O fens im h e iß e s te n Z e itp u n k t (1750°), so ergeben sich fü r gleiche E in tritts g e sch w in d ig k eiten die V e rh ä ltn isse bei G ich tg as aus Z ah len tafel 6. D ie b eig efü g ten Z ahlen fü r die V or
w ärm u n g errech n en sich, w enn die A bgase unge- dro sselt d u rc h Züge u n d K a m m e rn in den gem ein
sam en E sse n k a n a l gehen. E s is t a n z u n e h m e n , daß sie sich im V e rh ä ltn is d er k le in ste n Q u e rsc h n itte auf ih ren W egen, im vorliegenden F a lle im V erhältnis d er E in strö m u n g sö ffn u n g e n in d en O fenköpfen, te ile n w erden. Bei G ich tg a sb e h e iz u n g m ü ß te n zur R egelung d er den K a m m e rn zu fließ en d en W ärm e
m engen, d. h. zum A usgleich d er sich s ta rk u n te r
sch eid en d en V o rw ä rm e te m p e ra tu re n , besondere R au ch g assch ieb er h in te r G as- u n d L u ftk am m er ein g e b a u t u n d m it ih n en g ed ro sselt w erden. A ußer
dem w erden die A bm essungen fü r die O fenköpfe und d a m it a u ch die W a n d v e rlu ste , die g era d e in den K öpfen seh r b e d e u te n d sin d , v iel zu hoch. (Nach Z ah len tafel 6 is t der Q u e rsc h n itt fü r den L u fte in tritt
14) L e h rb u c h d e r E is e n h ü tte n k u n d e , B a n d 2 (L eipzig:
W ilh e lm E n g e lm a n n 1921), S. 360.
22. Oktober 1925. Erforschung un d Prüfung der feuerfesten Baustoffe. S ta h l und E isen . 1777
1,17 m 2 b ei G ich tg as- gegen 0,79 m 2 bei G e n e ra to r
gasbeheizung.)
W ill m a n m it den gleichen Q u e rsc h n itte n wie bei G en erato rg asb eh eizu n g ausk o m m en , den Ofen also n ic h t ä n d ern , so ergeben sich n a tü r lic h en tsp re c h e n d größere G asg esch w in d ig k eiten , die au s Z ah len tafel 7 zu ersehen sind. D ie g roße G asg esch w in d ig k eit von 57 m /sek w ü rd e einen seh r hohen G a sd ru c k e r
fordern, dem die gerin g e D ic h te d er feu erfesten M auerung e n tg e g e n ste h t, a u ß e rd e m w ied er u n g ü n stige V e rte ilu n g d e r A bg asm en g en u n d d a m it u n m ögliche V o rw ä rm e te m p e ra tu re n h e rb eifü h ren . Die beste L ösung i s t in Z a h le n ta fe l 7, S p alte 3 , d a r
gestellt. D ie gleichbleibende Sum m e der Q u er
sch n itte b e d in g t u n g e fä h r gleichbleibende G röße der O fenköpfe, die E in tritts g e sc h w in d ig k e ite n von Gas u n d L u ft liegen n ic h t v iel ü b e r den en bei G ene
ra to rg asb eh eizu n g , u n d die ric h tig e V e rte ilu n g d e r A bgasm engen a u f die K a m m e rn re g e lt sich ohne D rosselung. A llerdings is t fü r die H e ra n sc h a ffu n g der V e rb re n n u n g slu ft d u rc h den v e re n g te n Q uer
s c h n itt d e r L u ftströ m u n g sö fftn in g ein V e n tila to r notw endig, d e r a b e r fü r die g e n au e E in re g e lu n g d er L u ft o h n eh in e rw ü n sc h t is t. Als V o rteil d e r e r
höh ten L u ftg e sc h w in d ig k e it e rg ib t sich d a n n no ch bei d e r ü b lich en A n o rd n u n g — L u ftk a n a l ü b e r dem G ask an al — eine stra ffe F ü h ru n g d e r F lam m e au f das B ad, w eil d e r L u fts tro m infolge sein er grö ß eren S tröm ungsenergie n a c h dem E in t r it t in den Ofen nich t 60 le ic h t d u rc h seinen A u ftrie b n a c h dem G e
wölbe h in a b g e le n k t w erden k a n n . E in N ach teil is t dagegen, d a ß L u ft- u n d G asgeschw indigkeiten
sich zu seh r a n n ä h e rn (34,2 u n d 31,5 m /sek ), w o
d u rc h die M ischung ersch w ert ist. S chieben sich die L u ft- u n d G assch ich ten m it v ersch ied en en G e
sch w in d ig k eiten ü b e re in a n d e r, so fin d e t jedes G as
teilch en le ic h te r die z u r V erb re n n u n g erforderliche S auerstoffm enge. E in w e ite re r schw erw iegender N a c h te il w ü rd en die v e rh ä ltn ism ä ß ig hohen R a u c h gasgeschw indigkeiten (40,7 m /se k ) sein, die einen sta rk e n V erschleiß d er K öpfe n a c h sich ziehen.
Z u s a m m e n f a s s u n g .
D ie M öglichkeit, einen Siem ens-M artin-O fen allein m it G ich tg as zu b e tre ib e n , is t v o rh a n d e n . Je d o c h sind in diesem F alle w esen tlich größere K am m ern erfo rd erlich , w eil die A bgase n u r bei H e ru n te rk ü h lu n g a u f 225° die fü r die V o rw ärm u n g vo n L u ft u n d G as b e n ö tig te n W ärm em engen a b z u geben verm ögen. W ill m an die A b g a ste m p e ra tu r n ic h t sow eit sin k en lassen, so m u ß m an den O fen s tä rk e r heizen, d. h. je t S ta h l m eh r W ärm eein h e ite n aufw enden. A ber a u ch in diesem F alle is t eine V erg rö ß eru n g d er K am m ern e rfo rd erlich , u n d m an e rh ä lt au ß e rd e m an d ere B ren n erab m essu n g en , sch lech tere M ischung vo n G as u n d L u ft beim E in t r i t t u n d seh r große A u strittsg e sc h w in d ig k e ite n d er V erb ren n u n g serzeu g n isse, also sta rk e s A bbrennen d e r K öpfe. D er M ißerfolg b ei d er V erw endung von G ich tg as ohne M ischung m it hö h erw ertig en G asen im S iem ens-M artin-O fen lä ß t sich au s den W ä rm e b ilan zen , d er E rre c h n u n g d e r K am m erg rö ß en und d e r U n te rs u c h u n g d e r G as-, L u ft- u n d A bgas
geschw indigkeiten ohne w eiteres erk lären .
Erforschung und P rüfung der feuerfesten Baustoffe für die H üttenindustrie in D eu tsch lan d .
V on 2)r.=Sng. E . H . S c h u l z in D o rtm u n d .
[M itte ilu n g a u s d e m W e rk sto ffa u ss c h u ß d es V erein s d e u ts c h e r E is e n h ü tte n lo u te .]
(S c h lu ß v o n S e ite 1739.)
(W iderstandsfähigkeit gegen Temperaturwechsel, W iderstandsfähigkeit gegen chemische E inflüsse; ihre Bewertung und Beziehungen zu den praktischen Ansprüchen. Versuchsofen fü r P rüfung feuerfester Steine bei der Dortmunder Union. D ie N orm ung der Prüfverfahren und Eigenschaften. Ergebnisse der Untersuchung von Silikasteinen
in Form von H äufigkeitskurven.)
Z u b e tra c h te n w ären d a n n die m e h r tec h n o logischen P rü fv erfah ren , die zw ar keine ziffern
m äßigen E rgebnisse im Sinne der e x a k te n M aterial
prüfung ergeben, au f die w ir ab e r einstw eilen bei der P rü fu n g d er feuerfesten Stoffe noch in erheblichem Maße angew iesen sind.
F ü r die P rü fu n g au f W i d e r s t a n d s f ä h i g k e i t g e g e n s c h r o f f e T e m p e r a t u r w e c h s e l is t der Ä bschreckversuch b e k a n n t: D er zu p rüfende Stein w ird w iederholt e rh itz t u n d schnell a b g ek ü h lt, aus dem Z e itp u n k t des A u ftreten s v on R issen u n d A b
sp litteru n g en oder durch A usw ägen der a b g e sp litte r
te n Teile k a n n a u f das V e rh a lte n des S teines in ge
wissen G renzen geschlossen w erden. D iese P rü fu n g is t offenbar seh r grob, sie k a n n au ch , wie kürzlich in einem F a ll in d er V ersu c h sa n sta lt d er D o rtm u n d e r U nion festg estellt w erden k o n n te , d ire k t zu F e h l
schlüssen führen. E tw a s v o rte ilh a fte r is t v ielleich t die A rbeitsw eise, bei d er n ach äh n lich er B e a n spruchung, die jed o ch n ic h t bis zu r Z erstö ru n g ge
trie b e n w ird, die F estig k eitsab n ah m e des S teines gem essen w ird. D er E rs a tz dieser V erfah ren durch den A usbau der U ntersu ch u n g auf V olum enänderung beim E rh itz e n u n d W iederabkühlen, wie sie kürzlich D r. S teger in seinem schon erw äh n ten B e ric h t be
h an d elte u n d die zweifellos fü r dieses V erh alten des Steines v on m aßgebendem E in flu ß is t, w äre d a h e r sehr anzustreben.
E benso ist als N otbehelf die P rü fu n g der S teine auf W i d e r s t a n d s f ä h i g k e i t g e g e n c h e m i s c h e E i n f l ü s s e durch d irek te N ach ah m u n g dieses A ngriffes, z. B. desjenigen durch S chlacken, anzusehen. D erartig e V ersuche sind besonders in A m erika vielfach d u rc h g e fü h rt w orden. V on v o rn h erein sind dabei alle die A rbeitsw eisen zu verw erfen, bei denen L öcher in den S tein g eb o h rt u n d m it Schlacke gefüllt w erden, oder kleine S tü ck e der E in w irk u n g der geschm olzenen Schlacke au sg esetzt w erden. E in e n W e rt h ab en diese V ersuche n u r, w enn ganze Steine der E in w irk u n g der Schlacke au sg esetzt w erden u n te r V erh ältn issen ,
223
1778 S ta h l u n d E ise n . Erforschung und Prüfung der feuerfesten Baustoffe. 45. Jahrg. N r. 43.
die dem B etrieb m öglichst an g ep aß t sind. In der V ersuchsanstalt der D o rtm u n d er U nion is t eine E in rich tu n g geschaffen w orden, die derartige V ersuche erm öglicht; sie w ird zugleich auch fü r andere te c h nologische P rüfungen g eb rau ch t u n d sei d ah er k u rz beschrieben. E s h an d e lt sich im G runde genom m en um eine A rt m etallurgischen Ofens, der aber seinem m etallurgischen Zweck entzogen is t; g eb au t w urde er nach Vorschlägen D r. Steinhoffs v on Ing. 0 . Kroll.
D ie Z eichnung des Ofens A bb. 4 is t w ohl ohne w eiteres v erstän d lich , die B eheizung geschieht m it K oksgas u n te r V erw endung von vorgew ärm ter P re ß luft. D er Ofen is t auf einem M auerklotz aus Ziegel- bzw. Schlackensteinen aufgem auert. D er obere Teil b esteh t aus Silikasteinen. D er H erd lä ß t sich verschieden ausbilden, das A usstam pfen m it D olom it- un d M agnesitm asse is t ein Beispiel, besonders ge
eignet fü r Schlackenangriffsversuche. Z ur innigen
A u / g e s t e l l t durch A b b ild u n g 5. Ä b sc h re c k v e rsu c h a n S c h a m o tte ste in e n .
Mischung von L u ft und Gas ist vor E in tr itt des Gemisches in den H erd rau m eine besondere M ischkam m er m it enger Oeff- nung zum H erde vorgesehen.
N ach Verlassen des H erdraum es gehen die Abgase in zwei Zügen ü b er das Gewölbe zum K am in u n d w ärm en dabei die von dem V en tilato r durch ein schm iedeisernes R ohrsystem h in du rchgedrückte V erbrennungsluft vor. Die Gas- un d L uftm engen sind durch V entile regelbar. In dem H erd rau m ließen sich a n standslos T em peraturen bis 1G500 ohne Schw ierigkeiten wochenlang h a lte n ; ein d erartiger Ofen w ar ru n d zwei J a h re lang fast u n un terb ro ch en im B etrieb. B en u tzt w urde der Ofen
1. zu lan g d au ern d en G lühversuchen z u r F e stste l
lung der R au m b estän d ig k eit u n d des U m w andlungs
grades von S ilikasteinen,
2. wie erw äh n t, zu r F e stste llu n g des W id er
stan d es gegen S chlackenangriffe, w obei ganze Steine in ein Schlackenbad ein tau ch en ,
3. zu A bschreckversuchen; dabei w u rd en Steine innen in den T ü rrah m en e in g eb a u t, so e rh itz t u nd dan n einfach durch W egstellen d er ganzen T ür an die freie L u ft oder durch A b sp ritzen abg ek ü h lt.
A bb. 5 zeigt d erartig b eh an d elte Steine.
In seiner A rb eit ü b er S ilikasteine7) h a t D r. E.
S t e i n h o f f au f die B ra u c h b a rk e it eines Versuches hingew iesen, der vielleicht berufen is t, den Seger- kegelversuch zu ersetzen, w obei a b e r viel m ehr Schlüsse gezogen w erden können als bei diesem.
E s h a n d e lt sich um einen E rh itz u n g s- bzw. A bschm elz
versuch im K ohlegrießofen m it P rism en , die aus dem zu u n tersu ch en d en S tein h erau sg esch n itten w urden.
D er V ersuch k a n n besonders g u te D ien ste leisten als Vergleichs versuch, v o r allem w enn er du rch g efü h rt w ird m it einer genauen T em p eratu rm essu n g . H ierbei w ird n ic h t n u r wie beim Segerkegelversuch die E r
w eichung festgestellt, die E rsch ein u n g en a n der O berfläche der S tü ck e sind vielm ehr so vielgestaltig, daß auch aus dem A ussehen des S tückes n ach dem W ied ererk alten b ed eu tsam e Schlüsse gezogen w erden können auf die E ig e n a rt u n d d a m it au ch das V er
h alten des Steines. In dem B erich t v o n D r. E . S te in hoff is t auf die E in zelh eiten genügend eingegangen, so daß d a ra u f verw iesen w erden k a n n . W ie bereits erw äh n t, können an den verw en d eten P rism en auch V olum änderungen d u rch A usm essen le ic h t festge
ste llt w erden.
D ie technologischen U n tersu ch u n g en w erd en ohne w eiteres, besonders bei en tsp rech en d em A u sb au , eine große B ed eu tu n g b e h a lte n als F o rschungsverfahren.
F ü r eine A b n ah m ep rü fu n g d ü rfte n sie sich m eist w eniger eignen. H ier m ü ß te als Ziel g e se tz t w erden, die v o rh an d en en u n d noch e tw a auszubildenden
Deutsche F abriken ff. Erzeuger D eu tsch e K r ie g s m a r in e
\ e r e /n /g u n g d e r D eutschen E lektro - W e r k e
Englische G a s a n s ta lte n
Engl K e r a m G esellsch./O r
Französ. E rzeu g er-V erein ig u n g Amerik. B u rea u o f S t a n d a r d s
1908
1923
1923 1911
M a teria l
S c h a m o tte
S ilik a
’’) Ber. W erkstoffaussch.
E isen h . Nr. 39 (1924).
V. d.
Z tffern m ä ß ig e
Vorschrift a llg e m e in g e f a ß t e
B e stim m u n g A n g a b e v o m E r z e u g e r v e r la n g t
