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FÜR D A S D E U T S C H E E IS E N H Ü T T E N W E S E N .
R e d i g i e r t v o n
S r.sQ n g .
E.
S c h r ö d t e r , und Generalsekretär Dr.W . B e u m e r ,
„ Geschäftsführer der Nordwestlichen Gruppe des Vereins
Geschäftsführer des Vereins deutscher E.senhllttenleute, deutscher Eisen- und Stahl-Industrieller,
für den technischen Teil für den wirtschaftlichen Teil.
K om m ission s-V erlag v on A . B a g e l in D üsseldorf.
Nr. 13. 1. J u li 1905. 25. Jahrgang.
Fortschritte im Bau yon Gasöfen für Eisenhüttenwerke/
Von Ingenieur
A. D esgraz
-H annover.— -— ( Nac hdr uc k verboten.)
M. H .! O bwohl der T itel meines Vortrags etwas weitgehend erscheint, beabsichtige ich doch, mich in der Hauptsache au f Gasöfen und deren Zubehör, w ie sie zum W ärm en und Glühen von Blöcken, Brammen, Blechen usw. in W a lz
werken und ähnlichen Zw eigen der Eisenhütten dienen, insbesondere auf die W e a r d a le -F e u e - rnngen zu beschränken.
Es sind in den letzten Jahren in der K on
struktion der W ärm öfen erhebliche Fortschritte gemacht w orden, und man kann behaupten, daß die deutsche Eisenhiittentechnik einen hervor
ragenden A nteil daran hat. Von einer guten Ofenkonstruktion verlangt man hohe Leistungs
fähigkeit, niedrigen K ohlenverbrauch, Ersparnis an Bedienungsm annschaft, geringe Reparatur
bedürftigkeit. Je nach den besonderen Verhält
nissen eines Landes hat man den einen oder den ändern dieser Gesichtspunkte besonders hervorgehoben und die W ärm öfen dementsprechend ansgebildet. W o die Kohlen verhältnism äßig billig und die Arbeitskräfte teuer sind, hat man das Hauptaugenmerk auf die Ersparnis an Mann
schaften gerich tet und daher mechanische V or
richtungen getroffen, w elche die Anwendung von m enschlicher K raft sow eit wie m öglich entbehr
lich machen. Andersw o wiederum ist die K ohlen ersparnis mehr in den Vordergrund getreten.
Hier in Deutschland speziell hat man, in dem Bestreben, jeden F ortschritt auszunutzen und den
* Vortrag, gehalten vor der „Eisenhütte Düssel
d o r f“ am 13. Mai 1905.
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Landes7erhältnissen anzupassen und so E rspar
nisse zu erzielen , die auf gesunder w irtschaft
licher Basis beruhen, Einrichtungen getroffen, durch welche die erwähnten Gesichtspunkte m öglichst w eitgehende Berücksichtigung gefunden haben. Ich w erde mich aber in der Hauptsache auf die W ärm eökonom ie beschränken, w eil sie in diesem Falle die größere Bedeutung hat,
| und die mechanischen H ilfsm ittel, die bei allen Feuerungsarten Anw endung finden können, außer acht lassen.
Jeder K örper, der auf eine bestimmte T em peratur erwärm t werden soll, verlangt eine be
stimmte W ärm em enge, die theoretisch nur von der W ärm eaufnahm efähigkeit des K örpers, seiner spezifischen W ärm e, in der Praxis aber noch von vielen anderen Momenten abhängig ist, so z. B. seiner Beschaffenheit, seiner Form , dem Verw endungszw eck, den ihn umgebenden A gen- tien und vor allen Dingen von den Verlusten, w elche durch den A pparat, in welchem er er
wärmt w ird, entstehen. Z w eck einer richtigen Ofenkonstruktion ist, unter B erücksichtigung der E rfordernisse der Praxis eine m öglichst w eitgehende Ausnutzung der erzeugten W ärm e zu erzielen. Zur E rzengung dieser AVärrne dienen die uns zur V erfügung stehenden Brenn
stoffe, sei es direkt im rohen, verkohlten oder vergasten Zustande, sei es indirekt in Form von durch sie erzeugter und w ieder verw andelter E n ergie. Die A rt des Brennstoffs kommt bei B e urteilung einer Ofenkonstruktion im allgemeinen w eniger in B etrach t, w ogegen die A rt und
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7 5 t Stahl nnd Eiten. Fortschritte im Bau von ijatofen fü r Eisenhüttenwerke. 25. Jahrg. Nr. 13.
W eise seiner Verbrennung den verschiedenen Ofensysteinon ihre besonderen Merkmale auf- drückt. Jede Feuerungsanlago kann so betrachtet werden, als ob sie aus zw ei Hauptteilen be- stiVnde: dem ein en , in dem der ursprüngliche Brennstoff in gasförm igen Zustand iibergeführt ] w ird, und dem ändern, in welchem die Energie der entstandenen Gase nutzbar gem acht wird.
Die Eigentüm lichkeit des Kohlenstoffs, zw ei Oxvdationsstufou zu bilden, j e nach der Menge des zugeführten Sauerstoffs, bedingt einen Unter
schied in der Verwendungsweiso der Energie der Oxydationsprodukte. W ird in einer Fene- rungsanlago der Brennstoff sofort, und vollständig zu der höchsten Oxydationsstufe des K ohlen
stoffs verbrannt, so ist die ganze W ärm e, die der Brennstoff entwickeln kann — abgesehen von unvermeidlichen Verlusten — , in den Ver- brennungsprodnkten enthalten, welche sie im zw eiten O fenteil an diesen selbst und den zu erwärmenden K örper abgeben. W ir liätten hier
mit das Prinzip der d i r e k t e n F e u e r u n g . W ir d dagegen der Brennstoff unvollständig verbrannt, so kommen die Oxydationsprodukte mit ihrer der Oxydation entsprechenden Eigenwärm e wolil in den absorbierenden T e il des O fens, sind aber auch im stande, durch W eiteroxydation von neuem W ärm e zu erzeugen. Jo nachdem man zuerst m öglichst nur die niedrige Oxy- dationsstufo oder ein Gemisch beider erzeugt, unterscheidet man zw ei Feuerungsarten. Im ersten Falle w ird die primäre Oxydation in einem besonderen T eil der Feuerung, Generator | genannt, hervorgerufen, w obei das Produkt dieser Oxydation dem absorbierenden T eile zngeführt und dort zur weiteren W ärm eerzeugung und W ärm eabgabe verbrannt wird. Dieses bildet die e i g e n t l i c h e G a s f e u e r u n g . Im zw eiten Falle wird in einem mit dem Ofen direkt zusammen
hängenden T eile die Oxydation derart durch
geführt, daß beide Oxydationsstufen, etwa in gleichen Mengen untereinander, entstehen. Das Gasgemisch tritt in den absorbiereuden T eil mit einer der Oxydation entsprechenden Eigenwärm e, w ird aber darin durch w eitere Luflzutuhrnug vollstän dig unter W ärm eerzeugung oxydiert.
Dies ist das Prinzip der H a l b g a s f e u e r u n g . A lso nach der A rt der Verbrennung des Brennstoffs haben w ir drei Hauptgattungen von W ärm öfen zu unterscheiden. D ie Art der V er
brennung ist aber nicht allein das unterscheidende Merkmal eines O fen s, sein Verw endungszw eck und seine Form sind wiederum Merkmale fiir sich, denn je d e r andere Verw endungszweck bedingt eine andere Form der Ausführung. D ie drei erwähnten Keuernugsarien könnten w ohl ziemlich bei jed er Ofen form angewandt werden, jed och die P raxis muß darüber entscheiden, wiew eit dies m öglich ist. Der V erb ra u ch eiues W ärm - ofeus an Brennstoffen ist aber nicht allein von
der A rt der Feuerung abhängig, sondern auch von der Qualität des Brennstoffes selbst und von seiner rich tig durchgeführten Verbrennung bei m öglichst w eitgehender Ausnutzung der entstehenden W ärm e unter B erücksichtigung des zu erreichenden Zw eckes. U nverm eidliche Ver
luste entstehen iu der Hauptsache durch W ärm e
ausstrahlung, durch den Umstand, daß, um einen Körper au f eine bestimmte T em peratur zu bringen, der ihn umgebende O fenkörper im Innern min
destens dieselbe Tem peratur aufweisou muß und die Verbrennungsprodukte mit wenigstens der
selben Tem peratur entw eichen müssen, sowie ferner durch die N otw endigkeit, größere als I theoretisch zur V erbrennung nötige Lnftmengen
; einzuführen. Um diese V erluste au f ein Minimum zu beschränken, muß man also bestrebt seiu, den Brennstoff sow eit w ie m öglich zu verbrennen, dio Ausstrahlung zu verm indern, die in den Ab
gasen enthaltene W ärm e w ieder nutzbar zu machen und die zur V erbrennung nötige Lnft-
! menge auf ein Minimum zu bringen.
W ir w ollen uns nun kurz die drei Haupt
gattungen von Feuerungen ansehen, ohne auf
■ die Ofensysteme speziell einzugehen, zugleich ihre Vorteile und N achteile für die Verwendung zur Heizung von W ärm öfen.
Zuerst haben w ir die ursprüngliche nnd noch am meisten verbreitete A rt der d ir e k te n K o h l e n f e u e r u n g , ln der Hauptsache unter
scheiden w ir diese iu solche, w elche mit natür
lichem Kaminzug, und solche, die mit Gebläse arbeiten. D ie erstere A rt, so verbreitet sie früher war, kanu w ohl als die ungünstigste von allen angesehen w erden, denu abgesehen von dem höheren Kohlen verbrauch und der Abhängig
keit vom Schornsteinzug, ist die saugende W irk u ng des Schornsteins und der dadurch be
dingte Eintritt kalter L u ft dem zu wärmenden Gute schädlich. Durch Verwendung de3 Ge
bläses lassen sich schon bessere Resultate er
zielen. Man erreicht den gewünschten Überdruck im Ofen und verhindert so den Eintritt von Nebenlnft. A ls Gebläse werden Dampfstrahl
gebläse oder Veutilatoren verw endet. Die Ein
führung von D am pf iu die Gebläse hat eine günstige W irk u n g au f die Bildung einer nicht zu stark backenden Schlacke. Als Hanptvorteil kanu man aber die geringen Herstellungskosten solcher Öfen ansehen. D och stehen diesem V orteil gew ich tige N achteile gegenüber. Die Einhaltung einer bestimmten gleichmäßigen Temperatur läßt sich nur durch g roß e Aufmerk
samkeit erreichen. W en n auch die für die meisten W ärm öfen nötige Tem peratur leicht za erzielen ist, so ist doch deren Erhöhung bald eine G renze gesetzt. Es sind g roß e Rostflächen nötig, und die Höhe der K ohleuschicht auf dem Rost darf nur g erin g sein, so daß ein Durch
brennen oft vorkommt, w elches den zur richtigen
X. Juli 1905. Fortschritte im Bau von Gasöfen fü r Eisenhüttenwerke, Stahl und Eisen. 755
Verbrennung nötigen Überschuß an L u ft noch vergrößert. Dadurch entstehen größere Mengen von A bgasen, die au f das Gut eine stark oxy
dierende W irk u n g ausüben. D ie R einigung des R ostes hat erhebliche W ärm e- und Zeitverluste zur F o lg e, w elch letztere einen kontinuierlichen Betrieb erschweren. Die A bgase, w elche meist mit hoher Tem peratur abziehen, lassen sich für den eigentlichen Z w eck des Ofens nicht ver
wenden, da eine Vorw ärm ung der L u ft bei direkter Feuerung zw ecklos ist, denn hierdurch würde nur die Bildung von K ohlenoxyd, also eine unvollkommene Verbrennung begünstigt w erden. Man ist also gezw ungen, um die W ärm e der A bgase nicht verloren gehen zu lassen, sie zur D am pferzeugung oder zu anderen, nicht mit dem O fenbetrieb direkt im Zusammenhang stehen
den Zw ecken zu verw enden. Nur bei kontinuier
lich arbeitenden R oll- und Stoßofen findet diese W ärm e direkte Anwendung, indem sie dazu dient, das langsam der Flamme entgegengeführte Gut allmählich vorzuwärm en.
H a l b g a s f e u e r u n g . D iese Feuerung be
steht in einer Art G aserzeuger, der an den Ofen direkt angebaut ist, und in dem die K ohle nur zum T eil vollständig verbrannt wird. D ie Gase, welche nicht so heiß, w ie bei der vorigen A rt, die Feuerung verlassen, treten in den V er- brennungsraum ein, in dem sie unter Zuhilfe
nahme von sogenannter sekundärer L u ft v o ll
ständig verbrannt werden. D iese sekundäre L u ft w ird entw eder in den W andungen der Feuerung oder auch in Rekuperatoren vorgew ärm t, die von den Abgasen umspült werden. Hier haben w ir also die M öglichkeit, die in den Abgasen enthaltene W ärm e zum T e il für den eigentlichen Z w eck des Ofens nutzbar zu machen. Diese A rt Feuerung w ird vielfach und mit gutem E r
folg e angewendet. Sie gestattet, den Betrieb zu forcieren , ohne den Brennstoffverbrauch zu ; erhöhen. Im allgem einen hat sie einen erheb
lich niedrigeren K ohlenverbrauch als die direkte Feuerung. A ber eine genaue R egulierung ist auch hierbei nicht zu erreichen, die Verbrennung kann w ohl eine vollständige sein, aber, w ie bei der direkten Feuerung, ist man, um die K ohle v ollstän dig zu verbrennen und Qualm und R u ß bildung zu vermeiden, von der G eschicklichkeit des H eizers abhängig. D ie Verbrennung wird durch ein G ebläse unterhalten, das der Einfachheit halber sow ohl die primäre w ie die sekundäre Luft liefert. V ielfach oder meistens w ird ein Dampf
strahlgebläse angewandt. So günstig dieses für die Verbrennung des rohen Brennstoffs w irkt, so unangebracht ist es, wenn es sich um Ver
brennung eines bereits vergasten Brennstoffs handelt. Man führt mit dem D am pf dem Ofen einfach Ballast zu, der nur wärmeentziehend wirken kann, abgesehen von etw aigen anderen schädlichen Einflüssen.
Sow ohl die Öfen mit direkter Feuerung w ie die mit H albgasfeuerung sind häufigen R epa
raturen unterworfen, w elche auf eine starke E inw irkung der Flamme auf die O fenteile in der Nähe der Feuerbrücke zurückzufnhren sind.
Auch muß der Betrieb während des Abschlackens der R oste unterbrochen w erden.
G a s w ä r m ö f e n . W ir kommen nun zu den Gaswärm öfen, in denen der im ersten T e il der Feuerung durch unvollständige Verbrennung zur niedrigsten Oxydationsstufe vergaste Brennstoff unter Zuführung von Sauerstoff verbrannt wird.
Sprechen w ir von der Gasfeuerung im allgem einen, so können w ir uns hier au f eine kurze Er
wähnung ihrer V orzü ge beschränken. Die V er
brennung läßt sich unter Verm eidung eines großen Luftüberschusses vollkomm en und gleich - j m äßig erreichen. D ie A bgase werden zur V or
wärmung von Lu ft und Gas verw endet und so deren W ärm e für den eigentlichen Z w eck des Ofens nutzbar gem acht. Diese beiden V orteile gestatten die E rzielung m öglichst hoher Tem pe
ratur. Es ist die M öglichkeit gegeben, mit g roßer L eichtigk eit die Flamme, der Natur des P rozesses entsprechend, oxydierend oder redu
zierend zu gestalten. Die Flamme kann nach Belieben au f einen bestimmten Raum zur E r
zielung besonderer Effekte konzentriert werden.
Man verm eidet vollständig die Einführung von mitgerissenen K ohlen- und Aschenteilchen in den Ofen. S ch ließlich w ird der Abbrand des zu erwärmenden Gutes au f ein Minimum reduziert.
D er E rfo lg einer guten G asfeuerung hängt in der Hauptsache von folgenden Punkten ab : von einer guten Qualität des Gases, der Innigkeit und Rapidität der Mischung von Luft und Gas, der m öglichst weitgetriebenen Vorw ärm ung der L u ft und Ausnutzung der dem Gase innew ohnen
den Eigenw ärm e, von der L eich tigk eit, mit der sich die Verbrennung vollzieh t, von der Richtung, in der die Flamme das Gut trifft, von der M ög
lich keit, diese Richtung nach Belieben ändern zu können, endlich auch von der Einhaltung des richtigen M ischungsverhältnisses zwischen Luft und Gas.
D ie G asöfen selbst unterscheidet man nach der A rt der Vorwärm ung in zw ei Hauptsysteme, nämlich in solche mit v e r ä n d e r l i c h e r Flammen
richtung und solche mit u n v e r ä n d e r l i c h e r Flammenrichtung. Zum ersten System gehören die bekannten S iem en s-R egen erativöfen . Eine besondere Beschreibung dieses Systems ist wohl überflüssig. So zw eckm äßig diese Öfen sind, wenn es sich um Erreichung sehr hoher Tem pe
raturen handelt, wie z. B . bei der Stahlerzeugung, so finden sie doch als W ärm öfen eigentlich nur für bestimmte Z w ecke Anw endung, wie z. B.
zum W ärm en größerer Schmiedestücke, im Blech- und Panzerplattenw alzw erk. In der neueren Form, nur mit Luftvorw ärm ung und teilw eiser
756 Stahl und Eisen. Fortschritte m Bau von Gasöfen fü r Eisenhüttenwerke. 25. Jaarg. Nr. 13.
Regenerierung der A bgase, finden sie mehr A n wendung, besonders zum Schweißen von Paketen.
D er H auptvorteil lie g t in der E rzielung einer hohen Tem peratur, der aber bei W ärm öfen nicht so sehr in Frage kommt, ganz abgesehen davon, daß die Anschaffungskosten meistens ziemlich hoch sind, wahrend anderseits deren Betrieb immerhin durch die Umstenerungsvorrichtung für W ärm zw eck e etwas umständlich ist. Die Umsteuerung bringt immer Verluste mit sich, welche zw ar durch geeignete V entile vermindert werden können, w ogegen bei jed er Umsteuerung mindestens das in den Kammern befindliche Gas verloren geht. Auch findet man oft, daß infolge der langsamen M ischung von Gas und Luft beim Eintritt in den Ofen die Verbrennung progressiv fortschreitet und daß die höchste Temperatur nicht an der Eintrittsstelle von L u ft und Gas erreicht wird, sondern am A ustritt. Durch Temperaturmessungen mit dem W annerschen Pyrom eter, dem bis je t z t vollkomm ensten In strument dieser A rt, ist diese Erscheinung häufig festgestellt worden. D ie K anäle, w elche einmal als Luft- und Gaseintritt, das andere Mal als Austritt für die A bgase dienen, leiden sehr stark durch die außerordentliche H itze und werden in verhältnism äßig kurzer Zeit zerstört.
Bei sehr schweren Blöcken w ird durch die Um
steuerung allerdings eine günstige Einw irkung der Hitze dadurch erreicht, daß diese B löcke abwechselnd von der einen und der ändern Seite und so gleichm äßig erwärm t w erden. Doch lassen sich leicht andere Vorrichtungen treffen, w elche den gleichen Z w eck erreichen.
W ir sind nun bei den Öfen mit k o n t i n u i e r l i c h e r F l a m m e n r i c h t u n g angelangt, in denen allgem ein nur die L u ft, aber auch Lu ft und Gas im Rekuperator vorgew ärm t werden. Hier möchte ich nun geradezu behaupten, daß für viele Zw ecke dies die Feuerung der Zukunft ist, nicht allein fü r W ärm - und Glühöfen in W alzw erk en , son
dern auch für viele metallurgische Prozesse, endlich kann sie sogar auch für Schm elzzwecke mit großem V orteil angewandt werden. D ie Gasöfen mit kontinuierlicher Flammenrichtung bieten gegenüber denjenigen mit Umsteuerung bedeutende V orteile. Die Anlagekosten sind im allgemeinen niedriger. D ie Umsteuerungsorgane fallen w eg, dadurch auch die damit verbundenen Störungen und G asverluste; sie sind bei richtiger Konstruktion nur geringen Reparaturen unter
w orfen, und die für den W ärm zw eck etwa nicht vollständig ansgenutzten Gase sind noch zur Kesselheiznng verw endbar, vorausgesetzt, daß die für die Erreichung einer hohen und gleich mäßigen Temperatur bei möglichst großer Ökonomie an Brennmaterial wesentlichen P rinzipien ein
gehalten werden. D ie Vorwärm ung der L u ft g e schieht meistens durch die A bgase des Ofens in Rekuperatoren, bei denen das Prinzip der Gegen-
stömung angewandt ist. D iese Rekuperatoren werden in allen m öglichen Form en ausgeführt.
Man baut sie unter, neben und auch über dem Herde. Sie bestehen aus feuerfesten Kanälen, deren Einbau und E rhaltung w ohl die meisten Schwierigkeiten bietet. Auch wendet man guß
eiserne Rekuperatoren nach A rt der alten W in d erhitzer an, doch w eiß ich n ich t, ob diese A rt sich w irklich bew ährt hat. T eilw eise findet man Öfen mit kontinuierlicher Flam m enrichtung, bei denen L u ft und A bgase umgesteuert werden und abwechselnd inRegenerativkam m ern gelangen, w o die Aufnahme und A bgabe der WTärme g e schieht. D och glaube ich nicht, daß dies System sich besonders eingeführt hat.
Ich gelange nun zum eigentlichen T e il meines V ortrags und möchte Ihnen eine Ofenkonstruktion v orfü h ren , w'elche seit einigen Jahren die Spe
zialität meiner Firm a bildet, sich nach und nach eingenihrt hat und sicher noch w eiter einführen w ird, nämlich den sogenannten W e a r d a l e - O f e n . Die W ea rd a le-F eu eru n g läßt sich fast für alle Z w ecke der Eisenindustrie mit V orteil anwenden, w ie man aus den (später folgenden) Abbildungen ersehen kann. D ieselben stellen aber nur einen T e il der bereits ausgefiihrten Typen dar. D ie am meisten in die Augen fallende E igentüm lichkeit dieser Konstruktion besteht in der eigenartigen Zuführung und Vorwärm ung von L u ft und Gas.
Hierin liegt der Hanptnn terschied zwischen unserem und den bisherigen Öfen. W ährend in den letzteren die Flamme von der Seite eintritt und sich an dem meistens niedergedrückten G ew ölbe bricht, w obei die Verbrennung in folge der parallelen Richtung von L u ft und Gas erst allm ählich statt
findet, treffen in unserem Ofen Gas und L u ft unter Druck zuerst senkrecht aufeinander und bilden sofort ein inniges G em isch , w elches m it einer regulierbaren G eschw indigkeit vertikal in den Ofen eintritt. Diese innige Verm ischung w ird durch die in den Zeichnungen zu sehenden und in den G ewölben angebrachten Düsen erzielt.
D iese Düsen haben konische Form und runden oder ovalen Querschnitt. Durch die obere tritt das G as, durch die untere das Gas- und L u ft
gemisch in den Ofenraum ein. D a das Gemisch unter Druck aus der unteren Düse austritt, kann die Flamme sich erst unterhalb des Gewölbes bilden ; sie trifft die H erdsohle vertikal und er
reicht dort die höchste Tem peratur. Sie ver
breitet sich au f der Sohle nach allen Richtungen und zieht au f derselben entlang dem immer n iedrig gelegenen Fuchse zu. Dadurch erreichen w ir, daß -die G ew ölbe stark geschont w erden, im G egensatz zu den anderen Öfen, in w elchen sie häufigen Zerstörungen ausgesetzt sind.
Zur Erreichung hoher Tem peraturen bei m ög
lich st g roß e r Ökonomie ist es erforderlich , L u ft und Gas m öglichst warm aufeinander wirken zu lassen. Zur Erreichung der in den meisten
1. Juli 1905. Foi tschritte im B au von Gasöfen fü r Eisenhüttenwerke. Stahl und Eisen. 757
W ärm öfen nötigen Temperatur genügt gewöhn
lich die Erw ärm ung der Luft allein , besonders wenn man dafür Sorge trägt, daß, w ie dies auch im neuen Siemensofen von Biedennanu-H arvey g e sch ie h t, das Gas m öglichst ohne V erlust an eigen er W ärm e in den Ofen eintritt. Die E r
wärmung der L u ft w ird beim W eardale-O fen in ausgezeichneter W eise erreicht. D ie Luft um
spült nach D urchstreichung der durch die Abgase erwärm ten Rekuperatoren fast den ganzen Herd
raum, w elcher mit doppelten W änden und G e
w ölben versehen ist, und gelangt so hocherhitzt durch die Luftdüsen in den Ofen. Durch diese Anordnung von doppelten G ewölben und W a n dungen w ird die W ärm eausstrahlung fast ganz vermieden. Es ist dies nicht allein für die Ökonomie des Ofens sehr w esen tlich , sondern auch für die Bedienungsmannschaft angenehm.
V ielfach begegnen w ir dem Einwande, daß diese Führung der L u ft bezw. die Anordnung der doppelten G ewölbe deren H altbarkeit beeinträch
tige. Dies trifft aber nicht z u , wie zahlreiche F älle der Praxis bewieseu haben. Es findet im G egenteil durch die konstante W ärm eabgabe an d ie durchströmende Luft eine bedeuteud größere Schonung der G ew ölbe statt, und ihre Haltbarkeit ist g röß e r als bei den Ofen anderer Systeme.
Die von uns angewandten Rekuperatoren bestellen
■einfach aus nebeneinander gebauten Lu ft- und Abgaskanälen, deren Abmessungen so gew ählt sind, daß sie bei eventuellen Reparaturen leicht zu gän glich und befahrbar sind. Sie sind da
durch gegen otw aige Zerstörung durch m echa
nische oder physikalisch-chem ische Einflüsse nach M öglichkeit geschützt. D ie ausreichend groß gewählten Querschnitte gestatten den Abgasen freien und langsamen D urchgang, ohne W ir belungen und Druckveränderungen. Es ist schon erwähnt w orden, daß die Vorwärm ung der Luft allein vollkommen für die W ärm zw ecke in W a lz w erken genügt. Da w ir die Luftvorw ärm ung
durch die sonst in folge der Ausstrahlung un
w iederbringlich verloren gehende W ärm o zum guten T eil erreichen, so ist bei den kürzeren Öfen die Tem peratur der in den Schornstein abziehenden
■Gase meist noch so hoch, daß man letztere mit V orteil zur D am pferzeugung benutzen kann, ohne die Ökonomie zu beeinträchtigen. D ies ist in anderen G asöfen meistens nicht m öglich und bildet einen weiteren V orzu g unseres Systems.
W ir erreichen zw ar nicht die hohe Dampfmenge, w elch e in manchen Öfen mit direkter Feuerung erzielt wird, dafür ist aber die erzeugte W ärm e fü r ihren eigentlichen Z w eck in w eit größerem
Maße nutzbar gemacht.
D ie eigenartige Flammenführung hat noch den weiteren V orteil, daß man die Brenner beliebig im G ewölbe verteilen kann und so eine v o ll
stän d ig gleichm äßige Erwärmung selbst sehr g r o ß e r und langer Herdflächen bew irkt. Ein
w eiterer V orzu g, den ich nicht unerwähnt lassen möchte, ist die M öglichkeit einer weitestgehenden R egulierung der Flamme, w elche durch die R egu
lierung von L u ft und Gas nach Belieben oxy
dierend oder reduzierend gehalten werden kann.
Da mit einer nur reduzierenden Flamme nur verhältnism äßig geringe Temperaturen bei hohem Kohlenverbrauch erreicht w erden, haben w ir durch Zuführung von Luft in den Fuchs die M öglichkeit, eine Verbrennung der unverbrannt abziehenden Gase herbeizuführen und dadurch die Rekuperatoren bezw. angehängte D am pfkessel zu einer höheren Leistung zu bringen. W enn die A bgase im D am pfkessel ausgenutzt werden sollen, so haben w ir weiter die M öglichkeit, durch Anbringung einer mit Düsen versehenen V o r
feuerung und Zufuhr von etwas frischem Gas und vorgewärm ter Luft den K essel auf normale Leistung zu bringen.
Ehe ich w eiter zur B eschreibung der ein
zelnen Öfen schreite, möchte ich eine kurze geschichtliche Übersicht über die Entw icklung des W eardale-O fens geben. Die ersten Versuche, nach diesem P rinzip zu arbeiten, wurden von dem Erfinder, Generaldirektor H o l l i s , im Jahre 1 8 9 4 ausgeführt.* D er nach vielen mißglückten V ersuchen zustande gekommene Ofen bew irkte die Luftvorw ärm ung nnr in den Zwischenräumen der D oppelwandungen und G ew ölbe. Das unter Druck befindliche Gas trat durch die obere Düse und w irkte injektorartig au f die Luftschicht, diese in den Ofen mitreißend. Der g roße Ofen, den H ollis au f den Tudhoe Iron W ork s in Spenny- m oor baute, hatte eine H erdlänge von 10 ,4 m bei 3 ,4 m Breite und diente zum W ärm en von Brammen im G ew icht bis zu 4 t. D er Ofen hatte vier in der Längsachse angeordnete Düsen.
Die Abgase zogen an beiden Enden des Ofens ab, so daß je zw ei Düsen für eine Ofenhälfte arbeiteten. Die A bgase w niden hier noch w eiter zur D am pferzengung benutzt. D ie B etriebs- resultate waren ausgezeichnet, man erreichte nach den Angaben des W erkes in längeren B e triebsperioden bereits einen durchschnittlichen K ohlenverbrauch von 85 k g f. d. Tonne ein
gesetzter B löcke. D ie Ü bertragung des englischen Vorbildes auf deutsche Verhältnisse erwies sich zunächst als nicht glücklich. D ie ersten in Deutschland gebauten Öfen ergaben zuerst m angel
hafte Resultate. Ein Ofen, über den uns keine Mitteilungen zur V erfügung stehen, wurde, kaum in Betrieb gesetzt, w ieder abgerissen, ohne daß dem Lieferanten Gründe dafür angegeben wurden.
Ein g roßer Ofen für Schmiedestücke auf dem Oberbilker Stahlw erk w ollte zuerst längere Zeit nicht arbeiten ; die L u ftw ege waren teilweise nicht rich tig angeordnet, außerdem lieferten die
* Eingehendes findet man darüber in „Stahl und Eisen“ 1397 S. 5S2.
758 Stahl und Eisen. Experimentelle Studien über die Vorgänge im Hochofen. 25. Jahrg. Nr. 13.
Generatoren sehr ungleichm äßiges Gas. Nach manchen Änderungen gin g man dazu über, in
fo lg e der A nregung eines bekannten Ofenkonstruk- tenrs, die L u ft unter Druck einzuführen. Von da ab w ar der Betrieb regelm äßig und die erzielten E rfolg e führten dazu, einen zweiten Ofen nach diesem P rin zip zu bauen. Leider wurden diese beiden Öfen, nachdem der erste drei viertel Jahr zur vollen Zufriedenkeit gearbeitet hatte, niedergerissen, und zw ar aus dem Grunde, w eil man für neue Einrichtungen P la tz schaffen w ollte, und da die Generatoren im W ege standen, wurden sow ohl unsere Gasöfen w ie auch die Siem en s-W ärm öfen diesem Umstande geopfert.
Es ist nicht zu leugnen, daß dieser V orfall, falsch gedeutet, lange Zeit der Einführung des j
W eardaleprinzips entgegengestanden hat und daß auch hier und da noch heute das daraus entsprungene V orurteil gegen unsere Öfen zum Ausdruck kommt. Ich bem erke bei dieser G e
legenheit, daß ich dies mit Genehmigung erwähne.
Genau nach dem V orbild des O berbilker Ofens wurde ein Ofen für große Schm iedestücke in Kopenhagen aufgestellt, der ohne U nterbrechung seit 1 '/s Jahren m it den besten Resultaten arbeitet. Einzelne aus derselben Z eit stammende Öfen arbeiten heute noch für bestimmte Z w ecke mit gutem E rfo lg . Durch die anfänglichen un
angenehmen Erfahrungen g ew itzig t, haben w ir nun verschiedene Ofentypen ausgearbeitet und ausgeführt, w elche zum T e il seit beinahe zw ei Jahren in Betrieb sind. (Fortsetzung folgt.)
Experimentelle Studien über die Vorgänge im Hochofen.
I. Über die Spaltung des K ohlenoxydes.*
Von D r. F. Z i m m e r m a n n .
Es ist eine bekannte Tatsache, daß die H och ofengase nicht nur in den tieferen Zonen, son
dern auch beim Entw eichen aus der G icht einen starken K ohlenoxydgehalt aufweisen. Unter g e wissen Umständen nun erfährt dieses Kohlenoxyd eine interessante Spaltung in Kohlensäure und festen K ohlenstoff, entsprechend der Gleichung 2 C 0 = C 0 2 - ( - C . Diese Reaktion ist schon | seit langer Zeit bekannt. Sie ist von S t. C l a ir e D e v i l l e aufgefunden, in der F o lg e von einer Reihe verschiedener, namentlich französischer Forscher studiert w orden .** In neuerer Zeit haben sich B o u d o u a r d , nach mir die H olländer S i n i t s und W o l f f mit der Reaktion beschäf
tigt. D ieser Spaltungsvorgang verläuft nun nicht von selbst, er kommt nur dann zustande, wenn gew isse katalytisch wirkende Substanzen zugegen sind. Boudouard gibt an, daß es die Oxyde der M etalle N ick el, K obalt und Eisen sind, wrelche diesen V organ g auslösen.
D a die Reaktion im Eisenhochofen sich ab
spielt und, wie O s a n n nachgewiesen hat, unter Umständen zu B etriebsstörungen, zum Hängen der Gichten führen k a n n , so veranlaßte mich Privatdozent Dr. R . S c h e n c k , die Spaltung des K ohlenoxyds in ihrem V erlauf und nach ihren Ursachen näher zu untersuchen.
* Die Arbeit ist die erste einer Reihe von Unter
suchungen, die im chemischen Institut der Universität t Marburg unter Leitung des Abteilungsvorstehers, Hrn. Privatdozent Dr. R. S c h e n c k , ausgeführt wurden.
** Vergl. F r. Z i m m e r ma n n : Inauguraldissertation, Marburg 1903. R. S c h e n c k und Fr . Z i m m e r m a n n , Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft.
X X X V I Heft 6.
V on B o u d o u a r d ist darauf hingew iesen w orden, daß der V orga n g 2 CO = COa -j- C zu den umkehrbaren g e h ö r t, daß sich durch Ein
w irkung von K ohlendioxyd au f K ohle K ohlen
m onoxyd b ild et, und daß es hier w ie bei allen umkehrbaren Reaktionen zur Ausbildung von G leichgew ichten zw ischen den Stoffen, w elche an der Reaktion teilnehmen, kommt. Innerhalb des großen Tem peraturintervalles zw ischen 5 0 0 ° und 1 0 0 0 ° hat er die G leich g ew ich te, welche von der Tem peratur abhängig s in d , bestimmt.
E r hat des w eiteren gefunden, daß bei der Tem peratur des siedenden Schw efels (4 4 5 °) der Spaltungsvorgang des K ohlenoxyds vollständig verläuft, daß er dagegen bei Tem peraturen über
| 1 0 0 0 ° kaum noch wahrgonommen werden kann.
Ich habe mich mit der R eaktionskinetik vor allen Dingen besch äftigt, mit der F rage nach dem zeitlichen V erla u f der Reaktion. D ie Unter
suchung w ird erm öglicht durch den Umstand, daß die Spaltung des K ohlenoxyds mit einer erheblichen Veränderung des Gasvolumens Hand in Hand geht. Aus zw ei Volum enteilen K ohlen
oxyd entsteht ein Volum enteil K ohlendioxyd, es zeigen sich also bei der Spaltung in K ohlenstoff und K ohlendioxyd k räftige K ontraktionen. Ich habe nun die Messungen in der W e is e durch- g e fü h rt, daß ich nicht die zeitliche Änderung des Gasvolumens v erfolgte, sondern das Volum en konstant hielt und die D ruckabnahm e, die die Verm inderung der Gasmenge begleitet, bestimmte.
Für diese Untersuchungen konstruierte ich den Apparat Abbildung 1.
An ein etwa 100 ccm fassendes G efäß G aus schw er schmelzbarem Jenenser Glas ist am oberen Ende eine K apillare, am unteren ein w eites Rohr zur Aufnahme der in Anw endung
1. Juli 1905. Experim entelle Studien über die Vorgänge im Hochofen. Stahl und Eisen. 759
kommenden festen Substanzen angebracht. Die K apillare w ird an das aus K apillarrohr gleicher Qualität gefertigte Manometer (D A E ) ange
schm olzen. Es erlaubt dies, unter Verm eidung von Hähnen, Schliffen oder Schlauchstncken zw ischen dem Manometer und dem R eaktion s
gefäße G zu arbeiten. An das Manometer D A E von 8 0 cm Schenkellänge ist im Scheitel A ein zw eites Manometer A B C angeschm olzen, dessen Schenkel A B 8 0 cm und B C 160 cm lang ist.
B C steht in Verbindung mit der Außenlnft. Im Scheitel B ist mit einem Schlauch aus bestem schwefelfreiem Paragummi, der sorg fältig mit starkem Leinen umnäht ist, das Q necksilberliebe- gefäß Hi verbunden. Manometer D A E und die obere H älfte von B C liegen auf einer mit der Präzisionsteilm aschine hergestellten Milli- m eterspiegelglasskala. Das Manometer (I) ist durch K apillarrohr mit einem ändern M ano
meter ( ü ) verbunden, in das Verbindungsstück
— der ganze Apparat besteht von F an aus K apillarrohr — ist eine Erw eiterung Q geblasen, dazu dienend, aus Versehen übergespritztes Quecksilber aufzunehmen. Manometer II ist ähnlich Manometer I, nur mit dem Unterschied, daß ein dem Schenkel B C entsprechendes R ohr fehlt. Ein Hi entsprechendes Quecksilberhebe
gefäß H2 ist in derselben W eise mit L wie jen es mit B verbunden. Durch die im V er
bindungsrohre rechts von II angebrachten Hähne K i und K 2 und den D reiweghahn K 3 ist es möglich, den Apparat mit der Luftpumpe, dem G asentw icklungsgefäß oder der Außenluft in V erbindung zu setzen. V or der Benutzung wurde der Apparat sorgfältig gerein igt und getrocknet.
W erden je t z t die beiden Gefäße H j und H2 auf gleich e Höhe mit B und L gebracht, so kann das Q uecksilber beim Evakuieren nur um etwa 7 6 0 mm steigen, ist jed och nicht imstande, A und M zu erreichen. L äßt man nun vom E nt
w ick ler her Gas in die evakuierte Birne ein
strömen, so kann man ganz nach Belieben D rucke von wenigen Millimetern und solche von über einer Atmosphäre herstellen. Man braucht nur Hi au f w enig über A hinaus zu heben, um sicher zu sein, das Gas vollständig lnftdicht abgeschlossen zu haben. Selbst wenn in G noch Vakuum oder nur w enige M illim eter Druck w ären, könnte, auch wenn E direkt mit der Atmosphäre in Verbindung stände, das Queck
silber nie bis zur H öhe von D einporsteigen.
Um die Reaktionsgeschw indigkeiten unabhängig von Schwankungen des Luftdrucks messen zu können, braucht man nur noch Q zu evakuieren und H2 bis zur Höhe von M zu heben. Der Druck im R eaktionsgefäße ist dann je d e r z e it 'z u b e
stimmen durch die Differenz der Quecksilber- steighöhen in E A und D A, während die D iffe
renz in E A und C A den Barom eterstand an
gibt. Die Bedienung des Apparats ist also eine
äußerst einfache. Man hat nur Hi und Hs auf dasselbe Niveau mit B und L zu senken und zu evakuieren. Ist Vakuum erreicht, so läßt man das zu untersuchende Gas einströmen und hebt Hi auf gleiche Höhe mit A und M. Die Reaktion ist je t z t sofort an den D ruckverände
rungen, wenn solche überhaupt und mit meß
barer Geschw indigkeit stattfinden, zu v erfolgen . Kann man ja doch auch, unter Hinzuziehung des Barom eterstandes, den Druck als D ifferenz von D A und C B feststellen. Störungen durch Undichtwerden von Schliffen, Hähnen usw. sind durch diese Apparatur vermieden. D er tote, d. h. der der Reaktion entzogene Raum, w elcher bedingt ist durch das Lumen des Rohres von
Abbildung 1. Apparat in Tätigkeit.
Der rechte Schenkel vom Barometer I I steht in Verbindung mit der Atmosphäre.
F bis zum Stande des Quecksilbers in I) A, ist, da die Röhren alle kapillar sind, ohne großen F ehler den 100 ccm des Reaktionsgefäßes g e ge n über zu vernachlässigen.
D a nun meine Untersuchungen darauf hinaus
gingen, die Spaltung des K ohlenoxydes bei be
stimmten Tem peraturen in G egenw art gew isser K atalysatoren genau festzustellen, mußte vor allen Dingen bei konstanter Tem peratur g e arbeitet werden. Zur E rzielu n g dieser Tem pe
raturenkonstanz dienten die Dämpfe hochsie
dender Flüssigkeiten (Schw efelphosphor 5 0 8 “ , Schw efel 4 4 5 ° , Quecksilber 3 6 0 ° , Diphenylamin 3 1 0 ° ) , die das Reaktionsgefäß umspülten. Es w ar zunächst die F rage zu entscheiden, welche Substanzen die Spaltungsreaktion auslösen. D ie Angaben in der Literatur w idersprechen sich zum T e il; von den meisten w ird behauptet, daß die Oxyde der Metalle der Eisengruppe, N ickel.
760 Stahl und Eisen. Experimentelle Studien über die Vorgänge im Hochofen. 25. Jahrg. Nr. 13.
K obalt, Eisen, dazu befähigt sind; Andere, z. B.
S c h ä t z e n b e r g c r und G u n t z , schreiben den freien Metallen diese m erkw ürdige Eigenschaft zu. A u f alle F älle war es notw endig, die Katalysatoren in fein verteilter, eine g roße O ber
fläche darbietender Form zu verw enden. Als T räg er benutzte ich Bimsstein, der mit den Oxyden, bezw . den freien Metallen im prägniert wurde. D erselbe w ar zuvor nach einem beson
deren Verfahren gerein igt w orden. Nachdem der Bimsstein mit dem jedesm al in F rage kommen
den M etalloxyde oder Metall im prägniert worden war, wurde er in eines der E rhitzungsgefäße gebracht. Das G efäß wurde unten geschlossen und mit dem K apillarrohr an das Manometer angeschm olzen.
V e r s u c h e m i t M e t a 11 o x y d e n . Zuerst ließ ich in das mit N ickeloxyd beschickte, in siedenden Schw efel getauchte R eaktionsgefäß K ohlenoxyd oinströmen. Erstaunlicherweise w ar nach dem Ein3trömen des Gases keine K ontrak
tion wahrzunehmen. Ebensow enig konnte eine Volumenverminderung konstatiert werden, als ich das Gas bei Zimmertemperatur einströmen ließ, au f 3 2 0 , 3 6 0 , 4 4 5 und 5 0 8 ° erhitzte und nach
her w ieder auf die ursprüngliche Temperatur abkülilte. Den gleichen negativen E rfolg hatte ich auch bei der E inw irkung des K ohlenoxyde»
au f K obaltoxyd und Eisenoxyd. Beim Eisenoxyd haben wir den Versuch so geführt, daß die E n t
stehung metallischen Eisens, welches zu falschen Deutungen hätte führen können, dadurch aus
geschlossen wurde, daß w ir das G efäß mit einer M ischung von K ohlenm onoxyd und K ohlendioxyd füllten, welche das Eisenoxyd nur zu Eisen
oxydul, nicht aber zu Metall zu reduzieren im
stande ist. Es zeigte sich keine D ruckverände
rung, also auch keine Spaltung. Es hatte zw ar eine Reaktion in der Erhitzungsbirne statt- gefnnden und das K ohlenm onoxyd w ar in D ioxyd umgewaudelt worden (der Gasinhalt war durch Kalilauge absorbierbar), außerdem hatte das be
treifende M etalloxyd jedesm al zum T e il seine Farbe geändert, aber die von Boudouard an
genommene Spaltung 2 CO = C 0 2 -j- C trat sicherlich nicht ein. Es handelt sich also bei dieser E inw irknng lediglich um den nicht mit Volum enverm inderung verbundenen P rozeß
Me* 0 + CO = H + COs.
Es können also nur die Metalle als K atalysa
toren in B etracht kommen. Sie haben sich als sehr wirksam erwiesen. D ie Spaltung erfolgt im allgemeinen um so schneller, j e feiner ver
teilt das Metall ist. Es g in g das aus beson
deren Versuchen am N ickel hervor. N ickel
bleche und D rahtnetze bewirkten eine nur sehr kleine, kaum wahrnehmbare Spaltungsgescliw in- ;
* Me = Metall bezw. niederes Metalloxyd.
digkeit, während das schwam m ige, au f Bimsstein niedergeschlagene M aterial so schnelle D ruck
änderungen hervorrief, daß der Beobachter ihnen kaum zu folgen verm ochte.
V e r s u c h e m i t M e t a l l e n . Die zur U nter
suchung benutzten Metalle wurden jedesm al au f gew ogenen Mengen Bimsstein chemisch nieder
geschlagen , geglü h t, und das hierdurch ent
standene Oxyd mit reinem W asserstoff (siehe Bim ssteinreinigung) reduziert.
Zuerst kam das N i c k e l in Anwendung.
2 g chemisch reines N ickel wurden au f 20 g Bimsstein niedergeschlagen. Unter besonderen Vorsichtsm aßregeln wurde das so dargestellte höchst fein verteilte N ickel in ein E rh itzu n gs
gefäß gefü llt und dies an das Kapillarraanometer angeschm olzen. A lle Spuren von L u ft und Feuchtigkeit wurden in geeigneter W eise aus dem A pparat entfernt und das evakuierte G efäß in siedenden Schw efel gebracht. A ls ich nun K ohlenoxyd eintreten ließ, w ar die sogleich ein
tretende Kontraktion derartig schnei), daß es g roße Schw ierigkeiten bot, mit Sicherheit die einzelnen W erte, besonders in den ersten Minuten, festzustellen. D ie V ersuche wurden mehrfach w iederholt, es kamen dabei außer dem Schw efel noch Quecksilber und Diphenylamin als Siedemittel in Anwendung. W ie zu er
warten stand, war bei den tieferen Temperaturen die R eaktionsgeschw indigkeit eine bedeutend g e ringere als bei den höheren.
Tem peraturen vou siedendem : S ch w efel' i Q uecksilber j Diplieuylnmia
D ruck in p
ium mm mm
0 759 686 697
1 710 660 693
2 617 640 688
5 539 572 677
10 510 511 660
30 485 405 612
111 376 377 493
265 474 377 —
465 konstant konstant 362 = konst.
Aus der T abelle und der graphischen D ar
stellung (Abbildung 2) ist der Reaktionsverlauf leicht zu ersehen. Die D rucke blieben konstant, nachdem ein Z erfall von je 8 0 bezw . 91 bezw . 96 % stattgefunden hatte. D a bei den höheren Temperaturen die Reaktionsgeschw indigkeit eine so große ist, so w ird natürlich der in den ersten etw a 40 Sekunden, die zur Bedienung des Apparates erforderlich sind, sich abspielende T e il der Reaktion unserer B eobachtung entzogen.
(E r mag sich der Berechnung nach sehr w ohl auf 2 0 bezw . 9 bezw . 4 °/° belaufen.) Aus den Versuchen läßt sich berechnen, daß die Z erfallgeschw in digkeit der jew eiligen K on
1. Juli 1905. Experimentelle Studien über die Vorgänge im Hochofen. Stahl und Eisen. 761
zentration der Gasatmosphäre au Kohlenoxyd, dem Partialdrucke von Kohlenoxyd, proportional ist. Nur bei den höheren Temperaturen b e stehen hiervon scheinbare Abweichungen, weil die Tem peratur nicht mehr konstant bleibt. Es tritt Selbsterhitzung und dadurch Reaktions
beschleunigung ein. Die Selbsterhitzung ist eine F olg e davon, daß der Spaltungsvorgang 2 CO
= C 0 2 -f- C unter starker W ärm eentw icklung verläuft. — Man sollte erwarten, daß der D ruck erst dann konstant wird, wenn das K ohlenoxyd vollstän dig gespalten ist, wenn der Druck die H älfte des Anfangsdruckes erreicht hat. T a t
sächlich tritt aber schon bei höheren Drucken Stillstand ein, w eil sich schon bei niederen Tem peraturen, als Boudouard angibt, G leich
gew ich te ausbilden, und die Spaltung nicht v ö llig bis zum Ende verlaufen kann.
K o b a l t . Mit K obalt wurden ähnliche V er
suche wie beim N ickel angestellt. D er V erlauf der Reaktion des K ohlenoxydes in Gegenw art
mm
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Abbildung 2.
von fein verteiltem K obalt erwies sich als ana
lo g denen des N ickels. A u f W iedergabe der T abellen und K urven an dieser Stelle verzichte ich daher. D ie Druckabnahmen, die sich sicht
bar vollzogen hatte, stimmten mit den beim N ickel beobachteten gut überein.
Um mich zu überzeugen, ob w irklich die S paltung 2 CO = CO* - j- C vollständig zu Ende g in ge, und keinerlei G leichgew ichte zwischen K ohlenoxyd, K ohlendioxyd und K ohle einträten, (w as ja , da nie 100 °/o Z erfa ll nach der B e dienung des Apparates sichtbar waren, m öglich gew esen wäre), füllte ich den Apparat in der K älte mit K ohlenoxyd. Das Reaktionsgefäß b ra ch te ich, um eine genau bestimmbare T em
peratur zu erzielen, in ein W asserbad. Nach dem E rhitzen im Q uecksilberdam pfe und darauf folgend em Abkiihlen auf die ursprüngliche T em
peratur des W assers betrug die K ontraktion genau 50 °/o, die Spaltung mußte also bei dieser Tem peratur eine vollständige gewesen sein. Zu diesem Versuche w ar K obalt das eiazige geeignete Material. B ei der tiefen Temperatur würde sich durch E inw irkung von K ohlenoxyd auf Nickel N ickelkolilenoxyd bilden. Eisen w äre für diese
Versuche überhaupt nicht brauchbar. Es wurden auch Versuche mit einem Gemisch von Kohlen
monoxyd und D ioxyd angestellt, doch konnte kein w esentlicher Einfluß des letzteren auf die Reaktion beobachtet werden. Ein bei 5 0 8 0 beobachteter Versuch zeigte, w ie zu erwarten war, starke Reaktionsgeschw indigkeit.
E i s e n . Ein w esentlich anderes Verhalten gegen das K ohlenoxyd zeigte das Eisen. Auch bei diesen Versuchen gelangte mit metallischem Eisen im prägnierter Bimsstein zur Verw endung.
Bei einer Tem peratur von 3 6 0 ° wurden noch im wesentlichen ähnliche Resultate erhalten wie in G egenw art von N ickel und K obalt. Man er
kennt aber sofort, daß die Reaktion in G egen
w art von Eisen langsam er verläuft, als in B e rührung mit den anderen Metallen. D ie Z er
setzung der Gasmengen in dem Apparato nahm mehrere T ag e in Anspruch. Die Spaltungs
reaktion kommt zur Ruhe, wenn der Gasdruck etw a die H älfte von dem ursprünglichen beträgt, genau so wie früher. Bei dem Ü bergang au f die Tem peratur von 4 4 5 0 ändern sich diese Verhältnisse, w ie aus der folgenden T abelle her
vorgeht.
D er Anfangsdruck betrug 3 6 0 mm. Nach dem Erhitzen ergab sich :
Zelt In Minuten
D iuck ln mm
Zelt ln Miauten
Druck in iura
0 856 162 3G3
2 849 252 257
3 ' 836 272 240
5 818 352 170
10 780 452 U l
22 6 6 6 472 102
82 478 572 61
112 433 602 57
Die W iedergabe säm tlicher V ersuche unter der gleichen B edingung bei 4 4 5 “ würde zu viel P la tz beanspruchen, ich verzichte daher au f die Zahlenangabe, zumal sie sehr gut mit denen des letzten Versuches übereinstimmen. N ach
stehende graphische D arstellung (A bbildun g 3,) zeig t die Resultate der verschiedenen V ersuchs
reihen.
D ie R eaktionsgeschw indigkeit ein und des
selben Eisenpräparates nimmt nach mehrmaliger Behandlung mit K ohlenoxyd zu, um schließlich ein Maximum zu erreichen. Ob diese Erscheinung durch K arbidbildung oder durch andere Ur
sachen bedingt ist, läßt sich noch nicht mit Sicherheit entscheiden (siehe I, II und III). Die G egenw art kleiner Mengen von W asserdam pf begünstigt die Reaktion in auffallender W eise (siehe IV ). Auch geringe Mengen von metal
lischem Quecksilber scheinen die katalytischen W irkungen des Eisens wesentlich zu erhöhen;
es ist uns gelungen, in relativ kurzer Zeit mit ihrer H ilfe eine derartig starke Zersetzung des
762 Stahl und Eisen. Experimentelle Studien über die Vorgänge im Hochofen. 25. Jahrg. Nr. 13.
Gases zu erreichen, daß in dem Reaktionsgefäß nach dem Abkiihlen fast absolutes Vakuum herrschte. Natürlich muß dabei die Bildung eines Eisenoxydes nebenhergehen. Jedenfalls erfolgt auch hier die Reaktion 2 CO = C O j -f- C.
Ist aber ein bestimmter P rozentsatz von D ioxyd erreicht, so w irkt dieses oxydierend auf das metallische Eisen ein, etwa nach der (nicht mit Volum enveränderung verbundenen) Reaktion Fe -f- C 0 2 = § F eO -j- CO. Das frisch entstan
dene Kohlenoxyd wird je tz t in G egenwart neuer
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'IV
1 — 1 I
100 200 300 400 600 000 700 8 OMin.
Abbildung 3.
Eisenmengen wieder gespalten, von neuem ent
standenes D ioxyd w ieder zu Monoxyd reduziert usw., bis fast der gesamte K ohlenstoff dos Kohlenoxydes niedergeschlagen ist und, da ja auch der Sauerstoff an das Eisen abgegeben wurde, nahezu Vakuum in dem Reaktionsgefilß erreicht wird. Daß nie ein vollständiges V a kuum erreicht wurde, ist der Ausbildung eines G leichgew ichtes zw ischen K ohlenm onoxyd und Dioxyd, K ohle, Eisen und dessen Oxyden zu- ztischreiben. Bei 5 0 8 ° der Temperatur sieden
den Schwefelphosphors, geht die Reaktion gleich
falls mit großer G eschw indigkeit w eit über 50 % hinaus, doch ist das zum Schluß übrig
bleibende Gasvolumen bedeutend g rö ß e r, als es bei 4 4 5 ° der F a ll war. Das G leichgew ich t scheint sich hier mehr zugunsten der Gasphase auszubilden.
In der folgenden graphischen D arstellung (A bbildun g 4) w ird der R eaktion sverlau f bei 3 6 0 ° , 4 4 5 ° und 5 0 8 ° g ezeig t. D ie U nter
schiede sind leich t zu ersehen.
Zum Schluß sind die E rgebn isse der Unter
suchung noch einmal kurz zusam m engestellt.
1. N icht die M e t a l l o x y d e , sondern die M e t a l l e selbst sind es, die die K ohlenoxydspaltung bew irken. 2. H auptsächlich wirksam sind K o-
mm
Abbildung 4.
balt, N ickel und Eisen. 3. W ährend die Spal
tung in G egenw art von N ickel und K obalt rein nach der G leich u n g : 2 CO = C -f- C 0 2 erfolgt, beteiligt sich das Eisen an der R eaktion selbst mit, es w ird oxydiert, und das dabei entstehende Kohlenm onoxyd w ieder g esp a lten ; die Reaktion geht so lange fort, bis fast das gesam te Gas aufgebraucht ist. Das ursprünglich vorhandene Kohlenm onoxyd ist dann fast vollstän dig in K ohlen
stoff übergeführt, sein Sauerstoff an Eisen g e bunden.
Versuche, die obigen Resultate nutzbringend für die Technik zu verw enden, sind in V o r bereitung.
1. Juli 1905. Neuerung in der Ausbauchung von Blechhohlkörpern. Stahl und Eisen. 763
Neuerung in der Ausbauchung von Bleclihohlkörpern.
V on
Karl Musiol,
Ingenieur in W arsch au .T h e o r i e d e s A u s b a u c h e n s . Zylindrische und konische G efäße von der Form A bbildung 1 (I, II, III) werden „n ich t unterschnittene H oh l
k örp er“ , gew öh nlich auch b loß H ohlkörper g e nannt. Das Ausbauchen dieser K örper bezw eckt, denselben die konvexe Form der A bbildun g 2
in Abbildung 1.
(A B C) zu verleihen, w elche alsdann das P rädi
kat „gebauch te nicht unterschnittene H oh lk örp er“
tragen. D a das Ausbauchen ähnlich wie das au f der Planierbank stattfindende Planieren und E inziehen au f dem W a lzp ro ze ß beruht, er
fordert es gleich fa lls, daß das Arbeitsstück zw ischen zw ei parallelen, sich in gleich er oder entgegen gesetzter R ich tu ng drehenden V o ll- oder H ohlw alzen hindurchgefiihrt w ird. H ierbei er
fo lg t der V orschub des A rbeitsstückes entw eder m ittelbar durch die R eibu ng an den Oberflächen der W a lzen , sp eziell der H oh lw alze, w elche also die m öglich g röß te Berührungs
fläche mit dem Arbeitsstück haben muß (siehe Abbildung 3 ), oder aber auch unm ittelbar von der P la n ier
bank (laut A bbildung 4 ), in welchem F alle die V ollw a lzen — Sch lepp
w alzen — vom A rbeitsstück aus in D rehung v ersetzt w erden.
D er V orga n g des Ausbauchens zerfällt in drei T e ile , und zw ar erstens das E inlegen des H oh l
körpers in die Au8bauchvorrichtung, zw eitens das form gebende Aus
bauchen des H ohlkörpers und drittens das H er
ausnehmen des gebauchten H ohlkörpers.
Eine A usbauchvorrichtung kann au f V o ll
komm enheit nur dann Anspruch erheben, wenn a) die Dauer des E inlegens und Herausnehmens des A rbeitsstückes im Verhältnis zu je n e r des form gebenden Ausbauchens eine sehr gerin ge ist, wenn also die m ittels der V orrich tu n g erzielte Arbeit durch Sch nelligkeit sich auszeichnet und hinsichtlich der genauen Ausführung nichts zu wünschen übrig lä ß t ; b) die V orrich tu n g im vollen Um laufe, also ohne Betriebsunterbrechung, von allen Seiten leich t zu gänglich ist, so daß der A rbeiter bei B edienung des Apparates zw ecks
Ausführung der drei vorangeführten Handhabungen bezw . einer R einigu ng oder Schm ierung der V orrich tu n g keiner G efahr ausgesetzt ist.
K u r z e Ü b e r s i c h t u n d B e t r i e b s e r g e b n i s s e b i s h e r i g e r V o r r i c h t u n g e n . Zum Ausbauchen nicht unterschnittener H ohlkörper
Abbildung 2.
aus M etall dienten bisher vornehm lich zw ei V or
richtungen, und zw ar erstens der T eilkluppen apparat und zw eitens der Bauchrollenapparat.
D ie T eilklu pp e (A bbildun g 5 ) erinnert sehr an die in der G lasbläserei verw endete T eilgu ßform und scheint diesem Industriezw eig entlehnt zu sein. Sie besteht aus dem au f der Planierbank
spindel aufgeschraubten H auptkörper, dessen oberer T e il an der einen Seite Scharnierlappen trägt, in w elchen der zw eite K luppenteil leich t drehbar angebracht ist, und an der gegenüber
liegenden Seite ein Schraubenschloß besitzt, ver-
A bbildung 3. Abbildung 4.
| m öge dessen beide H älften dicht geschlossen werden. Dem inneren Raum eiuer solchen T e il
kluppe w ird in geschlossenem Zustande die g e naue Form des zu bauchenden Gegenstandes auf der D rehbank erteilt, w obei zu gleich die beiden T eile, Scharnierlappen und Schraubenschloß, der
art ausgew ichtet werden müssen, daß kein S ch la
gen der Kluppe stattfindet.
D ie A rbeitsw eise ist folg en d e: W ährend der Rotation w ird das in geschlossener Teilkluppe be
findliche A rbeitsstü ck mittels der B auch rolle in mehreren kurzen Zügen ausgetieft und in dem A u genblick , wenn die B auch rolle au f der harten U nterlage der Teilklnppenw and angekommen ist.
764 Stahl und Eisen. Neuerung in der Ausbauchung ton Blechhohlkörpern. 25. Jahrg. Nr. 13.
mit dem Ausbauchen aufgekört. Nun w ird die Planierbank mittels einer, am besten am Um
fang der größten Stufenscheibe angebrachten Bandbremse eingestellt, das Schloß der T e il
kluppe geöffnet, das ausgebauchte Stück heraus
gehoben und an seine Stelle ein zw eiles ein
g e leg t, die Kluppe geschlossen, die Bank in Bew egung gesetzt und w ie oben w eiter fort
gefahren. D er einzige V orteil dieses Verfahrens lieg t in dem Umstande, daß das A rbeits
stück zentrisch zu rotieren gezwungen ist, daher die Ausführung bezüglich der Maße so genau wie möglich stattfinden kann. Demgegenüber sind schw er
w iegende Nachteile zu verzeichnen, wie die äußerst langsame und infolgedessen teure Arbeitsweise sow ie die zeit
raubende Herstellung der Vorrichtung.
W ird dieselbe aus Gußeisen angefertigt, so ist sie nicht dauerhaft genug und kann für besondere F ä lle , w ie z. B.
für polierte Arbeiten, wegen Undicht
heit des Gusses, nicht verwendet w er
den. Das in solchen Fällen am besten entsprechende Material ist Gußstahl
■oder blasenfreier Stahlguß, deren V e r wendung jedoch wegen der hohen Materialkosten sowie der teuren H er
stellungsweise und des beim Härten verursachten Ausschusses halber höchst kostspielig ist.
W enn weder Gefäßform noch G efäßgröße
<lie Anwendung dieser Methode geboten, bediente man sich mit Vorliebe des leichter herstellbaren Bauchrollen - Schleppwalzen - Apparates (A b b il
dung 6). D ieser besteht aus dem auf der Planier
bankspindelschraube aufgeschraubten Spannfutter A , der au f der verlängerten Beitstockspindel
drehbar gelagerten B odenhalterplatte B, ferner der auf einem separaten Querschieber in einem Halter E fest eingespannten, sehr leich t dreh
baren Schleppw alze (F orm rolle) und der der j e w eiligen G efäßgröße sow ie Form entsprechend bemessenen sow ie geform ten Bauch
rolle D. Die bei diesem V erfahren ausgeführten H andgriffe sind folg en d e:
D er A rbeiter besorg t mit der einen Hand das Einlegen des A rbeitsstückes in das rotierende Spannfutter, während
dessen er mit der ändern Hand vom B eitstockhebel aus da3 A rbeitsstü ck mit der Bodenhalterplatte festspann t, w o
nach er mit d e i längs und quer ver
schiebbaren Bauchrolle das Ausbauchen so lange ausübt, bis er sieht und hört, daß die W andung des G efäßes an die Schleppw alze vollkom m en anliegt. A ls dann zieht der A rbeiter unter Be- lassung der Bank im Laufe den R eit
stockhebel zurück, streift das gebauchte Stück ab und le g t ein neues ein.
Die V orteile dieses A pparates b e stehen in der hierm it erzielten schnel
leren und daher billigeren A rbeit so wie in der leichteren H erstellung des W erk zeuges selber. Zu den N achteilen dieser Vorrichtung gehört v or allem die Unanwend
barkeit derselben für manche Formen w ie etwa A bbildung 2 C ; ferner die U ngenauigkeit
Abbildung 6.
: der Ausbauchung, insofern genaue Maße vor-
; geschrieben sind, sow ie die leichte V erletzbar-
| keit des A rbeiters beim Ein- und Auslegen des A rbeitsstückes während des vollen Umlaufes der I Planierbank. D ie Anführung w eiterer Abarten
| kann angesichts ih rer Ähnlichkeit mit den zur G enüge erörterten Haupttypen unterbleiben.
Abbildung 5.
1. Juli 1905. Neuerung in der Ausbauchung von Blechhohlkörperii. Stahl und Eisen. 765
Abbildung 7. Abbildung 8,
Abbildung 9.
D a s W e s e n d e r n e u e n A u s b a u c h - v o r r i c h t u n g . W ährend der Suche nach einer m Vorrichtung, die der Fehler v o r angeführter A p parate bar wäre, gelan g dem V er
fasser die K on struktion einer neuen Vorrichtung zum Ausbauchen nicht unter
schnittener H ohlkörper aus B le ch , bei w elcher der zu bearbeitende H ohlkörper w ie früher in einer um ihre A chse sich drehenden zw eiteiligen Form dem D rucke einer in das Innere des H ohlkörpers eingefiihrten
D ru ckrolle ausgesetzt w ird, so daß die W andu n g des H ohlkörpers die Gestalt der Form w andung erhält.
G egenüber den bekannten V orrichtungen unterscheidet sich der unter Nr. 1 5 9 5 7 6 in D eutschland patentierte und in Österreich zum P atent angem eldete Erfin- dungsgegenstand dadurch, daß der gedrehte H olilfutter- teil und der von letzterem mitgenommene V orsa tz der Form getrennt voneinander g e la g ert sind, um beim axialen Ausrücken des V o r satzes einen v ö llig freien Raum für das Ein- und Ausbringen des W erkstü ckes zu gewinnen. Zn diesem Z w eck ist der als Riem en
scheibe ausgebildete H ohlfutterteil in einem H ohlfutterstock der P lanier
bank gelagert, während der V orsa tz au f dem Eude einer einrückbaren R eitstockspindel angeordnet ist.
In A bbildung 7 ist die V o rrich tung in Seitenansicht, in A bbildun g 8 iu V orderansicht und in Abbildung 9 im w agerechten Schnitt durch die
selbe dargestellt. Der au f den W a n gen A einer P lanierbank durch B ol
zen B befestigte H ohlfutterstock C ist zu zw ei Lagerbiicken D E aus- gebild et, die mit den aufgeschraubten D eckeln F G die L ag er H für den H ohlfutterteil J trag en , in denen letzteres mit seinen Laufflächen K ruht. Das H ohlfutter I ist zw ischen den beiden Lagern als Riem enscheibe für den Riem entrieb L ausgebildet. Die wrage- recht verschiebbare R eitstockspin del 51 der Planierbank trägt den V orsa tz N, dessen innere Umrisse gemeinsam mit denen des Hohlfutter- teils I den Umrissen des auszubauchenden H ohl
körpers 0 entsprechen.
Das Ausbauchen eines H ohlkörpers (v e rg l.
A bbildung 10, 11 und 12) geschieht in folgen der W e is e : Zunächst w ird, w ie A bbildun g 10 darstellt, der von der R eitstockspindel getragene V orsatz N ausgerückt und der H ohlkörper in den H ohlfutterteil I eingesetzt. Dann w ird, wie Abbildung 11 veranschaulicht, der V orsa tz in den ununterbrochen in D rehung befindlichen H ohlfutterteil I eingeriiekt und som it samt dem H ohlkörper in Drehung versetzt, w obei der V or
satz N durch vom A xialdruck entstehende R eibung mitgenommen wird. W eite r gibt die
Abbildung 10.
76tf Stahl und Eisen. Neuerung in der Ausbauchung von Blechhohlkörpern._________ 26. Jahrg. Nr. 13.
auch das bloß rotierende, während der R otation von allen Seiten leich t zu g ä n g lich sind. B ei näherer B e
trachtung des A rbeitsv er
fahrens ergibt sich, daß den im ersten A bschn itt auf
gestellten Grundsätzen des W alzprozesses v ö llig ent
sprochen w ird, da die H ohl
w alze, w elche mit dem A r beitsstück die g rö ß te g e meinsame Berührungsfläche hat, die B lechführung über
nimmt, und die kleine V o ll
w alze (das B auch w erkzeu g) als Sclileppw alze auftritt.
Außerdem ist h erv orzu heben, daß die H ohlw alze aus zw ei voneinander un
abhängigen, nur durch R ei-
Abbildung 11. bung zu kuppelnden T eilen
besteht, von denen der eine I Abbildung 12 jenen Arbeitsm oment wieder, in
welchem die am Support P verstellbar gelagerte D ruckrolle Q an der W andung des Hohlfutters entlang bew egt wird, wobei der Hohlkörper die Gestalt der Hohlform annimmt. Um die Form gebung des Körpers nicht ausschließlich der Kontrolle des Tastgefühls anheimzustellen, son
dern dieselbe auch mit dem Auge verfolgen zu können, wird das Innere des Hohlkörpers mittels eines am Support angebrachten elektrischen oder Gaslämpchens beleuchtet, welch letztere Einrich
tung in den Momentaufnahmen zu ersehen ist.
Das geschilderte Arbeitsverfahren läßt sich sch arf in fünf T eile gliedern, und zw ar in erstens das Einsetzen des
Hohlkörpers in das rotie
rende Hohlfutter bei weit vorgeschobenem Vorsatze, zweitens das Einrücken des von der Reitstockspindel g e
tragenen Vorsatzes in das sich beständig drehende Hohlfutter, drittens das form
gebende Ausbauchen des H ohlkörpers, viertens das AusrUcken des mit dem Hohlfutter gekuppelten V or
satzes und fünftens das Her
ausnehmen des ausgebauch
ten H ohlkörpers. Jede der fünf Handhabungen sowie eine Reinigung oder Schmie
rung lassen sich im vollen Umlaufe der Vorrichtung bequem ausfiihren, weil beide Futterteile, sowohl
das längsbewegliche als Abbildung 12.
in ständiger Rotation sich befindet, w ogeg en der andere N zu jed er Zeit losgelöst, verschoben und in Ruhe versetzt werden kann. D abei e rfo lg t das Einlegen als auch das Herausnehmen der A r beitsstücke stets nur von der R ü ckseite, also zwischen dem sich drehenden H oh lfutterteil I und dem weit abwärts verschiebbaren V o r sätze N (siehe A bbildung 10 ). D ank diesem Umstande wird einerseits das A rbeitsverfah ren beschleunigt, anderseits eine V erletzu n g des Arbeiters vollkommen ausgeschlossen.
W as die Vorrichtung in baulicher H insicht anbelangt, so ist zu bem erken, daß ihre A b messungen lediglich an natürliche, von der A rt
