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ZEITSCHRIFT FÜR DAS DEUTSCHE EISENHÜTTENWESEN
HEFT 26 13. J U LI 64. JAHRG.
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S a c h v e r z e i c h n i s z u m A n z e i g e n t e i l
A b d e c k m a s s e n ...24 F e ld b a h n b e d a r f... 4 K ohlenstaubw agen . . . . 28 Schieberum steuerungen . 8
A b fa llb eizen - F e r r o le g ie r u n g e n ...23 K o k ille n g la s u r e n ... 24 S c h iffs k e s s e l...14
V e r w e r t u n g U. 2 Feuerfeste E rzeugnisse . 10 , K o k ille n la c k ... 24 Schlichte ... 27
A b h i t z e k e s s e l ...14 1 5 , 18, 23, 27 K r a n e ...1 1 , 1 5 , 16 S c h m ie d e ö fe n ... 27
A kkum ulatoren, Feuerverzinkereien . . . . 27 K u g e ls c h a u ffle r ... 1 1 S c h m ie d e s tü ck e ... 4
hydraulische ... 4 F la m m r o h rk e s s e l... 14 K u p p lu n g e n ... 7 Schm ierapparate ...24
A r z n e im i t t e l...23 Fließarbeits- Laboratorium sgeräte S ch m ie r b ü c h s e n ...24
A t m u n g s g e r ä t e ...18 Einrichtungen ...25 und -einrichtungen . . . 20 S c h rä g a u fz ü g e... 1
Aufbereitungsanlagen F ördereinrichtungen L a g e r m e t a lle 2, 12 Schrottpaketierpressen . . 19
(E rz, K oh le usw .) . . . 17 und -gerate . 1 1 , 1 7 , 22, 25 L a -M o n t-K e s s e l...14 Schutzbrillen, -masken A u fkohlun gsm ittel . . . . 23 F räser 28 Legierte Stähle . . 4 , 9, 1 3 , und - s c h i r m e ...18
A u s g ü s s e ...15 F reiform -Schm iedestücke 27 U. 3 Schutzsalben ...26
B e c h e r w e r k e ir Fußbodenplatten 2 1 L ic h tp a u s p a p ie r e 23 Schweißdraht Behälter und Apparate G a s e r z e u g e r ... 6, 2 1 L ö ffle r k e s s e l...14 und E le k t r o d e n 3 fü r die ehem. Industrie 20 Gasreinigungsanlagen . . 6 L ok om otiven S c h w in g s ie b e 1 7 , 25 B eizbedarf G ebläse ... U. 4 (alle B a u a r t e n ) 27 S ilik a stein e ... 1 5 (Säuren, Sparbeizen) . 26 Gleitlager ... 2 Lunker- S i n t e r d o l o m it ...22
Beizzusätze ...26 G lü h ö fe n ... 6, 27 Verhütungsmittel . 1 2 , 24 Speisew asserregler . . . . 27
Bekohlungsanlagen . 22, 25 G lühtöpfe, gegossene, M a g n e s it 10, 18 , 23 S p ir a lb o h r e r ... 28
B lechbiegem aschinen . . . 5 geschm iedete oder M agnesitsteine . . 1 0 , 18, 23 Stahl ... 3 , 4, 7, Bleche, alle A rten . 4, U. 3 g e s c h w e iß te U. 2 M a h la n la g e n 17 9, 1 3 , U. 3 Bohrer ...28 G r a p h i t 15 M aschinenbau, Stahlbauwerke . . . . 4, 23 Brem sberge ... 1 G reifer ... 16 a l l g e m e i n e s ... 4 Stahlrohre ... 4
B r e n n e r ...10 G u r tfö r d e r e r ... 1 1 , 25 M etalle und Legierungen 23 Stahlwerksanlagen B rennöfen ...10 Gußstücke 4 M uffelöfen, elektrische und -einrichtungen . . . 14
Brückenbau ... 4 H ä n g e b a h n e n 25 und brennstoffbeheizte 2...Stapler ...25
C h e m ik a lie n ...25 H artverchrom ungs- M ü h l e n ...1 7 S tau bm ask en ... 18
D a m p fk e s s e l... 14 a n la g e n ¿ 1 M u l d e n ö f e n ... 9, 26 S teilroh rk essel... 14
D am pfkesselentaschungs- H a u b e n ö f e n 9 Nahtlose R o h r e 4 S te in k o h le 3 , 7 a n la g e n ...19 H eizu n gs- und Lü ftu ngs- N orm alglüh öfen ...10 Steuerungen, D a m p fm a s c h in e n 1 1 a n la g e n 24 O e l-A n la ß b ä d e r 2 h y d r a u lis ch e ... 4
D o l o m i t ...22 H o c h o fe n a n la g e n 14 P fa n n e n s te in e ...1 3 Stoßöfen ... 22
D r a h t ... 4 H olzg a s- Pfannenstopfen T an k- und Behälterbau . 24 D rahtgew ebe Schnelltransporter . . . 24 und -ausgüsse 15 Technische und -geflech te ...23 H ydraulische Pressen . . 19 P r e s s e n ... 19 U ebersetzungeh . . . . 22
D rahtseilbahnen . . . 1 , i i Induktion söfen . . . . 2 1 , 2 3 Preßwasseranlagen . . . . 4 Teilkam m erkessel . . . . 14
D r e h h e r d ö f e n ... 9 Industrieöfen . . 2, 5 , 6, 9, Prüfm aschinen T h o m a s g e b lä s e ... U. 4 D r e h lin g e ... 9 1 0 , 1 3 , 1 8 , 20, 2 1 , 22, 2 3 , und - g e r a t e 26 T on erd e ...20
D ruckw asseranlagen . . . 4 26, 27, Pum pen aller A rt . . . 22,-27 T r ic h t e r ...15
E d e lsta h lb le c h e U. 3 K a b e lk r a n e 1 R a n g ie r a n la g e n ... 25 T r o c k e n s c h r ä n k e 2 Edelstahle . . 4, 9, 1 3 , U. 3 K alk und K alksteine . . . 22 R e ib a h le n ...28 T u n n e lö fe n ... 2 1 Eisenbahnm aterial . . . . 4 K alksch ach töfen 10 R e in ig u n g s m itt e l... 20 U m steuerungen für Eisenscheider, K a m m e r ö f e n 2, 9 Rekuperatoren . . 10 , 24, 27 R egen erativöfen . . . . 8
elektrom agnetische . . 1 7 K analabdeckplatten . . . 2 1 R oheisen ... 3, 7 V e r g ü t e ö f e n ... 6
E l e k t r o d e n ... 3 K esselrohrreiniger . . . . 27 R ohre, geschweißte, Stahl- 4 V e r la d e a n la g e n ...17
E lektrohängebahnen . . . 1 1 K e tte n fö r d e re r 25 R oh re, nahtlose, Stahl- . 4 W a a g e n ... 23
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S to e c k e ra Kunz tu
Köln Krefeld
16 S T A H L U N D E I S E N B . N r . 28, 13. J u l i 1944
DEMRD-GREIFERFRBRIK
G M B H .
□ U I 5 B U RD
Fe st und s ic h e r und d och m it s p ie le ris c h le ic h te r B ew egung fa ß t die Z a n g e des D E M A G -K ra n e s den aus dem W ä rm o fe n g e h o lte n heißen S ta h lb lo c k und le g t ihn a u f den R ollgang des W a lzw e rks. - S ic h e r- h e itu n d Z u v e rlä s s ig k e its in d w e s e n t
lich e K e n n ze ich e n d es d e u ts c h e n M a schin e n b a u s. J e tz t noch m it
h e lfe n d zum S ieg , w ird e r bald w ie d e r in vo lle m U m fa ng d e r a u fb au e n de n frie d lic h e n A r b e it zur V e rfü g u n g ste h e n. O ie In g e n ie u re und F a ch k rä fte d e r D E M A G fre u e n sich, g e s tü tz t a u f ih re w e ltw e ite n , im K rie g e e rh e b lic h b e re ic h e rte n E r
fa h ru n g e n , dann w ie d e r d e r W e lt die M a schin e n zu lie fe rn , d ie sie b ra u ch t:
le istu n gsfä h ig , stark, zu v e rlä ssig.
\ . J STAHL UND EISEN
ZEITSCHRIFT FÜR D A S D E U T S C H E E ISE N H Ü T T E N W E SE N
Herausgegeben vom Verein Deutscher Eisenhüttenleute im NS.-Bund Deutscher Technik
Geleitet von Dr.-Ing. Dr. mont. E .h . O. P e t e r s e n
unter Mitarbeit von Dr. J. W. Reichert und Dr. W. Steinberg fü r den wirtschaftlichen Teil
Heft 28 13. Juli 1944 64. Jahrgang
Betriebserfahrungen mit einem doppelseitig beheizten Dreizonen-Blockstoßofen. Vo n F r i t z P e c l t e r
Seite 449
Werkstoffe für Ventile von Verbrennungsmotoren. Von H e i n r i c h C o r n e l i u s (Schluß zu Seite 488). 453
Seite Umschau ... 459
Ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung voneinschltißfreien Stählen. — Zur Entwicklung der Luftvorwärmer. — Ermittlung der Formziffer der auf Verdrehung beanspruchten abgesetzten Welle mit Hilfe von Feindehnungsmessungen.
W irtschaftliche Rundschau ... 463 Vereinsnachrichten ... 463
Betriebserfahrungen
mit einem doppelseitig beheizten Dreizonen-Blockstoßofen
V o n F r i t z F e c h t e r
[M itteilu ng Nr. 330 der W ä rm estelle des V erein s D eutscher E isenhüttenleute im N S B D T .*).]
(Dreizonen-Blockstoßofen neuer Bauart mit Ober- und Unterbeheizung. Neuartige Blockauflagerung. Betriebserfahrungen.
Blockdurchwärmung. Ofenleistung. Gleitschienen und feuerfeste Ofenbaustoffe. Wärmeverbrauch. Meß- und Regeltechnik.)
*
a) V ollk om m en gleichm äßige V erteilu n g der H eiz- G ründe fü r den O fenbau
Eine dreigerü stige B lock stra ß e v era rb eitet B löck e der G röße 2 5 0 X 2 2 5 mm CD v o n 1300 mm Länge m it einem G ew ich t v on rd. 500 kg auf K n ü p p el von 100 mm CD bis 50 mmCD sow ie Platinen von 1 5 0 X 6 5 bis 8 0 X 6 5 mm". Für diese Straße stand ein älterer S toß ofen ü blich er Bauart mit Stirn- und S eiten brenn ern und einer Stundenleistung von etwa 8 t. zur V erfü gu n g, der die bekann ten N ach teile aufw ies: heiße K ö p fe und schlechte D urchw ärm ung der B löck e, die durch R ollen der B löck e b ek ä m p ft w erden m uß (B ild 1).
Für die L eistu ngsfähigk eit der Straße reich te dieser O fen je d o ch nicht m ehr aus, und so w urde ein neuer O fen geplant, an den fo lg en d e zwei F orderu n gen gestellt w u rden :
1. h öh ere Leistung bei gleich g ro ß er O fen g ru n d flä ch e, da fü r den neuen O fen kein g röß erer Platz zur V erfü g u n g stand als fü r den alten.
2. V erbesserun g der D urchw ärm ung.
D er neue O fen m ußte daher eine doppelseitige . B eheizung erhalten.
G rundlagen des M eh rzon en -S toßofen s nach E. H elw eg
Es w urde nun ein V orsch lag v o n E. H e 1 - w e g 1) au fgegriffen, der eine th eoretisch en tw ick elte O fe n fo rm nach Bild 2 mit d o p p elter B eheizung vorsieht. D ieser O fen b e steht im w esen tlich en aus drei D o p p e l
zonen mit w eitgeh en der Sym m etrie zw i
schen O ber- und U n terofen . D ie B lö ck e sind entgegen allen anderen bekannten O fenbau arten an den B lock en d en au fge
lagert.
N ach E. H elw eg ist es m ög lich , die ideale Anw ärm - kurve fü r b eliebige B lö ck e zu b erech n en . Aus diesen R ech nu ngen ergibt sich, daß ein S toß ofen nur dann die bestm öglich en Leistungs- und G ütew erte aufw eist, die sich v o r allem in der D urch w ärm u ng, den W ä rm e
spannungen, der Z un derun g und der G efügeausbildung der B lö ck e ausdrücken, w enn er fo lg en d en B edingungen genügt:
fläch enbelastu n g über die B lock länge.
b) V erh in d eru n g einer U eberhitzung der B lock en d en durch Ausschaltung der zusätzlichen Beheizung an den Stirnfläch en der B löck e.
c) An jed em Punkt der N utzlänge des O fens m uß das V erhältnis von O berbeh eizu ng zu U nterbeheizung
= 1 sein.
d) D ie H eizflächen belastun gskurve ü ber die N utz
länge des O fens m uß sich der aus den G ütew erten der B lö ck e errechen baren Idealk urve m öglich st nähern. Das heißt, die W ä rm ezufu hr m uß über die O fenlän ge gut regelbar sein und fü r jed en Punkt
1700
8000-
Bild 1. A lter Stoßofen (einseitig beheizt).
Aus$eichzone Heizzone Spannungszone
Fr ‘ Blockendenf/äche Fs =Blockniflagefläche
*) Vorgetragen auf der T agung der Energie-Ingenieure der Eisenhütte Südost am 10. Juni 1944 in Leoben. — Sonderabdrucke sind vom Verlag Stahleisen m. b. H .. Pöss- neck, Postschließfach 146, zu beziehen.
‘ ) Arch. Eisenhüttenw. 7 (1933/34) S. 293/300 (Mitt.
W ärm estelle 190).
Bild 2. Theoretisch entwickelte Ofenform nach E . H elw eg.
der O fenlän ge einen bestim m ten b erech n eten W ert auf weisen.
D er ob en gezeigte th eoretisch e O fen erfü llt diese F orderu n gen durch folg en d e M a ß n a h m e n :
a) D ie gleichm äßige V erteilun g der H eizflä ch en belastung ü ber die B locklä n ge w ird erreich t durch ausschließliche V erw endu n g von Stirnbrennern.
S eiten brenn er ergehen im m er ein T em p eratu rgefälle über die B lock lä n g e und w erdeu daher gänzlich v e r w orfen .
b) D ie A usschaltung der zusätzlichen Endenbeheizung e rfo lg t zum T eil schon durch die V erm eidun g von Seitenbrennern. Im w esentlichen w ird je d o ch die
449
450 Stahl und Eisen Betriebserfahrungen mit doppelseitig beheiztem Dreizonen-Blockstoßofen 64. Jahrg. Nr. 28 B lo ck a u fla g eflä ch e F 2 in Bild 2 rechts m öglich st
gleich groß w ie F 1 gew ählt und unm ittelbar neben F l angeordnet. W as den B lock en d en zuviel an W ärm e zu gefü h rt w ird, w ird ihnen so du rch die A u f
la geflä ch e w ieder genom m en.
c) D ie E rfü llu n g der B edingung, das V erhältnis zw i
schen O ber- und U n terbeh eizu n g überall = 1 zu hal
ten, w ird du rch eine w eitm öglich ste Sym m etrie zw i
schen O ber- und U n terofe n erreich t. N ur bei v o ll
k om m en er Sym m etrie ist in A n betrach t der schw er übersehbaren W ärm eübergangsverhältnisse eine G leichh eit des W ärm eübergangs auf der O ber- und U nterseite der B lö ck e gegeben. A u ß erd em ist es w esen tlich , den U n terofen vom O b erofe n m öglichst
gasdicht abzu
schließen, da
m it die strö
m enden A b ga s
m engen sow ohl im U nter- als
auch im O b e ro fe n gleich groß sind und nich t w ie bei anderen O efen an den B lock en d en h och steigen k ö n nen (B ild 3 ). D u rch die A u fla geru n g d er B lö ck e an den E nden bilden die B lö ck e selbst eine T ren n w and fü r das Abgas zw ischen O ber- und U n terofen . U eberdies w ird in gew oh nter W eise die G leichh eit der T em p eratu r zw ischen O ber- und U n terofen du rch B egelgerä te gesichert.
D ie V erw en du n g irgen dein er W asserkühlung im O fen , v o r allem b e i G leitschien en od er A u sstoß
rinnen, w idersprich t der genannten th eoretisch en F ord eru n g nach G leichh eit der O ber- und U n ter
beh eizu n g und ist daher gänzlich abzulehnen.
d) D ie H eizflächen belastun gskurve ü ber die Länge des O fens ist nach E. H elw eg ein beson d ers k en n zeich n ender G ütew ert fü r die B löck e und dam it fü r einen O fen. D ie Idea lk u rve errechn et sich m it genü gen der G enauigkeit unm ittelbar aus den g efo rd erten G ütew erten der B löck e, v or allem aus der g e fo r d erten G efügeau sbildu n g, der D urchw ärm ung heim Z iehen und den zulässigen W ärm espannungen heim A nh eizen der B lö ck e. D abei sind in den v ersch ie
denen T em p era tu rgebieten jew eils andere P u nkte ausschlaggebend. So sind im T em p era tu rgebiet zw ischen etwa 20 und 600 ° die zulässigen W ä rm e
spannungen der B lö ck e v o r allem bei Edelstahl b e stim m end. Für dieses T em p era tu rgebiet w ird eine eigene S p a n n u n g s z o n e vorgeseh en, deren G röß e u nm ittelbar aus den zulässigen W ärm espannungen * errech n et w ird. D ie W ärm espannungen sind um so g röß er, je stärker der B lo ck beh eizt w ird, d. h. je g röß e r die H eizflächen belastun g ist. Um nun die h öch ste Leistung aus dieser Z on e herauszuholen, ist die H eizflächen belastun g so h och zu treiben, daß die zulässigen Spannungen erreich t w erden . W en n z. B.
ein E delstah lblock eine F estigk eit v on 80 k g/m m ' hat, so ist die Stärke der B eheizung fü r eine ange
n om m en e zulässige W ärm espannung von 40 kg/m m ' festzusetzen. Ein U ebersch reiten der zulässigen Spannung kann zu R ißbildun gen od er sogar zum Z erspringen ganzer B lö ck e führen. Ein U n ter
schreiten bed eu tet u n w irtsch aftlich großen O fen raum.
In der H e i z z o n e soll die H eizflächen belastun g eben falls m öglich st h och sein. Sie w ird hier b e grenzt du rch die H altbark eit der feu erfe sten Steine und Schienen. F ern er sind hier die T em p era tu r
u ntersch iede über dem B lock qu ersch n itt zu b e achten. D iese sind eben falls errechen bar und ab
hängig von der G rö ß e der H eizflächenbelastung. Da der B lock am Ende der H eizzon e als m ittlere T e m peratur schon die W alztem peratu r haben soll und
da die O b erflä ch e des B lock es über eine bestim m te zulässige H öchsttem peratu r nich t erhitzt w erden d a rf, so ergib t sich ein höchstzulässiges Maß des T em peratu ru ntersch iedes ü ber dem B lo ck q u e r
schnitt. D am it ist die h öch ste zulässige H eiz
fläch enbelastu n g in der H eizzon e ebenfalls gegeben.
D ie H eizzon e m uß daher auch regelbar sein und eine bestim m te errech en ba re Länge aufw eisen.
D er B lo ck k om m t voraussetzungsgem äß aus der H eizzon e m it einem verhältnism äßig großen T em p e ratu run terschied ü ber dem B lock qu ersch n itt. D ieser U n terschied ist fü r das W alzen höch st unerw ünscht, so daß es n otw endig ist, eine eigene A u s g l e i c h s z o n e vorzusehen.
D ie B edeutung einer m öglich st guten D u r c h w ä r m u n g des B lock es beim W alzen w ird o ft nicht genügend bea ch tet. W en n der T em p eratu ru nter
schied ü ber den B lock qu ersch n itt groß ist, so er
geben sich auch v ersch ieden e V erform u n g sw erte ü ber den Q uerschnitt. Solch e B lö ck e krüm m en sich beim W alzen und kön nen beispielsw eise b e i Edelstahl zu ausgesprochenen F eh lern führen. A u ch das G efü ge ü ber den Q uerschnitt ist abhängig von den T em p e raturunterschieden. So zeigt beispielsw eise ein sch lech t du rch w ärm ter E delstah lblock an der heißen O berfläch e gut gelöste K arbide, w ährend dies im kälteren T eil nich t der Fall ist.
B em erken sw ert ist fern er, daß schlecht du rch ge
w ärm te B lö ck e w egen der naturgem äß n iedrigeren m ittleren T em p eratu r einen größeren K ra ftb e d a rf bedingen.
In der A u sgleich szon e soll sich die m ittlere T e m p e
ratur der B lö ck e grundsätzlich nich t m ehr w esen t
lich ändern, dam it die V oraussetzungen fü r einen m öglich st guten Tem peratu rausgleich geschaffen sind. Je nach dem gew ünschten G rad des T em p e
raturausgleichs im B lock (D urchw ärm ung) e rre ch net sich eine bestim m te Z onen länge. D ie B e
heizung der A u sgleich szon e hat nur die W ä rm ever
luste zu decken.
Für den ganzen O fen ergeben sich som it drei Z on en , die jed e fü r sich regelbar sein müssen. Eine w ei
tere U nterteilung des O fens ist nicht notw endig, da bekann tlich die R egelu ng von drei Punkten genügt, um eine einm al gegebene K u rve — hier die Anw ärm - ku rve — unveränderlich zu halten.
Um Störungen einer Z on e durch N achbarzonen zu verm eiden , w ird das G ew ölbe w eitgehend abge
schnürt und dam it der Strahlungsübergang zw ischen den Z on en stark eingeschränkt.
D ie V erteilu n g der H eizflächen belastun g innerhalb einer Z on e selbst gehört schon zur Feinabstim im ing und w ird durch die G ew ölb e form nach W ärm eüber
gangsgesetzen erreicht.
D er gebaute D reizon en -S toß ofen
D ie oben erw ähnten V o rte ile b ew ogen dazu, ein en solch en O fen zu bauen. In gem einsam er Zusam m en
arbeit mit der Firm a Custodis, W ien , entstand so im Jahre 1940 der in Bild 4 dargestellte O fen , der ein g roß er Schritt in Neuland war. D er Q uerschnitt des O fens u nd die A u fla geru n g der B lö ck e ist in Bild 4 rechts dargestellt.
D er O fen hat eine N utzlänge von 16 380 mm und eine N u tzbreite von 1700 mm. Er ist in eine A us
g leichszone v on 2000 m m , eine H eizzon e v o n 7000 mm und eine Spannungszone von 7380 mm aufgeteilt. Als B r e n n e r dienen die sogenannten K -B renn er fü r G ene
rator-R ohgas (B ild 5 ). D rei B ren n er der G röße 3 mit ein er S ch lu ck fäh ig k eit von je 100 N m 3/h sind in der Querschnitt eines Ofens
mit Unterfeuerung älterer Bauart.
13. Juli 1944 Betriebserfahrungen mit doppelseitig beheiztem Dreizonen-Blockstoßofen Stahl und Eisen 451
Ausstoßrinne aus Sintertonerde
Bild 4. Doppelseitig beheizter Dreizonen-Blockstoßofen.
A usgleichszone, drei B ren n er der G röß e 5 (je 300 N m3/h ) in der H eizzon e oben und drei B ren n er der G röß e 3 in der Spannungszone oben eingebaut. In der H eizzon e unten ist ein B ren ner der G röß e 8 (1000 Nm'Vh) und in der Spannungszone unten ein B ren ner der G röße 5 v o r handen.
Beim ersten O fen dieser Bauart w urde zunächst noch eine Anlehnung an bew ährte E rfah ru n gen bei alten O efen gesu ch t: So w urden in der H eizzon e n och zwei S eitenbrenner vorg eseh en (G rö ß e 6 m it 500 N m 3/h ), deren B etrieb nur fü r den Fall gedacht war, daß die W ärm ezufuhr durch die Stirnbrenner n ich t ausreicht, oder daß der T em p eratu rausgleich ü ber die B locklä n ge wider E rw arten nich t genügen sollte. B ei späteren O fenbauten hat die O fenbaufirm a diese*Seiten brenn er weggelassen. F ern er w urde die U nterheizung in der A usgleichszone fortgelassen , aus der Erw ägung heraus, daß die W ä rm ezu fu h r in der A u sgleich szon e ohnehin nur sehr gering ist und im w esen tlich en nur zur D ek- kung der W andverluste dient.
B em erken sw ert ist n o ch die V erw en du n g v on h o ch hitzebeständigen G l e i t s c h i e n e n und von Son der
steinen fü r den A u sgleich sh erd und die A usstoßrinne, über die später n o ch g esproch en w ird.
D er O fen hat einen N a d e l w ä r m e a u s t a u s c h e r , der b e i.e in e r A bgasm enge von 6000 Nm'Vh und einer A bgastem peratu r von 950 ° ein-, L u ftv o r w ärm ung von rd. 450 ° ergibt.
B etriebserfah ru n gen
D er O fen w u rde am 2. Januar 1941 in B etrieb ge
nom m en. Es liegen dem nach ü ber drei Jahre B etrieb s
erfah ru ngen v o r, ü ber die im folg en d en b e rich te t w ird : D er L eistu ngsvergleich versch ied en er O efen ist häu
fig irrefü h ren d , w enn er nich t auf der G rundlage glei
cher B lock stärk en und gleich er D u rch w ärm ung ausgeführt w ird. Da es nicht m ög lich w ar, g röß ere Leistu ngsver
suche d u rch zu fü h ren , so kann nur an
gegeben w erden , daß der O fen , der fü r 10 t Stundenleistung gebaut w urde, bei einem Einsatz v on B löck e n der G röß e 2 5 0 X 2 2 5 m m CD, 1300 m m lang, im G e
w ich t von rd. 500 k g eine tatsächliche L e i s t u n g von 12,5 t/h erreich t hat.
D ies en tsprich t einer H erd flä ch en lei
stung bezogen auf die oberbeh eizte H erd flä ch e von 450 k g /m ' h od er b e zogen au f die B lo ck u n terflä ch e von 590 k g /m2 h. V ergleich sw eise sei e r w ähnt, daß in dem alten, ein seitig b e
heizten O fen (nach B ild 1 ) bei gleichem Einsatz und w esen tlich sch lech terer D urchw ärm ung nur eine Stundenlei
stung v on 8,5 t/h e rreich t w urde, en t
sp rech en d ein er H erd fläch en leistu n g von 320 k g /m ' h od e r bezogen au f die B lock u n terflä ch e v on 415 k g /m2 h.
Um die D u r c h w ä r m u n g ein w an dfrei b e u rte i
len zu k ön nen , w urde beim doppelseitig beh eizten O fen ein V ersu ch mit einem an geboh rten B lo ck (B ild 6 )
Bild 5. K -B ren ner für Generator- Rohgas.
du rch gefü h rt. D ie T em p era tu ren w urden durch Eisen- kon stan tan -S ch leppelem en te gem essen, die v orh er gegen P la tin -P latin rh odiu m g eeich t w aren. D ie gem es
sene A n w ärm k u rve der drei M eßstellen 1, 2 und 3 so
wie einige B ioptix-M essu n gen sind bei einer Stunden
leistung von l l t eben falls in Bild 6 w ied ergegeben . D anach ist beim Z iehen ein T em p eratu ru ntersch ied zw ischen B lo ck o b e r flä ch e und B lock m itte v on 40 ° v o r handen. A u ß erd em w urden auch an m eh reren Stellen op tisch e M essungen der B lo ck o b e rflä ch e vorg en om m en . D iese sind eben falls in B ild 6 w ied ergegeben . D ie ge
m essenen T em p era tu rk u rven en tsp rechen n och nicht ganz dem th eoretisch en V erla u f, da derzeit das W in d gebläse zu schw ach ist und es der U n terheizun g an L u ft mangelt.
Um den U n tersch ied der d op pelseitigen B eheizung gegenüber dem einseitig beh eizten S toß o fen zu zeigen, w urde ein gleich er V ersu ch hei einer Stundenleistung Von 8,5 t in dem alten S to ß ofe n d u reh gefü h rt (B ild 7 ).
D er T em p era tu ru n tersch ied über den B lock qu ersch n itt beträgt hier 145 °.
W ie sich die bessere Erw ärm ung und D urch w ärm u ng beim dopp elseitig beh eizten O fen auf den K ra ftb e d a rf beim W alzen ausw irkt, zeigen B etriebsergebn isse mit gleichem W alzgut aus beid en O efen . D ab ei war der Strom verbrau ch je T on n e beim W alzen aus dem neuen D re iz o n e n o fe n 12 % n iedriger als beim W alzen aus dem alten O fen.
1000
m o
1000 .&
8oo
|
& 600I m
m
Leistung 11t/h (Blockgröße SS0¡SS5 tpj1300mm)
\-Pyropto oben_
—Bioptixoben Meßstelle 7\
niopnxunten Meßstelle S\ \
Meßstelle 3 . \
Intische Messunaen beim Ziehen
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» a w * - / \ ü
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itS30° eiS3ar fi23o‘ / / /
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*Meßstei/ei rmoeie7 für Tht ment
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Bild fi.
w 1Ti ' w s h zo VO 3 h zo
Zelt
Durchwärmungsversuch am doppelseitig beheizten Stoßofen.
M eß- und R egeltech n ik
D ie V erw endu n g von R ohgas und die Veranlagung der O fen a rb eiter ließen es als geraten erscheinen, keine
452 Stahl und Eisen Betriebserfahrungen mit doppelseitig beheiztem Dreizonen-Blockstoßofen 64, Jahrg. Nr. 28
1Z00
1000
800
%
I
w o mLeistung 8,5 l/7i (Blockgnöße 2501225$!1300mm) Ziehen 1 _____X—---X- ---- X---- vOfen
lewendet
•or dem - Ofen messen -
X O o
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xśMeßstelle 1 \ oo
Meßstelle
¿x
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/ /
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Bild 7. Durchwärmungsversuch am einseitig beheizten Stoßofen.
vollselbsttätige R egelu ng des O fens zu verw enden, son
dern eine halbselbsttätige. Bei dieser halbselbsttätigen R egelu n g w ird der O fen a rb eiter zw angläufig in den R egelvorgan g eingeschaltet und so zum D enken und zur S orgfalt angehalten. D ie R egelu ng einer jed en Z one ist grundsätzlich gleich. Ein A rd om eter gibt seinen Im puls an einen K om pen sation sregler w eiter, der jed o ch nich t w ie übliqh einen R eg elm otor betätigt, sondern bei T em p eratu riiberschreitu n g eine rote Lam pe, bei U n terschreitun g eine grüne und bei rich tiger T em p era tur eine w eiße Lam pe au fleu ch ten läßt. D er O fe n arbeiter ist nun gezwungen, je nach dem L eu ch ten der Lam pen über einen D ru ck k n op fsch a lter die Gas- und W in dklappen in den Z on en unter B eobachtun g eines G em ischanzeigers zu steuern. D ie Soll-Tem peraturen w erden durch den B etriebsingenieur eingestellt.
Ist beispielsw eise eine Z on e zu kalt, so gibt der O fen a rb eiter nach E rfah ru n g m ehr Gas und regelt die dazugeh örige L u ftm en ge so, daß auf dem G em isch anzeiger die d op p elten E inheiten L u ft erscheinen. D er G em ischanzeiger ist so ausgelegt, daß bei th eoretisch er V erbren n u n g eine E inheit Gas genau zw ei E inheiten L u ft en tsprich t. D ie G em isch
g leichh eit w ird so besser gew ähr
leistet als bei Gas- und W in d k la p pen, die bei vollselbsttä tig er R e gelung ü blich erw eise m echanisch g eku ppelt sind.
D iese R egelgeräte, die fü r jed e Z on e sow ohl oben als auch unten vorhanden sind, w erden ergänzt durch die ü blich en D ruckm esser und S ch reibgeräte ( Bild 8 ).
Bew ährung der O fenbau stoffe D ie A bsicht, jeglich e W asser
kühlung zu verm eiden , und die ausgesetzte Lage der G leitschiene bei U nterbeheizung gab den A n laß, bitzebeständige Schienen zu verw end en. D iese sind in F orm steine verlegt, die selbst in der A u ßen pan zerun g des O fens ela
stisch verankert sind. D ie G leit
schienen w urden ursprünglich aus an gelieferten 4-m -Stücken zu einer einzigen Schiene zusam m enge
schw eißt und mit einer Nase an der E instoßtür gegen ein H inein
rutschen gehindert. Es zeigte sich je d o ch , daß beach tlich e Zugspan
nungen in der Schiene auftreten kön nen , die zum Z erreißen von Schw eißnähten od er anderen m e
chanischen V erbindu n gen führen.
Es bew ährte sich vielm ehr, einzelne Schienenstücke ein
zubauen, so daß nur reine D ruckspannungen auftreten können. H ierbei müssen die letzten Schienenstücke am Z iehh erd durch einen A nschlag festgelegt w erden. A u f die W ärm edehnung ist beim Einbau durch en tspre
chende T ren n fu gen R ü cksicht zu nehm en.
D ie Schienen bestehen aus einem n ick elfreien , rd.
30 % ig en Chrom stahl und haben fast drei Jahre ge
halten. L ediglich die letzten zw ei Schienenstücke in der H eizzon e sind nach rd. 1 /2 Jahren ausgewechselt w orden . Es hat sich gezeigt, daß das erste Schienen
stück an der E instoßtür auch unlegiert sein kann.
Als H e r d b o d e n s t e i n e für die Ausgleichszone w urde erstm alig ein B raunkorundstein der Firm a D e
gussa eingebaut (B ild 9 ). D ieser Stein ist zwar m erk lich teu rer als übliche H erdsteine; er wächst aber nicht an und löst sich auch nicht durch die Schlacke auf wie etwa Scham otte. Es findet vielm eh r ein gleichm äßiger V ersch leiß statt, der etwa nach einem Jahr zum A us
tausch der ein fachen Steinlage fü hrte. B em erkensw ert ist, daß die Steine zu großen festen Platten zusam m en
wachsen. Für den B etrieb ist es dabei besonders ange-
Mnd-
d r u c k
Spamungszons U Spannungszone 0 H e u zo n e U
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A usgleichszone
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Spannungszone U.
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Spannungszone 0.
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O IA usgleich szon e
W ärm everbrau ch O fendruck
Spannungszone u n te n G a s Luft 0 ° x
R e g e / k n ö p ft
O weiß
Spannungszone oben G a s Luft
rot D ie ein w an dfreie Erm ittlung
des G asverbrauchs w ird sehr er
sch w ert durch ständige Schwan
kungen der Gaszusam m ensetzung und des G asheizw ertes. A u ßerdem sind M essungen bei R ohgas oh n e
dies nur mit gerin gerer G enauig
keit m öglich als bei Reingas.
Im m erhin liegen die Ergebnisse bei einem G eneratorrohgas mit 20 g T eer und 85 g Feuchtig-
k e it/N m3 entsprechend einem unteren H eizw ert von 1420 k ca l/N m3 vor. Bei diesem Gas und einer Leistung des O fens von 10 t h betru g der G asverbrauch 2050 NrnVh en tsprechen d 328 k ca l/k g kalten Einsatz. Dies entspricht einem O fenw irkun gsgrad von 65 % .
E sse n zu g
E U
o.
H eizzo n e unten
G a s Luft
H eizzone oben
'a s Luft
A usgleichszone G a s_______Luft
G- korben - Temperatur Schreiber lw«?ol
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Gasmengenschreiber
• grun
Bild 8. M eß- und Regeltafel zum Dreizonen-Stoßofen.
nehm , daß derartige H erde im m er sauber bleiben und die unangenehm en Putz- und Stem m arbeiten verm ieden w erden.
Bild 10 zeigt zum V ergleich einen im H erd stark angewachsenen M agnesitstein.
]3. Juli 1944 H. Cornelius: Werkstoße für Ventile von Verbrennungsmotoren Stahl und Eisen 453
Bild 11. Sinteiltonerdieetein.
Werkstoffe für Ventile von Verbrennungsmotoren
V on H e i n r i c h C o r n e l i u s — (Schluß zu Seite 438) Für A u slaßven tile sind im L au fe der E n tw icklu ng
der V erbren n u n gsm otoren w ohl alle L egierungsm ög- lich k eiten ausgenutzt w orden , die A ussicht auf E rfolg boten . An härtbaren Stählen, deren U m w andlungs
tem peraturen ü ber den B etriebstem peraturen der V e n tile liegen müssen, haben od er hatten u. a. die fo lg e n den praktische B ed eu tu n g: V ergütungsstähle, z. B.
N ickel-C h rom -S täh le (0,12 bis 0,35 % C, 0,3 bis 1,5 % Cr, 3,5 bis 5,0 % N i), Schnellarbeitsstähle, Sili- zium -C hrom -Stähle (0,4 % C, 4 % Si, 3 % C r), rost
beständige Chrom stähle (0 ,4 bis 1,5 % C, 9 bis 16 % Cr) ohne od er mit Zusätzen von Silizium , K ob a lt, W olfram , M olyb dän oder V anadin , einzeln oder fast alle zusam
men. D ie H ärtbark eit dieser Stähle bedingt gute L a u f
eigen sch aften des Schaftes und eine hohe V ersch leiß beständigk eit des Sch aften des. N ach teilig ist die starke A bnahm e der F estigkeit hei höheren T em peraturen.
In dieser B eziehung sind die austenitischen Stähle ü ber
legen, die bisher mit einem w eiten L egieru n gsbereich angew endet w orden sind: 0,2 bis 1 ,2 % C, 0,2 bis 3,5 % Si, 0,4 bis 1,5 % M n, 11 bis 25 % Cr, 7 bis 62 % Ni und 0 bis 5 % W . A u ß erd em sind gelegen tlich Zusätze von M olybdän , K oba lt und aiich V anadin herangezogen w orden . B ei dieser V ielzah l von Legieruugsvorschlä- gen kann hier nur ein U e b e r b l i c k ü b e r d i e w i c h t i g e r e n V e n t i l s t ä h l e gegeben w erden.
D abei ist es nich t m ög lich , die L egieru n gen scharf nach solchen fü r Einlaß- und A u slaßven tile, und innerhalb dieser G ru ppen w ieder ein deu tig fü r z. B. P erson en w agen-, Lastw agen- und O m n ibu sm otoren, H an dels
schiffs-, E isenhahntriebw agen-, S ch n ellboot-, P an zer
w agen-, R ennw agen- und F lu gm otoren zu trennen, w eil die B etriebsverhältnisse der V en tile in nerh alb einer solchen M otoren g ru p p e sehr versch ieden sein kön nen . Bild 9. Braunkorundstein.
h och (etw a 20 R M /S tein), aber nach dreijäh riger B e triebszeit mit schw erster B eanspruchung zeigt die R inne n och kein erlei sichtbaren V ersch le iß ; selbst die B o m b ie rung der S tein oberfläch e ist n och v ollk om m en erhalten (B ild 1 1 ). D am it ist dieser Stein trotz dem hohen P reise w irtsch aftlich und w ah rsch ein lich auch fü r g rö
ßere Flächen, wie ganze Z ieh h erde, v o rte ilh a fter als an
dere, billig ere Steine. D erzeit w erden S in terton erd e
steine bereits versuchsw eise als keram ische G leit
schienen eingebaut. Ein G elingen dieser V ersu che w ürde der deutschen W irtsch aft w esentliche M engen an hitzebeständigem Stahl ersparen.
D ie bisherigen E rfah ru n gen mit diesem O fen und den neuartigen Steinen erm utigen, ü ber die ersten noch vorsich tigen Schritte hinaus die E ntw icklung auf b r e i
terer G rundlage w eiterzu treiben .
Bild 10. -Stark angewachsener M agnesitstein.
D ie besonders hoch beanspruchte A u s s t o ß r i n n e w urde erstm alig auch keram isch gebaut. Dazu dienten nach einem V orsch lag von E. H clw eg S i n t e r t o n e r d e s t e i n e der Firm a Degussa. D iese Steine zeigen ein au ßerorden tlich bem erken sw ertes V erhälten. Sie haben ein fast glasiges Aussehen und sind m ineralogisch gesproch en synthetischer K oru n d . D er Preis ist sehr
Zusam m enfassung
U eber die B etriebserfah run gen m it einem d o p p e l
seitig beheizten D re iz on e n -B lo ck stoß o fen neuer Bau
art mit w eitgehen der Sym m etrie zw ischen O ber- und L n te r o fe n und damit G leichheit zw ischen O ber- und L n terbeh eizu n g w ird berich tet, der bei ein er Leistung von 10 t/h bei h albselbsttätiger R egelu ng einen W ä rm e
verbrauch von 328 kca l/k g kalten Einsatz hat. D ie H erdfläch en leistu n g bezogen au f die B lo ck u n terflä ch e liegt bei 590 kg/m " h. B em erken sw ert ist der W egfall je g lich er W asserkühlung, eine neuartige B lock a u fla g e rung an den B lock en d en , die V erw endu n g hitzebestän diger G leitschien en und die V erw endu n g von B raun
k oru n dstein en fü r den H erd b od en sow ie von S interton erdesteinen fü r die A usstoßrinne, die trotz schw erster B eanspruchung nach ü ber dreijä h riger B etriebszeit keinen sichtbaren «Verschleiß zeigt.
454 Stahl und Eisen H. Cornelius: Werkstoffe für Ventile von Verbrennungsmotoren 64. Jahrg. Nr. 28 Zahlentafel 1. U e b e r s i c h t ü b e r d i e w i c h t i g s t e n V e n t i l s t ä h l e
Stahl Nr. Stahlart C
%
Si
%
Mn
%
Cr
%
Ni
%
W
%
Sonstiges
%
Verwendung
1 0,35— 0,50 3,9—4,2 0,40 2,5—3,0 - -
Schwach beanspruchte Ventile, z. ß. in Fahr
zeugmotoren. Einlaß
ventile v. Flugmotoren
2 0,40—0,50 3 ,0 -3 ,5 0,40 8 ,0 -9 ,0 - - - ‘
Weitest verbreiteter Auslaßventilstahl für Fahrzeugmotoren. Ein
laß venti e v n Flug
m otoren
'3 Härtbar
durch Abschrecken
0,40—0,60 (1,5)
2,0— 4,0 (0,4)
0,40 (0,3)
8,0—13,0 (12)
- - -
Wie Nr. 2,außerdem un
gekühlte Einlaß- und innengekühlte Auslaß
ventile für Flugmotoren
4 0,30 0,2—0,4 0,60 13,0 1,0— 4,5 - -
Auslaßventile für Auto
mobilm otoren, Einlaß
ventile für Flugmotoren
5 0,60— 0,85 1,25—2,75 0,2—0,6 1 9 -2 3 1,0—2,0 - -
Auslaßventile von Mo
toren für Personenwa
gen und leichte Last
wagen
6 0,50—0,70 0,3 0,3 3,0—4,0 - 1 2 -1 6 - Einlaßventile von Flug
motoren
71) Härtbar 0,25— 0,35 . 1,7—3,0 0,5 12—13,5 7,0—8,0 - - Wie Nr. 6
82)
lassen nach dem Ab
schrecken 0,40—0,50 bis 1,0 bis 1,0 23,3—24,3 4 ,5 -5 ,0 - 2,5—3,0 Mo
Auslaßventile hochbe
anspruchter Fahrzeug
m otoren
9 0,30—0,45 2,5—3,3 0,5 17,5-20,5 7 ,0 -9 ,0 - - Auslaßventile von Fahr
zeugm otoren
10
Nicht härtbar,
austenitisch
0,20— 0,50 0 ,7 -1 ,0 0,5 2 1 -2 2 11—12 - •
Auslaßventile von Om
nibus- und Zugmaschi
nenmotoren
11a3) 0.40-0,55 1 ,2 - 1,5 0 ,6 -1 ,0 14— 17 12— 15 • 2—3 - Innengekühlte Auslaß
ventile Von Flugmotoren
11b4) 0,35-0,45 1,0 -1,75 0 ,5 - 1,0 12,5 -14,5 12,5—14,5 2—3 -
Ungekühlte Einlaß-und innengekühlte Auslaß
ventile v. Flugmotoren
11c5) 0,40— 0,50 0,3—0,8 0 ,5 -1 ,0 13— 15 13— 15 1,7 - 3,0
bis 0,5 Mo 0 2 V . 0,6 Co
Wie 11 b
123) 0,40-0,50 2,2—3,0 0,8—1,5 1 8 -2 0 8 - 1 0 0,8— 1,5 - Austauschstahl für 11a
13 0,50 1,25 0,6 14 26 3,5 - Innengekühlte Auslaß
ventile v. Flugmotoren
14 0,40—0,50 0 ,3 - 0,8 0,6 24—26 13—15
•
- 2,0— 3,0 Mo
Austauschstähl für 11c:
innengekühlte, hochbe
anspruchte Auslaßven
tile von Flugmotoien
15 Nicht
härtbar.
0,95—1,20 2,0—3,0 0,6 15— 16 13—15 - - Ein- und Auslaßventile
von Ford-Motoren
16
austenitisch,
gegossen 0,50 1,0 1,0 20 32 - -
Auslaßventile v. Auto-, Omnibus- und Traktor
m otoren
*) H äxtbar durch Austenitzerf.all zu M artensit heim Anlassen nach dem Abschrecken. 2) Ausscheidungshärtbar.
3) In Deutschland. 4) In England. 5) In Amerika und Rußland.
Ein W erk sto ff kann auch fü r ein gekühltes A u slaßventil verw en d et w erden , d er ungekühlt n ur fü r das E in la ß
ven til in B etra ch t kom m t. S ch ließ lich ist zu beach ten , daß fü r ein F lu gm otoren v en til die B etriebssicherheit über allen anderen A n ford eru n g en steht, w äh ren d beim P erson enw agen ven til die W irtsch a ftlich k eit w esentlich ist, u n d meist die A n brin gu n g der beim F lu gm otoren auslaßventil ü blich en „V erb esseru n g en “ n ich t o d e r nur zum T eil zuläßt, au ßer bei Rennw agen.
F ü r E in la ßven tile von F ah rzeu gm otoren genügen in vielen F ällen u n legierter Stahl (St C 4 5 .6 1 ), Mangan- od er M angan-Silizium -Vergütungsstähle sow ie b eson ders Stähle m it z. B. 0,1 bis 0,35 % C, 3,0 bis 4,5 % Ni und 0,3 bis 1,5 % Cr od er en tsp rech en de n ick elfre ie Stähle im vergüteten Zustand. D ie Z u s a m m e n s e t z u n g und di e V e r w e n d u n g der w ichtigsten
sonstigen V en tilstäh le gehen aus Z ah len ta fel 1 h ervor.
Stahl 2 ist der gebräuchlichste Auslaßventilstahl fü r F ah rzeugm otoren , reich t aber nich t m ehr aus fü r einige Lastw agen- und O m n ibu sm otoren u nd w ird (in A m erika) in steigendem M aße ersetzt durch den Stahl 5, der zw ar eine n iedrigere U m w andlungstem peratur als der Stahl 2 hat, ihm aber in allen anderen m aßgeben den E igen schaften überlegen ist25). D ie durch A b sch reck en härtbaren Stähle 3 bis 6 w erden auch fü r E inlaßventile, in A u snahm efällen auch fü r innenge
kühlte A u slaßven tile von F lu gm otoren verw endet. Mit einem M olybdänzusatz v on 0,8 % dient der Stahl 3 fü r A u slaßventile sch w erer D ieselm otoren fü r sow jetische P an zerk am pfw agen , w ährend in D eutschland fü r den
25) C o l w e l l . A . T .: S .A .E .J . 45 (1939) ,S. 295/304: vg..
auch M e y e r , G .: D tsch. Motorteehn, 2. 16 (1939) S. 314/20
