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STAHL 1 1 EISEN
Z E IT S C H R IF T
Die Zeitschrift erscheint in halbmonatlichen Heften.
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FÜR DAS DEUTSCHE EISEN HÜTTENWESEN.
R e d i g i e r t v o n
Dr. ing. E. Schrödter, »n J G eneralsekretär D r . W. Beumer, Geschäftsführer des Vereins deutscher HisenhUttenleute, Geschäftsführer der Nordwestlichen Gruppe des Vereins
deutscher Eisen- und Stahl-Industrieller,
für den technischen T e il fü r den wirtschaftlichen T e il.
K o m m i s s i o n * - V e r l a g v o n A . B a g e l i n D ü s s e l d o r f .
Nr. 21. 1. November 1904. 24. Jahrgang.
Feinerze als Ursache von Hoeliofenstörungen.
Von Dr. ing. Aloys W e is k o p f-Hannover.
Jie Schwierigkeiten, welche sich der Verhüttung feiner Eisenerze im Hoch
ofen entgegenstellen, sind wiederholt Gegenstand eingehender Betrachtun
gen gew esen* und in neuester Zeit nimmt das Studium dieser Frage die Hochöfner immer mehr in Anspruch, weil der Prozentgehalt des zu ver
hüttenden Feinerzes eine immer größere S teige
rung im Möller erfährt. Besonders in Amerika, wo man auf eine ganz bestimmte phosphorfreie Erzmarke — Bessemererz — angewiesen ist, die sich in großen Mengen im Mesabirevier vor
findet und welche sich besonders dadurch kenn
zeichnet, daß sie zum größten Teil aus feinem Pulver besteht, haben sich die Bemühungen dahin konzentriert, durch geeignete Maßnahmen das ungünstige Verhalten der feinen Eisenerze bei der Verhüttung im Hochofen zu beseitigen. Der
artige Vorschläge sind bereits gemacht und man versucht die Nachteile 1. durch Änderung des Ofenprofils, 2. durch Änderung in der Art der Begichtung zu vermeiden. **
Naturgemäß ist die Ausführung dieser beiden Vorschläge mit großen Schwierigkeiten verbun
den, da man sich in dem ersten F alle nicht ohne weiteres entschließen kann, bestehende Einrichtungen zu ändern; im zweiten F alle ist die Betriebskontrollo, daß auch tatsächlich in der vorgeschlagenen Form gearbeitet wird, eine
„Stahl und Eisen“ 1902 Heft 5 S. 258.
„Stahl und Eisen“ 1903 Heft 17 S. 1007.
( N a c h d r u c k v e r b o t e n . )
schwierige. Die Methode: erst sichten, dann gichten, ist jedenfalls für den Großbetrieb eine kostspielige und komplizierende Manipulation.
Am radikalsten und sichersten werden natürlich die Übelstände vermieden, wenn man die Ursache der Hochofenstörungen dadurch vermeidet, daß man das feine Erz nicht verhüttet, sondern es vorher in eine solche Form bringt, daß es dem Hochofen
betrieb einen Sehaden nicht zufiigt. A. D. E lb e r s führt im „American Manufactnrer“ vom 16. Juni 1904 in einem sehr interessanten A rtikel, be
tite lt: „Mesaba fiue ore and clinkered ore“, die Gründe an, weshalb die feinen Erze nachteilig auf den Hochofenbetrieb einwirken, und da die Arbeit manches enthält, was auch dem deutschen Hochofenmann von Interesse sein dürfte, so sei auf den Inhalt derselben hier hingewiesen.
Es ist zweifellos festgesfellt, daß die Fein
erze an und für sich sehr leicht reduzierbar sind, aber wenn dieselben im Hochofen zwischen Koks und Kalkstein fest eingelagert sind, daß die Gase durch dieselben nicht hindurchdringen können, so wird der Gasstrom nach allen Seiten hin verteilt und sich dahin den W eg bahnen, wo er den kleinsten Widerstand findet. Da sich die Gase nicht wieder vereinigen, so treten jene Vorgänge anf, welche B e la n i in „Stahl und E isen“ * beschreibt.. Er spricht von einer un
gleichen Reduktion, die dann eintritt, wenn Erz- stüeke von sehr verschiedener Größe sich . in
„Stahl und Eisen“ 1903 S. 777.
X X L , ,
1226 Stahl und E isen. F einerze als Ursache von Hochofen Störungen. 24. Jahrg. Nr. 1
derselben Ofenzone befinden und w enn das kleine K orn genötigt ist, die G are des großen abzuw arten, oder die bereits vollständig reduzierten P a rtie n die R eduktion der anderen abw arten 'm üssen;
m it anderen W o rten , die verzögerte R eduktion ein er E rz p a rtie h a t zu r F olge, daß die Gichten langsam er dnrch den Ofen gehen und daß da
durch auch große Mengen Kohlenoxyd gas den Ofen u n au sg en n tz t verlassen. D ieser Ü belstand t r i t t nicht ein, w enn entw eder g esin te rte E rz - b rik o tts, welche kugelförm ige G estalt m eist von H asel- bis W alnußgroße besitzen, oder E r z ziegel verw endet w erden, die dem D nrchdringeu der Gase nu r w enig W iderstand bieten. Dem Gas w ird ein fre ier Spielraum um jed es E rz teilchen gew ährt, und hei einer T em p eratu r von 6 0 0 ° w erden sich die B rik e tts, welche n a tü r
lich eine hohe H itze v ertrag e n müssen, ohne zu zerspringen, so ausdehnen, daß sie g u t redu
zieren.
Im Hochofen geht erfahrungsgem äß die redu
zierende W irk u n g bei S tückerz am günstigsten e rst bei einer T em peratur von 6 0 0 ° vor sich.
Das leich ter reduzierbare F einerz w ird sich jedoch b ereits bei ein er T em p eratu r von 4 0 0 ° zu reduzieren beginnen, und diese vorzeitige R eduktion h a t z u r Folge, daß R eaktionen en t
stehen, dio die bekannten Störungen im Hoch
ofen v eranlassen. Man nimmt heute allgem ein an, daß in e rste r L inie die feinen E rz e h au p t
sächlich fü r die Ausscheidung von Kohlenstoff veran tw o rtlich gem acht w erden müssen und daß es wiederum der ausgeschiedeue K ohlenstoff ist, d er an den m eisten U nannehm lichkeiten Schuld tr ä g t, welche im H ochofenbetriebe entstehen.
Um eine E rk läru n g der U rsachen der A bschei
dung des feinen Kohlenstoffes an dem E isenerz zu finden, fü h rte E l b e r s folgenden V ersuch aus:
W enn Kohlenoxydgas ü b er E isenerz streich t, w elches sich in einer R öhre befindet, die von außen au f eine k o n stan te T em peratur von 40 0 0 e rh itz t w ird, so reduzieren sich die E ise n teil
chen oberflächlich. Nach einiger Z eit w ird diese Reduktion keine F o rts c h ritte m ehr machen, es w äre denn, man erhöht die T em peratur. E lb ers m eint, es geschieht aus dem Grunde, weil die chemische A nziehungskraft, welche die E isen oxydteilchen für das Kohlenoxyd haben, in dem Maße abgeschw ächt w ird, als sie sich m it der teilw eise red u zierten S ubstanz um kleiden. Es is t dies genau so, wie ein in P a p ie r einge
w ick elter M agnet w eniger E isenstahlspäne an zieh t, als ein nackter. Infolge d er geschw ächten chemischen A k tiv ität des oberflächlich reduzierten Eisenoxyds w ird das Kohlenoxyd die eine H älfte seines Kohlenstoffes an das Eisenoxyd abgeben, w enn er dasselbe nicht m ehr vom Sauerstoff befreien kann.
Diese etw as v era lteten A nschauungen von E lb ers stimmen ziem lich m it den U ntersuchungen
überein, w elche von B a u r und G la e s s a n g e ste llt sind, und welche die modernen P zipien der physikalischen Chemie zu H genommen haben, indem sie von den Muss W irkungsgesetzen und der L ehre von den c mischen G leichgewichten ausgehen.
A ngeregt zu diesen höchst w ertvollen wisst schaftlichen Studien w urden sowohl B a u r u G l a e s s n e r * als auch S c h e n k und Z im m e m a n n * * durch den V o rtra g O s a n n s : „Lite essante E rscheinungen beim Hochofengange ui ihre E rk lä ru n g e n “ , und es w urden dnrch gai p räzise L aboratorium sversuche T atsach en zutag' gefördert, die sehr w ichtige A nhaltspunkte zr B eurteilung des Hochofenprozesscs bieten, nn welche den E rk läru n g en Osanns über die Ui sache und die E n tste h u n g des H ängens au G rund der erhaltenen theoretischen Ergebniss vollkommen re c h t geben. E s w ürde zu wei führen, au f die E inzelheiten der Versuclisanord nung, der rechnerischen Schlußfolgerungen unc a u f die rein w issenschaftlichen Überlegungen n äh e r einzugehen. Ich w ill nu r je n e R esultate anführen, w elche für die vorliegenden B etrach tungen von W e r t sind, und in kurzem die Ge
danken w iederholen, die den A rbeiten zugrunde lagen. Meine A useinandersetzungen können naturgem äß keinen A nspruch au f V ollständigkeit machen, sondorn ich muß im übrigen auf di°
z itie rte n O riginalaufsätze hinw eisen, die vo - außerordentlichem W e r t für den px-aktischen H üttenm ann sind, und w elche ahnen lassen, daß die physikalische Chemie noch berufen sein wil d, bei der B eurteilung von hüttenm ännischen P ro zessen eine ausgedehnte A nw endung zu finden.
E s ist eine bekannte T atsac h e, daß beim Ü berleiten von K ohlensäure über m etallisches Eisen ein Moment ein trete n w ird, in welchem das Eisen nich t m ehr oxydiert und die K ohlen
säure nich t zu Kohlenoxyd red u z ie rt wird.
D ieser S tillstan d tr i t t dann ein, wenn ein be
stim m tes Vei-hältnis des G asgem isches CO : CO*
erreic h t ist. D ieser G renzzustand, in welchem w eder R eduktion noch Oxydation stattfinden kann, — das ist das chem ische G leich g ew ich t—•, w ird g estö rt, w enn äußere K räfto, z. B. Druck oder Ä nderung der T em peratur, au f dieselbe ein
w irken, so daß die K onzentration der einen oder ändern Komponente des Gasgem isches verändert w ird. F ü r diese äußeren E inw irkungen gilt ste ts der S atz des kleinsten Zw anges, w elcher in folgende Form gekleidet w erden kann:***
„Jed e r äußere Einfluß w eckt in einem im che-
* „Zeitschrift für physikalische Chemie“, Heft 43 S. 354, B a u r und G la e s s n e y „Gleichgewichte der Eisenoxyde mit Kohlenoxyd und Kohlensäure“.
** „Berliner Berichte“ XXXVI 1903, R u d o l f S c h e n k und F. Z i m m e r m a n n : „Über die Spal
tung des Kohlenoxyds nnd das Hochofengleichgewicnt“.
*** „Zeitschrift für angewandte Chemie“, Heft 31 S. 1079.
1. November 1904. F einerze als Ursache von Hochofenstörungen. Stahl und Eisen. 1227
mischen G leichgew icht befindlichen System G egen
kräfte, welche es nach A ufhören des äußeren Zwanges in seinen ursprünglichen Zustand zuriiek- zufiihren stre b e n .“ W ärm ezuführung b eg ünstigt R eaktionen, welche u n te r W ärm eabsorption verlaufen, z. B. die D issoziation des Chlor
ammoniums. H ören w ir m it der E rw ärm ung auf, so treten die D issoziationsprodukte u n te r W ärm e
erzeugung w ieder zusamm en. D ruck begünstigt Reaktionen, welche u n te r Volum enverm inderung verlaufen, und nacli A ufhören des äußeren Druckes spielt sich der entgegengesetzte u nter Volumenvermehrung verlaufende P ro zeß ab. Das Gleichgewicht chem ischer System e jedoch, w el
ches aus dem Gasgemisch CO, CO» und ans den festen K örpern E isen und Eisenoxydul — die Volum enveränderung nicht erfahren — bestellt, ist vom äußeren D ruck unabhängig. W enn eine Reaktion zw ischen Kohlenoxyd und den Oxyden des Eisens e in tritt, so w ird es nicht möglich sein, Kohlenoxyd durch Eisenoxyd oder Eisen- oxyduloxyd vollständig zu K ohlensäure zu oxy
dieren. Das Kohlenoxyd w ird nur bis zu einer gewissen G renze oxydiert, ebenso wie das E isen
oxyd bis zu einer G renze re d u z iert w ird. In diesem Stadium halten sich Oxydation und Re
duktion im G leichgew icht, und das V erhältnis von CO : CO» b le ib t bei der bestehenden Tem peratur ste ts dasselbe. D ieser G leicbgew ichts-
nstand w ird g estö rt, falls sich ein anderes Gleichgewicht zwischen CO : CO* einstellt, das ist dann, wenn eine Ä nderung der T em peratur ein tritt, und es tr itt ein V organg ein, der um
gekehrt wie der vorherige v erlä u ft. Heide Vor
gänge, die R eduktion von Eisenoxydul durch Kohlenoxyd und dio Oxydation des E isens durch Kohlensäure, laufen bei derselben T em peratur nebeneinander her, w irken sich entgegen, so daß ein G leichgew ichtszustand e in tritt. Bei Ände
rung der T em peratur erh ä lt die eine der beiden Reaktionen das Ü bergew icht und es s te llt sich ein neues G leichgew icht her. Es soll aber damit nich t g e s a g t sein, daß bei einer Ände
rung der T em p eratu r s t e t s n ur ein V organg ein tritt, der um gekehrt wie der vorhergehende verläuft,. Die U m kehrbarkeit dieser V orgänge wird durch folgende Form el veran sch au lich t:
FesO, + CO ^±13 FeO + CO*
Auch der w eitere V organg, die R eduktion zu Meta11 > p e o + CO Z F- Fe + CO»
ist ein um kehrbarer.
W esentlich von diesen G leichgew ichtszu
ständen unterscheiden sich je n e, bei welchen eine Volumen Veränderung e in tritt, und das ist be
sonders die S paltu n g des K ohlenoxyds, welche sich als um kehrbare R eaktion durch nachstehende Form el c h a ra k te risie rt:
2 C O ^ > C + CO»
Bei der S paltung des Kohlenoxyds entsteht Volumen verm inderung, bei der Bildung des K ohlen
oxyds Volum enverm ehrung. E s spielt hier daher neben der T em peratur auch der D ruck bei der V eränderung des chemischen G leichgewichtes eine große Rolle. Im Hochofen können zwei verschie
dene Vorgänge vor sich gehen nach den Gleichungen 1. C O -f F eO ^± C O » + Fe
2. 2 C O - ^ C + CO»
Je d er dieser beiden P ro zesse b edingt ein von der T em peratur und, falls, wie bei 1, bei der Reaktion V olnm enveränderungen eintreten, aucli dem D ruck abhängiges M ischungsverhältnis zwischen CO -f- C 0 2. Dieses M ischungsverhältnis ist im allgem einen auch bei derselben Tem pe
ra tu r für die beiden P rozesse verschieden. Es lä ß t sich leicht in der A rt erm itteln, daß man beispielsw eise nach 1 eine beliebige Menge CO2 -f- F e in einem G lasgefäß einschm ilzt, das Ganze so lange auf konstante T em peratur erh itz t, bis das G leichgewicht eingetreten ist, dann rasch abkühlt, so daß die Reaktion w ährend der kurzen Zeit der A bkühlung nicht rückw ärts gehonkann, und die R eaktionsprodukte analysiert.
H ierbei e rh ä lt man denselben G leichgew ichts
zustand , w'enn man von C 02 F e oder von CO -f- F e 0 ausgeht. V ersucht man analog den G leichgew ichtszustand zwischen CO -f- COä nach G leichung 2 zu bestimm en, indem man eine beliebige Menge CO für sich auf konstante T em p eratu r e rh itz t, so findet man, daß das V erhältnis CO:CO* auch nach sehr lan g er Zeit sich nur w enig ändert, daß m it anderen W orten die G eschw indigkeit, m it w elcher die S paltung des Kohlenoxyds e in tritt, eine sehr geringe ist.
S chließt man aber m it dem Kohlenoxyd zusammen ein M etall der E isengruppc ein, so t r i t t dieser G leichgew ichtszustand sehr viel rasc h er ein.
Solche Stoffe, die die G eschw indigkeit einer Reaktion erhöhen, ohne aber den schließlich auch ohne sie erreichten G leichgew ichtszustand zu ändern, nen n t man K ataly sato ren . W enn solche K atalysatoren nicht vorhanden sind, kommt dio R eaktion 2 für die P rax is wegen ihres langsam en V erlaufes und des raschen W echsels der Gase im Hochofen nicht in B etracht. W ohl aber dann, w enn sich ans den E rzen solche M etalle dnrch vorzeitige R eduktion bei niedriger T em peratur bilden. Nach U ntersuchungen von B o u d o u a r d * erreic h t die S paltung des K ohlen
oxyds in K ohlensäure u n te r Abscheiden von festem K ohlenstoff gerade bei niedriger Tem pe
r a tu r die höchsten B eträge. E s sind z. B. im G leichgew ichtszustände co co,
bei 4500 . . . 2 7« 98 7»
„ 550° . . . 11 ., 89 ..
„ 650° . . . 39 „ 61 „
„ 750° . . . 76 „ 24 „
„ 950° . . . 98,5,, 1,5,,
* „ Ann. Chim.“ 24, 5-85. „Bull. Soc. Chim.“ (3j 23,137.
1228 Stahl und Eisen. F einerze a ls Ursache von Hochofenstörungen. 24. Jahrg. Nr. 21.
Auf G rund an sgefiihrter V ersuche lassen ] sich folgende T hesen au fstellen :
1. Die R eaktion 2 CO ^ - j - CO» erfo lg t bei n iedriger T em p eratu r (etw a 400°), und zw ar | unter M ithilfe von Stoffen, welche zu diesem V orgänge anim ieren — der K a t a l y s a t o r e n , das sind K örper, welche einen langsam ver
laufenden chemischen P ro zeß durch ihre G egen
w a rt beschleunigen. In diesem Sinne w irken die M e t a l l e der E isen g rn p p e: Mangan, Eisen, Nickel und K obalt.
2. Bei gleicher T em p eratu r w ird ein Gas, w elches m it festem K ohlenstoff im G leichgew icht sich befindet, u n te r hohem D ruck m ehr K ohlen
säure enthalten, als u n te r niedrigem Druck.
3. F ü r jed e T em p eratu r besteh t ein ganz bestim m tes V erhältnis von CO : C 0 2, welches m it den festen Stoffen im G leichgew icht ste h t. Die V erm ehrung des Kohlenoxyds w irk t reduzierend, die der K ohlensäure oxydierend au f das M etall.
4. Mit der Reoxydation ist eine Abscheidung feinen Kohlenstoffs verbunden.
5. Hohe T em peraturen begünstigen die E n t
stehung von Kohlenoxyd, und bei T em peraturen über 6 5 0 ° kann eine R eoxydation des M etalls nicht mehr erfolgen.
6. Kommt bei einer T em p eratu r unterhalb 647° b ere its red u z ierte s E isen m it einem Gase zusamm en, das seh r reich an Kohlenoxyd ist, so kann die R eaktion F e -f- CO = F e 0 -f- C stattfinden, welche schließlich zu einer R ück
oxydation zu Eisenoxyduloxyd fü h rt u n te r Ab
scheidung von K ohle. O berhalb 650° is t das nicht möglich, da dort etw a vorhandene Kohle w ieder verschw indet.
Mit Zuhilfenahm e dieser G rundsätze lä ß t sich eine ungezw ungene E rk lä ru n g der Störungen des H ochofenbetriebes bei V erh ü ttu n g von F e in erzen geben. Ignorieren w ir zu diesem Zweck die V orgänge in jenen Zonen, welche eine höhere T em p eratu r als 6 8 0 0 haben, so sehen w ir, daß sich vom Kohlensack aufw ärts zw ei chemische System e im G leichgewicht halten m üssen: 1. das V erhältnis C O : COä zu Eisen uDd Eisenoxyd bezw. E isen o x y d u l; 2. das V erh ältn is CO : C 0 2 zum festen Kohlenstoff. Beim regelm äßigen Hochofengang muß eine ununterbrochene R eduk
tion der Oxyde erfolgen, und jed e U m kehrung bezw . S törung des P ro zesses is t zu verm eiden.
E s muß daher die T em p eratu r bezw . der Druck, w elcher jedem G leichgew ichtszustand entspricht, eingehalten w erden. Jede E rn ied rig u n g der T em p eratu r bezw . d er E rhöhung des Drucks b ew irk t eine U m kehrung"’des P ro zesses — eine Reoxydation des M etalls, eine Z erlegung des Kohlenoxyds und in beiden F älle n eine A us
scheidung feinen Kohlenstoffes. W erden nun F einerze in g rö ß erer Stenge v era rb e ite t, so w ird teils infolge der leichten R e d u zierb ark eit sehr rasc h chemische A rbeit g eleistet, die m it ebenso
ra sc h e r W ärm eabsorption verbunden ist, teils dadurch, daß das Gas durch die k a lte , eine große B erührungsfläche bietende F einerzschicht hindurchfiltrieren m nß, demselben W ärm e ent
zogen. Dio für die R eduktion erforderliche T em p eratu r von etw a 6 0 0 e sin k t p lötzlich bis au f 4 0 0 °, und dieser W ärm egrad is t das Optimum für die S paltung des Kohlenoxyds in feinen K ohlenstoff und K ohlensäure. Desgleichen w irk t das eben red u z ie rte m etallische Eisen k ataly tisch au f das Kohlenoxyd und liefert
dadurch .
2 C 0 <t:C 02-(-C.
D urch die V erg rö ß eru n g der K ohlensäure- K onzentration b eginnt sich das M etall — viel
leich t u n te r vorübergehender B ildung von Eisen- karbonyl — an der R eaktion zu beteiligen, und es e n tste h t ans
Fe + COs = FeO + CO.
Die durch das E isen w ieder zu Kohlenoxyd red u z ierte K ohlensäure w ird nochm als in K ohlen
säure und K ohlenstoff gespalten. D er fein aus- geschiedene K ohlenstoff se tz t nunm ehr die ohne
hin engen Zw ischenräum e der B eschickung fest zu, der D ruck erhöht sich und g ib t zu einer w eiteren S törung des sich im G leichgewicht be
findlichen System s, zu einer V erg rö ß eru n g der K o h len säu re-K o n zen tratio n , einer Reoxydation des M etalls, z u r S paltung des Kohlenoxyds und zur w eiteren Ausscheidung von feinem Kohlen
stoff V eranlassung. Die U rsache des H ängens des Ofens kann also n u r der ausgeschiedene feine K ohlenstoff sein, der dnrch die V erhüttung des feinen E rzes h erbeigeführt w ird. Durch den im im m erw ährenden K re isla u f ste ts neu ent
stehenden feinen K ohlenstoff, der sich progressiv v erm ehrt, is t es zn e rk lä re n , daß die Störungen
„ e rst langsam , dann schneller und schließlich rapide w achsen“ . D as k ataly tisch w irkende Eisen beschleunigt die R eduktion, es entstehen neue Mengen des K ata ly sa to rs, d er seinerseits die R eaktionsgeschw indigkeiten der Zersetzungen so s ta rk ste ig e rt, daß sie sich in stürm ischen Explosionen auflösen. D adurch lassen sich die im Anschluß daran entstehenden Explosionen er
klären. Die E n tste h u n g von K ohlenoxyd erfolgt u n te r V olum enverm ehrung, — der in großen Men
gen ungem ein fein v e rte ilte K ohlenstoff nimmt wie ein Platinschw am m rasch den plötzlich eindringenden L nftsauerstoff auf, und bei der bei
nahe m omentan eintretenden V olum enverm ehrung hei gleich zeitig er E ntzündung mnß ein eruptiver A usbruch d er Massen erfolgen.
Die S törungen, w elche hei der V erhüttung feinen E rz e s a u ftre te n , lassen sich nunm ehr dnrch diejenigen V orgänge e rk lä re n , welche hier auseinandergesetzt w u rd e n :
1. Die E rn ied rig u n g der R oheisenproduktion h ä n g t zusam m en m it der teils durch die physi
1. November 1904. Feinerze als Ursache von H ochofenstörungen. Stahl und Eisen. 1229
kalische Beschaffenheit des F einerzes, teils durch die V erkittung feinen Kohlenstoffs hervorgerufene Stauung oder V erstopfung des Ofens, das dadurch entstehende ungleichm äßige bezw . langsam e Niedergehen der B eschickung und die ungleiche Reduktion des feinen und groben M aterials.
2. Die E rhöhung des K okssatzes h a t seine Ursache d a rin , daß der grö ß te T eil des zur Reduktion notw endigen Kohlenoxyds in Form von feinem K ohlenstoff u n ausgenutzt ausgeschie
den wird.
3. Die verm inderte B etriebssicherheit, v er
anlaßt durch das H ängen und S türzen der Gichten.
4. Die V erm ehrung des G ichtstaubes, w elcher uach A. D. E lb ers bei einem am erikanischen 600 t-Ofen bis zu 40 bis 50 t b e trä g t, fä llt m it der N otw endigkeit zusamm en, bei einer V er
stopfung des Ofens eine höhere P re ssu n g anzu
wenden, durch welche selbstverständlich m ehr feines M aterial m itgerissen w ird. V erbunden damit is t eine größere B elastung und B e
anspruchung der G ebläsem aschinen und eine größere A ufw endung an A rbeitslöhnen für die Reinigung der F lugstaubkam m ern, der K anäle und W in d erh itzer.
5. V erm ehrte R eparaturen am M auerwerk.
Auch diese U nzuträglichkeiten werden hervor
gerufen durch den ausgeschiedeneu feinen K ohlen
stoff, der sich in den feinen R issen und H öhlungen des feuerfesten M aterials a n setz t und zu dessen Z erstörung b eiträg t.
6. D as m inderw ertige G ichtgas en tste h t da
durch , daß das m it dem festen K ohlenstoff im G leichgew icht befindliche Gasgemisch u nter dem beim H ängen oder bei stä rk e re r W indpressung entstehenden höheren D ruck m ehr K ohlensäure enthält als bei norm alen V erhältnissen. Eine weitere F olge ist die A nreicherung des Gases mit dem durch den höheren W inddruck im v er
m ehrten Maße m itgerissenen F lugstaub.
Alle diese Ü belstände lassen sich dadurch zum großen T eil verm eiden, daß man das Übel an der W urzel faß t und hauptsächlich stückiges M aterial v e rh ü tte t oder die F einerze in eine dem Hochofen zu träg lich e B rikettform b rin g t. Infolge der schw eren R e d u zierb ark eit des Stückerzes werden alle V orgänge bei höherer T em peratur, mindestens ab e r bei T em p eratu r ü b er 6 0 0 ° vor sich gehen, bei w elcher die schädlichen R e
aktionen, sowohl die R eoxydation des M etalls als auch die A usscheidung feinen Kohlenstoffs, vermieden w erden. D er G ang bei der V er
arbeitung stückigen M aterials im Hochofen w ird u nter diesen U m ständen, wie die E rfah ru n g lehrt, ein durchaus norm aler sein. Außerdem wird das schw ierige P roblem , die W iedergew in
nung des G ichtstaubes, dadurch g estö rt, weil durch die V erh ü ttu n g des w iderstandsfähigen, in der H itze w enig ze rk lein erten E rzes eine F lug- staubbildnng zum grö ß ten T eil v erh in d e rt w ird.
Ohne p raktische D urchführung im G roß
betriebe lassen sich n atürlich alle die N achteile, die bei der V erhüttung feinen E isenerzes en t
stehen, in Mark und P fennig nicht ausdrücken, und aus diesem Gruude ist man heute n ich t in der L a g e , zifferm äßig an zu g eb e n , wieviel man für die B rik e ttie ru n g von E isenerzen au f die Tonne berechnet ausgeben kann. Zweifellos wird diese Zahl aber, wdnn ein vergleichender Versuch mit zw ei unter denselben V erhältnissen arbeitenden Hochöfen gem acht würde, eine be
trächtliche Höhe erreichen. In E rkenntnis der W ichtigkeit einer guten B rikettierungsm ethode sind in der letzten Z eit solche V erfahren wie P ilze aus der E rde geschossen. Die meisten dieser V erfahren sind jedoch m it g ro ß er Vor
sicht zu genießen, da bei denselben die P h an ta sie des Erfinders eine größere R olle gespielt hat, als die p rak tisch e D urchführung im großen M aßstabe.
Von allen B rik e ttie ru n g sv erfa h re n , denen ich in den letzten Ja h re n mein In te re sse zu
gew endet habe, scheinen n u r zwei dazu berufen zu sein, in der P ra x is ausgedehntere V erw en
dung zu finden:
1. D as S internngsverfahren des W assergas- Syndikats D ellw ik-F leischer in F ra n k fu rt a. M.
erm öglicht m it H ilfe einer sparsam en F euerung die V erw ertung sehr m inderw ertigen Brennstoffs.
Mit dem erzeugten Gas kann man nicht nu r verschiedene T em peraturen erreichen, sondern dieselben auch au f derselben Höhe erh alten und je nach B edarf regeln. Dadurch würde man im stande sein, jedes E rz gerade an der Sinte- rung8grenze zu erhalten, das ist au f je n e r T em peratur, bei w elcher das E rz noch nicht verschlackt, sondern sich die einzelnen Teile m iteinander verk itten und die bei jedem Ma
te ria l verschieden, beim S pateisenstein tiefer, beim M agneteisenstein oder P u rp le -o r e höher liegt. Man erh ä lt also in diesem F alle poröse B rik etts. D ieses V erfahren ist eine n a tu r
gem äße V orbereitung für den Hochofenprozeß und lä ß t sich fü r alle E rze anw enden, in s
besondere aber für solche, die au stre ib b a re oder viel flüchtige B e sta n d teile, wie W asser und K ohlensäure, oder Schwefel, Arsen usw. en t
halten. Die K osten des V erfahrens im G roß
betrieb sind noch nicht festg e ste llt, dieselben sollen sich nach erhaltenen Angaben nich t höher als 3 cM f. d. Tonne fertiges B rik e tt stellen.
D er B etrieb w ird aber aufm erksam e Bedienung verlangen, weil ste ts die S in terungsgrenze ein
gehalten und die Flam m e reg u liert werden muß.
Das S interungsverfahren von A. D. E lbers,*
a u f demselben System beruhend, unterscheidet sich von dem vorherbeschriebenen dadurch, daß durch den Z usatz von 3 bis 5 % feingem ahlener Schlacke als F lu ß m ittel der E isengehalt des
* „Stahl und Eisen“ 1903 Seite 429.
12S0 Stahl und düsen. H olzkohlensorten im Ural. 24. Jahrg. Nr. 21.
F ertigproduktes lieruntergedriickt w ird. Die K osten der H erste llu n g sc h ä tz t E lbcrs auf 8 0 Gents = ru n d 3 ,5 0 J i au f die Tonne er
zeugtes Roheisen und ist der A nsicht, daß sich die F ab rik atio n noch bei einem P reise von 1,50 0 = etw a 6 M lohnen m üßte.*
2. Das B rikettierungsverfahren der Scoria b esteh t in der B ehandlung der einzubindenden F einerzo m it g ra n u lie rte r Hochofenschlacke, w elche m it W asserd am p f aufgeschlossen worden j ist. Die M ischung beider S ubstanzen w ird dann ! in einem D am pfkessel etw a 10 Stunden lang u nter gespanntem W asserdam pf von 8 Atm.
g ehalten. D as R e su lta t dieses V erfahrens ist ein E rz b rik e tt, w elches nach m einer persönlichen P rü fu n g in physikalischer B eziehung alle E ig en schaften besitzt, w elche man von einem guten E rz b rik e tt v e rla n g t: 1. das P ro d u k t w idersteht allen m echanischen E inflüssen; 2. es ist so porös, daß es von den Hochofengasen durch
drungen w ird, und ist in allen seinen T eilen vollständig gleichm äßig zu sam m en g esetzt; 3. vor
g elegte P roben ergaben, daß hohe T em peraturen von w eit über 250 0 einen ungünstigen Einfluß nicht ausgeübt haben.
F e stg e ste llt und a u fg e k lärt müssen noch die V eränderungen w erden, welchen das E isen erz
b rik e tt bei der U m w andlung von F einerz in E rzziegel au sg esetzt ist. In e rste r L inie handelt es sich um die V erringerung des E isengehalts,
* „Stahl und Eisen“ 1903 Seite 650.
w elche durch die V erdünnung m it 10 % Schlacke herbeigeführt w ird, bezw. die eventuell dadurch liervorgerufeue E rh öhung des R ückstandgehalts;
zw eitens um die V eränderungen, welche der hoch
gespannte W asserdam pf auf die V erm ehrung des m echanisch beigem engten und chemisch ge
bundenen W a sse rg e h altes h e rb e ifü h rt; drittens um den günstigen Einfluß, welchen der konden
sierte W asserdam pf infolge A uslaugung von schädlichen löslichen B estandteilen: M etallsalzen, Alkalien, Sulfaten usw ., ausübt.
Die theoretischen V orgänge, welche sich bei der Bindung des E rz es abspiclen, sind noch nich t vollständig g e k lä rt und es is t wohl in der H auptsache das P rin z ip der K unststeinfabrikation, welches auch h ier eine R olle spielt. Durch die E inw irkung des gespannten W asserdam pfes geht eine H yd ratisieru n g des Gemenges vor sich, und zw ar bilden sich kolloidale V erbindungen, viel
leicht in der F orm , daß gelatinöse K ieselsäure e n tste h t, die m it dem durch die ganze Masse gleichm äßig verteilten Ä tzk alk kolloidales Hydro- kalzinm -S ilikat oder ein P ro d u k t der M etakiesel
säure bildet. Die K osten des V erfahrens sind im G roßbetriebe noch n ic h t fe stg e ste llt, wohl aber k ann angenommen w erden, daß dieselben durchaus m äßige sein w erden.
E in e r späteren P ublikation soll es Vorbehalten bleiben, au f die neuesten F o rts c h ritte der B ri
k ettieru n g sv erfah ren im Anschluß an die in
„S ta h l und E ise n “ 1904 Seite 275 erschienenen A usführungen zurückzukom m eu.
Holzkohlcnsorten im Ural.
Von E d . J u o n .
- - - - - - ( Na c h d r u c k v e r b o t e n . )
Alles im U ral erblasene Roheisen, dessen ] Menge sich im Jahve 1900 a u f 83 3 0 0 0 t, im J a h re 1903 a u f 665 0 0 0 t ste llte , w ird m it Holzkohle erschm olzen. D a die U ra le r E isen
in d u strie in R ußland die bei w eitem älteste ist,*
so lä ß t sich denken, daß der W aldbestand selbst bei den vorhandenen unerm eßlichen H olzreich
tüm ern m erklich erschöpft w orden is t. Von einem BrennstofFmangel kann allerdings im eigent
lichen, zen trale n U ral vorläufig noch nicht die Rede sein, aber man sieht sich doch schon g e
n ö tig t, die W ald sch u tzg esetze zu verschärfen, bezw. deren E in h altu n g stre n g e r zu überw achen.
Besonders sind es die g rößeren H ütten g esell
schaften selbst, die im le tz te n J a h rz e h n t eine ratio n elle re F o rstw irtsc h a ft in ihren B ezirken
* Das älteste Hochofenwerk im Ural, Newjansk, ist 203 Jahre alt.
! einzuführen suchen. Daneben w ird vor allem au f eine bessere V erkohlungsw eisc des Holzes B edacht genommen, und als R e su lta t dieser B estrebungen ist die neuerdings imm er mehr h erv o rtreten d e V erdrängung der alten Meiler
verkohlung durch O fenverkohlung zu betrachten.
Auch die vorliegende A rbeit w urde im A ufträge einer der größten m etallurgischen G esellschaften im U ral, d er B ogoslow sker B ergw erks- und H ütten
gesellschaft, ausgeführt ; es sind darin die R esul
ta te von Versuchen z u r V erbesserung der H olz
kohle n iedergelegt, die au f A nregung des Ober
verw alters N. J . W ladykin unternom m en w urden.
E s sei zunächst kurz der Um fang des ge-
| nannten U nternehm ens bezw. der fü r dasselbe in B e tra c h t kommenden Holz- und Kohlen verhältnisse angedeutet.
Die B ogoslow sker G esellschaft erzeu g t mehr als ein Z ehntel des ganzen U ra le r E isens. Das
1. November 1904. H olzkohlen Sorten im Ural. Stahl uDd Eiseu. 1231
der G esellschaft gehörige A real befindet sich im Gouvernement P erm , am O stabhange des U ra l
gebirges, und um faßt 5 8 0 0 qkm; hierzu kommen noch 31 7 0 qkm von der K rone a u f 99 J a h re gepachteter W a ld g iiter, im ganzen ein A real von rund 9 0 0 0 qkm, von denen über 80 °/o be
waldet sind. D er R eichtum an E isenerzen ist unerschöpflich; außerdem w erden ausgebeutet:
Kupfer-, M angan-, .Chrom- und G olderze, Gold- und P latinseifen, B raunkohle usw. An industriellen Anlagen b e s itz t die G esellschaft: eine K upfer
hütte m it nenn Schachtöfen, eine m echanische und eine chemische F a b rik (Schw efelsäure und Chrom
salze) in Bogoslowsk, ein E isen- und Schienen
walzwerk m it v ier Hochöfen in Nadeslidinski, ein Eisen- und W alzw erk m it einem Hochofen in Sosswa, eine (geg en w ärtig stillstehende) Zeinetit- fabrik in Filkino und zahlreiche andere kleinere Merke'. D a das B rennm aterial fast ausschließ
lich Holz bezw. H olzkohle und H olzgas ist, so beträgt der jä h rlich e H olzbedarf 1 5 5 0 0 0 Kubik- Sashen = 1 523 500 cbm,* wovon die größere Hälfte verk o h lt w ird.
Eine W alderneuerungsperiode für Nadelw ald wird mit 100, für L aubw ald m it 85 Ja h re n berechnet, und trotzdem würde das W erk, selbst wenn der H olzbedarf nm 75 °/o steigen sollte, noch immer genügend mit W ald versehen sein.
Die W älder sind im Sommer vollkommen unzu
gänglich, d aher müssen F ällungs- und A usfuhr
arbeiten ausschließlich im W in te r vorgenommen werden. D a zudem der T ra n sp o rt des gefällten Holzes bei den w eiten E ntfernungen nu r zu W asser au sführbar ist, — im F rü h ja h r werden die H olzscheite d irek t in die angeschwollenen Bächo gew orfen und an bestim m ten S tellen durch g itte ra rtig e A bsperrungsvorrichtungen wieder auf
gefangen — , so erg ib t sich die N otw endigkeit, das im Inneren und in weit vom W asser en t
legenen W ald p artien g efä llte IIolz gleich an O rt und Stelle zu verkohlen, um die T ran sp o rtk o sten zu verm indern. Aus diesem G runde is t man an solchen ste ts w echselnden S tellen nu r au f M eiler
verkohlung angew iesen, w obei die erhaltene Kohle dann e rst im nächstfolgenden W in te r m it Schlitten fortgeschafft w ird. An denjenigen Stellen, wo das hinnntergeflößte Holz in Massen heraus- gefischt w ird, befinden sich die V erkohlungsöfen.
Von dem jä h rlic h e n H olzverbrauch w ird, wie gesagt, die grö ß ere H älfte verkohlt, und zw ar 80 0 0 0 K ubik-Sashen, wovon etw a 65 °/o in V erkohlnngsöfen, 35 in M eilern. Die Meiler sind gew öhnliche russische R undm eiler von durch
schnittlich 10 0 0 0 K ubikfuß In h alt. Die Öfen
— im ganzen 31 0 an der Zahl — sind M eiler
öfen nach dem sehr vereinfachten System S chw arz, von rechteckigem Q uerschnitt und von 3 9 2 7 bezw.
* Ein russ. Knbik-Sashen = 343 Kubikfuß = 9,71 cbm.
1355 K ubikfuß In h a lt. A uf Gewinnung von N ebenerzeugnissen der V erkohlung w ird w eder bei Meiler- noch bei O fenbetrieb R ücksicht ge
nommen, und selbst der w ertvolle H olzteer geh t verloren, es sei denn, daß er im B ezirk selbst als Schm ierm ittel Verw endung findet, jedoch geschieht das in nur seh r geringem Maße. Dieses K ennzeichen einer richtigen „R aubproduktion“
findet man im ganzen U ral fa st ohne Ausnahme.
Die E rk lä ru n g dafür lieg t, abgesehen von der B illigkeit des R ohm aterials und der vielfach herrschenden U nkenntnis, in dem großen Mangel an V erkehrsm itteln, b e trä g t doch z. B. die E n t
fernung von der Grenze des Bogoslowsker B e
zirk s bis zu r nächsten B ahnstation imm er noch 230 km, und das F lußgebiet, au f dem die F e rtig erzeugnisse m ittels einer eigenen Dam pferflottille w eiter b efördert w erden, verbindet den B ezirk mit Sibirien, wo eine N achfrage nach Neben
erzeugnissen der H olzverkohlung, besonders auch nach H olzteer, nicht vorhanden ist.
Die H olzverkohlung im Bogoslow sker B ezirk b eruhte bisher, wie im ganzen U ral, au f rein : em pirischen G rundlagen. Sowohl Meiler wie Öfen werden in den überw iegend m eisten F älle n von reinen P ra k tik e rn g eleitet, die w enig V er
ständnis für das W esen der VerkohlnngsV orgänge haben. Die Sorten werden unterschieden 1. nach V erkohlungsart: Meiler- und Ofenkohle; 2. nach der B aum art, im Bogoslowsker B ezirk hau p t
sächlich F ichten-, B irken-, Tannen- und gem ischte K ohle; 3. nach V ollständigkeit der V erkohlung, und 4. nach L agerdauer. H insichtlich der G üte der einzelnen S orten stehen sich die Meinungen
; oft diam etral g egenüber; irgendw elche b egrün
dete und zahlenm äßig festgelegte K riterien gibt es hierin nicht, und es lä ß t sich daher denken, daß M einungsverschiedenheiten nnd M ißverständ
nisse zwischen H ü ttenleitung nnd F o rstlo itu n g an der T agesordnung sind. Die dem V erfasser von der V erw altung g estellte Anfgabo bestand denn auch vor allem darin, ein zahlenm äßig be
gründetes C harakteristikum fü r die verschiedenen H olzkolilcnsorten anfzustellen und die G ründe der U nterschiede in der Güte der Kohle zu e r k lären, um wenn möglich k larzulegen, oh nnd in w elcher W eise eine V erbesserung der schlech
teren Kohle u n te r den gegenw ärtigen V erh ält
nissen zu erreichen w äre. E ine Reihe von V er
suchen nnd Analysen, die zw ecks Lösung dieser F ra g en im H auptlaboratorium des Bogoslowsker B ezirks ausgeführt w orden sind und wohl ein w eiteres Interesse beanspruchen dürften, sollen in nachfolgendem e rö rte rt w erden.
Z u erst wurde eine Reihe von E lem entar
analysen ausgefuhrt. Um bei d er Probenahm e durch Z erkleinerung d er K ohle nicht größere Mengen derselben unbrauchbar zu machen, w ur
den gemeinsam m it den hierin sehr geübten Ab
nehm ern der H ochofenabteüung aus den jew eilig
1232 Stahl und Eisen. Holzkohlensorten im Üral. 24. Jahrg. Nr, 21.
angelieferten S orten nu r einzelne fü r die Sorte bezvv. die vorliegende Lieferung ch arak teristisch e Stücke ausgesucht. A llerdings is t hierdurch die G ew ähr für die R ichtigkeit der D urchschnitts
probe seh r verm indert w orden; da jedoch die A nzahl der jew eilig abgesuchten Stücke stets eine m öglichst große w ar und schließlich noch P ro b en K ohlenklein vom Boden des S tapels m it dazugenom men w u rd en , so kann man wohl annehm en, daß bei der großen Zahl von U n ter
suchungen die einzelnen F eh le r sich ausgeglichen haben und die D urchschnittszahlen annähernd rich tig e sind. Im m erhin sollen in folgendem ste ts nicht n u r die D urchschnittsw erte, sondern auch die G renzw erte der Analysen angegeben w erden. Im ganzen w urden 81 vollständige E lem entaranalysen durch g efü h rt; nachstehend mögen e rs t diejenigen E rgebnisse zusam m en
g e s te llt w erden, w elche die O f e n k o h l e betreffen.
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Birkenkohle. . . maximal . . minimal . . Mittel . . .
16 76,80 70,48 75,04
3,83 3,15 3,49
24,14 17,46 19,83
1,26 0,56 0,90
6650 5750 6380 Fichtenkohle . .
maximal . , minimal . . Mittel . . .
25 82,70 68,41 75,38
8,50(?) 2,57 4,13
23,26 12,58 17,17
1,66 0,96 1,24
7200(?) 5900 6500 Tannenkohle . .
maximal . . minimal . . Mittel . . .
17 73,82 73,12 73,41
3,82 3,25 3,45
21,36 19,84 20,63
1,51 0,72 1,26
6280 6150 6210
Im Durchschnitt — 74,91 — — 6410
Aus der T abelle ist ersichtlich, daß die ein
zelnen S orten nach ih re r elem entaren Zusam men
setzu n g — in G ew ichtsprozenten ausgedrückt — sich nich t w esentlich voneinander unterscheiden.
B e trac h tet man T annenkohle als V ergleichs
e i n h e i t , so e rh ä lt man folgende R eihe von V erhältniszahleu:
T a n n e n - F i c h t e n - B i r k e n - , n . . k o h l e k o h l e k o h l e 3 i m e l
v e r - / Kohlenstoff . 1,00 1,03 1,02 1,02
h ä i t n u ^ Brennwert. . 1,00 1,05 1,03 1,03
Je d e r, der die g enannten H olzkohlensorten aus der P ra x is h e r kennt, weiß, daß dies V er
h ältn is durchaus nich t dem V erh ältn is der w irk lichen praktischen W e rte der genannten Kohlen en tsp rich t, indem z. B. der W e rt der B irken
kohle den der beiden anderen S orten bei w eitem üb ertrifft. E s kann h ier also die gew ichts
analytische U ntersuchung allein, wie man sieht, noch keinen A ufschluß geben, vielm ehr müssen auch die m echanischen und physikalischen E igen
schaften einer B etrac h tu n g unterzogen w erden.
In d er T a t erg ib t eine diesbezügliche U n ter
suchung für je d e der S orten charakteristische E igenheiten, aus denen erh ellt, daß bei der
selben chemischen Zusam m ensetzung der „Ma
te rie “ bezw. Kohlenm asse die A nlagerungsart der M assenteilchen aneinander zu den prak
tischen E igenschaften der K ohlensorten in ganz bestim m ten Beziehungen ste h t, daß also die S tru k tu r der H olzkohle, ebenso wie in dem Aus
gangsm aterial, den H olzarten, eine gewichtige R olle spielt. Einen Aufschluß darüber ergibt schon die B etrach tu n g der spezifischen Gewichte d er K ohlensorten; es w urden dabei dreierlei G esichtspunkte b eobachtet:
1. Das spezifische G ew icht der reinen Kohlenm asse. D asselbe w urde nach Zerpulvern der K ohlenprobe im A chatm örser und W ägung des P u lv ers in einem m it Alkohol gefüllten P iknom eter bestim m t, in welchem das P ulver zum Sinken g eb rach t w erden konnte. Zum Ver
gleich w urde das spezifische G ew icht der K ohlen
m asse noch durch B erechnung nach den Ele- m en tarhestandteilen (C, H, 0 , Asche) erm ittelt.
2. Das spezifische Gew icht der Kohle mit B erücksichtigung der S tru k tu r derselben, d. h.
u n te r M itnahme der eingeschlossenen P oren.
H ierzu w urden aus verschiedenen S tellen des Stückes bezw. Stamm es W ü rfe l geschnitten, von denen jede S eite dann in geschm olzenes Paraffin g etau c h t wurde. So p rä p a rie rt konnten die W ürfel h y drostatisch gewogen w erden. Die W ä g u n g des W ürfels vor und nach der Paraffi- nation gab die K o rrek tu r für den durch das an
haftende P araffin entstandenen F eh le r, welcher jedoch beim spezifischen G ew icht des Paraffins von 0 ,8 minim al w ar.
3. Das praktische spezifische G ew icht, d. h.
das Gew icht einer g rößeren V olum eneinheit un- z e rk le in e rte r K ohlenstücke. Diese sehr ver
änderliche Z ahl schw ankt natü rlich ganz im Zusam m enhang m it dem F ein h eitsg rad e der Kohle. E s w urde zu ih re r E rm ittlu n g der D urchschnitt aus einer großen A nzahl im Hoch
ofenbetriebe gem achter W ägungen benutzt.
Zu P u n k t 1 und 2 is t noch hinzuzufügen, daß alle B estim m ungen in v o rerst erh itzten , d. h. von absorbierten G asen m öglichst befreiten P roben ausgeführt w urden.
B etrach ten w ir nun die einzelnen R e s u lta te : 1. Ü bereinstim m end m it der T atsache, daß in der chemischen Zusam m ensetzung d er Kohlen- sorteu keine großen U nterschiede bestehen, w eisen auch die aus der A nalyse berechneten spezifischen G ew ichte der reinen Kohlenm asse keine V erschiedenheiten auf. E s e rg ib t sich, theoretisch berechnet, für
Birkenkohle ein spez. Gewicht von 1,54 Fichtenkohle „ „ „ „ 1,53 Tannenkohle „ „ „ „ 1,52 Im Mittel . . 1,53
1. November 1904. Ilalzkohlensorten im Ural. Stahl und Eisen. 1233
für Birkenkohle .
„ Fichtenkohle .
„ Tannenkohle .
für Birkenkohle .
„ Fichtenkohle .
„ Tannenkohle .
Die em pirische Bestim m ung dieser spezi
fischen Gew ichte e r g a b : |m „ von 1,40 bis 1,47 1,46
„ 1,38 „ 1,42 1,40
„ 1,35 „ 1,40 1,38 H ieraus ergeben sich folgende V erhältnisse für die spezifischen Gew ichte der gepulverten Kohlensorten:
B i r k e n k o h l e F i c h t e n k o h l e T a n n e n k o h l e
1,06 : 1,01 1,00
Die U nterschiede sind som it auch h ie r sehr geringe und w ürden jedenfalls noch kleiner sein, wenn man durch das P u lv ern säm tliche Poren wirklich entfernen könnte, was jedoch in der Praxis scheinbar nich t zu erreichen ist. Es konnte jedoch beobachtet w erden, daß sich die Unterschiede in den spezifischen Gewichten durch Verfeinerung des P u lv ers v e rrin g ern und den theoretisch erm ittelten (1 ,5 3 ) n äh e r kommen.
2. E in ganz anderes V erhältnis b esteht zwischen den spezifischen Gewichten der in Stücken untersuchten K ohlensorten, m it B erück
sichtigung der S tru k tu r derselben. Das spezi
fische Gewicht der Stücke b e tru g : lm Mlttcl von 0,39 bis 0,43 0,40
„ 0,25 0,36 0.27
„ 0,19 , 0,23 0,215 Die bezüglichen V erhältniszahlen sin d :
B i r k e n k o h l e F l c h t e n k o h l e T a n n e n k o h l e
1,88 : 1,25 : 1,00
3. L au t den von der H ochofenleitung er
haltenen A ngaben über Gewichte g an z er K örbe von Holzkohlen m it E inschluß der Lufträum e betragen die spezifischen G ew ichte g rö ß erer Volumen u n ze rk le in e rte r H o lzk o h len :
i m M i tt e l
für B irk e n k o h le ... 0,190
„ F ich te n k o h le ... 0,148
„ T an n e n k o h le... 0,131 In V erh ältn iszah len a u sg ed rü ck t:
B i r k e n k o h l e F l c h t e n k o h l e T a n n e n k o h l e
1,45 : 1,13 : 1,00
H ier w ird der U nterschied also g erin g e r als bei einzelnen Stücken, w as jedoch n u r dadurch zu erk lären ist, daß die T annenkohle, als die weichste der drei S o rte n , le ich ter zerbröckelt, und ein Korb T annenkohle daher m ehr Kolilen- masse e n th ält, als das gleiche Volumen F ichten
oder B irkenkohle.
Aus den e rm ittelten spezifischen Gewichten lassen sich die P o ro sitä tsg ra d e der einzelnen Sorten berechnen. Nimmt man an, daß in einer Volum eneinheit e n tg a ste r H olzkohle x Volumen- j einheiten P oren und (1 — x) V olum eneinheiten ; K ohlenm asse en th alten sind, so w ird bei V er
senkung der K ohle in W asser folgendes hydro
statische G leichgewicht stattfin d en : 0,0013 x + A (1—x) = B
wo 0 ,0 0 1 3 = spezifisches G ew icht von L uft (bei W a sse r = 1), A = spezifisches Gewicht
der reineu Kohlenmasse, B = spezifisches Gewicht eines Stückes der vorliegenden K ohleusorte.
Dann ist A—B
X = A -0,0013
B erechnet m an x für verschiedene Sorten, so findet man, daß Volumeneinheiten von H olz
kohlen e n th a lte n : in Birkenkohle =
„ Fichtenkohle:
„ Tannenkohle =
72,3 'Volumenprozent Poren 80,6
84,7 „ „
bei Birkenkohle .
„ Fichtenkohle .
„ Tannenkohle .
Die Menge der reinen K ohlenm asse b e trä g t entsprechend (in V olum enprozenten):
. 29,7 % . 19,4 „ . 15,3 „
Nach Beendigung vorliegender A rbeit w ur
den in dem B ericht des I. U raler Chemiker- Kongresses 1903 in Je k a te rin b u rg die E rgeb
nisse eines ändern „V ersuchs, die P o ro sitä t der H olzkohlensorten zu bestim m en“ , veröffentlicht.
Diese V ersuche w urden im A ufträge des U raler Chem iker-Ausschusses von P . G u b a n o f im B ilim bajew -W erk an einer großen A nzahl von P roben und S orten in rein em pirischer W eise an sg efü h rt: W ürfel von Kohle wurden bis zu 17 T age lang in W asser g ehalten, zum T eil mit demselben g ekocht, bis sie alle unter- gegangen w aren. I h r G ew icht in trockenem und in m it W a sse r gesättigtem Zustande ergab die Menge des aufgenommenen W a ssers bezw.
die Porenm enge. W egen der Ä hnlichkeit dieser au f so ganz anderm W ege erm ittelten E esu ltate m it den unsrigen ist der Versuch hier erw ähnt w orden. Im M ittel w urden von G ubanof folgende Porenm engen in den uns h ier interessierenden S orten bestim m t (in V olum enprozenten):
bei Birkenkohle .
„ Fiehtenkohle
„ Tannenkohle
74,82 % Poren 79,42 „ „
83,65 „ „
Noch viel größere U nterschiede bestehen zwischen den F estigkeitseigenschaften der ein
zelnen K ohlensorten. An einer Reihe von P ro ben w urden Zerdrückungsversuche a n g e ste llt, indem aus norm alen K ohlenstücken W ürfel von je 3,5 cm Seitenlänge ausgeschnitten und die
selben dann u n te r einer P räzisio n sp resse z e r
drü ck t w urden. A lle P roben wurden einmal senkrecht, ein anderm al p ara llel zu r F ase rric h tu n g vorgenommen. Das E rgebnis w ar folg en d es:
Kohle aus
Anzahl der Proben
■ W id e r s ta n d g e g e n Z e r d r ü c k u n g j(in K i l o g r a m m a u f 1 q c m )
l ä n g s d e r F a s e r r i c h t n n g
s e n k r e c h t z u r F a s e r r i c h t n n g
t o n b i s j M i tt e l r o n b l« M i tt e l
Birke . . . . 23 160 BlO 204,0 18,5 33,3 24,8 Fichte . . . . 24 48,5:120 ; 81,1 7,1. 2 1,0 11,3 Tanne . . . . 15 27 64,1 52,3 5,0 12,2 8,1
1234 Stahl und Eisen. H olzkohlensorten im Oral. 24. Jahrg. Nr. 21.
Dio V erh ältn isse zw ischen den F estig k eiten sind som it, bei T annenkohle = 1 angenommen, folgende: Blrkenkohle Fichtenkohle Tannenkohlc
Längs der Faser . . 3,901,, 1,55\ 1 1,001, nf.
Gegen die Faser . . 3 ,0 1 p 4D 1,40/1>48 LOO/1^
Man sieht, daß liier der U nterschied der Sorten ganz bedeutend ist, indem die V erhältnis- Zahlen den Q uadraten der V erhältnisse in den Volum engewichten gleichkom men. S te llt man nun, T annenkohle im m er = 1 gerechnet, die ge
fundenen V erhältniszahlen zusamm en, so e rh ä lt man folgende T a b e lle :
Verhältnisse in. Kohle aus
B i r k e F i c h t e T a n n e
K ohlenstoflgehalt...
B r e n n w e rt...
Spezifisches Gewicht des Pulvers
„ „ von Stücken
„ „ „ Körben
Widerstandsfähigkeit (nach der Diagonale im Würfel) . . .
D urch A ufstellung dieser T eil der g estellten Aufgabe - als gelöst b e tra c h te t w erden.
1,02 1,02 1,06 1,88 1.45 3.45
1,03 1,05 1,01 1,25 1,13
1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 1,48 Reihe kann ein für Ofenkohle — In der T abelle lie g t ein genaues zahlenm äßig festgestelltes Merkmal für jed e der K ohlensorten vor. Man kann sagen, daß, selbst wenn die F e stig k e its
verhältnisse ganz unberücksichtigt bleiben, 1 K orb* B irkenkohle um l s/4 und ein Korb F ichtenkohle um 1 '/ 4- mal höher zu bew erten ist, als ein K orb T anneukohle, und daß der p ra k tische W e rt der K ohle fü r den Hochofen sich gleichfalls daraus berechnen lä ß t, indem das M etall-A usbringen m ittels dieser K ohlensorten sich in den V erhältnissen 1,8 : 1,2 : 1,0 be
wegen w ird.
E s liegen dem V erfasser E rgebnisse de3 K yschtym ski-H ochofenw erks, in w elchem die E rz - und B etrieb sv erh ältn isse denen der Bogos- low sker W erk e ähnlich sind, aus dem Ja h re 1900 vor. Man erzielte dort m ittels eines K orbes H olzkohle folgendes A u sb rin g en :
hei ungemischter Birkenkohle . . . . 442,8 kg hei guter F ic h te n k o h le ... 344,4 „ hei schlechter F ich te n k o h le ... 295,2 „ d. h. in folgenden V erh ältn issen :
l i l r k e n k o h l e g u t e F i c h t c n k o b l e s c h l e c h t e F i c h t e n k .
1,50 : 1,17 : 1,00
T annenkohle w ird n ic h t angegeben, jedoch sieht man auch ohnedies, daß die V erhältnisse sich den von uns berechneten nähern. Bei
* Ein Korb (Korob) ist im Ural die Maßeinheit für Holzkohle. Ein Korb = 5 Kubik-Arschin = 1,8 cbm.
Da Forst und Hütte im Ural wohl stets derselben Gesellschaft gehören, so wird seitens der Forstverwal- tuug, ohne die ökonomischen Interessen der Gesell
schaft zu berühren, kein Unterschied gemacht iu der Bewertung verschiedener Kohlensorten, d. h. Körbe aller Sorten werden zu gleichem Preise gerechnet.
M öllerung von gem ischter K ohle b e trä g t das A usbringen in K yschtym , gleichw ie in Nadesh- dinski, 3 5 0 k g au f einen Korb Holzkohle.
A lles über Ofenkohle G esagte trifft auch bei d er für sich allein b etrach teten M e i l e r k o h l e zu.
In folgendem sind die betreffenden R esultate tabellarisch zu sam m en g estellt:
Sorten
■ 3C t tc
■o =3 Analyse u "a. ic -
" je H - o
S p e z ifis c h e * G e w i c h t
fl s
5*5< V c ir 0
<+N>
AV
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C -
S a u t o
s * 3
»-tV
c >
*
CV .5 ^:3 55 Birkenkohle
von . . . bis . . . i.Durchschn.
10 80,23 94,26 87,84
1,54 5,74 2,94
3,15 11,06 8,00
0,77 1,52 1,2 2
7100 8000 7700
- 0,40 - 0,41 1,52 0,41 Fichtenkohle
von . . . bis . . . i.Durchschn.
13 80,12 96,24 88,12
1,25 3,46 2,53
3,55 14,34 8,14
0,96 2,08 1,2 1
7000 8150 7650 1,51
0,24 0,31 0,28 Tnnnenkolile
von . . . bis . i.Durchschn.
9 88,08 93,16 89,71
1,25 4,52 2,31
4,13 8,35 6,52
1,44 1,60 1,40
7300 7900 7750 1,49
0,18 0,22 0,215 im Mittel — 88,48 — — — 7700j — —
Die größeren Schw ankungen in den G renz
w erten sind die F olge der V erschiedenheit in den Methoden der V erkohlung, indem je d e r Köhler ihm eigentüm liche A rbeitsw eisen und Erfahrungen h at, die sich in p a tria rc h a lisc h ste r W eise von G eschlecht zu G eschlecht forterben. W as die M ittelw erte anbetrifft, so sieht man, daß die
selben sowohl hinsichtlich Zusam m ensetzung, B rennw ert, als auch spezifischer Gewichte der gepu lv erten P roben, gleichw ie bei der Ofenkohle, fa st g a r keinen U nterschied aufw eisen. Die spezifischen Gew ichte der Stücke hingegen stehen in folgendem V erh ä ltn is:
H i r k c n k o h l c F i c h t c n k o b l e T a n n e n k o h l e
1,89 : 1,30 : 1,00
sind also auch hierin der Ofenkohle analog.
Es e rü b rig t noch, die absoluten W e rte der Ofen- und der M eilerkohle un terein an d er zu ver
gleichen. Die V olum engewichte der M eiler
kohlensorten sind um w enig (gegen 3 % ) größer als bei der Ofenkohle. D er K ohlenstoffgehalt der m ittleren M eilerkohle is t hingegen um l l , 8 0 ° / o höher und der berechnete B rennw ert entsprechend um 12,01 °/o g rö ß e r als in der m ittleren Ofeukohle. A uf G rund dieser Daten kann man den w irklichen W e r t je d e r Sorte M eilerkohle m it je d e r S orte Ofenkohle vergleichen.
Nehmen w ir als Beispiel die beiden E xtrem e:
O fen -T an n en k o h le und B irken - M eilerkohle, an.
Die le tz te re e n th ä lt um 0,2150 41 = 1)91 nial mehr reine K ohlenm asse als ein gleiches Volumen der O fen-Tannenkolile, dazu ist ihre Kohlenm asse
87,84 73,41 ;
um 1,20 mal reich er an K ohlenstoff bezw.
1. November 1904. H olzkohlensorten im Ural. Stahl und Eisen. 1235
an B rennw ert; folglich muß man die B irken- Meilerkohle im allgem einen um 1,91 X 1)20
= 2,29 mal höher bew erten, als ein gleiches Volumen T an n en -O fen k o h le. W enn man auf diese W eise für den H ochofenbetrieb den fak
tischen W e rt der norm alen B irken-M eilerkohle zum M aßstab nim m t, so stellen sich die zahlen
mäßigen W e rte der übrigen Sorten bei gleichen Volumina wie fo lg t:
M eiler-Birkenkohle...1,00
Ofen- „ 0,81
Meiler-Fichtenkohle... 0,68
Ofen- „ 0,57
Meiler-Tannenkohle... 0,54
Ofen- „ 0,44
W enn die V erschiedenheiten in den von verschiedenen H olzarten stam m enden Kohlen in den S tru k tu rv e rh ä ltn issen ihre U rsache haben,
so ist der Grund der V erschiedenheit von Ofen- und M eilerkohle in der V erkohlungsart selbst zu suchen, wobei, wie L aboratorium sversuche g ezeig t haben, die T em p eraturverhältnisse eine hervorrageudo Rolle spielen. Vor allem ist die maxim ale, beim B rennen erreich te T em peratur von W ichtigkeit, wie j a auch aus den bekannten V ioletteschen Tabellen vorauszusehen ist. Aus den verschiedenen Sorten Holzkohle wurden W ürfel geschnitten, welche einzeln bei L u ft
abschluß, e rs t in W ägegläschen und dann bei höhe
ren T em peraturen in P o rz ellan reto rte n erh itz t, w urden. Bei gewissen T em peraturen begannen die Kohlen sich zu verändern ; als äußere Zeichen dioser V eränderungen tr a t ein dem Auge sichtbares Ausscheiden von Gasen, ferner eine V eränderung im G ewicht und Volumen der Kohlen auf. Eine Reihe von Versuchen ergab folgende M ittelw erte:
G e w i c h t s ä n d e r u t f g e n b e i E r h i t z e n von Ho 1 z k o h 1 e n s o r t e n u n t e r L u f t a b s c h l u ß .
— — Abnahm'e } A .nfangsgew ichte der Holzkohlen (in Prozenten).
Temperaturen nach Celsius.
Kohlensorten
A n z a h l d e r j V e r s u c h e
Temperaturen
+ 104 + 1 5 5 + 186 + 2 8 4 j + 4 1 2
+ 50° 1 + 7 5 0 e t w a
• f 10 0 0 °
Normale Birken-Ofenkohle . . 6 - 1,50 — 1,08 — 0,03 — 2,81 — 7,46 — 22,16 — 26,11 - 3 1 ,8 4
„ Fichten- „ . . 6 ' - 1 , 0 8 — 0,10 + 0,73 - 0,36 — 3,11 — 16,18;-22,30 — 28,92
„ Tannen- „ . . 6 - 1 , 0 3 - 0 , 2 0 + 0,86 — 2,90 — 8,35 — 27,30 — 31,16 - 34,46 ,, Birken-Meilerkohle . 3 — 1,00 — 0,50 - 0,15 + 0,48 + 0,61 — 1,06 — 5,33 — 8,03
„ Fichten- 3 — 0,91 — 0,14 0,0 + 0,53 + 1,81 — 0,19 — 4,18 — 6,70
„ Tannen- „ 3 — 1,20 — 0,53 + 0,10 + 0,60 + 1 ,1 8 — 0,84 - 5,40 — 8,15
27
.
— —_ _ _ _
•[ —W ie aus der T abelle ersichtlich, beginnen die bedeutenderen V eränderungen in der Ofen
kohle bei etw a - f 3 5 0 ° C., in der M eilerkohle erst bei + 7 0 0 ° C. Mit diesen Momenten be
gin n t auch eine energische sichtbare G asaus
scheidung, ein „N achkohlen“ der K ohle bezw.
die F o rtse tz u n g der V erkohlung, welche beim H erausholen der K ohle aus den Öfen bezw . Meilern unterbrochen wurde. Es fo lgt hieraus, daß die m axim ale, w ährend der V erkohlung erreichte T em peratur b e tru g :
in Meilern gegen + 700° C.
in Öfen „ + 350° C.
In Öfen konnte diese T em p eratu r auch durch direkte Messung k o n sta tie rt w erden. In dieser T em peraturdifferenz muß die U rsache der V er
schiedenheiten zw ischen Ofen- und M eilerkohle gesehen w erden. Z u r K ontrolle dieses S atzes w urde noch ein an d e rer Versuch unternom m en, bei dem drei P roben von Fichten-O fenkolile aus
gesucht w urden, in denen der K ohlenstoffgebalt besonders auffallende U nterschiede aufw ies. Bei E rh itze n d ie ser P roben u n te r L uftabschluß w ar folgendes zu b eo b ach ten :
F i c h t e n o f e n - k o b l f t m i t d e m
V e r r i n g e r u n g ( — ) u n d V e r g r ö ß e r u n g ( - f ) I m A n f a n g s g e w i c h t e d e r K o h l e b e i E r h i t z e n
b i s z u d e n T e m p e r a t u r e n v o n G e h a l t v o n . + 2 8 4 » e . + 4 1 2 » C . 6 0 0 « C .
68,41 »/„ C : — 7,60 — 16,15 - 27,64 75,40 „ C ! - 1 , 5 8 — 6,08 — 15,11 82,70 „ C ; + 0,13 — 1,03 — 10,13
D araus geht hervor, daß bei den in den Öfen oder in einzelnen T eilen der Öfen bei der V er
kohlung sta ttg e h ab te n Maxim altem peraturen von etwa + 2 5 0 ° C. eiDe Kohle mit 68,41 °/o Cj er_
4- 350 ° 0 _ „ „ 15,40 „ G, halten
„ 82,70 „ Cj wa'le bei + 350» C.
+ 450° C.
E s ist somit der E rhitzungsversuch bei L u ft
abschluß im stande, d irek te A ufklärung darüber zu geben, welche T em p eratu r bei der V erkohlung einer gegebenen P a r tie H olzkohle erreic h t w or
den ist.
Nach alledem muß angenommen w erden, daß p ara llel m it den G e.wichtsveränderungen 4 erK ohle bei ih re r E rh itz u n g auch eine A nreicherung ihres K ohlenstoffgehalts vor sich gehen wird. Um dies zu konstatieren, w urden im vorhergehenden V er
