STAHL U l EISEN
M ZEITSCHRIFT
FÜR DAS DEUTSCHE EISENHÜTTENWESEN.
Nr. 2. 13. Januar 1927. 4 7 . Jahrgang.
Die K ühlung von S iem en s-M a rtin -O efen .
Von 2r.*3ng. G e o r g B u l l e in Düsseldorf.
[M itteilung aus dem S tahlw erksausschuß des V ereins d eutscher E is e n h ü tten leu te 1).]
( Z w e i der Kühlung. F erschiedene A usführungsarien und Anordnungen ron K ühlungen. Betriebsführung, W ärmererbrauch, H altbarleit und Betriebskosten. Bewertung der Kühlungen, ihre Vor- und X a-hteile.)
I. A llgem eines.
I
m Aufträge des Arbeitsausschusses des Stahlwerksausschusses des Vereins deutscher Eisen
hüttenleute sollte versucht werden, durch Rundfrage bei den verschiedenen Stahlwerken die Frage der Siemens-Martin-Ofenkühlung zu klären. "Wenn nun auch diese Rundfrage infolge Mangels an einwand
freien Messungen nicht von allen “Werken b eant
wortet werden konnte, so ergab sie doch eine große Menge von Unterlagen, die zur K lärung der Frage beitragen, und über die die später nachfolgenden Abbildungen m it den dazugehörigen Zahlenangaben Aufschluß geben.
Die Kühlung beim Siemens-Martin-Ofen soll den Zweck haben: die H altbarkeit der aus Steinen ge
bauten Ofenteile zu vergrößern, um Steine zu sparen, Störungen durch E instürzen des Mauerwerks und Ausbesserungsarbeiten zu vermeiden und gute Ver- brennungsverhältnisse durch E rh alten der Brenner
querschnitte zu sichern. F erner soll sie das Ofen- innere kühlen, wenn z. B. bei heiß gehendem Ofen die Kammern zu verschlacken drohen, und drittens schließlich eiserne Bauelemente verwendbar machen, die ohne Kühlung der hohen Tem peraturen wegen sofort verbrennen und unbrauchbar werden würden.
Das gilt vor allem für Türrahm en und auch für Türen, die man gern wegen der Beschädigungen durch die Einsatzkrane mechanisch sta rk zu machen wünscht.
Aber auch Ventile, Brenner usw. gehören hierzu.
Die Kühlung eines Siemens-Martin-Ofens kann auf verschiedene A rten erfolgen; sie kann durch Oeffnungsstrahlung, K ühlflächenbestrahlung, Kon
vektion und W andableitung geschehen. Dabei ist u n te r O e f f n u n g s s tr a h lu n g d ie W ärm eausstrahlung durch Oeffnungen im Mauerwerk oder durch die Türen bei deren Oeffnung zu verstehen; sie beträgt im M ittel
ofen rd. 550000 kcal je m ä Oeffnung und st. K ü h l f lä c h e n b e s tr a h lu n g findet dann s ta tt, wenn wassergekühlte Flächen der S trahlung des heißen Ofeninnern ausgesetzt werden, wie z. B. bei wasser
gekühlten Schiebern, Türen usw. Die W ärm eabfuhr ist bei Kühlflächenbestrahlung fast ebenso groß wie
*) Ber. Stahlw .-A ussch. V. d. E isen h . N r. 110 (1926).
Zu beziehen vom Verlag S tahleisen m . b. H ., D üsseldorf.
n . „
bei Oeffnungsstrahlung, wenn die Kühlvorrichtung dünnwandig, nicht isoliert und infolgedessen bei
nahe ebenso kalt ist wie das Kühlwasser und dam it in etwa Außentem peratur zeigt. Etw as kleiner wird die W ärm eabfuhr bei K ühlflächenbestrahlung dann, wenn die Flächen in einem W inkel zu dem heißen Ofen
innern stehen, wie z. B. die Flanken der Türrahm en.
D er Strahlungswinkel ist so wichtig, daß z. B. eine Türrahm enflanke von 0,4 m Breite eine W ärm e
abfuhr von 206000 k ca l/st fü r drei Türrahm en von 3 • 1 m Umfang bedingt, w ährend eine F lanke von 0,1 m Breite eine W ärm eabfuhr von nur 13900 k c a l/st unter denselben Verhältnissen verursacht. Die K o n v e k t i o n , d. h. die W ärm eabgabe von strö
m enden Gasen, kom m t zu der W ärm eabfuhr durch bestrahlte Kühlflächen noch hinzu und beträg t z. B.
bei einer wassergekühlten T ür von 1 m 2 Fläche rd. 15500 k ca l/st. Die W a n d a b l e i t u n g besteht in einer Kühlung der W ände durch angelegte oder eingelegte K ühlvorrichtungen. Sie lä ß t sich aus der Formel
Q =
F ■ k • (tj t»)
berechnen, worin Q die abgeleitete W ärmemenge, F die Fläche, X die W ärm eleitzahl, t , —t . den Tem
peraturunterschied und S die W andstärke bedeutet.
Die Ableitung ist entsprechend den einzelnen Gliedern der Gleichung bei Verwendung von M agnesitsteinen m it hoher W ärmeleitzahl größer als bei Silika- und Scham ottesteinen, und bei kleiner W anddicke größer als bei großen W andstärken. Ihre Größenordnung erkennt m an an einem Beispiel: Bei einer 200 mm dicken W and, 1600° Innentem peratur, 50° W asser
tem peratur und einer der W andableitung ausge
setzten W and aus Silikamauerwerk b eträ g t die ab
geleitete W ärmemenge rd. 7600 k ca l/m 2 st. Infolge der Abhängigkeit der W andableitung von der W and
dicke nim m t die W irksam keit einer K ühlung solcher A rt bei älter werdenden Oefen u n d sinkender W and
dicke zu.
ü . A usführung der K ü h lun g.
Im praktischen Betriebe k ü h lt m an beim Sie
mens-M artin-Ofen Türen, Türrahm en, M ittelofen
pfeiler, Gewölbe, Feuerbrücken, alle Teile des Kopfes, wie z. B. Gaszug, die Zunge zwischen Gas und L uft, die
42 S ta h l u n d Eisen. Die K ühlung von Siem ens-M arlin-O efen. 47. Ja h rg . N r. 2.
Seitenwände, die Luftzüge usw. und schließlich die K am m ertrennungswände und Ventile. Der Herd erfährt bei manchen Werken eine gewisse Kühlung dadurch, daß er hohl gelegt wird.
Alle oben geschilderten Wärmeableitungsmög
lichkeiten werden bei der Siemcns-Martin-Ofenküh- lung benutzt2). Z. B. bedient sich der Schmelzer gerne der Oeffnungsstrahlung, indem er die Züge auf
schlägt, um die Kammern zu kühlen. Solch eine Küh
lung erfolgt auch, wenn das Gewölbe oder die Türen Ritzen haben; aber diese A rt ist wenig zu empfehlen, denn sie h at neben dem Vorteil sehr sta rk zu wirken (550000 k ca l/ m 2 st) den großen Nachteil, den Arbeits
raum selbst sta rk abzukühlen, und verursacht außer
dem Erischgasverluste und F alschlufteintritt. Kühl- flächenabstrahlung benutzen vor allem die Ameri
kaner, wie z.B . B l a w - K n o x ,d e r in den Kopf einen breiten, im Feuerraum liegenden K ühlkasten ein- Abbildung 1. A m erikanische K opfkühlung,
B a u a rt Blaw -Knox.
Würraeverbrauch in kcal je st für 2 Köpfe . . . 353 000—504 000*) Wasserverbrauch in m3 je s t ... 7,6 Ofenfassung in t ... 80— 100 Temperaturerhöhung d es Kühlwassers in 0 C . . . 33 Wärmeverbrauch in % der Ofenbelastung . . . . 2,34— 3,34
*) Nach Angaben der Lieferfirma Blaw-Knox Co., Pittsburgh.
. . . .
A bbildung 2. M ac-K une-O fen m it K ühlrohren.
baut (Abb. 1), und M ac K u n o 3), bei dem der ein
tretende Kopf m it einem wassergekühlten Schieber abgeriegelt wird (Abb. 2). In D eutschland h at man beim M o llk o p f wassergekühlte F lächen im Bereich der H erdstrahlung, und schließlich gehören auch die w assergekühlten T üren in dieses Gebiet, sobald die schützende Steinwand abgefallen ist.
Der Vorteil dieser Kühlung ist eine starke Wärnie- abfuhr, der N achteil eine Tem peraturverminderung des Arbeitsraumes. Kühlung durch Konvektion verstärk t dabei die W irkung der Abstrahlungs
fläche. Die beste A rt der K ühlung ist Kühlung durch W andableitung (bei Anordnung dünner Wände, sonst ist diese Kühlung unwirksam ). Sie geschieht
2) Vgl. auch S t. u. E . 42 (1922) S. 1133/9, 1641/50 u n d Ber. S tahlw .-A ussch. V. d. E isen h . N r. 90 (1920);
zu beziehen vom V erlag S tahleisen m . b. H ., Düsseldorf.
3) I n S o u th Chicago bilden zwei L u ftsch ieb er den V enturikopf [S t. u. E. 42 (1922) S. 1135].
7.900-
, ! nimm\ m\ / h
13. Januar 1927. Die Kühlung ron Siemens-Martin-Oefen. S ta h l u n d E isen . 43 in der Weise, daß in die zu kühlenden W ände K ühl
rohre oder Kühlkasten eingebaut werden. Manch
mal verwendet m an zur W andkühlung auch L uft, indem man z. B. das Gewölbe rippenförm ig aus
bildet. die Kühlkasten für den natürlichen Luftzug offen läßt oder die W ände bzw. K ühlkasten m it Ventilatorluft oder P reßluft kühlt. Der Vorteil dieser Art der Kühlung ist, daß sie den Arbeitsraum
S ta /r /g u p
m a
Abbildung 3. W assergekühlte T ür.
W inM vertracch in kcal je st m r 1 Tür . 41 000 W a sse rv e rb ra u ch i n m 3 j e s t... _ 1 ,8 Ofenfassong in t ... *0— 80 Zalaaftemperatur in * C .... 20
Ablaaftemperanir in * C . . 43
T e m p e ra ru rm n a rjn e d e s K ü h l w a s s e r s i n • C 23 B ren n st o f f a r t...Mischgas aas G icht- and
K o k s a f e n g a s (1 8 8 0 k c a l/ m 5) Wannevertraoch i n % d e r O fen b elasfcan g . 0 .2 7
des Ofens nur wenig abkühlt, ihr N achteil, daß sie im Laufe der Ofenreise wegen Absehmelzens des ge
kühlten Mauerwerks ihre Wirkungsweise verändert und verstärkt.
Als Kühlmittel dient in Deutschland fast all
gemein Wasser; L uft wird nur selten angewandt.
Das Wasser muß rein und möglichst weich sein, da
ständig gefüllt ist, wird sie schnell spröde und reiß t, w orüber von K u t s e h e r a 4) näher berichtet ist.
E ine weitere allgemeingültige Forderung ist leichte Einbau- und Auswechselmöglichkeit der K ühl
vorrichtung w ährend des Betriebes.
Zweckmäßig werden nur Kühlelemente verwendet, die aus einzelnen zu- oder abschaltbaren voneinander unabhängigen Einzelteilen bestehen, so daß bei einem Schadhaftwerden nur ein Einzel
teil, nicht aber die ganze K ühlvorrichtung ausfällt. (Unterschied von K asten- und Rohrkühlung.)
A r t d e r K ü h l v o r r i c h t u n g e n .
A bbildung 4. W assergekühlter T ü rrah m en . sonst die Gefahr der Verstopfung durch Kessel- steinbildung mit nachfolgendem Leckwerden be
steht. Die Frischwasserzuführung m uß ähnlich wie bei Hochofenformen immer von unten er
folgen und die Abführung des verbrauchten Wassers oben geschehen, dam it die K ühlvor
richtung nie leer laufen kann und das Be
streben des W annwassers, nach oben zu steigen, ausgenutzt w ird; bei etwa ein
tretender Ueberlastung der Kühlvorrich
tung oder beim Ausbleiben von Kühlwasser entstehende Dampfblasen können bei der beschriebenen Ausführung leicht entwei
chen. Wenn die Kühlvorrichtung nicht
K ü h lk a s te n zeigen keine große H a lt
barkeit, fügen sich aber bei viereckiger Form gut in das Mauerwerk ein; sie sind bei Störungen schwer auszubessern. Es empfiehlt sich deshalb ihre Verwendung nur dort, wo m an die K asten von außen zugänglich an die zu kühlenden W ände an
zulegen vermag, z. B. bei K ühlrahm en für Türen, Seitenwandkühlung u. ä.
K ü h lr o h r e sind haltbarer, doch ist die Verbindung von Kühlrohren und Mauer
w erk außer bei gestam pftem Mauerwerk oder Form steinen schlecht herzustellen. Man ordnet sie am besten ausziehbar und einzeln zu- oder ab
schaltbar an, so daß m an sie im Betrieb ersetzen
4) St. u. E. 39 (1919) S. 1133/4.
A bbildung 6. K ü h lu n g von P feilern u n d T ü rrah m en a n einem K ippofen.
Ofenfassong: 75 t , Gesam tkählwasserverbraach für P fe iler and T aren: 28 ms/s t«
A bbildung 5. Pfeilerkühlung aus drei R o h ren (SO-t- K ippofen).
WArmevertraoeh in kcal je st für 1 P fe iler 188 OOÜ W asserverbrauch in m3 je s t . 8,2
Ofenfassong i n t ... (Talbot ofen) 120/70 Zolaoftem perarar in • C ... 20
Ablauft em pe ratnr in • C ... 43
Tp m p rarnrninahmo d es Kühlwassers in * C 23
Brennet o f f a r t Mischgas aas G ich t- and
K oksofengas 1580 kcal/m * WArmeverbraaeh in % d er Ofenbeiastcng . 1,06
B em e rk u n g en B essere H altbarkeit
44 S tah l u n d Eisen. Die K ühlung von Siemens- Martin-Oefen. 47. J a h rg . N r. 2.
ikann; wenn sie zu Bruch gehen, fällt nur ein kleiner 'Teil der Kühlvorrichtung aus. Neuerdings bau t ein W erk viereckige nahtlose Rohre zur Kühlung ein; sie haben den Vorteil, sich gut in das Mauerwerk ein- aufügen und diesem z. T. noch einen H alt zu geben.
K ü h ls c h la n g e n sind wenig zu empfehlen, da die Biegungen leicht zerstört werden. Man ver-
Gasrofrr
A bbildung 7. W assergekühlter K ü hlbalken neben der O fentüre.
Wärmeverbrauch für 6 Pfeilerkühlballten in kcal je st . . . 467 400 Wasserverbrauch in m 3 je s t ... 38 Oien fassang in t ... ... 58 Temperaturerhöhung d es Kühlwassers in ° C ...13,3 Wärmeverbrauoh in % der O fen b ela stu n g ...4,45
E intritt ,
r '
i___ Iü Jff/nm W andstärke
/fu stritt
^ 160 K-
A bbildung 8. W assergekühlter T ürrahm en.
N euer Ofen: A lter Ofen:
Wärmeverbrauch in kcal je st für
1 Kühl rahm en... 77 000 217 000
Wasserverbrauch in m3 je st . . . 7,0 7,0
Ofenfassung in t ... 50 50 Zulauftemperatur in 0 O ... 22 22 Ablauftemperatur in 0 C ... 33 53 Temperaturerhöhung d es Kühlwassers
in 0 O ... 11 31 B re n n sto ffa rt... Generatorgas (aus Steinkohle m it
6000 k cal/kg) Wärmeverbrauch in % d er Ofenbe
lastung ... 0,48 1,36 Oeffnung in m2 ... rd. 1,5 rd. 1,5 W ärmeverbrauch in kcal je m2 Rah-
menöffnung und s t ... 51300 144 800
kokm ensdriene a/s S/eif/iäcne J c ir d /e ü ftn tü r A bbildung 9. W assergekühlter T ürrahm en.
Wärmeverbrauch in kcal je st für 1 Türrahmen . . W asserverbrauch in m 3 je s t ...
Ofenfassung in t ...
Temperaturerhöhung d es Kühlwassers in 0 C . . . . Wärmeverbrauch in % der O fen b ela stu n g ...
Rahmenöffnung in m2 ...
W ärm everlust in kcal je m2 Rahmenöffnung und st
wendet besser einzelne Kühlrohre, bei denen Stö
rungen immer nur einen Teil der Gesamtkühlung ausmachen, also weniger ins Gewicht fallen.
Die E inführung der Rohre in das Mauerwerk geschieht am besten so, daß möglichst wenig anderes Mauerwerk, das keine Kühlung benötigt, gekühlt wird, aber auch so, daß die Rohre nach Möglichkeit
m
A bbildung 10. W assergekühlter T ürrahm en.
N euer Ofen nach A lter Ofen nach';
51 Schmelzungen 180 Schmelzungen W ärmeverbrauch in kcal je s t für
1 T ü r r a h m e n ... 366 000 451000 Wasserverbrauch in m3 je s t . . . 10,09 10,15 Ofenfassung in t ... 65 65 Zulauftemperatur 0 C ... 19,5 22 Ablauftemperatur 0 O ... 55,8 66,3 Kühlwasser-Temperaturerhöhung
« 0 ... 36,3 44,3 B r e n n sto ffa r t... M ischgas aus Generatorgas (Stein
k ohle) und Koksofengas Wärme verbrauch in % d er Ofen
belastung ... 4,13 4,8 Rahmenöffnung in m 2 ... 1,52 1,52 Kühlverluste in kcal je m 2 Rahm en
öffnung und s t ... 248 000 296 800
A bbildung 11. W assergekühlter T ürrahm en.
O fen-N r.; Ofen II Ofen IV Ofen I nach 63 nach 48 nach 116 Schm el Schm el Schmel
zungen zungen zungen
Wärmeverbrauch in kcal je s t für
140 000 1 T ü r r a h m e n ... 140 000 140 000
Wasserverbrauch in m 3 je s t . . . . 7 7 7
Ofenfassung in t ... 78 78 78 Temperaturerhöhung d es Kühlwassers
in 0 O ... 20 20 20 W ärmeverbrauch in % d er Ofenbe
lastung . ... 1,14 1,16 1,24 Rahmenöffnung in m 2 ... 1,25 1,25 1,36 KUhlverluste in kcal je m 2 R ahm en
öffnung und s t ... 112 000 112 000 112 000
A lter Ofen:
111 000 7,4 25 15
2,12
0,92
121000
herausgezogen werden können. F ü r die Brenner- m aulkühlung em pfiehlt sich eine Einführung von der Vorderwand, für die Kühlung des Daches der Gasziige eine solche von der Seitenwand des Ofens aus. Das gekühlte Ofenmauerwerk besteht in Deutsch
land meistens aus Silikasteinen, die den Vorteil haben, die Kühlrohre beim Schmelzen m it einer schützenden
13. Jan u ar 1927. D ie K ühlung von Siem ens- Martin-Oefen. S ta h l u n d E isen. 45 Schlacke zu umhüllen. Magnesitmauerwerk, das diese
Eigenschaft nicht zeigt, geht beim Ofenstillstand infolge der Kühlung schnell zu Bruch und kann leicht zu Ueberkühlungen des Ofens führen, d a es das blanke Kühlrohr nicht abdeckt.
A n o rd n u n g d e r K ü h l v o r r i c h t u n g e n . Man findet an den einzelnen Ofenteilen folgende Kühlungen:
1. Bei T ü re n verwendet m an wassergekühlte Kasten, die wegen ihrer großen W ärm eabfuhr (Kühl-
E/nfrit j o #
i r
Abbildung 13. W assergekühlter T ü rrah m en . mauerwerk durch eine als K ühlkasten (Abb. 3 und 4) ausgebildete Türwand gekühlt wird.
2. Zur T ü r p f e i l e r k ü h l u n g werden Kühl- rohre (Abb. 5 und 6) und an- oder eingelegte K ühl
kasten verwendet (Abb. 7). E rstere sind natürlich wirksamer. Die Anlage von einzelnen unterein
ander unabhängigen Rohrstücken (Abb. 5) w irkt vorteilhafter als die Schlange in Abb. 6, da erstere Anordnung bei Zubruchgehen eines Elem entes ein
Abbildung 12. A m erikanische T ür- u n d R a h m e n kühlung.
W ärm everbrauch in k c a l je st für 1 Rahmen 208 500
W asserverbrauch in m3 je s t . 4,17
Ofenfassung in t ... 35
Tem peraturerhöhung des K ühlwassers in 0 C 50
B r e n n s to f f a r t...G-eneratorgas(Steinkohle) Wärmeverbrauch in % d er Ofenbelastung . 2,5 Rahmenöffnung in m 2 ... rd. 1,3 Wärmeverluste in kcal je m 2 Rahmenöffnung
und s t ... ICO 500
flächenbestrahlung) wenig zu empfehlen sind. In einem Werk führten die drei wassergekühlten Türen ebensoviel Wärme ab, wie der gesamte Oberofen durch Ausstrahlung verlor. Besser sind wasser
gekühlte Türen, wie sie in Am erika und Deutschland stellenweise Verwendung finden, bei denen das Tür-
A bbildung 14. W assergekühlter T ü rrah m en . N euer Ofen: A lter Ofen:
W ärmeverbrauch in kcal je s t für 1 Tür
rahmen ... 84 000 130 000 Wasserverbrauch in m3 je s t ... 1,86 1,86 Ofenfassung in t ... 10 10 Zulauftemperatur in 0 C ... 5 5 Ablauftemperatur in 0 0 ... 50 75
Temperaturerhöhung d es K ühlw assersin°C 45 70
B r e n n s to ffa r t...Generatorgas aus Steinkohle (7000 k cal/kg)
Wärmeverbrauch in % der Ofenbelastung 3,06 4,75
Rahmenöffnung in m 2 ... 0,55 0,55 W ärm everluste in kcal je m 2 R ahm en
öffnung und s t ... 153 000 236 000
Abschalten ermöglicht. W eiterhin ist der E inbau in das Mauerwerk bei der Anordnung gemäß Abb. 5 erheblich leichter als bei der Anordnung nach Abb. 6.
3. T ü r b o g e n werden in Deutschland m eist m it den Türpfeilern zugleich durch angelegte Türrahm en (Abb. 7 bis 14) gekühlt. Dabei ist zu beachten, daß es sich empfiehlt, die Flanken
dieser Türrahm en schmal zu hal
ten, um die K ühlflächenabstrah- lung klein zu machen. Die von einzelnen W erken erm ittelten W ärmeverbrauchszahlen steigen übrigens nicht, wie erw artet wer
den sollte, m it der Flankenbreite der Rahmen. D araus folgt, daß noch wichtiger als die bauliche Ausführung des Rahmens dessen Aufstellung und Betriebsführung A bbildung 15. K ü hlbalken fü r die
Feuerbrücke.
W ärmeverbrauch in kcal je st für 2 E le
m ente ...
Wasserverbrauch in m3 je s t ...
Ofenfassung in t . . Temperaturzunahme
d es Kühlwassers in
° C ...
W ärmeverbrauch in % d er Ofenbelastung Bernerkimgen . . . .
e/ngegossene kokr-- sc k /ange Jümn?
nx n /.W e/fe
f e i
30 000 5 25
0,572 B essere H altbarkeit
W 'm
ist. Die erm ittelten W ärm everbrauchszahlen schwan
ken von 77 000 bis 366 000 kcal/st und Rahmen bei neuen Oefen (Abb. 8 bzw. 10) und verdreifachen sich fast beim alten Ofen (Abb. 8). Man sieht, wie m an bei alten Oefen bei mangelnder Vorsicht zu ungeheuren W ärm everlusten kommen kann, was ja auch leicht zu erklären ist, denn bei beschädigten Pfeilern
46 S ta h l u n d Eisen. Die K ühlung von Siem ens-M ariin-Oefen. 47. J a h rg . N r. 2.
schlägt ja die Flamme unm ittelbar gegen das ge
kühlte Eisen, das die Wärme ins Wasser fortträgt.
Man h at also für gute Pfeiler zu sorgen, wenn man diese Verluste vermeiden will (bei Abb. 10 Verluste von fast 5% der Ofenwärme bei flottem Betriebe).
4. G ew ö lb e . Einige Werke verwenden zur Ge
wölbekühlung Luftrippen6). Sie geben dem Gewölbe
6. H e r d k ü h l u n g wird noch wenig angewandt und meist durch Hohllegen des Herdes erreicht.
7. Das B r e n n e r m a u l kann m an in seiner Form beibehalten, wenn m an die gesamte Ebene von Gas- und L uftein tritt in den Ofen k ü hlt (Abb. 1, 2, 16, 17 und 18). Man kann sich aber auch darauf be
schränken, den Umfang des Gaszuges zu schützen (Abb. 19, 20, 21) oder nur
das Dach des Gaszuges zu kühlen (Abb. 22, 23, 24 und 25) oder endlich nur
A bbildung 18. B ren n erk ü h lu n g m it R o h rb ü n d eln um den Gaszug.
die Zunge zwischen den Gaszügen durch Kühlungen haltbarer zu machen (Abb. 26).
Die einzelnen K ühlungsarten gehen übrigens ineinander über.
a) Die Kühlung, die die Absicht, die B r e n n e r e b e n e zu kühlen, am klarsten zeigt, ist in Abb. 17 und 18 gezeigt7). Sie ist stark unterteilt und halt
bar, ihre W ärm eabfuhr, da die Kühlvorrichtungen unm ittelbar im heißesten Feuer liegen, erheblich, und ihreTeile sind nicht auswechselbar. Bei Undichtwerden eines Rohres fällt nur ein Teil der Kühlung aus, ge
trennte Ueberwachung der Rohre ist möglich. Statt der aus Rohren bestehenden Fläche w ählt Blaw- Knox (Abb. 1 und 27) einen flachen Stahlgußkasten,
Wassercrvs/r/'/F
Abbildung 17. K opfkühlung m it R ohrbündeln in der Brennerebene.
Wärme verbrauch in kcal je s t für
2 K ö p f e ... 945 000 Wasserverbrauch in kcal je s t . . 90,38 Ofenfassung in t ... 120 Teraperaturzunahme des Kühlwassers
in 0 0 ... 10,5
B r e n n s to ffa r t...Mischgas aus G ich t-u. Koksofengas (1880 k ca l/m 3) Wärmeverbrauch in % d er Ofenbe
lastung ... 6,2 B e m e rk u n g en ... 30 % Mehrerzeugung b ei 10 kg
______________________ L Steinverbrauch/1 Stahl
5. Die F e u e r b r ü c k e n sind m eist durch gußeiserne K ühlkasten gekühlt, die gleichzeitig als Träger ausge
bildet sind und manchmal durch eingelegte W asser
rohre (Abb. 15), sonst durch L uft gekühlt werden. Die W ärm eabfuhr ist gering (30000 kcal/st).
6) J e tz t auch bei einem deutschen W erk verw endet.
8> S t. u. E. 39 (1919) S. 159.
tVassere/h/r/tf
A bbildung 19. K opfkühlung, B a u a rt B lair.
der von der Vorderwand des Ofens bis zur Hinterwanc reicht und den Gaszug halbmondförmig umgibt Nach Angaben der Lieferfirm a kann m an den Rahmei in 3 st auswechseln. Beim U ndichtwerden muß dei Ofen zur Ausbesserung abgestellt werden. Obwoh große wassergekühlte Flächen im Ofen liegen, ge lingt es bei guter W artung, allzu starke Ofenkiihlun<
durch Anwerfen aller Teile außer bei der eigentlichei 7) Vgl. auch S t. u. E . 46 (1926) S. 307 u. 484.
A bbildung 16. K opfkühlung m it H albdüse.
B ei neuer B ei alter Zustellung Zustellung
(350 Schmelzungen) Wärmeverbrauch in kcal je s t für 2 Köpfe 250 000 600 000 Wasserverbrauch in m3 je s t ... 25 30 Ofenfassung in t ... 40 40
Temperaturerhöhung des Kühlwassers in °C 10 20
B r e n n s to ffa r t... Generatorgas (aus Steinkohle m it 6500 bis 7000 k cal/kg) Wdrmeverbrauch in % der Ofenbelastung rd. 2,15 rd. 5,15 B e m e r k u n g en ... 30 % weniger Steinverbrauch
durch Kühlung
also etwa die Form eines Radiators. Besonders in Amerika bildet das Rippengewölbe die vorherrschende B auart (vgl. Abb. 2). Der Gedanke, das Gewölbe durch D arunterblasen von Luft zu kühlen6), ist nirgends zur Ausführung gekommen, während eine Kühlung durch Beblasen m it P reßluft von außen sich stellenweise findet.
13. Jan u ar 1927. Die K ühlung von Siem ens-M artin-O ef en. S ta h l u n d E isen. 47
Hbsser*-
jüjs/nZt Irrfrfff'
Jus/rriï
tfrerfef/Z tjg flo/rnscfr/onge M/M/fOSfenprgfit
re-zr-sn r ' ' l y
nbsserejrfr/fr M jsserousft‘ń t
Abbildung 20. A m erikanische K opfkühlung aus drei K ühlkasten.
Gaszugüberdeckung zu verhindern (der W ärm e
verlust beträgt 250 000 bis 500 000 kcal je st und Ofen8}. In Abb. 20 umrahm en aus plattgeschlagenen Rohren bestehende K ühlkasten den G asaustritt, eine billige Bauart, die nur den N achteil hat, nicht auswechselbar zu sein.
Hitsser-
& iordm inge/er/fotrneji
A bbildung 21.
A m erikanische K opfkühlung m it K ohren u m den
Gaszug.
b) Vielfach sind wassergekühlte Düsen oder H alb
düsen als G a s z u g k ü h lu n g b enutzt worden; am bekanntesten von diesen ist der sogenannte Blair- Kopf (Abb. 19), der zeitweise in Amerika verbreitet
(ZreZte/Z/ge /ti/htsc/r/am ge ¿ 7 ^^
vM V //m y/' ~
240 000 b is 288 000 20 bis 24 78 (Kipp of en)
12
Abbildung 22. K opfkühlung a n einem 80-t-K ippofen.
Wänneverbrauch in kcal je st für 2 K ö p fe...
Wasserverbrauch in m 3 je s t . . . Ofenfassung in t ...
Temperaturerhöhung d es Kühl w as- sers ° C ...
B r e n n s to ffa r t ...M ischgas aus Generatorgas (S tein k ohle), G icht- u. Koksofengas Wärmeverbrauch in % d er Ofen
belastung ... 2,13 b is 2,35 Bemerkungen: Zwischen Gas- und Luftzug 4 Kühlrohre von 21/j "
Durchmesser. In Kopfrückwand eine d reiteilig e K ühlschlange,ein K ühl
kasten am Gaszug. E in Kühlrohr am Schlitz. H öhere Ofenleistung, bessere Haltbarkeit.
8) Nach A ngaben der L ieferfirm a.
*) In A m erika h a t ein W erk n ich t au sg em au erte Volldüsen, die sich g u t bew ähren sollen [B last F u m a c e
8 ( 1 9 2 0 ) S . 6 1 2 f f . ] .
10) Vgl. auch St. u. E. 42 (1922) S. 1137/8 u. 1646.
A bbildung 23.
K opfbühlungen an einem 80-t-K ip p
ofen.
W asserverbrauch in m s ie s t ...
Ofenfassung i n t ... 78 B r e n n s t o f f a r t ... M ischgas (w ie Abb. 22)
Bem erkungen: E ine d reiteilig e Kühlschlange an Ofenseitenwand Kühl rohr zwischen Gas- und Luftzug. E in Kühl rohr zwischen Gas- und Luftzug ungenügend. Nach 43 Schmelzungen waren d ie Köpfe abge
brannt.
wax, je tzt aber wegen seiner allzu starken K ühl
wirkung vom Blaw-Knox-Kasten verdrängt wird.
Man kann die Blair-Halbdüse je nach der gewünschten Flammenlänge heraus- bzw. hineinschieben. In Deutschland arbeitet in einem Maerz-Ofen eine ganz kurze Halbdüse, die von der Seite ausgewechselt werden kann, zur Zufriedenheit (Abb. 16). Aller
dings steigt auch hier die 'Wärmeabfuhr beim A lt
werden des Ofens erheblich, weil dann wahrscheinlich ein stellenweises Umspülen der Düse e in tritt (250000 k ca l/st beim neuen gegen 600000 k ca l/st beim alten Ofen). E in W erk arbeitet m it einer Hochofenform als Gasmaid; diese m uß leicht ausgemauert verwendet werden und möglichst kurz sein, um die Kühlung nicht übermäßig sta rk werden zu lassen*). Bei K alt
gas- und Oelfeuerung werden stets wassergekühlte Düsen verwendet10) (Abb. 28). Eine ähnliche, weniger
Wosserausfr/'ff üü/7¿no¿7r ¿irr Eewo'/be- aufbger* ¿/-E isen
50-■ b is 60-t-Ofen Kühl rohre
Schnauze im
G asspiegef
W iderlager
234 000 341 000 17 000
32,5 12,4
—
50—60 50—60 50—60
2,8 15 16,7
10 42,5 22,8
7,2 27,5
_
A bbildung 24. A m erikanische K opfkühlung (Flaschen, P ark ).
Wärme verbrauch in kcal ie s t * ) für 2 Köpfe ...
Wasserverbrauch in m3 je s t . Ofenfassung in t ...
Zulauftemperatur 0 C . . . . Ablauftemperatur 0 C . . . . Temperaturerhöhung d es K ühl
w assers in 0 C ...
Brennst off a r t ...
Wärme verbrauch in % der Ofen
belastung ...
W ärmeverbranch in kcal je st*) für 2 Köpfe ...
W asserverbrauch in m8 je st . Ofenfassung in t ...
Zulauftemperatur 0 C . . . . Ablauftemperatur 0 C . . . . Temperaturerhöhung d es K ühl
w assers in 0 C ...
B r e n n s to ffa r t...
W anneverbrauch in % d er Ofen
belastung ...
Generatorgas aus Steinkohle m it 7420 k c a l/k g
1,62 2,36
—
75-t-O fen
393 000 270 000 168 000
54,7 21,1 —
75 75 75
2,8 13,9 10
i o 26,7 24,5
7,2 12,8
_
Generatorgas ans Steinkohle m it 7420 k c a l/k g
2 42 1,66
—
*) W ärm everluste für d ie Kopfkühlung sehr gering: m an muß w ahrscheinlich b ei alten Oefen m it dem doppelten W erte rechnen.
48 S tah l u n d E isen. Die K ühlung von S iem en s-ja a tm K fejtm . *<• «*•
Sc/rnijf /¡-ß
¿68 S c /r n /tfC -0 bis 600 Schmelzungen und m it einer
kleinen Zwischenausbesserung bis zu 1000 Schmelzungen. Vor E inführung der Kühlung hielten die Köpfe 250 bis 350 Schmelzungen bis zu einer kleine
ren und weitere 200 Schmelzungen bis zu einer größeren Ausbesserung.
Die Dachkühlung ist auch m it eingemauerten, runden Kühlrohren im Steinfleisch zwischen Gas- und Luftzügen versucht worden (Abb. 22 und 23).
D ank der geringen Kühlfläche der engen Rohre tra t
K opfkühlung m it Z ungenkühlung a n einem Siem ens-M artin-O fen.
Vorderes T -R ohr H in teres T -R ohr
180 000 67 000
4,2
10 15 18
5 b is 25
wegen U n d ich th eiten abgestellt.
groß, immer dann nämlich, wenn dieser dem Ofen- innern große ungedeckte Flächen bietet. Bei einem deutschen und einem ungarischen W erk halten sich bei zum Kopf heruntergezogenem Gewölbe die Wärme- A bbildung 26.
W ärm everbrauch in kcal je st fü r 1 T -E lem ent W asserverbrauch in m 8 je s t ...
Ofenfassung in t ...
T em peraturerhöhung des K ü h l wassere i n ° 0 . . B em erkungen: T -T -E lem ent ¿nach 120 Schm elzungen
Rohre oder auch Kühlschlangen (Ab
bild. 22, 23, 24 und 30). Man kann die Kühlung des L uft
zugs auch zu weit treiben, so daß
Schmelzungsdauer und Kohlenver- 13 Jan u ar 1927. D ie K ühlung von Siem ens-M artin-Oe/en. S ta h l u n d E isen. 49
\m t/>
S u er/ra m /s/sfen ?
Luft/riiM ung Verluste in normalen Grenzen, bei älteren deutschen Ausführungen waren sie z. T. hoch. Die Einschnürung des Brennermauls m it Mauerwerk und die H inter
kühlung dieses Mauerwerks m it Kasten findet sich auch bei der seitlichen Kühlung des Yenturi-Ofens von Blaw-Knox in Abb. 27.
8. Da die L u f tz ü g e meist die H auptm enge der Abgase abführen, h at ihr Mauerwerk besonders große Wärmebelastungen auszuhalten. Besonders groß sind diese beim Maerz-Ofen. Deswegen wird hier auch häufiger als bei anderen Ofenbauarten von Kühlung Gebrauch gemacht. Manchmal begnügt man sich m it einem um den Zug herumgelegten Kühlkasten, durch den durch natürlichen Zug L uft gesaugt wird. Meist verwendet m an jedoch um den Luftzug gelegte Kühlrohre. Bisweilen legt m an auch nur an die Stoßseite der Flamme gekühlte
k \\\\\\i M a g n e s it
tZ i/ A S im a r
C h ro m s te in e ) S c h a m o tte B 5 S I C h ro m it E fe -v a B a s . M c rte r ia t K 2 2 3 B e to n
I Hfasserküh/ung Lufthüh/ung
Abbildung 27.
A m erikanischer Siemens-M artin- Ofen m it Blaw -K nox-K opf.
brauch steigen (vgl.
Abb. 31).
9. Die S e ite n w ä n d e des Siemens- M artin - Ofens er
reichen durch die Kühlung der L uft
züge (s. oben) die nötige Kühlung.
Eine Kühlung des Gaszuges ist selten erforderlich. Wo m an ihn frei
stehend ausführt, wie beim Maerz-Ofen, kühlt er sich selbst; aber auch ohne dieseVorsichtsmaß nähme ist er wegen der verhältnism äßig geringen W ärm ebelastung nur geringem Verschleiß unterw orfen; trotzdem werden manchmal die ganzen Seitenwände gekühlt (Abb. 22, 24, 27 und 30). Der W ärme verbrauch der Seiten
w andkühlung k ann bei kurzen Köpfen sehr hoch sein (bei Abb. 30 b eträ g t er 224000 bis 528000 kcal/st, bei A nordnung gemäß Abb. 24 einschließlich der
Abbildung 28. K ühlung ein er K oksofengasdüse a n einem 100- bzw. 32-t-Siem ens-M artin-O fen.
Wärmeverbrauch in kcal je s t für
4 G asdüsen... 4 9 1000 — Wasserverbrauch in m3 je s t . . . . 15,80 29,10 Ofenfassung in t ... 30 100 Zulauftemperatur in ° C ... 19 19 Ablauftemperatur i n 0 O ... 50 —
Temperaturerhöhung des W assers 0 O 31 —
B renn stoffart... K oksofengas von rd. 4000 kcal/m3 Wärmeverbrauch in % der Ofeube-
belastung... 0 1 2 — I I «
A bbildung 29. K ühlu n g eines Mollkopfes.
W ärmeverbrauch in kcal für beide
Köpfe je s t ... 683 000 (für KUhlkasten allein schätzungsw eise 420 000) W asserverbrauch in m 3 je s t . . . . 24 75,02 Ofenfassung in t ... 50 — Temperaturerhöhung in 0 O . . . . — 9,12 Wärme verbrauch in % der Ofenbe
lastung ...— 7,1
B e m e r k u n g e n ... Messung b ei altem Ofen (230 Schm elzungen)
7
50 S tah l u n d Eisen. D ie K ühlung von Siem ens- M artin-uejen. t. UiŁUig. J-ł
Artardm/nfrfer, AüA/scA/a/7ge
AüMÁosfefí
528 000 10 78 A bbildung 30. K opfkühlungen an einem 80-t-K ippofen.
N eu er Ofen: A lter Ofen:
Wärmeverbrauch in kcal je s t für 2 K ö p f e ... 224 000 Wasserverbrauch in m3 je s t . . . . IC Ofenfassung in t ... 78 Temperaturzunahme d es Kühlwassers
in 0 C ... ^3 B r e n n s to ffa r t... Mischgas aus Generatorgas(Stein-
kohle), Q-icht- u. Koksofengas Wärmeverbrauch in % der Ofenbe
lastung ... rd. 2 4,7 B e m e r k u n g ... E ine d reiteilig e H öhere Ofen-
Kühlschlange. leistun g, bessere Kühlkasten an H altbarkeit der Kopfrück
wand
A bbildung 32. G ekühlte B eobachtungsöffnung im Gaszug.
Wärmeverbrauch in kcal je s t für 1 K asten . 107 500 W asserverbrauch in m 3 je s t ... 2,15 Ofenfassung in t ... 35 Temperaturerhöhung d es Kühlwassers in °C 50 B r e n n sto ffa r t... Generatorgas (Steinkohle) W ärmeverbrauch in % der Ofenbelastung. rd.1,28
A bbildung 33.
Z ungenkühlung an einem 80-t-K ippofen.
Wasserverbrauch je st:
gering; Ofenfassung in t: 78; Brennstoffart:
Mischgas aus Genera
torgas (Steinkohle), Gicht- und Koksofen
gas. Bem erkungen: 1 Kühlbalken am Schlitz, bessere Haltbarkeit.
SA rütrcm d/rüfi/i/ücr VjfoAre
A¿7/r/‘
Aasten
A bbildung 31. U eb ertrieb en e K ühlu n g an einem Maerz-Ofen.
A bbildung 34.
W assergekühlte V erbin
dungsrohre fü r K opf und H erd bei K ippöfen.
Rückw and bis zu 340000 kcal /st). Daß die Seitenwand
kühlung des Gaszuges eigent
lich überflüssig ist, beweisen die Erfahrungen eines Werkes, das neuerlich u nter Verzicht jeder Seitenwandkühlung Gas- und L uftzug freizügig auf
führen ließ und bei dieser Bauweise durch die natürliche Luftkühlung ausreichende H altbarkeit erreichte. Die Amerikaner, die oft m it sehr langer Flamm e und starker N achverbrennung arbeiten, brauchen eine Gaszugkühlung
W armeverbrauch in kcal je s t für 4 K ühl
ringe ... G7 000 W asser in m3 je s t für 1 R i n g ... 2,09 Ofenfassung in t ... 120 Zulauftemperatur in 0 C ... 25— 30
Temperaturzunahme d es Kühlwassers in 0 C 8
B r e n n s to ffa r t...
W ärm everlust in je K opf . . . Bemerkungen . .
% der Ofenbelastung
Gaszug- Luftzug- Stirn wand - Feuer- Insgesam t
Für beide Ofenseiten: kühl urig: kühlung : kühlung: brücken- kühlung:
für den ganzen Ofen:
Wärmeverbrauch je s t in
10« kcal ... 0,491—0,52 1,23— 1,38 0,253 0,054— 0,066 2,031— 2,219 W asserverbrauch in m3
je s t ... 13,03—12,81 64,63— 64,75 15,31 9,8—4,93 102,77— 97,8
OfenfassuDg in t . . . . 50 50 50 50 50
Zu Jauftemperatur 0 C . 18— 19 18— 19 18—19 18— 19 18— 19
Temperaturzunahme 0 C 38—50,6 19— 21 16,5 5,5— 13,4 rd. 20,0— 22,0
B r e n n s to ffa r t... Braunkohlen Braunkohlen-Braunkolilen-Braunkohlen-
briketts briketts briketts briketts
Bem erkungen: Kühlung zu scharf im Luftzug, L uft b ereits in Kammern unvollkom m en vorgewärm t. B ei A bstellung der Luftkanalkühlung Ofenleistung 6,54 t / s t , m it Kühlung 4,78 t/s t.
Mischgas aus G ich t-u . Koks
ofengas (1880 k cal/m 3) 0,22 . . ... B essere H altbarkeit und
höhere Leistung
häufig und benutzen dafür meist Schlangenrohrkühlung (Abb. 24), selten K astenkühlung (Abb. 27).
Eine empfehlenswerte Anord
nung zur Bedienung des Gaszuges h a t ein W erk getroffen, bei dem ein wassergekühltes Zugbeobach
tungsloch im Gaszug geschaffen ist, das m it einer steinernen Tür verschlossen wird (Abb. 32).
13. Ja n u a r 1927. D it Kühlung r tw » Siemens-Martin-Oefen. Stahl und Vi^cn. 51
1S7fi
A bbildung 37. W asserg ek ü h lter V en tilteller.
F ü r G as- F ü r G as
v e n til: regel v e a til:
WarmeYerb rauch in kcal j e s t fü r 1 V en til-
t e ü e r ... SSOOJ 15 000
W asserverbrauch in m3 je s t 3,5 2.5
Ofenfassung i n t ...
Zniaofremperatnr in • C 23 23
A blanftem peratcr i n * C . . . . 30 28 T em peraturerhöhung d es Kühlw assers in • C 8 6 B r e n n s t o f f a r t ...G en era to rsa sfS teick o h le) W irm everbrauch in % d er Ofenbelastung . 0,1® 0,008
it) D iese K ü h lu n g e rle ic h te rt allerdings etw as die W andausbesserunst.
10. K a m m e r tr e n n u n g s w ä n d e werden bis
weilen in Amerika gekühlt. Die K am m ern werden hier, um das U ebertreten von Gas in die Luftkam m ern zu hindern, durch G ußkasten getrennt und manchmal mittels durch diese hindurehgesaugter L uft gekühlt.
Mitunter findet m an auch eine Kühlung der Kammertrennungswände durch Luftrohre. Zur E r
höhung der O fenhaltbarkeit kann dieses Verfahren nicht beitragen, da die K am m ertem peraturen die Steine der Trennwände nicht gefährden: therm isch wirkt es sogar schädlich, da es die K am m ertem pera
turen heruntersetzt. Die Trennung der Kammern durch Gußkasten und sorgfältige Isolierung der Wände ist die beste Bauweise.
11. S o n s tig e O f e n a u s r ü s t u n g e n . Bei Kipp- öfen sind häufig wassergekühlte R in g e dort, wo der Kopf an den M ittelofen m it dem H erdraum (Abb. 33 und 34) anstößt, im Gebrauch, wodurch ein gutes Schließen beider Teile erreicht u nd som it auch das E in treten von F alschluft verm ie
denw ird. Die Ameri
kaner kühlen m anch
m al auch die H erd
einschnürung der Kippöfen (Abb. 35),
K lein es Großes V en til V entil Warmeverbraach in kcal je s t fü r 1 V en til . . 30 250*) 40 350*) Ofeniassimg i n t ... SO—100 SO—100 Warmererbranch in % d e r Oienbelasnmg . . . rd . 0,2 rd. 0,27
Abbildung 36. Wasserst?*
kühlte V entilschieber (B law -K nox).
*) Xacb Angabe d e r Liefexm m i.
s Hfrmr M n c /stsn te A bbildung 35.
A m erikanischer K ippofen.
wie überhaupt drüben vielfach Kühlungen in übertriebenem Maße angewendet werden; z. B.
i werden dort auch Kühlrohre in
^ die Widerlager-U-Eisen eingelegt, die das Gewölbe tragen11) (Abb.
27). Eine weitere Sonderheit bildet die Rückwandkühlung etwas über der Sehlaekenzone (Abb. 27). Sie besteht aus flachen W asserrohren, die bei den in Amerika häufigen Rück
wandausbesserungen eine gute U nt erläge fü r die E rsatzm auer bieten und deshalb auch hauptsächlich verwendet werden. Einen wasser
gekühlten V e n t i l s e h i e b e r (R auart Blaw-Knoxl zeigt Abb. 36; ein gekühlter V e n t i l t e l l e r für Gas- und Abgasventile ist in Abb. 37 wiedergegeben.
Bekannt sind die wassergekühlten Ventiltrommeln von M annstaedt und die Forterventile, deren Wasser- abschluß auch eine Kühlung darstellt. Letztere
52 S ta h l u n d Eisen. Gastiefenzementation und ihr E in flu ß a uf einsatzgehärtete Stähle. 47. J a h rg . N r. 2.
Kühlung ist übrigens betrieblich recht schädlich, da sie durch U eb ertritt von Dampf die wertvolle A bgastem peratur senkt und das Frischgas ver
schlechtert. Die W ärm eabfuhr in Höhe von etwa 5000 k ca l/st (für ein Gasventil bei einem 15-t-Ofen) spielt dieser schädlichen, leider noch nicht einwand
frei erm ittelten Verdampfung gegenüber keine Rolle. Im übrigen ist der W ärmeverbrauch auch der ändern genannten E inrichtungen18) gering, da sie meist in niedrigen Tem peraturgebieten liegen, wie z. B. die Ventile. Die Wärmeverluste durch
die Kühlringe der Kippofenköpfe steigen beim alten Ofen bis auf 600000 kcal/st. (S ch lu ß folgt.)
lä) Die noch häufig angew andte K ü h lu n g von G as
erzeugern soll h ier n ic h t b eh an d elt w erden, obw ohl sie- in m anchen W erken einen erheblichen A n teil a n d e n W ärm everlusten des B etriebes h a t. M an re ch n e t bei einem Gaserzeuger m it 2,60 m D urchm esser m it e in e r stü n d lich en W ärm eab fu h r von h ö chstens 300000 kcal.
Bei m anchen W erken b e trä g t die W ärm ea b fu h r durchi G aserzeugerkühlung a b er noch n ic h t 1/io des W ertes , u n d m ac h t d an n % bis 1 % % des W ärm ein h alts der v er
g asten K ohle aus. Bei dem e rstg en a n n te n W e rt b e trä g t sie fa s t 10 % des W ärm everbrauchs.
Die G astiefenzem entation und ihr Einfluß auf die E igenschaften des Kernes im Einsatz gehärteter Stähle.
Von $ r.= $ n g . W . R o h l a n d in Bochum.
[M itteilung der V ersuchsanstalt der R om bacher H ü tten w erk e, A bt. W estfälische Stahlw erke in W eitm ar l e i Bochum ]
(Zementationsversuche an zwei Kohlenstoff stählen und einem Chrom -Nickel-Stahl in Leuchtgasatmosphäre.
E in flu ß verschiedener Temperatur und der Zementationsdauer auf die Zementationstiefe, Kornvergröberung, Kernfestigkeit und Gefüge. D ie günstigste W ärmebehandlung.)
I | i e vorliegenden Versuche verdanken ihre E nt- stehung den im Jan u ar 1924 erschienenen Vor
schlägen des Eisenbahn-Zentralam tes (E. Z. A.) betr. neue Vorschriften für die Beschaffenheit und Abnahme der Treib- und Kuppelzapfen zu den R ad
sätzen der Heißdampflokomotive aus im Einsatz gehärtetem Siemens-Martin-Stahl. Die Reichseisen
bahn h atte nach dem Kriege für diese Zwecke ver
güteten Chrom-Nickel-Stahl verwendet, sah sich jedoch durch die vielen Anstände, die die W erkstätten durch das Nacharbeiten und den E rsatz dieser vergüteten Zapfen hatten, gezwungen, zu einem W erkstoff m it höherer Oberflächenhärte und doch genügender Zähigkeit des Kernes, d. h. zu einem im E insatz ge
h ärteten Stahl, überzugehen. Das Eisenbahn-Zentral
am t legte bei diesen Vorschlägen ganz besonderen W ert auf eine möglichst tiefe Einsatzschicht m it einem gleichmäßigen Kohlenstoffgehalt von 0,9 % bei gleichzeitig niedriger Festigkeit und möglichst hoher Dehnung im Kern des fertigen Zapfens. Als W erk
stoff war ein unlegierter E insatzstahl m it einem Kohlenstoffgehalt von 0,06 bis 0,13 % in Aussicht genommen.
V e r s u c h s m i t t e l u n d a llg e m e in e V e r s u c h s a n o r d n u n g .
Es wurden zwei Einsatzstähle m it einem der unteren (S U) und oberen Analysengrenze (S O) ent
sprechenden Zusammensetzung untersucht. Außer
dem wurde in A nbetracht dessen, daß ein unlegierter Einsatzstahl m it einer K ernfestigkeit von 34 bis 42 kg/m m 2 nicht m it genügender Sicherheit ein Ver
biegen oder Brechen der Zapfen bei Ueberbean- spruchungen ausschließt, ein chrom-nickel-legierter E insatzstahl m it etwas höherem Kohlenstoffgehalt (L S) und demgemäß höherer K ernfestigkeit zum Vergleich herangezogen. Die chemische Zusammen
setzung und die mechanischen Eigenschaften der Stähle gehen aus Zahlentafel 1 hervor. In Anlehnung an die praktischen Verhältnisse wurden die Stäbe, wie es bei der Herstellung von K uppelzapfen üblich ist, nach der Schmiedung in Asche abgekühlt. F ü r die Zementationsversuche wurden Proben von 200mm Länge und 50 mm (J) verw endet, die in der M itte zur leichteren Herstellung des Bruches eine 3 m m tiefe E inkerbung erhielten. Als Zem entationsm ittel wurde nach den langjährigen E rfahrungen der W estfälischen Stahlwerke Leuchtgas benutzt. Die Betriebsergeb
nisse hatten gezeigt, daß die Zem entation m it Gas bedeutend schneller und tiefer vor sich geht als m it festen E insatzm itteln, daß derü eb erg an g vom Rande zum Kern bei Verwendung von Leuchtgas sehr all
mählich erfolgt und niemals ein A bblättern vor kom m t, des weiteren, daß bei sachgemäßer D urchführung der Zem entation eine überperlitische Aufkohlung nur in den seltensten Fällen a u ftritt, und dann auch nur die Z ah len ta fel 1. C h e m i s c h e Z u s a m m e n s e t z u n g u n d E e s t i g k e i t s w e r t e d e r d r e i V e r s u c h s s t ä h l e im
A n l i e f e r u n g s z u s t a n d e . B e
z e ich nung
Zusam m ensetzung
F e stig k e it k g/m m 2
S treck grenze kg/mm>
W erkstoif H erstel Iung
0
% Si
% Mn
% P
% s
% N i
% Or l %
D eh n ung
%
Schnü
rung
% größe
in W U n leg ier
t e r SU g ew alzt 0,06 0,39 0,038 0,034 — — 35,0 25,2 36,7 69,3 1030
E in s a tz
s ta h l SO >• 0,12 0,12 0,69 0,038 0,037 - - 44,1 27,4 33,4 63,6 940
L eg ierte r
S tah l L S geschm . 0,18 0,15 0,36 0,019 0,032 1,85 0,44 47,4 30,2 28,3 45,4 1110
13. J a n u a r 1927. Gastiefenzementation un d ihr E in flu ß auf einsatzgehärtete Stähle. S ta h l u n d Eisen. 53 Zahlentafel 2. E r g e b n i s s e d e r W i e d e r v e r f e i n e r u n g s v e r s u c h e m i t 8 s t b e i 975° z e m e n t i e r t e n S t a h l
p r o b e n ( K e r n p r ü f u n g ) .
Werk
stoff W ärm ebehandlung O berflächenhärte
nach Shore
Z ugfestig
k eit kg/m m 2
Streckgrenze kg/niin-
D eh
nung
%
E inschnü
rung
%1
K orngröße in p.2 nach der Z em entation
SU 7 7 0 °/W asser ...
7 0 0 ° /0 fe n bis 7 7 0 °/W asser . . . 930°/O el bis 7 7 0 °/W asser . . . 9 3 0 ° /0 e l bis 7 7 0 °/W a sser . . .
89 85 88 B lin d p ro b e u n zem en tiert
47.7 48.7 46,4 43,2
34,9 34.4 31.4 31.4
24.0 23.0 29,5 26,7
59,9 ) 61,1 } 61,0 J 64,2
3270
1030 s o 7 7 0 ° / W a s s e r ...
7 0 0 ° /0 fe n bis 7 7 0 °/W a sser. . . . 930°/O el bis 7 7 0 °/W a sser . . . 9 30°/0 el bis 770®/Wasser . . .
88 81 86 B lindprobe u n z em en tiert
56.1 64.2 52,6 51,0
36,2 34,9 33,0 31,8
19,6 20.4 25,2 25.5
57,3 I 63.1 \ 51,8 J 52.2
2070
940 LS 7 7 0 ° / W a s s e r ...
700°/O fen bis 7 7 0 °/W a sser . . . 9 3 0 ° /0 e l bis 7 7 0 °/W a sser . . . 9 3 0 ° /0 e l bis 7 7 0 °/W a sser . . .
85 84 86 B lin d p ro b e u n zem en tiert
71.2 72.2 77.2 57,1
48,3 54.8 49,5 33.9
16,0 15.0 16,3 19.0
52.0 ) 34,6 } 40.0 J 30,2
1540
1110
äußerste Randzone hiervon betroffen wird, die durch Schleifen stets entfernt wird. Weiche Flecke, wie sie bei festen Zem entationsm itteln des öfteren Vor
kommen, wurden niemals beobachtet. Abgesehen von diesen rein technischen Vorteilen ist die W irt
schaftlichkeit des Verfahrens bedeutend günstiger als beim Arbeiten m it festen Zem entationsm itteln.
Diese Vorteile der Gaszem entation m achte sich die Firm a K r u p p schon früh bei der Zem entation der Panzerplatten zunutze1), wobei es vor allen D in
gen auf die Tiefenwirkung ankam. In weiterer Ueber- einstimmung stehen die angeführten Erfahrungen m it den eingehenden Versuchen von G iolitti und seinen Schülern, Insbesondere stellte F r. G i o l i t t i 2) fest, daß im Gegensatz zu reinem Kohlenoxyd, bei dem als Zementationsmittel ein zu geringer Kohlenstoffgehalt in der Randzone erzielt wird, und zu reinen Kohlen
wasserstoffen, die als Zem entationsm ittel eine zu starke Wirkung besitzen und infolgedessen den Koh
lenstoffgehalt über 0,9 % in der Randzone steigern, das Leuchtgas als eine Mischung dieser beiden Ze
mentationsmittel eine gleichmäßige Randzone m it nicht über 0,9 % C m it gleichmäßigem Uebergang zum weichen Kern bei der Zem entation h interläßt.
Teils in Uebereinstimmung, teils widersprechend stehen diesem die Arbeiten von F. K u r e k 3) und E. F. L a k e 4) gegenüber. E rw ähnt sei nur, daß Kurek dem Kohlenoxyd allein eine praktisch brauchbare Zementationsfähigkeit abstreitet und die günstigsten Ergebnisse m it M ethan und Leuchtgas bei gleich
zeitigem Ammoniakzusatz erzielt, während Lake m it Kohlenoxyd außergewöhnlich hohe Aufkohlungen erreicht haben will bei gleichzeitig schroffem Ueber
gang des Kohlenstoffgehaltes zum Kern, der nach Giolitti6) gerade bei der Kohlenoxydzem entation sehr
2) Vgl. E . E h r e n s b e r g e r : S t. u. E . 42 (1922) S. 1277/1322.
2) La cem entation de l’acier (P a ris: L ibrairie Scientific H. H erm ann e t fils 1914) S. 126/7 ff.
а) St. u. E. 32 (1912) S. 1780.
*) Iro n Age 89 (1912) S. 81/3; vgl. S t. u. E . 32 (1912) S. 1581.
б) A. a. 0 ., S. 119 ff.
allmählich verlaufen soll. Den N achteil des schroffen Ueberganges, der starkes A bblättern zur Folge hat, will Lake durch Zugabe von Kohlenwasserstoffen bzw. reinem Kohlenstoff vermieden haben. D a die Erfahrungen bei den W estfälischen Stahlwerken, wie bereits erwähnt, unbedingt für die Verwendung von Leuchtgas sprachen, wurden über den Einfluß der verschiedenen Gaszusammensetzungen keine weiteren Untersuchungen vorgenommen. F ür die eigenen Ver
suche wurde ein Leuchtgas m it folgender D urch
schnittszusammensetzung verw endet: 8,0 % CO, 49,2 % H 2, 30,0 % CH4, 2,2 % CmHn, 0,0 % 0 2, 2,8 % C 0 2, 7,2 % N2.
Die Zem entation der Proben wurde in einer m it Selasgas beheizten Gasmuffel durchgeführt, in die der
A bbildung 1. E in b a u des Z em entationskastens in einer Selas-Muffel fü r G as-Z em entation.
Zem entationskasten entsprechend Abb. 1 eingebaut wurde. Zwecks vollkommener A bdichtung wurde der Flanschverschluß außerhalb der Muffel gelegt, wobei durch eine Scham ottewand der innerhalb der Muffel liegende Teil des Zem entationskastens von dem aus der Muffel herausragenden Teil wärmesicher ab getrennt wurde. Gasdruck und Gasgeschwindigkeit wurden durch Druckmesser und Regelung der Flammenlänge des austretenden Zementationsgases konstant gehalten. Die Tem peratur wurde durch ein Platin-Platinrhodium -Elem ent in Verbindung m it schreibendem Galvanometer gemessen. Die A bküh
lung der Proben erfolgte entsprechend den A r
beitsbedingungen bei Treib- und Kuppelzapfen in der Muffel.
