Titel: Ueber den Betrieb der Hohöfen mit heißer Luft.
Autor: Bernoulli, Christoph
Fundstelle: 1835, Band 55, Nr. VIII. (S. 37–52)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj055/ar055008

VIII. Ueber den Betrieb der Hohöfen mit heißer Luft. Von Professor C. B.

Mit Abbildungen auf Tab. I.

A. Faktischer Theil.

Um die Mitte des vorigen Jahrhunderts erzeugte England kaum 18,000 Tonnen Eisen, und war nahe daran, alle seine Hohöfen einstellen zu müssen, weil Holzmangel die Productionskosten bald unerschwinglich machte. Jezt erzeugt es jährlich über 600,000 Tonnen Roheisen, so viel ungefähr als das übrige Europa zusammengenommen, und kein Land vermag das Eisen wohlfeiler zu liefern, als das theure England. Einer dreifachen Erfindung verdankt es hauptsächlich diese wunderbare Wendung jenes Gewerbzweiges: der Kunst nämlich mit destillirten Steinkohlen oder Kohks das Erz zu schmelzen, der Erfindung der Cylindergebläse, und der Vervollkommnung der Dampfmaschinen. Denn nun stand seinem unermeßlichen Reichthume an Erz ein eben so unerschöpflicher an Brennstoff zur Seite, |38| um solches zu gute zu machen und zu verarbeiten, und nun erst hatte es Mittel, um der Unternehmung die größte und vortheilhafteste Ausdehnung zu geben, und überall und wohlfeil die nöthige Kraft, um diese Mittel anzuwenden. So kam es, daß Wales die Tonne Gußeisen (20 Cntr. zu 112 Pfd.) vor 10 Jahren schon zu 3 1/2–4 Pfd. Sterling (42–48 fl.) zu liefern vermochte. Und wie diese Erfindungen von England ausgingen, so profitirten sie auch fast ausschließlich diesem Lande. Erst in neuerer Zeit wurden sie hie und da auch auf dem Continente aufgenommen.

Kaum indessen hatte man angefangen diese Fortschritte in andere Länder zu verpflanzen, als England mit einem neuen Verfahren auftrat, das den Eisenwerken neuerdings fast unglaubliche Vortheile verspricht. Es besteht dieses darin, daß man die Hohöfen nicht wie bisher mit kalten, sondern mit vorerst erhizter Luft speist oder betreibt; da bei dem Einblasen von heißer Luft das Schmelzen des Erzes nicht nur ungleich weniger Brennstoff als vorher erfordert, sondern da nunmehr auch die rohe Steinkohle zur Schmelzung geeignet ist. Bei diesem Verfahren soll ferner derselbe Ofen um ein Bedeutendes mehr Eisen erzeugen, und es soll an Wind so wie an Zuschlag erspart, und überdieß das Eisen besser werden. Es soll endlich dasselbe Verfahren auch auf andere Schmelzprocesse, und namentlich auf die Umschmelz- oder Cupoloöfen anwendbar seyn.

Beruht das Ebengesagte auf keinerlei Täuschung, so muß offenbar die Einführung dieser neuen Schmelzmethode für Englands Wohlstand von außerordentlichem Nuzen seyn. Denn wie unerschöpflich auch seine Kohlenlager scheinen, bei dem unermeßlichen und immer steigenden Consum dieses Materials muß doch zulezt eine Abnahme dieser Vorräthe fühlbar werden5); und jedenfalls muß aus jener Ersparniß eine so namhafte Verminderung der Productionskosten hervorgehen, daß der Preis des Eisens noch um ein Bedeutendes herabgesezt werden kann.

Von nicht minderer Wichtigkeit ist aber diese Erfindung auch für den Continent, ja von einer größeren wohl als alle früheren, und von einer größeren, sogar für viele Gegenden, als für England selbst. Denn während jene Erfindungen fast ausschließlich nur den Betrieb der Oefen mit Steinkohlen begünstigten, ist diese neue mit ähnlichem Vortheile auf alle Oefen, auch auf Holzkohlöfen also, an |39| wendbar. Und da ferner bei vielen unserer Eisenwerke der Brennstoff nicht wie in England den geringeren, sondern vielmehr den bedeutenderen Theil der Productionskosten ausmacht, so muß eine Erfindung, die den Bedarf an diesem Materiale um Vieles vermindert, sich verhältnißmäßig ungleich vorteilhafter noch für uns erweisen.

Unverzeihlich wäre es daher, wenn dieses neue Schmelzverfahren nicht bald und allgemein auch in Deutschland angenommen würde; wenn man stolz etwa auf gewisse Vorzüge des Holzkohleneisens auch diese Vorschritte der englischen Industrie zu verachten affectirte; oder wenn man behaglich abwartete, bis nirgends mehr unsere Eisenpreise mit den englischen Concurrenz halten könnten; und dann wohl gar zur Rettung unserer Werke nur immer noch höhere Zölle, als Prämie unserer Trägheit, verlangen wollte. Um so unverzeihlicher wäre eine solche Gleichgültigkeit, wenn die Neuerung ohne Gefahr und ohne bedeutende Kosten versucht werden kann.

Bevor indessen irgend eine Erfindung mit Recht empfohlen werben darf, muß allerdings mit aller Behutsamkeit untersucht werden, ob und in wie weit die von ihr gerühmten Vortheile sich wirklich bestätigen, und ob denselben nicht mehr oder minder große Nachtheile zur Seite stehen. Denn nur zu oft beruhen selbst die gepriesensten auf einer Täuschung. Wir versuchen daher zusammenzustellen, was sich aus den bisherigen Berichten über den Betrieb der Hohöfen mit heißer Luft als zuverlässige Thatsache ergeben hat. Wir entlehnen die Angaben namentlich aus den (amtlich abgefaßten) Abhandlungen von Dufresnoy, Gueymard und Voltz im vierten Baude der Annales des Mines. 6)

Das neue Verfahren besteht bekanntlich darin, daß man den Wind nicht unmittelbar aus dem Gebläse in den Ofen führt, sondern daß man ihn zuvor durch (glühend) heiße Röhren von Gußeisen streichen läßt, so daß bedeutend heiße Luft in den Ofen eingeblasen wird. Zuerst wurde dieses Verfahren im Jahre 1830 auf den Clydeworks bei Glasgow von den HH. Niellon, Makintosh und Wilson angewendet.

Anfangs wurde die Luft in einem kleineren Apparate auf 200–280° F. (93–137° C.) erwärmt. Jezt wird sie aus dem Blascylinder durch eine 150' (engl.) lange und 19'' weite Röhre von Gußeisen getrieben, die in 2 Armen nach den beiden Düsen des |40| Ofens führt. (Fig. 62.) Die Röhre a liegt in einem Canale von Baksteinen, der als Rauchgang dient, und in einen hohen Schornstein ausmündet. Sie geht durch 5 heiße Oefen, oder Feuerherde b, und ist, wo sie im Feuer liegt, mit Baksteinen umgeben. Derselbe Cylinder betreibt, von einer 70pferdigen Dampfmaschine in Gang gesezt, 4 Hohöfen, wovon jeder einen solchen Hizapparat hat. Er schöpft per Minute 8460 Kubikfuß Luft, und liefert jedem Ofen also per Minute 2120 K.' frische Luft, die auf 300° C. erwärmt etwa das doppelte Volumen bilden. 3 dieser Hohöfen waren bereits im Gange, als jene Apparate damit verbunden wurden, und erhielten von demselben Cylinder 1/3 mehr Wind, oder per Minute 2825 K.' – 1831 wurde er auf 450° F. (232° C.) erwärmt, und die Oefen noch mit Kohks betrieben.

1833 wurde der Wind auf 612° F. (322° C.) erhizt, und das Schmelzen mit roher Steinkohle bewirkt.

1829 producirten die 3 Oefen (mit kalter Luft) in 24 Stunden: 17 3/4 Tonnen Guß (jeder 6 T.) und verzehrten in dieser Zeit 53 T. Kohks (= 111 T. Steinkohlen)7) 31 1/2 T. geröstetes Erz und 9 1/2 T. Zuschlag.

1833 lieferten die 4 Oefen (mit 322° C. heißer Luft) 36 T. Guß (jeder 9 T.) und verzehrten 72 1/4 T. Steink. 68 T. Erz und 11 T. Zuschlag.

Außerdem verbrauchte das Gebläse in beiden Jahren circa 18 T. Steink. und im zweiten die Windheizung noch etwa 15 T.

Ueberhaupt kostete die Erzeugung von 1 Tonne Guß an Steinkohlen:

1829 (mit kalter Luft) 7 1/2 T. und 10 1/2 Cntr. Zuschlag.

1831 (mit Luft von 450° F.) 5 T. und 9 Cntr. –

1833 (mit Luft von 612° F.) 3 T. und 7 – –

Die Ersparniß an Steinkohlen stieg also auf 3/5 oder 60 Proc. Die Erzeugungskosten (im Ganzen aber) verminderten sich von 77 Schilling auf 50 oder um 35 Proc.

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Schon die ersten Versuche in obigen Werken hatten einen so viel versprechenden Erfolg, daß mehrere andere das Einblasen von heißer Luft einführten. In demselben Jahre (1830) schon wurde diese Methode in den benachbarten Werken von Calder angenommen; und im Sommer 1833 fand Dufresnoy, der von der französischen Regierung zu dem Ende nach Schottland und England geschikt worden, dieselbe bereits auf 21 Eisenwerken (mit 67 Hohöfen) angewandt. Der Luftheizapparat hat bei den meisten eine abweichende |41| Einrichtung, die Resultate sind aber bei allen im Wesentlichen dieselben.

1) Das Schmelzen erfordert ungleich weniger Brennstoff.

Die Ersparniß ist um so größer, je stärker die Luft erhizt wird, und noch bedeutender, wenn man dann statt der Kohks rohe Steinkohle gebraucht.

Zu Calder kostete die Erzeugung von 1 Tonne Guß bei kalter Luft 7 3/4 T. Steink. und in Summa 8 1/4 T. Mit Luft von 300° F. (und Kohks) 4 3/4 T. und in Summa, d.h. die Gebläse und Hizkohlen inbegriffen, 2 1/2 T.

Zu Monkland früher 7–8 Tonnen Steinkohlen. Jezt mit Kohks und Luft von 450° F. 4 1/4–4 1/2 T.

Auf 2 Werken bei Newcastle, früher 7 T., jezt (mit Kohks und Luftk. 400°) 4 1/3 T.

Bei Manchester, ehemals 6 T., jezt 3 1/4 T.

Zu Butterley (bei Derby), früher 5 4/5 T., jezt 3 T. (in Summa); die Luft wird 360° heiß.

Zu Cadnor, früher 5 T., jezt 2 3/4 T. (6 Cntr. für die Heizung inbegriffen.)

Zu Birmingham, früher 5 1/2 T., jezt 2 3/4 T.

Zu Wartag (in Wales), ehemals 4 1/8 T., jezt 3 T. (Der Heizapparat ist mangelhaft und die Hize kaum 400°8)

2) Das Verkohken der Steinkohle wird entbehrlich.

Früher wurden alle englischen Hohöfen mit Kohks betrieben. Sich der rohen Kohle zu bedienen hielt man für unmöglich. Jezt werden in den meisten Werken, wo die Heizung des Windes eingeführt ist, rohe Steinkohlen aufgeschüttet. Das vorläufige Rösten der Kohlen, wodurch natürlich viel Brennstoff verschwendet wird, wird also entbehrlich, und daraus geht dann auch die oben erwähnte noch weit beträchtlichere Ersparniß hervor.

Aus den späteren Erfahrungen ergibt sich indessen:

1) Daß in der Regel die Hize des Windes wenigstens auf 5–600° F. gesteigert werden muß, wenn der Ofen mit roher Kohle betrieben werden soll, und daß sich also Oefen, die nicht so heißen Wind anwenden (wie die zu Monkland u.a.), der Kohks bedienen mußten.

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2) Daß einige (sehr fette, sich aufblähende und stark klebende) Steinkohlen auch bei dieser Hize des Windes sich unbrauchbar erweisen, und verkohkt werden müssen.

3) Daß umgekehrt hingegen gewisse sehr magere Kohlenarten (wie namentlich die von Wales) roh, selbst ohne Erhizung des Windes zum Betriebe der Hohöfen tauglich sind; so daß dann auch mit kalter Luft schon eine bedeutende Ersparniß an Brennstoff gegen vormals erhältlich ist; und die Heizung des Windes, wiewohl immer vortheilhaft, doch minder unerläßlich wird.

3) Man braucht weniger und nicht stärkeren Wind.

Bei den meisten der obigen Werke konnte nach Einführung der heißen Luft dasselbe Cylindergebläse 4 statt 3 Oefen mit Wind versehen, und die Pression war meist eher vermindert als vermehrt.9)

Bei den Calderworks schöpft der Cylinder per Minute fortdauernd 10500 K.' Luft; jeder der 3 Hohöfen erhielt also früher 3500', während einer jezt nur 2624 erhält; und die Pression (am Manometer) war früher 3 1/4 Pfd. per □'', und beträgt jezt nur 2 3/4 Pfund.

Bei Butterley wurde der Durchmesser des Cylinders von 70 auf 80'' vergrößert (also im Verhältniß von 49 : 64), statt 2 Oefen werden aber jezt 3 betrieben, und jeder erhält per Minute nur 2150 statt 2500 K.' per Minute. Der Druk ist beibehalten.

Bei den Birminghamöfen wurde er hingegen von 3 1/2 Pfd. auf 2 3/4, bei Monkland von 3 auf 2 3/4 Pfd. vermindert.

Da die Luft durch die Hize ausgedehnt wird, so bringt man bloß verhältnißmäßig weitere Formen an.

Bei den Clydeöfen beträgt ihr Durchmesser jezt 3 statt 2 1/2''; der Querschnitt ist also im Verhältnisse von 2 : 3 (25 : 36) größer. Die Menge Luft verhalt sich nämlich (nach Obigem) wie 2100 K.' : 2800 und das Volumen (bei doppelter Ausdehnung der heißen) etwa wie 4200 : 2800 oder wie 3 : 2.

Den Widerstand, den die Reibung beim Durchgange durch so lange Heizrohre verursacht, schäzt man nur auf 1/10.10)

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4) Das Schmelzen erfordert weniger Zuschlag.

Auf den Clydewerken kostete die Erzeugung von 1 Tonne Guß früher 10 1/2 Cntr. Zuschlag; bei einem Winde von 450° waren 9, und bei einem Winde von 612° sind jezt 7 Cntr. hinreichend.

Zu Calder war der Zuschlag bei kalter Luft 13 Cntr., bei 300° heißer 12 1/2 Cntr., und bei 612° heißer nur 5 1/2 Cntr.

Bei Manchester beträgt er jezt nur 4 Cntr.

Zu Butterley blieb die Quantität ungefähr dieselbe (1 T.), da das Erz sehr viel Schwefel enthält. Die fast allgemein sich ergebende Verminderung des Flußmittels bringt an sich eine nicht geringe Ersparniß mit sich, und beweist überdieß, daß bei dem neuen Verfahren die Temperatur des Ofens bedeutend erhöht seyn muß.

5) Jeder Ofen erzeugt weit mehr Eisen.

Wir sahen, daß nicht nur dasselbe Gebläse an den Clydewerken nun 4 Oefen statt ihrer 3 versieht, sondern daß jeder Ofen nun täglich 9 statt früher 6 Tonnen producirt.

Zu Calder stieg die tägliche Erzeugung per Ofen von 5 T. 12 Cntr. auf 8 T. 4 Cntr.

Dasselbe Ergebniß zeigt sich mehr oder weniger bei allen Werken mit heißer Luft.

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Vielfache Erfahrungen bestätigen hiemit bereits die überraschenden Vortheile, die mit der Anwendung einer heißen Luft, zumal wenn sie bis 610° F. (320° C.) erhizt wird, beim Betriebe der Hohöfen verbunden sind. Laßt uns nun sehen, ob diese nicht etwa durch mancherlei wesentliche Nachtheile zum Theil wenigstens aufgewogen werden dürften.

Allerdings macht vorerst die Hizung des Windes einen besonderen Apparat nöthig; und diese Construction soll für jeden Hohofen an den Clydewerken auf etwa 200; zu Calder auf circa 130 Pfd. Steinkohlen gekommen seyn. Die Heizofen müssen lang und weit, und wenigstens 1'' dik seyn. Es scheint indessen, daß sie weit länger dauern, als man besorgen mochte, und überdies lassen sich unbrauchbar gewordene einschmelzen. Ferner ist die Construction schon so weit gelungen, daß sie Monate lang keinerlei Reparaturen erfordern. Weder die Errichtung noch der Unterhalt dieses Apparates kann also einen namhaften Einfluß auf die allgemeinen Kosten haben.

Eben so kommt nach Obigem der erforderliche Aufwand an Heizkohlen kaum in Betracht. Für die Tonne Eisen, die erzeugt wird, kostet die Heizung selten über 8 Cntr. Kohlen, während in |44| der Regel an Schmelzkohlen 3–4 Tonnen (60–80 Cntr.) erspart werden. Auch zu diesem Zweke können ferner ganz geringe Kohlen dienen. Wir werden endlich sehen, daß sogar nicht ein Mal ein besonderer Aufwand dazu unumgänglich nöthig heißen mag, sondern daß sich zur Heizung wohl auch die aus der Gicht aufsteigende Hize benuzen läßt.

Man hat ferner besorgt, daß die Anwendung der heißen Luft mancherlei Schwierigkeiten und Störungen veranlassen möchte. Obschon jedoch wahrscheinlich bei diesem System eine etwas abweichende Construction des Hohofens zuträglich seyn dürfte, so ist, wie alle obigen Erfahrungen zeigen, eine Abänderung durchaus nicht nothwendig. In den meisten Fällen wurde der Betrieb mit heißer Luft bei Oefen eingeführt, die bereits seit lange, ja seit mehreren Jahren schon im Gange waren. Die heiße Luft erfordert bloß eine andere Beschickung, ein anderes Verhältniß der Gichten (an Kohle, Erz und Zuschlag). Es kann daher auch eine Unterbrechung des Heizprocesses keine wesentliche Störung zur Folge haben; sie wird nur eine ähnliche Aufmerksamkeit erfordern, wie etwa das Aufgeben anderer Erze etc. Allerdings ist eine immer gleiche Erhizung der Luft zu wünschen, dieß wird aber leicht zu erreichen seyn, wenn man in der Nähe der Blaseröhren geeignete thermometrische Vorrichtungen anbringt. Bei diesem Systeme läuft ferner die Form Gefahr zu schmelzen; dieß ist aber dadurch zu verhindern, daß man sie (wie bei Cupoloöfen) in eine Röhre einschließt, durch welche kaltes Wasser fließt. Da sich übrigens an der Form nicht leicht Schlaken. (eine Nase) ansezen, weil sie heißer und flüssiger sind, so kann jene dicht in das Formloch eingepaßt werden, so daß dadurch keine kalte Luft einziehen kann.

Da ohne Zweifel die Ofenhize beträchtlich stärker ist, so hat man nicht ohne Grund befürchtet, es mochte das Gestelle etc. sehr schnell zerstört werden. Die bisherigen Berichte erwähnen indessen noch nicht einer solchen Wirkung, und längere Erfahrung nur mag also lehren, in wie weit jener Nachtheil Statt finde.

Daß das mit heißer Luft erzeugte Eisen geringer seyn soll, wie Manche behaupteten, ist unstreitig ein Vorurtheil. Es ist vielmehr so viel als erwiesen, daß die Qualität eher dadurch verbessert wird. Bestimmte Versuche über die Zähigkeit, Festigkeit etc. dieses Eisens sind uns zwar nicht bekannt, allgemein wird aber angegeben, daß während sonst jedes Abstechen zur Hälfte ungefähr graues und weißliches Roheisen lieferte, jezt an ersterem ungleich mehr erhalten wird. Unstreitig ist dieses Eisen auch dünnflüssiger und daher zu Gußwaaren tauglicher; und haben die Eisenwerke nach Einführung |45| der heißen Luft ihre Preise bedeutend herabgesezt, so geschah dieß, weil einerseits die Erzeugungskosten um Vieles vermindert wurden, andererseits die große Vermehrung des Productes einen stärkeren Absaz erheischte.

Es kann endlich auch daraus kein Beweis gegen die reellen Vorzüge des neuen Verfahrens hergeleitet werden, daß einige Werke, und namentlich die Südwallis'schen, dasselbe wohl versucht, aber nicht beibehalten haben. Dufresnoy zeigt, daß sich dieß aus besonderen Umständen hinlänglich erkläre. Abgesehen nämlich, daß man die Versuche mit mangelhaften Heizapparaten anstellte, die ein minder günstiges Resultat gaben, kam man dadurch zugleich auf die wichtige Entdekung, daß eben die Wallis'schen Steinkohlen unverkohkt auch ohne heiße Luft brauchbar sind; und so wurde denn bereits ein sehr bedeutender Vortheil erhalten. Man verzichtete nun aber um so mehr auf einen noch größeren (den ohne Zweifel auch hier die Anwendung der heißen Luft gewährte), weil einerseits die dortigen Steinkohlen besonders wohlfeil sind, und andererseits den Patentträgern für die Benuzung ihres Patentes ein Beträchtliches (1 Schill. per Tonne) bezahlt werden muß.

Andere Anwendungen des gehizten Windes.

Das vorliegende System ist eine um so wichtigere Erfindung, da es sich auch auf Cupoloöfen, auf Holzkohlenhohöfen, und sehr wahrscheinlich auch bei manchen anderen Schmelzprocessen mit ähnlichem Vortheile anwenden läßt.11)

Aus den obgedachten Berichten erhellt, daß in England schon vielfach sogenannte Cupolo- oder Wilkinson-Oefen mit heißer Luft betrieben werden, und zwar, indem die Luft in Röhren, die über dem Ofen angebracht sind, geheizt wird, so daß die Erwärmung kein eigenes Feuer erheischt. Zu Newcastle kostet das Umschmelzen von 1 Tonne Gußeisen nur 280 Pfd. Kohks (8 Proc.) und bei Birmingham nur 260 Pfd. Da nicht angegeben ist, wie viel solches früher erforderte, so ist nicht zu ersehen, wie viel Brennstoff erspart wird. Ohne Zweifel ist die Ersparniß um so größer, da die Wärmung keinen Mehraufwand verursacht. Ein zweiter sehr erheblicher Vortheil besteht aber noch darin, daß eine Schmelzung nun in der halben Zeit, in 20 Minuten statt in 40, verrichtet werden kann.

Die Anwendung bei Schmiedefeuern (und Finery), obschon diese Nielson empfahl, scheint bis dahin noch keinen entschieden günstigen Erfolg gehabt zu haben.

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Erfahrungen in anderen Ländern.

Auch außer England ist das Einblasen heißer Luft schon hie und da versucht, und der Nuzen dieses neuen Verfahrens, und zwar auch bei Holzkohlenöfen, mehr oder weniger bestätigt worden.

In Frankreich wurden die ersten Versuche zu Fourchambault gemacht, und neuere auf den Eisenwerken bei Vienne, Voulte, Rimpéroux (bei Grenoble) u.a.

Zu Vienne ergab sich, daß der Bedarf an Kohks von 251 Kilogr. auf 146 per 100 Gußeisen vermindert wurde; oder nach späteren Berichten von 550–600 Kilogr. roher Steinkohlen auf circa 400 (also nun um 30 Proc.), und daß ein Ofen täglich an 6000 Kilogr. statt 4750 erzeugt. Die Ersparniß an Zuschlag beträgt an 50 Proc.12)

Zu Voulte (Ardêche), wo der Hizapparat durch Taylor 1832 eingerichtet worden, erhielt man nach und nach eine Reduction von 2057 Kilogr. Kohls auf 1210 per 1000 Kilogr. Eisen (und zwar die Heizkohle mitgerechnet); also von mehr als 40 Proc. Bis dahin gingen zwei Oefen noch mit kalter und einer mit gehizter Luft. Wahrscheinlich ist die Temperatur weit unter 300°, so wie man denn den Ofen noch mit Kohks betreibt.

Zu Rimpéroux wird die Luft auf 130° R. erhizt, und der Bedarf an Holzkohlen ist von 1610 Kilogr. auf 1270 vermindert, wobei aber das Quantum Anthrazit zur Heizung nicht gerechnet ist. Das Resultat ist hiemit nicht sehr günstig, und noch ungünstiger sind die Versuche bei dem Holzkohlenofen zu Torleron (Cher) ausgefallen. An lezterem Orte wird auch ein Cupoloofen, mittelst eines von Jeffrier in England bezogenen Apparates, mit heißer Luft betrieben, und besonders die dadurch erzielte Beschleunigung gerühmt, die zugleich den Abgang vermindert. 100 Kilogr. Guß erheischen indessen an 28 Proc. Kohks.

Von den in Deutschland gemachten Versuchen ist außer dem interessanten Berichte von Voltz über die beiden Hohöfen zu Wasseralfingen im Königreiche Würtemberg wenig bekannt geworden.13) Jener Bericht (s. Polyt. Journ. Bd. LII. S. 100 ff.) enthält |47| sehr befriedigende Resultate von der Anwendung des heißen Windes auch bei Holzkohlenöfen. Der Heizapparat steht seitwärts über der Gicht, und die Luft wird also durch die wegziehende Hize erwärmt. Bei 120'' R. Luftwarme war der Kohlenbedarf von 180 Pfd. auf 136, und bei 200° R. auf 183 Pfd. (um 36 Proc.) vermindert. Das Gebläse mußte aber etwas stärker arbeiten; der Druk ist von 11 auf 14'' erhöht worden. Das wöchentliche Erzeugniß ist bei gleichem Kohlenverbrauch von 520 auf 730 Cntr. gestiegen; der Gang sehr regelmäßig, und das Eisen von besserer Qualität.

Mit nicht minder günstigem Erfolge soll die heiße Luft auf dem Werke zu Hausen (im Badischen) und einigen anderen eingeführt worden seyn.

Unverkennbar bekräftigen hiemit auch die außer England schon erhaltenen Erfahrungen die Vortheile der neuen Schmelzmethode, wenn gleich die Resultate weniger glänzend als die zuerst angeführten erscheinen. Ueberhaupt läßt sich gewiß aber bei längerer Anwendung derselben noch manche Vervollkommnung erwarten, und insbesondere ist dieß in Bezug auf ihre Anwendung bei Holzkohlenöfen anzunehmen, die noch sehr neu ist und auf sehr wenigen Versuchen beruht. Sicherlich ist noch lange nicht ausgemittelt, bei welchem Hizgrade der Luft, bei welcher Menge und Pression, bei welcher Beschikung des Ofens, und bei welchen Dimensionen das günstigste Resultat hervorgeht. Es ist ferner zu glauben, daß so wie der heiße Wind in England die verschwenderische Verwandlung der Steinkohle in Kohks entbehrlich machte, so dadurch in Kurzem vielleicht die nicht minder kostspielige Verkohlung des Holzes überflüssig, und dann noch eine ungleich größere Ersparniß an Brennstoff erzielt werden mag.

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Bis dahin bemühte man sich namentlich den Heizapparat zu vereinfachen und zwekmäßiger einzurichten. Bei den Oefen am Clyde geschieht die Erwärmung vermittelst eines an 150' langen Rohres von Gußeisen. Obschon man dadurch eine Erwärmung auf 612° erlangt, so ist doch dieser Apparat kostbar und unbequem, und bei dieser Länge die Erwärmung und die Luftdichtmachung (da die Ausdehnung des Metalles sehr merklich ist) schwierig. S. Fig. 62 A ist das Cylindergebläse; a, a das Heizrohr, das sich bei b in 2 Arme theilt, die nach den beiden Düsen c laufen; d 5 Feuerherde.

Bei Butterley läuft das Rohr in 3 Abtheilungen durch den Heizofen. (Fig. 63.)

Zu Cadnor bedient man sich concentrischer Röhren (Fig. 64.). Ran suchte dadurch zu verhindern, daß sich, wie dieß in so weiten |48| Röhren beobachtet wird, in der Mitte ein kalter Luftstrom durchziehe. Indessen bringt man hier die Luft dennoch nur auf 400° F.

Zu Wasseralfingen, wo der Apparat über der Gicht angebracht ist und durch einen Theil der abziehenden Rauchluft erwärmt wird, ist, um möglichst an Raum zu sparen, das Windrohr 16 Mal umgebogen. Es besteht demnach aus so vielen 4,1' langen Rohrstüken, wovon 4 parallel neben und über einander liegen, und mittelst Ellenbogen mit einander verbunden sind. (S. Fig. 65 u. Polyt. Journ. Bd. L. S. 52). A ist die Gichtmündung; durch a zieht ein Theil des Rauches in den Heizapparat und nach dem Schornsteine b. – Die Röhren sind 6,6'' weit und 0,6'' dik, und bilden eine einzige von 66' Länge, ohne die Kniestüke, die nicht dem Feuer ausgesezt sind.

Noch mehr an Raum und Eisenröhren wird erspart, wenn man die Luft zwingt, theilweise durch mehrere dem Feuer ausgesezte engere Röhren durchzuziehen, indem sie dann schnell mit einer großen Heizfläche in Berührung kommt.

Ein solcher Apparat ist bei Monkland eingeführt, wo zwar die Luft nur auf 450° erwärmt wird. Er besteht (Fig. 66) aus 2 weiten hufeisenförmig gebogenen Röhren a und b, die durch viele wagerecht liegende und engere Röhren c mit einander verbunden sind. Die kalte Luft gelangt zuerst in die Röhre a, und erwärmt sich, indem sie durch die glühenden Röhren c nach b zieht.

Ein ähnlicher ist bei Calder vorhanden, und die Erhizung steigt auf 612° F. (Fig. 67.) Hier liegen die Hauptröhren a und b horizontal, und die Luft muß durch 10 oder 12 gebogene Röhren c, d streichen. Bei dieser Beugung hat die Ausdehnung des Metalles keinen nachtheiligen Einfluß, und die Verbindungen der Heizöfen sind um so solider, da sie durch Mauerwerk der directen Einwirkung des Feuers entzogen sind. Ueberhaupt scheint dieser Apparat vor allen andern den Vorzug zu verdienen, und auch besonders geeignet, um durch die abziehende Hize erwärmt zu werden.

Das Durchziehen der Luft in engen und gebogenen Röhren erleidet allerdings mehr Widerstand; doch in den lezteren Apparaten ist er ohne Zweifel weit geringer, als in dem von Alfingen. Ueberhaupt scheint indessen daraus kein merklicher Uebelstand hervorzugehen.

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B. Theoretischer Theil.

Die Vortheile, welche sich aus der Anwendung eines heißen Windes bei der Betreibung der Hohöfen ergeben sollen, wurden anfangs von Vielen um so eher bezweifelt und bestritten, da sie aus der bisherigen Theorie sich kaum zu erklären, ja derselben beinahe zu widersprechen schienen. Je mehr sich nun seitdem die angegebenen Resultate als unwiderlegliche Thatsachen erwiesen haben, desto mehr sind wir zu einer gründlichen Untersuchung aufgefordert, ob sie sich wirklich mit den früheren Ansichten nicht vereinigen lassen mögen.

Nach allen bisherigen Erfahrungen entsteht beim Verbrennen die Hize, indem sich der verbrennende Körper mit dem Sauerstoffe der Luft verbindet, und dadurch Wärmestoff frei wird; und daraus folgt, daß jeder Körper, wenn er vollständig verbrennt, eine bestimmte Menge Wärme entwikeln, und eine bestimmte Quantität Oxygenluft verzehren muß.

Ferner lehren calorimetrische Versuche, daß 1 Pfd. reine Kohle während des Verbrennens etwa 7050 W (an Wärme) entbindet (wenn W die Wärmemenge bezeichnet, die 1 Pfd. Wasser um 1° C. erwärmt), und dabei 2,63 Oxygenluft verzehrt, oder an 30 Kub.' Daß also dazu an 140 K.' atmosphärische Luft verbraucht würde, da diese nur 21 Proc. Oxygenluft enthält, wenn alle zersezt würde, daß aber bei lebhaften Kesselfeuerungen an 180 K.' erfordert werden muß, weil meist die Hälfte der Oxygenluft unzersezt bleibt. Daß endlich für Steinkohle meist nur 6000 W, für Holz nur 2700 W zu rechnen sind etc.

Sind diese Principien richtig, so ist allerdings nicht einzusehen, daß die Temperatur der Luft einen Einfluß auf das Quantum der entwikelten Wärme haben kann, oder daß heiße Luft aus der gleichen Menge Brennstoff (wofern er nicht etwa vollkommen verbrennte) mehr Wärme erzeugen sollte.

Eben so gewiß ist aber, daß wenn ein Körper schmelzen soll, nicht nur eine gewisse Menge Wärme von demselben aufgenommen und latent gemacht, sondern daß er überdieß bis zu einer bestimmten Temperatur erhizt werden muß. Das Schmelzen wird demnach hauptsächlich durch eine gewisse Concentrirung der Wärme bedingt. Das Blei z.B. schmilzt erst bei 282° C. Gesezt also ein Stük Blei müßte, damit es bis auf diesen Punkt erhizt und dann flüssig werde, 100 W in sich aufnehmen, so muß der umgebende Raum so viel Wärme enthalten, daß er auch, indem er 100 W an das Blei abgibt, noch eine Temperatur von 282° behält. Es ist mithin eine gewisse Concentrirung der Wärme nöthig; und das größte Wämequantum würde kein Atom schmelzen, wenn es in einem zu |50| großen Raume vertheilt wäre. Klar ist ferner, daß diese Concentrirung eben so von der Menge Materie, in die sich die Wärme vertheilt, und ihrer Capacität – als von dem Wärmequantum abhängt.

Beim Verbrennen wird die Wärme, die sich entwikelt, zunächst an die mit dem Brennstoff in Berührung kommende Luft abgetreten. Erhält ein Hohofen per Minute 2800 K.' (kalte) Luft, oder etwa 2 Ctr., verzehrt er per Min. 3/4 Ctr. Kohks, und entwikelt 1 Ctr. Kohks 6000 W Wärmestoff, so würden jener Luftmasse 6000 × 3/4 = 1500 W zugeführt. Die Luft sollte daher, da sie 4 Mal weniger Capacität als das Wasser hat, etwa 4 × 1500/2 = 3000° C. heiß werden. Unstreitig ist aber die Temperatur weit niedriger, weil viele Wärme an das Erz und den Zuschlag, besonders wenn beide zum Schmelzen kommen, abgetreten wird.14)

Genau kennen wir nun die Hize zwar nicht, bei der das Eisen schmilzt. Nach Dumas beträgt sie wenigstens 1500° C.; nach Anderen weit mehr.15) Jedenfalls kommt sie wahrscheinlich derjenigen sehr nahe, die in einem gewöhnlichen Hohofen hervorgebracht wird; und dann muß wohl der Schmelzungsproceß im Verhältnisse der überhaupt erzeugten Wärmemenge nur langsam und schwierig von Statten gehen.

Ohne Zweifel ist er dadurch nur wenig zu beschleunigen, daß man die Windmenge und dadurch die Wärmeerzeugung vermehrt, denn in demselben Verhältnisse vertheilt sich die Wärme dann an eine größere Luftmasse. Es handelt sich darum, die Temperatur zu erhöhen; denn dann würde ein viel kleineres Wärmequantum sogar viel wirksamer seyn.16)

Dieß läßt sich nun vorerst erreichen, wenn man zur Verbrennung weniger Luft, und also eine oxygenreichere anwendet; und so kann denn durch Zublasen von Sauerstoffgas die Temperatur ausnehmend erhöht werden. Bekanntlich haben wir bis dahin aber |51| kein Mittel, eine solche Luft zur Anwendung im Großen uns zu verschaffen.

In der That muß jedoch einiger Maßen diese Wirkung auch erreicht werden, wenn die Luft von dem Einblasen beträchtlich erwärmt wird; denn eben weil dasselbe Quantum Luft und Kohle dasselbe Quantum Wärme erzeugt, so muß die resultirende Temperatur in diesem Falle um diejenige größer seyn, welche die eingeblasene bereits besizt, und da diese hinzugekommene Wärme ausschließlich dann auf die Schmelzung verwendet werden kann, so mag allerdings weit weniger Kohle und Luft ein größeres Product liefern, und so ungleich mehr Kohle im Ofen erspart werden, als die besondere Erwärmung des Windes kostet.

Kaum ist nun aber zu bezweifeln, daß nicht das Zublasen von heißer Luft wirklich eine beträchtlich höhere Temperatur im Ofen hervorbringt. Zwar fehlt es bis dahin an pyrometrischen Belegen; allein alle Erscheinungen bei diesem Betriebe erweisen eine solche. Das Eisen und die Schlafen sind weit dünnflüssiger; man braucht viel weniger Flußmittel oder Zuschlag; das Feuer endlich im Herde ist blendend weiß, und das wegziehende über der Gicht schön roth und nicht gelb wie sonst.

Die angegebenen vortheilhaften Wirkungen der vorläufigen Erhizung des Windes beim Schmelzprocesse scheinen uns daher mit der bisherigen Theorie des Verbrennens und der Wärmeerzeugung vollkommen im Einklange, wenn gleich, wie so oft, die Theorie nicht zur Erfindung dieses Verfahrens führte. Wir halten nämlich für so viel als erwiesen, daß dieses Einblasen erhizter Luft eine beträchtlich höhere Temperatur des Ofens (oder Herdes) zur Folge habe, und glauben, daß aus Obigem einerseits eben diese Erhöhung der Temperatur auch bei vermindertem Kohlen- und Luftverbrauche, andererseits ihre große Wirksamkeit auf den Schmelzproceß erklärbar sey. Ueberdieß ist indessen anzunehmen, daß in der That in diesem Falle 1) auch aus dem Quantum Brennstoff etwas mehr Wärme erzeugt werde, in so fern er noch vollständiger consumirt werden mag; und 2) daß die Oekonomie der Wärme noch vollkommener sey, in so fern bekanntlich der Sauerstoffgehalt der Luft desto vollständiger zersezt wird, je höher die Feuerhize ist.

Wir wollen schließlich noch sehen, ob und wie weit sich nach obiger Berechnungsweise und den vorhandenen Angaben wirklich eine höhere Temperatur herausstellt.

Nach Dufresnoy verzehrte ein mit gewöhnlicher Luft betriebener Hohofen auf dem Calderwerke in 4 Wochen 550 Tonnen Kohks, also per Min. 13/48 Cntr. (oder 30 1/5 Pfd.), und erhielt |52| per Min. 3500 K.' oder 268 Pfd. Wind. Entwikelt 8 Pfd. Kohks 6000 W (Wärme), und erfordert die Erwärmung der Luft vier Mal weniger Wärme als das Wasser (also 268 Pfd. so viel als 67 Wasser), so ergäbe sich (von aller sonstigen Verwendung abgesehen) eine Temperatur = (6000 . 30 1/3)/67 = 2716° C.

Mit heißer Luft von 612° F. oder 322° C. betrieben verzehrte derselbe Ofen in 4 Wochen 446 Tonnen Steinkohlen, oder per Min. fast 25 Pfd. und 2600 K.' oder 200 Pfd. Luft.

Es ergäbe sich demnach, wenn die Steinkohle (was bei so vollkommener Verbrennung sehr wahrscheinlich ist) wenigstens 6000 W liefern, eine Temperatur = (25 . 6000)/50 = 3000° C., und die bereits der Luft mitgetheilte von 320° mitgerechnet, eine Temperatur = 3320°.

Es bestätigt sich hiemit auch aus dieser Berechnung die obige Erklärung.

|38|

Die Erzeugung von 1 Tonne Gußeisen kostete bis dahin auf den Glasgower Hütten an 7 Nonnen Steinkohlen. Nach diesem Verhältnisse verzehrt die bloße Production von 600,000 Tonnen Roheisen über 4 Mill. Tonnen oder 80 Mill. Cntr. Steinkohlen!

|39|

Sur l'appareil à chauffer le vent par Voltz p. 77.

Sur la conduite des hauts-fourneaux à l'air chaud par Gueymard. p. 87.

Sur l'emploi de l'air chaud etc. par Dufresnoy. p. 431–500.

do. par Gueymard. p. 500.

|40|

2 Tonnen Steinkohlen geben in Glasgow kaum 11/12 Tonnen Kohks.

|41|

Die Ungleichheit des Kohlenbedarfs zum Schmelzen von 1 Tonne Eisen mit gewöhnlicher Luft) rührt hauptsächlich von der verschiedenen Qualität der Steinkohlen her. Einige geben weit mehr Kohks als andere. (Die sehr magern von Wales z.B. an 70 Proc.) Ueberdieß mag bei einigen Angaben der Verbrauch für das Gebläse nicht mitgerechnet seyn.

|42|

Aus dieser Reduction des Windbedarfs geht natürlich auch eine Minderung von Brennstoff hervor, die jedoch nicht sehr bedeutend ist, da für die Dampfmaschine meist eine geringe Kohle oder Kohlenkleie verwendet wird, die nicht halb so theuer als ganze Kohle ist.

|42|

Demnach müßte indessen doch der Druk etwas größer seyn, und mit obigen Angaben scheint es daher in einigem Widerspruch, daß die Pression noch vermindert seyn soll.

|45|

Daß es selbst bei Kesselfeuern vortheilhaft seyn soll, scheint vorerst noch zu bezweifeln.

|46|

In den großen Eisenwerken von Decaze (im Depart. Aveyron), die mit 6 Hohöfen 38,000 Kilogr. täglich erzeugen, kosten 1000 Kilogr. Roheisen 2150 Kohks = 5400 Stk. und 750 für das Gebläse. Die Tonne Steinkohlen kommt aber nur auf 3 1/2 f. Fr., und gibt circa 38 Proc. Kohks. Eisen zu Gußwaare kostet um die Halste mehr Kohle.

|46|

Auffallend ist, daß im eben erschienenen 5ten Bande der Prechtl'schen Encykl. diese wichtige Erfindung mit wenigen Worten nur berührt worden ist.

|50|

Wahrscheinlich ist hier auch nicht 6000 W anzunehmen, da die Kohle nur das achtfache Gewicht an Luft verzehrt.

|50|

Die gewöhnliche Angabe von 6000°, so wie andere nach dem Wedgwood'schen Pyrometer abgeschäzte, ist unstreitig sehr übertrieben.

|50|

Wäre der Schmelzpunkt bei 2000°, so würde eine große Luftmasse, die wenig über 2000° heißer wäre, weit weniger Olsen schmelzen, als eine ungleich kleinere von 2500°, obschon sie weniger Wärme enthielte, weil diese weit mehr Wärme abtreten könnte. Ueberhaupt aber zeigen analoge Erscheinungen bei der Auflösung (also Flüssigwerdung) der Salze in Wasser, der Metalle in Feuer u.s.w., wie sehr eine geringe Zugabe der Wärme, wenn sie die Temperatur erhöht, die Auflösung begünstigt.

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