Titel: Angestellte Versuche Hohöfen mit erwärmter Luft zu treiben.
Autor: Sobolewskoy, Peter Grigorjewitsch
Fundstelle: 1835, Band 56, Nr. XXXIV. (S. 206–213)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj056/ar056034

XXXIV. Bemerkungen über Versuche, die an verschiedenen Orten angestellt sind, Hohöfen mit erwärmter Luft zu treiben27); von P. Sobolewskoy, Obristen im kaiserl. russischen Bergingenieurcorps.

Kein metallurgischer Proceß liefert so mannigfaltige Resultate, als das Verschmelzen von Eisenerzen auf Gußeisen. Ohne von früheren Zeiten zu sprechen, wo die Siderotechnik noch in ihrer Kindheit war, und wo man ihre Grundsäze nicht studirte, will ich nur bemerken, daß auch heut zu Tage viele Eisenhütten bei gleichen Localverhältnissen dennoch nicht gleiche Mengen Metall ausbringen, und dazu noch häufig Quantitäten von Brennmaterial verbrauchen, welche in keinem Verhältnisse stehen mit dem, was man auf anderen Hütten sieht, obgleich die Ersparniß desselben eines der wichtigsten Gegenstände der bergmännischen Verwaltung ist. Man kann eine Menge von Beispielen davon aufzählen, und die gerade jene Gegenden betreffen, wo man sich am meisten damit beschäftigt. In England verbrauchte man in den Grafschaften Staffordshire, Shropshire und in Wales bis zur Zeit der neuesten Verbesserung auf ein |207| Theil Gußeisen 4 Theile, dem Gewichte nach, ungebrannter Steinkohlen. In Yorkshire verbrauchte man für dieselbe Menge Gußeisen 4 1/2 Theil Steinkohlen. In Schottland aber 8 Theile. In Rußland bringen einige Hütten auf ein Theil Holzkohlen 1,4 Theile Gußeisen aus, dagegen andere auf ein Theil Holzkohlen nur 0,4 Gußeisen erhalten. Man schiebt gewöhnlich die Ursachen so großer Verschiedenheiten in den Resultaten theils auf die Qualität der Erze, theils auf die Bauart der Hohöfen; ich hoffe aber das Ungegründete dieser Meinungen durch beifolgende Erläuterungen zu beweisen.

Vor Kurzem war die Aufmerksamkeit ganz allgemein nur auf die zuerst von Nilson, Director der Gasanstalt auf den Hütten von Clyde und Calder, in der Nähe von Glasgow, angestellten Versuche gerichtet. Er erbaute einen Apparat, der aus einer Menge gußeiserner Röhren von großem Durchmesser bestand. Indem er sie bis zum dunkeln Rothglühen erhizte, ließ er die Luft, die in die Hohöfen geblasen wurde, durchstreichen, und erhöhte dadurch deren Temperatur von 200° F. oder 93° 1/3 C. bis auf 612° F. oder 322°,2 C. Er fand dabei, daß, je mehr die Temperatur der Luft gesteigert wurde, desto mehr auch Brennmaterial erspart wurde. Man fand in der Folge, daß man bei Anwendung erhizter Luft statt Kohls in den Hohöfen geradezu rohe Steinkohlen verbrauchen könne, und verminderte dadurch die Kosten für das Brennmaterial auf mehr als die Hälfte. Statt 8 Theile Steinkohlen, die man früher verbrauchte, um einen Theil Gußeisen auszubringen, verbraucht man davon heute nur 2,95 Theile. Zu gleicher Zeit verminderte man die Menge der Zuschläge zu den Erzen; das Metall fing nun an sich reiner auszuscheiden, und dessen Quantität sowohl als Qualität gewann bedeutend im Verhältnisse zu früheren Resultaten bei dem Einblasen von kalter Luft. Alle diese Vortheile wurden der Einwirkung erhizter Luft zugeschrieben.

Auf anderen Hütten Schottlands beeilte man sich diese Entdekung zu benuzen; nach den lezten Nachrichten waren schon auf 20 Hütten 67 Hohöfen mit erwärmter Luft in Gang gesezt worden, ob zwar nicht alle mit gleichem Erfolge.

Diese Entdekung ging bald in andere Länder über. Es ist bekannt, daß man im Königreiche Würtemberg auf der Hütte Wasseralfingen zwei Hohöfen, in denen Eisenerze mit Holzkohlen verschmolzen werden, gegenwärtig durch erwärmte Luft betreibt. Statt 1,85 Theile Holzkohlen, die früher verbraucht wurden, um ein Theil Gußeisen zu erzeugen, verbraucht man jezt nicht mehr als 1,37 Theile.

In Frankreich folgten mehrere Anstalten dem Beispiele Schottlands, und erwarteten große Vortheile von dieser Entdekung, die |208| einer ihrer bekanntesten Bergingenieure für die ruhmvollste und zugleich für die höchste Vollendung metallurgischer Kunst erklärte.

Ueberall, wo man sich mit diesem Gegenstande beschäftigte, suchte man die günstigen Resultate, die die erwärmte Luft geliefert hat, dem Umstande zuzuschreiben, daß früher die kalte Luft das hinlängliche Steigern der Temperatur gehindert hätte. Eine andere Ursache fand man nicht.

Nach so zahlreichen und glüklichen Erfolgen, und nach der so bestimmt ausgesprochenen Meinung ausgezeichneter Metallurgen kann man keinen Zweifel über die Zuverlässigkeit der oben angeführten Resultate haben. Meine Absicht ist also keineswegs sie zu bestreiten, sondern bloß zu zeigen, daß die günstigen Resultate nicht dem Erwärmen der Luft zuzuschreiben sind, und daß man sie durch andere Mittel, ohne alle Unkosten, ohne alle Veränderung am Hohofen erzielen könne. Um dieß zu erläutern finde ich mich genöthigt, den Vorgang des Hohofens näher zu beleuchten.

Bekanntlich wählt man zur Verarbeitung im Großen unter den Eisenerzen nur die Oxyde, entweder reine oder verbunden mit Wasser oder Kohlensäure. Um das Metall daraus zu gewinnen, müssen sie nur reducirt oder desoxydirt und zusammengeschmolzen werden. Wenn die Schmelzhize die noch nicht vollständig reducirten Erze trifft, so kann aus ihnen nicht die ganze Menge des Metalles erhalten werden, sondern ein großer Theil davon geht in die Schlaken über. Demnach ist der Zwek des Hohofenprocesses: 1) die Erze eine hinlängliche Zeit hindurch in Berührung mit den brennbaren Gasen und mit den glühenden Kohlen zu erhalten, und 2) dem Hohofen eine Temperatur mitzutheilen, die hinlänglich ist, um das durch oben erwähnte Berührung hergestellte Metall, als auch die erdigen Theile, die die Schlaken bilden sollen, zum Schmelzen zu bringen.

Die Länge der Zeit, die erforderlich ist, um die Eisenerze zu reduciren, hängt von ihrer Zusammensezung und ihrem Gefüge ab. Es ist natürlich, daß der dichte Magneteisenstein einer längeren Zeit dazu bedarf, als die lokeren Wiesen- und Sumpferze. In beiden Fällen kann der Unterschied ziemlich bedeutend seyn, und die Nichtbeachtung dieses Umstandes muß nothwendig dem Gange des Processes schaden. Die Höhe des Ofens, so wie auch seine übrigen Dimensionen üben auf die Dauer der Berührung zwischen den Erzen und den reducirenden Stoffen nur eine Wirkung aus, die bloß von der Menge der zuströmenden Luft oder von dem in ihr enthaltenen Sauerstoff abhängt. Wenn diese Menge so groß ist, daß die Kohle Zeit hat zu verbrennen, eher als das aufgegebene Erz Zeit hat reducirt |209| zu werden, so wird auch der höchste Hohofen eben so unvortheilhafte Resultate liefern als ein zu niedriger.

Es ist auch bekannt, daß die Erhöhung der Temperatur beim Brennen nicht sowohl von der Quantität der Luft abhängt, als von der Schnelligkeit, mit der sie dem brennenden Körper zuströmt. Dieser lezte Umstand wird aber leider nur zu wenig berüksichtigt.

Die Erfahrung hat bewiesen, daß beim Verschmelzen von Eisenerzen die Luft eine höhere Temperatur hervorbringt, wenn sie mit größerer Schnelligkeit, aber in geringerer Masse zuströmt. Unter diesen Umständen verbrennt die Kohle langsamer und die Gichten gehen weniger häufig nieder; das Erz aber, welches längere Zeit in Berührung mit den reducirenden Stoffen verweilt, ist schon vollständig, wenn es den Schmelzraum erreicht, es kann daher die Beschikung vermehrt werden, und das Resultat wird günstiger. Daß das schnelle Zuströmen der Luft zur Erhöhung der Temperatur beitrage, ohne die Menge der verzehrten Kohlen zu vergrößern, davon sehen wir viele Beispiele im gemeinen Leben. Des erste Beispiel davon gibt uns das Löthrohr. Ein feiner Strom Luft, mit einer gewissen gleichmäßigen Kraft auf die Flamme eines gewöhnlichen Lichtes gerichtet, bringt mittelst dieser eine Hize hervor, die im Stande ist, einen ihr auf einer kalten Kohle vorgehaltenen Stoff in so kurzer Zeit zum Schmelzen zu bringen, daß kaum ein Erbsen großes Stük Kohle verbrennt, dahingegen kann derselbe Stoff, ohne Hülfe eines gedrängten Luftstromes erst mit dem Aufwande eines großen Stükes Kohle geschmolzen werden.

Hr. Knauff, Mitglied des gelehrten Comité des Bergcorps in St. Petersburg, fand, als er im Auftrage der Regierung in Petro-Sanodsk Versuche über vermehrtes Verschmelzen von Eisenerzen anstellte, daß 100 Kubikfuß Luft, die unter dem Druke von 2 Zoll Queksilberhöhe einströmten, eine Hize hervorbrachten, die derjenigen gleichkam, welche von dem Einströmen von 200 Kubikfuß Luft, aber unter dem Druke von einem Zoll Queksilber hervorgebracht wurde, und zwar nur mit dem Unterschiede, daß in dem lezten Falle die doppelte Menge Kohle nuzlos verbrannte.

Daraus kann man sehen, daß das Zubringen der Luft zu den Hohöfen, in verhältnißmäßiger Menge und unter verhältnißmäßigem Druke oder Schnelligkeit, den Gegenstand der beständigen Aufmerksamkeit aller Eisenhüttenbesizer ausmachen muß.

Es gereicht den Besizern der russischen Eisenhütten zur Ehre, daß sie diesen wichtigen Gegenstand nicht ganz außer Acht gelassen haben. Viele von ihnen haben eine besondere Sorgfalt auf die Regulirung des Gebläses verwandt. Heut zu Tage werden auf achtzehn |210| Eisenhütten des Uralgebirges mehr als 262,500 Kubikarschinen Holzkohlen in dem Verhältnisse zu dem Verbrauche des Jahres 1806 erspart. Besondere Beachtung verdient die Ersparniß an Brennmaterial, die man auf einigen russischen Hütten erreicht hat. Auf den Hütten der Erben des Kaufmanns Bastorgoueff bringt, man täglich bis auf 700 Pud (233 Centner) Gußeisen aus, und verbraucht dazu nur 500 Pud oder 166 Centner Kohlen meist aus Birkenholz. Früherhin verbrauchte man auf denselben Hütten, um dieselbe Menge Gußeisen auszubringen, 1000 Pud Kohle. Dieses Resultat überwiegt bei weitem alles oben über Schottland Erwähnte.

Das Mittel, wodurch man in Rußland so wesentliche Vortheile bei dem Hüttenbetriebe erlangte, ist sehr einfach, und verlangt keine besonderen Apparate und Unkosten. Man kann dessen Zuverlässigkeit an jedem Hohofen, der im Gange ist, erproben. Es besteht in der sorgfältigen Beobachtung der eingeblasenen Luft und in der gehörigen Regulirung ihrer Geschwindigkeit. Dieß erlangt man durch ein gehöriges Verengen der Düse, und dadurch, daß man, je geringer die Oeffnung derselben ist, den Windmesser einen größeren Druk anzeigen läßt.

Der Nuzen der erwärmten Luft hängt auch lediglich von der Quantität der eingeblasenen Luft und der ihr mitgetheilten Schnelligkeit ab. In der That wird die Luft, wenn sie bis zu der Temperatur erhizt wird, wie es in Schottland geschehen, nahe auf den doppelten Umfang dilatirt, und es wird, wenn auch die ausströmende Luft eine größere Schnelligkeit erlangt, doch eine geringere Menge Luft in den Ofen befördert, als beim Gebrauche kalter Luft, und zwar im umgekehrten Verhältnisse der Temperatur. Je mehr die Luft erwärmt wird, desto geringer wird auch die Quantität, die durch dieselbe Düse durchströmen kann, und dieß ist die eigentliche Ursache der günstigen Resultate mit erwärmter Luft. Wenn man die geringe Erhöhung der Temperatur, die die erwärmte Luft erreicht, mit der Temperatur vergleicht, bei der die Erze schmelzen, so überzeugt man sich leicht, daß die Erklärung, die der Erfinder von dem günstigen Erfolge gibt, indem er ihn dem Umstande zuschreibt, daß der Ofen durch das beständige Zuströmen warmer Luft nicht abgekühlt werde, keine Beachtung verdiene.

Ungeachtet der großen Vortheile, die, wie wir gesehen haben, auf der Clyde'schen Hütte erlangt worden sind, so erreicht jener Betrieb dennoch den gewöhnlichen englischen nicht, indem dort mehrere Hütten, bei Anwendung kalter Luft, auf einen Theil Gußeisen nicht viel über 2 Theile Steinkohlen verbrauchen. Auf einigen dieser Hütten hat man es versucht, die eingeblasene Luft zu erwärmen, |211| aber mit ungünstigem Erfolge, was wahrscheinlich seinen Grund darin hat, daß auf diesen Hütten die Menge und die Schnelligkeit der zuströmenden Luft sich schon in dem Verhältnisse befand, wie es der vortheilhafteste Betrieb erheischt.

Der Nuzen der erwärmten Luft hat sich auch in anderen Gegenden, vorzugsweise aber nur auf den Hütten bewährt, wo man, gleich den Schottländischen, bis dahin eine zu große Menge von Luft verbrauchte, und dadurch eines großen Aufwandes an Kohle bedurfte.

Es wäre zu wünschen, daß in den Beschreibungen der Betriebe mit erwärmter Luft, in Schottland sowohl als auch in anderen Gegenden, alle nöthigen Data angegeben worden wären, um daraus das Verhältniß des Verminderns der eingeblasenen Luft zur Erhöhung der Temperatur herzuleiten. Bei einigen der Einrichtungen waren aber gar keine Windmesser angebracht, und wenn bei anderen auch welche gebraucht wurden, so waren sie von mangelhafter Construction, indem sie den Druk nicht durch die Höhe einer Queksilbersäule anzeigten, sondern ihn durch das Gewicht auf eine Fläche von einer gegebenen Größe angaben. Bei allem dem sieht man aus den Beobachtungen des französischen Ingenieurs Dufrénoy, daß in der Caldron'schen Hütte die Menge der Luft beim Erwärmen derselben auf 612° F. (322° C.) von 3500 Kubikfuß auf 2626 Kubikfuß in der Minute vermindert worden ist.

Es ist zu bedauern, daß Dufrénoy, der diese Beobachtungen gemacht hat, nicht gleich auf die wahre Ursache kam, und den Versuch machte, mit kalter Luft dieselben Vortheile durch Verminderung der Quantität derselben im oben erwähnten Verhältnisse zu erreichen. – Dieser Versuch hätte ihm ohne Zweifel gezeigt, daß man durch Verengern der Düse den Hohofen in denselben Zustand versezen könne, in dem er sich beim Einblasen warmer Luft befindet. Ein guter Hohofenschmelzer kann durch gehöriges Reguliren des Gebläses das Niederbrennen der Gichten nach Maßgabe der Nothwendigkeit verlangsamen, und dadurch eine vollständigere Ausscheidung des Metalles bewirken. Durch Beobachtung des Windmessers und gehöriges Zusammendrüken der Luft kann er bei jedem Ofen, welche Construction er auch habe, bedeutende Ersparnisse an Brennmaterial bewirken. Zum Beweise dessen kann man die Kortsche-Gerski'sche Hütte im Olonetzki'schen Bezirk anführen.

Auf dieser Hütte konnte man seit der Zeit des bekannten Gascoins bei allen Bemühungen der früheren Verwaltung nie mehr als 21 Pud Erz auf einen Korb, oder nahe 5 Kubikarschinen Kohle verschmelzen. Heut zu Tage ist man, durch die Bemühungen des. Hrn. |212| Knauff bei Beobachtung des Windmessers und Verengern der Düse dahin gekommen, 37 Pud mit derselben Menge Kohle zu verschmelzen.

Alles dieses zeigt nach meiner Meinung deutlich, daß der Vortheil des Verschmelzens mit erwärmter Luft davon abhängt, daß durch eine mäßigere Wirkung des Gebläses der Gang der Gichten vermindert wird, und folglich das Erz längere Zeit mit den im Ofen sich bildenden brennbaren Gasen und der glühenden Kohle in Berührung bleibt. Dadurch erhält man die Möglichkeit, die Beschikung im Verhältnisse dieser Verlangsamung zu vermehren, und so ein günstiges Resultat zu erreichen. Wenn man also durch Verengerung der Düse, bei Anwendung von kalter Luft, dieselben Vortheile erreichen kann, scheint es überflüssig zu seyn, seine Zuflucht zu theueren Einrichtungen zu nehmen.

Um zu zeigen, wie vortheilhaft das längere Verweilen der Beschikung in Berührung mit den brennenden Kohlen ist, will ich ein Beispiel anführen, welches ich aus dem Gange der dem Obristen Fock gehörigen Hütte zu Sumbula entnommen habe. Dort wurden seit sieben Jahren Eisenerze nicht durch Kohle, sondern durch Holz verschmolzen. Bei dem Anblasen des Ofens im Jahre 1830 wurde eine runde Düse mit zweizölliger Oeffnung im Durchmesser gebraucht. Die Gichten, die, wie immer, 3 Kubikarschinen Holz enthielten, brannten sehr schnell, nämlich zu 50 in 24 Stunden nieder. Die Beschikung bestand aus 10 Pud Erz auf jede Gicht, und ob zwar im Schmelzraume Alles in Ordnung zu seyn schien, so wurde doch gar kein Gußeisen erhalten. Die Verminderung der Beschikung bis auf 6 Pud half durchaus nicht, und das Gestell füllte sich bloß mit einer Schlake an, die der Frischeisenschlake vollkommen glich; sie war vollkommen flüssig, und floß beim Ausstechen wie Gußeisen, hatte auch beim Erkalten dessen äußeres Ansehen, war aber im Innern krystallisirt, gleich wie Frischschlaken. Als man aber die zweizöllige Düse mit einer einzölligen vertauschte, so erschien bald Gußeisen, und zwar sehr weiches; statt 50 Gichten aber gingen nur 20 in den 24 Stunden nieder. In diesen Bemerkungen habe ich häufig darauf angedeutet, daß es unumgänglich nöthig sey, die Angaben eines gut eingerichteten Windmessers zu beobachten. Darunter verstehe ich aber einen Windmesser, der aus einer S förmig gebogenen Röhre besteht und mit Queksilber gefüllt ist. Das eine Ende wird in die Röhre, durch welche die Luft eingetrieben wird, luftdicht eingepaßt, das andere Ende enthält einen Schwimmer, der als Zeiger dient. Wenn der Druk der Luft das Queksilber von der einen Seite niederpreßt, so steigt es im anderen Arme der Röhre hinauf, und schiebt |213| den Zeiger in die Höhe. Auf einer besonderen Scale liest man die Höhe der Queksilbersäule ab, die den Druk anzeigt. Es versteht sich von selbst, daß die Röhre in allen ihren Theilen von gleichem Durchmesser seyn muß; solche Windmesser sind für genaue Beobachtungen geeignet, und es wäre zu wünschen, daß man sich ihren Gebrauch überall zur Pflicht machte. Alle die Nachtheile, die sich beim Schmelzen ereignen, als: zu schnelles oder zu langsames Niederbrennen der Gichten, so auch das Kochen im Schmelzraume, das Verdiken der Schlaken u. dergl., die fast alle der Güte des Gußeisens schaden, und die Arbeit erschweren – alle diese Nachtheile können bei gehöriger Beobachtung des Windmessers und guter Behandlung des Gebläses vermieden werden.

Alle, die den Gang eines Hohofens beobachten, würden einer Menge Vorurtheilen über Dimensionen der Oefen, über die Nothwendigkeit der Erweiterung im Schachte und andere Gegenstände betreffend, entsagen, wenn nur die Anwendung des Windmessers ihnen geläufig wäre.

In Rußland kennt man schon hinlänglich den Nuzen dieses Instrumentes, und nur der genauen Beachtung seiner Anzeigen verdankt Hr. Fock den günstigen Erfolg seiner Schmelzung mit Holz, ein Verfahren, das wegen Nichtbeachtung dieser Anzeige noch in keinem anderen Lande mit Erfolg nachgeahmt worden ist.

Ich hoffe, daß das von mir Gesagte die Veranlassung dazu werden werde, die Versuche über Einblasen warmer Luft mit größerer Genauigkeit, als bisher geschehen ist, zu wiederholen, und einige Hüttenbesizer von einer zu frühzeitigen Nachahmung eines theueren und unsicheren Regulirungsmittels des Gebläses abzuhalten.

Obgleich wir der Ansicht sind, daß die auf den Schmelzpunkt des Bleies erhizte Luft, zur Speisung der Hohöfen angewandt, Vortheile gewährt, welche die Kosten des bei dieser Methode erforderlichen besonderen Heizapparates reichlich aufwiegen und sich theoretisch sehr wohl erklären lassen (man vergleiche die Bemerkungen des Hrn. Prof. Ch. Bernoulli im Polytechn. Journale Bd. LV. S. 49), so theilen wir doch den Aufsaz des russischen Ingenieurs aus einer hauptsächlich nur für das wissenschaftliche Publicum bestimmten deutschen Zeitschrift (Poggendorff's Annalen der Physik Bd. XXXIV. S. 163) mit, weil dessen Ansichten jedenfalls die genaueste Prüfung verdienen und aus den Erfahrungen der russischen Hütten als unbestreitbare Thatsache hervorgeht, daß man bei dem Hohofenbetrieb durch ein gehöriges Verengen der Düse, und dadurch, daß man, je geringer die Oeffnung derselben ist, den Windmesser einen größeren Druk anzeigen läßt, außerordentlich an Brennmaterial ersparen kann. A. d. R.

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