Titel: Berthier, über Anwendung der Brennmaterialien in Hohöfen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1836, Band 59, Nr. V. (S. 36–52)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj059/ar059005

V. Ueber die Anwendung der Brennmaterialien in den Hohöfen; von P. Berthier.

Aus den Annales de Chimie et de Physique. Julius 1835, S. 264.

Bis auf die neueste Zeit hat man für die Hohöfen und überhaupt alle Oefen, die mit einem Strom comprimirter Luft gespeist werden, den anzuwendenden Brennmaterialien zuvor den größten Theil ihrer flüchtigen Bestandtheile entzogen; man wandte nämlich Holz und Torf nur im verkohlten Zustande und Steinkohlen nur als Kohks an. Man machte sich keine richtige Vorstellung von dem Proceß in den hohen Oefen; und daraus, daß zur Erzielung einer sehr hohen Temperatur in kleinen Feuerstellen, wie z.B. der Schmiedeessen etc., nur verkohlte Brennmaterialien angewandt werden dürfen, schloß man |37| fälschlicher Weise, daß für Oefen von jeder Größe dasselbe gelte. Zwar hatte man an einigen Orten und zu verschiedenen Zeiten versucht die Holzkohlen bei den Hohöfen durch Holz zu ersezen; die alten Versuche blieben aber erfolglos, weil sie nicht gehörig geleitet und abgeändert, besonders aber, weil sie nicht mit Ausdauer verfolgt wurden. Seit einigen Jahren hat man sie jedoch auf eine verständigere Weise wieder aufgenommen und sie sind vollkommen gelungen; das alte Vorurtheil ist daher auch jezt ganz verschwunden. Es ist gegenwärtig erwiesen, daß man beinahe alle Arten von Steinkohlen, ohne sie vorläufig in Kohks zu verwandeln, in den Hohöfen anwenden kann; seit einigen Jahren werden sie auch in mehreren Gegenden Englands und in anderen Ländern gewöhnlich in rohem Zustande gebraucht; man ersieht auch aus den Analysen, die ich in meiner Abhandlung über die Brennmaterialien 7) mitgetheilt habe, daß sogar gewisse magere Steinkohlen, die beim Glühen bis 45 Procent an Gewicht verlieren, zu diesem Zwek eben so gut angewandt werden können, wie die fetten Steinkohlen. Es scheint überdieß, daß jede Steinkohle, die nicht außerordentlich schmelzbar ist, oder welche sich beim Erhizen nicht zu stark aufbläht, ohne vorläufige Verkohlung gebraucht werden kann. Holz als solches wird in den Hohöfen des Urals angewandt, welche mitten in ungeheueren Wäldern liegen; neulich versuchte man dieß auch, und zwar mit bestem Erfolge, in dem Hohofen von Sargans in der Schweiz und man ist dort auch überzeugt, daß wenn man ein Mittel besäße, den Torf dicht und zähe zu machen, er sogar unverkohlt mit großem Vortheil angewandt werden könnte.

Es ist jezt über allen Zweifel erwiesen, daß so oft das Brennmaterial beinahe ohne Kosten bis an den Hohofen geliefert werden kann, es vortheilhaft ist, dasselbe ohne vorläufige Verkohlung anzuwenden, und wenn auch nicht immer gänzlich so, wenigstens nur in gewissen Verhältnissen mit Holzkohlen oder Kohks gemengt; es versteht sich jedoch, daß das Holz und der Torf durch freiwilliges Austroknen an der Luft zuvor so viel als möglich aller Feuchtigkeit beraubt seyn müssen. Um den Grund dieses Vortheils einzusehen, muß man sich von dem Hergang in einem Hohofen Rechenschaft geben können; und obgleich die Erscheinungen darin gewiß sehr complicirt sind, so kann man doch die Hauptwirkungen nachweisen. Das Erz und das Brennmaterial werden durch den oberen Theil in die Hohöfen geworfen, und zwar in regelmäßigen Zwischenräumen, so daß sie |38| in dem sogenannten Schacht abwechselnde Schichten bilden. In diesem Raum erhizt sich das Erz in dem Maaße als es weiter hinabgelangt und fängt an sich zu reduciren; wenn es endlich in den sogenannten Kohlensak kommt, welches der breiteste Theil des Ofens ist, so hat es schon eine sehr hohe Temperatur erlangt; dort wird es vollständig reducirt und verwandelt sich in ein Gemenge von bereits sehr kohlenstoffreichem Eisen (Roheisen) mit Schlaken; dieses Gemenge ist schon so stark erhizt, daß sich die beiden Substanzen, woraus es besteht, in weichem oder halbflüssigem Zustande befinden. Wenn dasselbe endlich unter den Wind der Form kommt, so ist es einer außerordentlich hohen Temperatur ausgesezt, wird vollkommen flüssig und fällt in den Heerd, wo das Roheisen und die Schlaken sich wegen ihres verschiedenen Eigengewichts nach und nach vollständig von einander absondern.

Hinsichtlich des Brennmaterials ist zu berüksichtigen, daß dasselbe, sobald es in den Schacht gelangt, eine große Menge Wasser fahren läßt, und dann, indem es sich erhizt, dieselben gasförmigen Substanzen und brennbaren Dämpfe entbindet, welche man bei der Verkohlung erhält; leztere enthalten folglich immer weniger Sauerstoff und in einer gewissen Tiefe muß das Brennmaterial endlich vollkommen verkohlt seyn. Man hat die Stelle des Ofens, wo die Verkohlung vollständig ist, noch nicht durch Versuche ausgemittelt, was wohl geschehen könnte; sie muß übrigens unter verschiedenen Umständen und besonders nach der Beschaffenheit jedes Brennmaterials eine andere seyn. Uebrigens kann man meiner Meinung nach nicht annehmen, daß das Brennmaterial noch flüchtige Substanzen enthält, wenn es einmal bis in den unteren Theil des Schachts gelangt ist; man glaubte früher aus dem Zustande, in welchem Holzstüke, die man in einen Hohofen durch die obere Oeffnung warf, in der Linie der Form aufgefunden wurden, das Gegentheil folgern zu müssen, aber diese Erscheinung wurde gewiß unrichtig erklärt. Das Brennmaterial wird nämlich in dem unteren Theil des Schachts einer viel höheren Temperatur ausgesezt, als die angehende Weißglühhize ist, die bekanntlich zur vollständigen Verkohlung eines jeden hinreicht; und da es daselbst erst nach 8 bis 10stündigem Verweilen in dem Ofen anlangt, während welcher Zeit seine Temperatur stufenweise erhöht wurde, so mußte es schon auf seinem Wege den größten Theil feiner flüchtigen Bestandtheile verlieren, wenn es sie auch nicht schon viel früher ganz abgegeben hatte. Ich kann überdieß durch positive Thatsachen beweisen, daß die Kohle, welche sich im Niveau mit der Form befindet, nicht die geringste Spur von diesen Substanzen zurükhält.

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Hr. Robin, Hüttendirector der HH. Dietrich im Depart. des Unterrheins und Hr. Mineningenieur Bineau zogen auf mein Verlangen Stüke von Holzkohlen durch die Abstichöffnung der Schlaken heraus, jener aus dem Hohofen von Niederbrunn und dieser aus dem von Pissoz. Sie brachten diese Holzkohlenstüke noch rothglühend in ganz trokene Glasflaschen, welche sogleich getheert wurden, und überschikten sie mir. Der Mineningenieur von Senarmont, damals bei der Hüttendirection von Decazeville angestellt, hatte die Gefälligkeit aus einem der Oefen, die man mit Steinkohlen speist, von den im Heerd befindlichen Kohksstüken einige herauszuziehen. Nun verloren aber diese drei Muster, als ich sie in einem Platintiegel eine halbe Stunde lang einer Hize von mindestens 50 bis 60 Pyrometergraden aussezte, nur höchstens 0,005 an Gewicht, was man einem Anfang von Verbrennung zuschreiben muß. Die Kohksstüke enthielten noch allen Schwefelkies der Steinkohlen, wovon sie herrührten, aber durch die Hize auf Protosulfurid reducirt. Zu Niederbrunn gewinnt man die Holzkohlen aus Buchenholz und zu Pissoz aus Fichtenholz, woraus man vorher das Harz auszieht. Erstere lieferte mir 0,015 und leztere 0,02 Asche. Die Asche von beiden enthält dieselben Bestandtheile wie gewöhnliche, nämlich viel Kalk, etwas Kieselerde und eine beträchtliche Menge kohlensaures Kali. Das Vorkommen von Alkali in diesen Aschen ist eine merkwürdige Thatsache, welche meine Aufmerksamkeit erregte, aber die Versuche, welche ich anstellte, stellen sie außer Zweifel. Es ist sehr sonderbar, daß das Kali, da es doch mehrere Stunden in inniger Berührung mit einem großen Ueberschuß von Kohle einer außerordentlich starken Hize ausgesezt ist, nicht zu Metall reducirt wird, oder sich wenigstens nicht verflüchtigt, ohne sich zu reduciren. Die Kohle von Niederbrunn lieferte beim Probiren mit Bleiglätte 33,1 Blei und die von Pissoz 32,8; also beide beinahe eben so viel als reine Kohle, abgesehen von der Asche, geben würde. Hieraus konnte man schon schließen, daß die aus den Hohöfen genommene Kohle keinen Stikstoff enthält, wovon man fälschlich das Gegentheil in Deutschland behauptet hatte: ich glaubte mich aber dessen ungeachtet von der Unrichtigkeit dieser Angabe noch auf andere Weise versichern zu müssen, und sezte daher 5 Gramm dieser gepulverten Kohlen mit 5 Gramm Kali und etwas Eisenfeile in einem eisernen Tiegel der Rothglühhize aus; die Masse wurde nach dem Erkalten in Wasser aufgeweicht, die Flüssigkeit mit Essigsäure gesättigt und mit einer Auflösung von Eisenchlorid versezt, wodurch aber kein Niederschlag entstand; es hatte sich folglich keine Cyanverbindung gebildet, was doch hätte geschehen müssen, wenn die Kohlen Stikstoff enthalten hätten.

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Bekanntlich ziehen die gewöhnlichen Kohlen sehr schnell Wasser aus der Luft an; im Durchschnitt 7 Proc., und zwar um so weniger, je mehr flüchtige Stoffe sie enthalten, so daß z.B. die rothe Kohle von der Pulverfabrik in Angoulème nur 0,04 absorbirt, alle in der Weißglühhize calcinirten Kohlen hingegen bis 0,12 oder 0,138). Ganz anders verhalten sich hingegen die Kohlen, welche der Temperatur der Hohöfen ausgesezt wurden; ich fand, daß 50 Gr. Niederbrunner Kohle, in Stüken, im Winter in einem ungeheizten Zimmer der Luft ausgesezt, nur um 0,2 Gr., weniger als 1/2 Proc., an Gewicht zunahmen und daß sie nach drei Monaten beim Ausglühen nur 0,015 an Gewicht verloren: sie sind also ganz und gar nicht hygroskopisch. Uebrigens brennen sie leicht und ohne Flamme, wie gewöhnliche calcinirte Kohlen.

Da die Luft, welche durch die Gebläse in den Hohofen getrieben wird, in großem Ueberschuß durch die Form zuströmt und anfangs nur reine Kohle zu durchstreichen hat, so kann in dem unteren Theile der Rast offenbar nur Kohlensäure entstehen. Weiter oben und wenn der Sauerstoff der Luft größten Theils verzehrt ist, muß die Kohlensäure, welche dann in den Gasen in großer Menge enthalten ist, auf die stark erhizte Kohle wirken, einen Theil davon auflösen und Kohlenoxydgas erzeugen. Im Schacht sind die Erscheinungen verwikelter: im Kohlensak, gegen seine Vereinigung mit der Rast hin, ist wahrscheinlich das Brennmaterial noch nicht stark genug, aber doch schon bedeutend erhizt; es müssen sich hier also Gase und Dämpfe bilden, die sehr reich an Kohlenstoff und Wasserstoff und folglich ganz besonders geeignet sind, die vollständige Reduction des im Erz enthaltenen Eisenoxyds zu bewirken und zu vollenden. Im mittleren Theil des Schachts finden ähnliche Erscheinungen Statt; da aber die brennbaren Gase und Dämpfe, das Kohlenoxyd und die Kohle selbst in bedeutender Menge durch den Sauerstoff des Eisenoxyds verbrannt werden müssen, so muß sich hier Wasserdampf und wieder Kohlensäure bilden. In dem oberen Theil endlich, wo die kalten Materialien hineingeworfen werden, kann der Wind, dessen Temperatur sich schon sehr vermindert hat, nur die Wirkung haben, diese Materialien zu erhizen (wodurch er sich selbst noch mehr abkühlt) und daraus viel Wasser zu entwikeln, so wie Gase und Dämpfe, die nur sehr wenig Kohlenstoff enthalten können.

In einem Hohofen, welcher bloß mit calcinirten Kohlen oder Kohks gespeist würde, könnte die Reduction des Erzes nur auf Kosten |41| des Kohlenstoffs Statt finden und sie geschähe größten Theils auf dem Wege der Vertauschung, wozu bekanntlich keine hohe Temperatur nöthig ist, selbst wenn das Eisenoxyd mit Kieselerde chemisch verbunden ist. In diesem Falle wären auf einen Theil Eisen zur bloßen Reduction des Oxyds unter der günstigsten Voraussezung 0,20 Kohle erforderlich. Bei dem gewöhnlichen Verfahren müssen aber die Dämpfe, welche das Brennmaterial in der Weißglühhize ausgibt, mächtig zur Reduction beitragen. Wenn man endlich Steinkohlen oder Holz in ihrem natürlichen Zustande anwendet, erfolgt die Reduction des Erzes wahrscheinlich bloß durch die Gase und Dämpfe. Da diese Gase und Dämpfe überdieß sehr leicht zu entzünden sind, so müssen sie vorzugsweise vor der Kohle brennen. Man muß folglich durch sie beträchtlich an Kohle ersparen und man ersieht hieraus, wie vortheilhaft es ist, Steinkohlen und Holz in ihrem natürlichen Zustande anzuwenden. Hinsichtlich des Holzes ist jedoch zu bemerken, daß, weil es eine sehr beträchtliche Menge Wasser enthält, während der Verbrennung viel Wärmestoff zur Verdampfung dieses Wassers rein verloren geht. Wahrscheinlich würden sich also die Hohöfen besser mit rother Kohle als mit Holz betreiben lassen, und da in der Voraussezung, daß sich diese Kohlensorte in Meilern darstellen ließe, die Kosten der Handarbeit durch die Ersparniß an Transportkosten reichlich ersezt würden, so scheint es mir, daß die Anwendung dieser Kohlenart in jeder Hinsicht sehr vortheilhaft seyn müßte.

Die noch sehr heißen Gase, welche aus den Hohöfen durch die obere Oeffnung austreten, enthalten eine sehr große Menge Stikstoff, Kohlensäure und Wasserdampf; außerdem aber auch einen beträchtlichen Antheil brennbarer Substanzen, nämlich Wasserstoff, Kohlenwasserstoff und besonders Kohlenoxyd. Leitet man diese Gase in einen begränzten Raum, z.B. in einen Flammofen, und vermischt sie dann, wenn dieser Raum hinreichend erhizt ist, in geeignetem Verhältniß mit atmosphärischer Luft, so brennen sie, und entwikeln dabei sehr viel Wärme; auch hat die Erfahrung gelehrt, daß sie sich sehr gut benuzen lassen. Ein geschikter Hammerschmied, Aubertot, versuchte dieß zuerst vor 25 Jahren; er fand zwar Nachahmer, man weiß aber die Wichtigkeit seiner Erfindung bei weitem noch nicht genug zu schäzen; ich habe darüber im Journal des mines (Jahrgang 1814, Bd. 35, S. 374) eine ausführliche Abhandlung mitgetheilt. Da die aus den Hohöfen entweichenden Gase desto mehr entzündbare Substanzen enthalten, je größer der Gehalt des angewandten Brennmaterials an flüchtigen Stoffen ist, so darf man sie besonders in lezterem Falle nicht in die Luft entweichen lassen, und nur wenn man diese Gase verbrennt, ist es wirklich sehr vortheilhaft |42| rohe Steinkohlen und Holz in den Hohöfen anzuwenden. Da aber das Holz, wenn es in den Ofen kommt, bei der ersten Einwirkung der Hize viel Wasser verliert, so müssen sich bei jedesmaliger Beschikung die Gase nicht nur durch den erzeugten Wasserdampf sehr abkühlen, sondern wegen einer so großen Masse Wasser auch sehr schwer zu verbrennen seyn. Schon deßwegen müßte es vortheilhaft seyn, wenn man das Holz zuvor in rothe Kohle verwandeln würde.

Man hat vorgeschlagen den Kernschacht der Hohöfen zu beseitigen, indem man die oben austretende Flamme in Flammöfen anwenden würde, und hoffte dadurch die Construction des Ofens zu vereinfachen und die Manipulationen zu erleichtern. Man würde in den Flammöfen die Brennmaterialien verkohlen, die Erze calciniren und sogar reduciren und sie dann in regelmäßigen Zwischenräumen in den Hohofen treiben. Meiner Meinung nach wäre eine solche Einrichtung aber durchaus nicht vortheilhaft, denn man hätte eigentlich bloß anstatt eines senkrechten Schachts einen horizontalen, wobei die Arbeit nicht erleichtert, sondern nur beschwerlicher wäre, weil man jeden Augenblik die Beschikung im Flammofen weiter rüken müßte, bis sie in den Hohofen gefallen wäre; dieß erfolgt aber Alles in den senkrechten Schichten, so wie man sie gegenwärtig hat, von selbst. Alsdann könnte man auch keine Luft in den Flammofen streichen lassen, weil man darin bloß has Erz zu reduciren und das Brennmaterial zu verkohlen beabsichtigt; nun habe ich aber schon oben bemerkt, daß die verlorenen Gase nicht durch ihre eigene Wärme eine nüzliche Anwendung gestatten, sondern nur durch diejenige, welche sie beim Verbrennen entwikeln.

Der Schacht bietet übrigens bei den Hohöfen meiner Meinung nach nur sehr wenig Unbequemlichkeit und dagegen sehr große Vortheile dar. Bekanntlich ist es durchaus nöthig, daß das Erz, ehe es in den Heerd wo es schmelzen muß, gelangt, mit der brennbaren Substanz lange genug in Berührung bleibt, damit sich alles Eisenoxyd vollkommen reduciren kann, weil sonst die Schlaken viel davon zurükhalten würden. Da nun die Reduction gewöhnlich, wenigstens größten Theils, durch Cämentation erfolgt, so erfordert sie eine lange Zeit, und zwar im Durchschnitt nicht weniger als zwölf Stunden. Das Erz muß also beiläufig diese Zeit zum Durchlaufen des Raums zwischen dem oberen Theil des Ofens und der Form brauchen. Man erfüllt diese Bedingungen, indem man dem Schacht angemessene Dimensionen gibt, die um so größer seyn müssen, je schneller die Arbeit von Statten geht, d.h. je mehr Roheisen man in einer bestimmten Zeit erhält und je mehr Wind das Gebläse liefert. Man kann übrigens die Höhe des Schachts vermindern, wenn man seinen Durchmesser |43| vergrößert, indem die Dauer des Verweilens des Erzes im Ofen die einzige wesentliche Sache ist.

Indem man vorschlug, den Schacht bei den Hohöfen wegzulassen, glaubte man ohne Zweifel dadurch den Brennmaterial-Verbrauch zu vermindern, indem man voraussezte, daß hievon um so mehr verbrennt, je größer der Hohlraum der Oefen ist; dieß ist aber eine irrige Annahme. Die Verbrennung der Kohle erfolgt im unteren Theil der Rast und hauptsächlich in der Nähe der Form; die Luft ist, wenn sie in den Schacht gelangt, ihres Sauerstoffs beinahe ganz beraubt, so daß sie beim Durchstreichen dieses Raums keine andere Wirkung hervorbringt, als daß sie die Substanzen, womit sie in Berührung kommt, erhizt und also den Wärmestoff wieder abgibt, den sie in den unteren Theilen des Hohofens aufnahm. Dessen ungeachtet wird Brennmaterial verzehrt; dieß ist aber bei allen Systemen unvermeidlich und rührt her: 1) von der Wirkung der Hize, welche aus dem angewandten Brennmaterial die flüchtigen Substanzen aller Art entbindet; 2) von der Wirkung des Eisenoxyds auf den Wasserstoff und Kohlenstoff, die es verbrennt, indem es sich reducirt; und 3) endlich, von der Auflösung der stark erhizten Kohle in dem kohlensauren Gas, welches in der Nähe der Form den Sauerstoff der Luft ersezt hat, wodurch viel Kohlenoxydgas entsteht. Man muß also bei jedweder Einrichtung des Hohofens, wenn man aus dem Brennmaterial den größten Nuzen ziehen will, alle aus der oberen Oeffnung austretenden Dämpfe verbrennen und verwenden.

Man könnte diese Dämpfe z.B. zum Calciniren oder Rösten der Erze, zum Erhizen der Gebläseluft, ehe dieselbe durch die Form in den Ofen gelangt, anwenden. Zum Rösten wäre es weder bequem noch ökonomisch, sich eines Flammofens zu bedienen, weil die Handarbeit bei der Bedienung eines solchen Ofens zu viele Kosten verursachen würde: viel besser ist es, einen gewöhnlichen prismatischen Ofen anzuwenden, einen Kalkofen z.B., in welchen man die Gase gleichzeitig mit einem Luftstrom von angemessenem Volumen treten läßt. Dieß thut man seit einigen Jahren mit Erfolg auf mehreren Hütten, wie in Bendorf bei Coblenz, wo Spatheisenstein verarbeitet wird. Wenn man das Erz durch Vermengung mit Kohlenlösche, Torf, Sägespänen etc. zugleich zum Theil reduciren wollte, so müßte man dafür sorgen, daß in den Calcinirofen nur so viel Luft gelangt, als zum Verbrennen der brennbaren Dämpfe durchaus nöthig ist. Das Rösten, wobei Luftzutritt nöthig ist, kann hingegen nur in Flammöfen vorgenommen werden; mit den Eisenerzen nimmt man jedoch diese Operation nur selten vor, weil die Kosten der Handarbeit den Preis des Eisens zu sehr erhöhen würden.

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Die Hize, welche die aus den Hohöfen tretenden Gase erzeugen können, ist, wenigstens bei Anwendung vegetabilischer Brennmaterialien, mehr als hinreichend, um die Luft, welche durch die Form eintreten muß, gehörig zu erhizen, d.h. auf 200 oder 300º C., wie man sie allgemein seit einigen Jahren anwendet. Das Verfahren auf der Hütte von Sargans beweist, daß man diese Gase, ehe man sie in den Apparat zum Erhizen der Luft für die Gebläse treten läßt, noch zum Rösten in Flammöfen oder zu irgend einer analogen Operation anwenden kann, und ich habe mich auf mehreren Hütten in Deutschland überzeugt, daß wenn man diese Gase unmittelbar und ohne Vorsichtsmaßregeln in die gußeisernen Luftröhren gelangen läßt, leztere oft so weich werden, daß sie nachgeben und sogar stellenweise vollkommen schmelzen.

Die Ersezung der kalten Luft durch heiße war für die Hohöfen (und Schmieden) eine wesentliche Verbesserung; man verbraucht dabei bedeutend weniger Brennmaterial, oft nur halb so viel, und zugleich konnte die tägliche Production beinahe verdoppelt werden. Es wurden mehrere Theorien ersonnen, um sich diese schönen Resultate zu erklären und man stellte zuerst die Ansicht auf, daß sie durch den Wärmestoff hervorgebracht werden, welcher durch die vorher erhizte Luft in den Heerd gelangt; bei einigem Nachdenken findet man aber bald, daß diese Erklärung keinen Halt hat. Allerdings erhöht die durch die erhizte Luft zugeführte Wärme merklich die Temperatur in dem Heerd; wenn dieß aber ihre einzige Wirkung wäre, so begreift man nicht, warum an Brennmaterial erspart wird, und man sollte eher vermuthen, daß davon mehr verzehrt würde: denn um die Luft außerhalb des Ofens zu erhizen, muß man voluminöse Apparate anwenden, die viel Brennmaterial erfordern, welches also rein verloren geht; ist es nun nicht offenbar, daß man auf eine ökonomischere Weise die Temperatur im Heerd erhöhen könnte, entweder, indem man die Beschikung etwas vermindert, oder indem man die Geschwindigkeit oder Spannung des Windes erhöht, weil sich in beiden Fällen alle entbundene Wärme auf die zu schmelzenden Substanzen werfen würde, ohne daß äußerlich welche verloren ginge.

Ich schlage eine andere Erklärung vor, der man nun allgemein beizustimmen scheint. Nach meiner Meinung rühren diese Erscheinungen einzig daher, daß die Luft, indem sie durch ihre Erhizung bedeutend mehr chemische Wirksamkeit erlangt, von dem ersten Augenblik an mehr Sauerstoff abgibt und folglich dasselbe Gewicht von erhizter Luft mehr Kohle verbrennt als von kalter. Die Temperatur, welche in einem mit Brennmaterial erfüllten Raume mit der in der Zeiteinheit verbrannten Quantität im Verhältniß steht, muß |45| also nach meiner Hypothese im ersteren Falle viel höher seyn, als im zweiten. Wenn, was höchst wahrscheinlich ist, die heiße Luft fast allen ihren Sauerstoff nicht weit über der Form abgibt, so concentrirt sich die Verbrennung dann fast ganz im Heerd und die oberen Theile werden bloß durch den Wärmestoff erhizt, welchen die von den unteren Theilen aufsteigenden Gase fahren lassen.

Zwei Bedingungen sind wesentlich, um gutes Roheisen zu erhalten und alles in den Erzen enthaltene Eisen zu gewinnen: erstens muß die Temperatur in dem Heerd sehr erhöht seyn, damit das Metall und die Schlaken recht flüssig werden und sich so vollständig als möglich von einander trennen. Zweitens muß das Erz lange genug in dem Ofen verweilen, damit das Eisenoxyd über der Form vollständig reducirt wird, weil es sonst zum Theil in den Schlaken rein verloren ginge: um diese zweite Bedingung zu erfüllen, gibt man dem Schacht eine angemessene Größe; die Temperatur braucht aber darin nicht sehr hoch zu seyn, weil sich das Eisenoxyd schon unter der Weißglühhize leicht reducirt und bei einer starken Hize nicht nur unnöthiger Weise Brennmaterial verbraucht würde, sondern auch das Erz zu schnell erweicht werden könnte, so daß es durch die Kohlen in den Heerd herabfallen könnte, noch ehe es vollständig reducirt wäre. Damit bei Anwendung kalter Luft der Heerd die nöthige Temperatur erlangen kann, regulirt man die Beschikungen und die Bewegung der Gebläse so, daß innerhalb einer gewissen Zeit eine hinreichende Menge Kohle verbrennt; wenn nun nicht heiße, sondern kalte Luft durch die Form eindringt, so gibt sie ihren Sauerstoff in dem Heerd nicht vollends ab, so daß in der Rast und in dem Schacht noch eine beträchtliche Verbrennung Statt findet, welche hingegen bei heißer Luft fast null ist; bei Anwendung lezterer bemerkt man auch in der Regel eine auffallende Abkühlung in den oberen Theilen der Oefen. Auf diese Art erklärt sich die große Ersparung an Brennmaterial bei dem neuen Schmelzverfahren9) sehr gut. Bei beiden Methoden wird zur Verbrennung derselben Menge Brennmaterial auch dieselbe Quantität Luft verbraucht und man fand, daß sich die absolute Menge des in 24 Stunden verzehrten Brennmaterials beinahe gar nicht änderte, als man die kalte Luft durch heiße ersezte; man hat auch fast nirgends die Geschwindigkeit des Kolbens der Gebläse abgeändert; um aber dasselbe Gewicht Kohle in den die Form umgebenden Theilen zu verbrennen, ist viel weniger heiße als kalte Luft erforderlich: da überdieß der Gehalt der Luft an Stikstoff, |46| einem unwirksamen und abkühlenden Körper, bedeutend ist, so muß auch in dieser Hinsicht die heiße Luft zur Erzielung einer hohen Temperatur im Heerd vortheilhafter seyn.

Wenn meine Theorie richtig ist, so wäre es möglich, durch Versuche den geeignetsten Temperaturgrad für die Luft zu bestimmen; denn er braucht offenbar nur so hoch zu seyn, daß sie allen ihren Sauerstoff an das weißglühende Brennmaterial, womit sie unmittelbar in Berührung kommt, abgeben kann. Eine größere Hize könnte nur unbedeutende Vortheile gewähren, welche den nöthigen Aufwand bei weitem nicht lohnen würden. Da aber nicht alle Kohlenarten gleich leicht zu entzünden sind, so muß man nach der Beschaffenheit eines jeden Brennmaterials die Luft verschieden stark erhizen. So reichen 150 bis 200º C. für Holzkohlen hin und es scheinen 300º und noch mehr für Hohöfen erforderlich zu seyn, die mit Steinkohlen gespeist werden. Wahrscheinlich würde der Anthracit eine noch höhere Temperatur erfordern; derselbe hat bekanntlich nur den Fehler, daß er beim Decrepitiren zu Pulver zerfällt. Aus dem Vorhergehenden folgt auch, daß durch die Anwendung heißer Luft das Ausschmelzen des Eisens mit Steinkohlen mehr verbessert wurde, als das mit Holzkohlen.

Die Wirkung der heißen Luft auf die Brennmaterialien erklärt endlich auch die sonderbare und bekannte Thatsache, daß man beim Speisen der Oefen mit kalter Luft zum Ausbringen derselben Menge Roheisen beinahe zwei Mal so viel Kohks als Holzkohlen braucht, obgleich diese beiden Brennmaterialien beinahe gleiche Heizkraft haben: dieß führt daher, daß die Kohks schwerer verbrennbar sind und also der kalten Luft unmittelbar viel weniger Sauerstoff als die Holzkohlen entziehen, und man folglich in den Heerd ein sehr beträchtliches Luftvolumen strömen lassen muß, um in einer gewissen Zeit so viel Kohks zu verbrennen, daß die Temperatur hinreichend gesteigert wird; da diese Luft aber noch viel Sauerstoff enthält, so verzehrt sie in der Rast ohne Nuzen eine große Menge Brennmaterial. Es müssen folglich die mittleren und oberen Theile des Hohofens sehr stark erhizt werden, was auch wirklich der Fall ist: und daher kommt es ohne Zweifel, daß das mit Kohks gewonnene Roheisen kohlenstoffreicher wird, als das mit Holzkohlen dargestellte. Wenn das Ausschmelzen der Eisenerze mit heißer Luft einmal seine höchste Vollkommenheit erreicht haben wird, so werden sich Kohks und Holzkohlen so ziemlich Gewicht für Gewicht ersezen.

In Rußland wendet man die heiße Luft nicht an; seit einigen Jahren pflegt man aber die kalte Luft, welche man in die Hohöfen treibt, mehr oder weniger stark, und wie es scheint, bis auf 2 Zoll |47| Queksilber zu comprimiren; dieß geschieht bei allen Hohöfen des Urals, die mit Holz oder Holzkohlen betrieben werden, und man versichert, daß bei dieser Methode viel Brennmaterial erspart wird10). Da sich die Gasarten im comprimirten Zustande in der Regel leichter mit anderen Körpern verbinden, so ist es möglich, daß die Luft unter einem Druk, welcher einer Queksilbersäule von zwei Zoll Höhe entspricht, mehr Sauerstoff an die Kohle abgibt, als wenn sie nur durch das Gewicht der Atmosphäre gedrükt wird; dieß ließe sich durch Versuche entscheiden; es ist aber durchaus nicht wahrscheinlich, daß diese comprimirte Luft eine so rasche Verbrennung bewirkt, wie die erhizte, d.h. schon in den ersten Augenbliken eben so viel Sauerstoff abgibt. Damit die Luft im comprimirten Zustande oder mit einer großen Geschwindigkeit in den Hohofen gelangt, muß die Oeffnung, durch welche sie eintritt, einen gehörig berechneten und kleinen Durchmesser haben; die aus dieser engen Mündung ausströmende Luft muß aber wegen der großen Impulsion, welche sie erhielt, weit in den Heerd hinein dringen. Man macht auch den Ort der Verbrennung in der Breite enger, als bei Anwendung nicht comprimirter Luft; es muß folglich dort eine starke Hize entstehen, und es kann seyn, daß dann mehr Kohle in dem Heerd verbrennt, als wenn die Luft bloß unter dem Druk der Atmosphäre in den Ofen gelangt, was der Hauptpunkt ist. Jedenfalls muß aber die Hize um die Form herum, in der auf die des Windes senkrechten Richtung, sehr schnell abnehmen, und wahrscheinlich würden sich daher an den Seiten Anhängsel bilden, wenn die Dimensionen des Heerdes nicht gehörig reducirt würden. Die Hize nimmt in senkrechter Richtung zwar allmählich ab, muß aber doch weit hinauf sehr stark seyn, weil die Luft erst dann allen Sauerstoff verloren hat, nachdem sie eine Schicht Brennmaterial durchstrich, die wahrscheinlich nicht viel kleiner ist, als diejenige, welche erfordert wird, um kalter nicht comprimirter Luft ihren Sauerstoff zu entziehen. Bei der heißen Luft sind die Wirkungen verschieden und müssen meiner Meinung nach vortheilhaftere Resultate geben. Da die Luft, wenn man sie vorher stark erhizt, viel elastischer wird, so könnte man sie nicht ohne einen beträchtlichen Aufwand von Triebkraft mit der Dichtigkeit der atmosphärischen in den Ofen treiben; man zieht es daher allgemein vor, sie bis auf einen gewissen Punkt sich ausdehnen zu lassen und die Düsen und die Form hinreichend zu erweitern, damit die Gebläse ohne Vergrößerung der Triebkraft in der Zeiteinheit dasselbe Gewicht |48| hineinschleudern, wie bei der Speisung mit kalter Luft. Bei dieser Methode wird der Ort der Verbrennung in der Richtung der horizontalen Dimensionen erweitert, hingegen wenig in der Höhe, daher sich alle Hize in dem Heerd concentrirt, so daß man diesem eine sehr große Breite geben kann. Dieß sind nun aber gerade die Bedingungen, unter welchen die größte Ersparniß an Brennmaterial, die vollständige Reduction des im Erze enthaltenen Eisenoxyds und die gänzliche Scheidung des Roheisens von den Schlaken möglich ist.

Wenn man durch verengerte Düsen erhizte und zugleich stark comprimirte Luft in einen Hohofen treiben würde, so wäre der Ort der Verbrennung selbst in der Höhe sehr beschränkt und es müßte daselbst eine außerordentliche Hize entstehen; daraus ginge aber kein Vortheil hervor, denn sobald die Temperatur den hinreichenden Grad überschreitet, muß nothwendig Brennmaterial unnüzer Weise verzehrt werden: außerdem wäre in diesem Falle mehr Triebkraft erforderlich, für welche man nicht entschädigt würde.

Um die Luft zum Speisen der Hohöfen zu erhizen, hat man verschiedenartige Apparate construirt11); in der Regel bestehen sie aber aus einer Reihe gußeiserner Röhren, die einerseits mit den Gebläsen communiciren und andererseits sich in Düsen endigen, welche den Wind in die Formen treiben. Diese Röhren werden äußerlich entweder durch die aus dem Hohofen tretenden Gase oder mittelst eines besonderen Feuerraumes erhizt. Hr. Cabrol hat kürzlich eine neue Methode die Luft zu erhizen vorgeschlagen, wodurch nach ihm auch kohlenstoffhaltige oder reducirende Gase von hoher Temperatur in die Oefen getrieben werden sollen.12) Er wandte sein Verfahren bei einem der Hohöfen in Alais vom 22. Januar bis zum 1. März an, und die Resultate waren so vortheilhaft, daß die tägliche Ausbeute beinahe auf das Doppelte stieg und der Brennmaterial-Verbrauch fast auf die Hälfte vermindert wurde. Diese Angaben können nicht bezweifelt werden; es fragt sich aber nur, ob seine Resultate eine Folge der kräftigen Wirkung der reducirenden Gase sind, welche der Apparat liefern soll, oder ob die Erhizung der Luft die einzige Ursache davon ist.

Folgendes sind die Thatsachen. Unter den vortheilhaftesten Umständen lieferte der Hohofen in 24 Stunden 10,800 Kil. Roheisen und verzehrte 15,000 Kil. aus Rochebeller-Steinkohlen bereiteter |49| Kohks. In derselben Zeit trieb das Gebläse 101,800 Kubikmeter Luft (auf 0º reducirt) in den Ofen, die beiläufig 130,000 Kil. wiegen und der Heizapparat verbrannte 2400 Kil. Rochebeller-Steinkohlen von der geringsten Sorte. Der Apparat, welchen wir nicht im Detail beschreiben dürfen, weil sich der Erfinder ein Patent darauf ertheilen ließ, besteht in der Hauptsache aus einem langen Flammofen, durch dessen Rost, der beständig mit Brennmaterial beschikt wird, die aus dem Regulator tretende Luft streicht. Bei dem Probeschmelzen waren die Gase beständig über den Schmelzpunkt des Zinks erhizt, und wenn man das Feuer im Flammofen anfachte, kamen die Düsen schnell zum Rothglühen.

Ich habe die Steinkohle von Rochebelle analysirt; sie besteht aus:

Kohle 0,681
Asche 0,104
Flüchtigen Stoffen 0,215
–––––
1,000

Mit Bleiglätte liefert sie 27,6 Blei, und da sie etwas Schwefelkies enthält, den ich nicht berüksichtigte, so entsprechen die 0,205 flüchtiger Stoffe, welche sie beim Glühen ausgibt, höchstens 0,135 Kohlenstoff. Diese Daten reichen zur Beurtheilung aller Wirkungen des Apparates hin.

2400 Kil. Rochebeller-Steinkohlen können nicht mehr als 500 Kil. brennbarer oder reducirender Gase liefern; da sich diese 500 Kil. nun, ehe sie in den Hohofen treten, mit 130,000 Kil. atmosphärischer Luft vermischen, so würde leztere von den reducirenden Gasen höchstens 4/1000 ihres Gewichts oder beiläufig eben so viel dem Maaße nach enthalten. Dieser Antheil ist so unbedeutend, daß man ihm durchaus keinen großen Einfluß auf die erhaltenen Resultate zuschreiben kann. Wenn die Luft endlich, nachdem sie den Feuerraum durchstrich, wirklich 4/1000 reducirender Gase enthalten sollte, so müßte man annehmen, daß die Steinkohle sich auf dem Rost wie in einem geschlossenen Gefäße verhält und sich ohne Verbrennung zersezt, was unmöglich der Fall seyn kann, da dem Apparate die Luft in Ueberschuß zuströmen muß. Selbst diese Annahme zugegeben, müßten jedoch die reducirenden Gase vollständig zerstört werden, noch ehe der Wind in den Hohofen dringt, denn es ist gar nicht wahrscheinlich, daß sie auch nur einen Augenblik in einer so großen Masse Luft bestehen könnten, die bis auf den Schmelzpunkt des Zinks erhizt ist. Cabrol's Apparat liefert also keine reducirenden Gase und erhizt bloß die Luft wie die alten Röhrenapparate, welchem Umstande allein |50| die mit dem Hohofen von Alais erhaltenen Resultate zugeschrieben werden können.

Es ist dessen ungeachtet möglich, daß Cabrol's Verfahren die Luft zu erhizen, dem von den ersten Erfindern befolgten, hinsichtlich der Ersparung an Brennmaterial vorzuziehen ist. Die Hüttenbesizer können dieß nach den vorhergehenden Daten beurtheilen, woraus hervorgeht, daß man in Alais 1 Kil. Steinkohlen brauchte, um 54 Kil. atmosphärischer Luft oder beiläufig 42 1/2 Kubikmeter auf den Schmelzpunkt des Zinks zu erhizen. Bei den Röhrenapparaten erfordert die Erhizung der Luft wegen der gußeisernen Behälter und weil sie ein schlechter Wärmeleiter ist, jedenfalls mehr Brennmaterial; der Hohofen erhält dagegen aber auch vollkommen reine Luft. Bei Cabrol's Apparate erhizen sich alle Theilchen der Luft unmittelbar, indem sie nach einander mit brennender Steinkohle in Berührung kommen, so daß keine Wärme verloren geht und die Gase, welche in dem Raume brennen, den der Wind durchlauft, müssen überdieß ihre Erhizung sehr erleichtern. Die aus diesem Apparate kommende Luft ist aber auch durch beigemischtes kohlensaures Gas und Wasserdampf sehr verschlechtert. Nach meinem Versuche mit Bleiglätte braucht nämlich die Steinkohle von Rochebelle zu ihrer vollständigen Verbrennung beiläufig ihr doppeltes Gewicht Sauerstoff oder ihr 8 1/2 faches Gewicht atmosphärischer Luft; die 2400 Kil., welche man davon auf dem Rost verbrennt, müssen also 4800 Kil. Sauerstoff aufnehmen, was mehr als der sechste Theil des in der erhizten Luft enthaltenen ist. Daraus ergibt sich auch, daß diese Luft in dem Augenblike, wo sie in den Hohofen gelangt, mit mehr als ein Zwanzigstel ihres Gewichts Kohlensäure und Wasserdampf gemischt ist.

Hr. Cabrol macht selbst in seinem Aufsaze auf diese Sauerstoffabsorption durch die Steinkohle aufmerksam und scheint diesen Umstand als einen vortheilhaften zu betrachten. Es läßt sich nicht einsehen, worauf er diese Meinung gründet; ich bin aber weit entfernt, ihr beizustimmen, sondern glaube im Gegentheil, daß, da man im Heerd eine möglichst hohe Temperatur auf die wohlfeilste Art hervorzubringen suchen muß, die Entdekung eines Verfahrens, wodurch man sich Sauerstoffgas verschaffen könnte, welches mit nicht so vielen unwirksamen Körpern vermischt wäre, wie in der atmosphärischen Luft, zu großen Verbesserungen führen würde. Wahrscheinlich wird es einmal gelingen, den Wasserdampf mit Vortheil zu benuzen, der so viel Sauerstoff und außerdem einen sehr brennbaren Körper enthält. Es wäre schon jezt sehr interessant zu untersuchen, wie Gemische von, auf 200º bis 300º C. erhiztem Wasserdampf mit atmosphärischer |51| Luft, beide in verschiedenen Verhältnissen angewandt, in einem Hohofen wirken würden. Bekanntlich wird der Wasserdampf durch weißglühende Kohle zersezt, wodurch man ein Gemisch von reinem Wasserstoff- mit Kohlenoxyd- und kohlensaurem Gas erhält; andererseits zersezt das Wasserstoffgas die Kohlensäure; jenes Gas ist aber, wie auch das Kohlenoxyd, sehr brennbar; die Erscheinungen wären also sehr verwikelt und deßwegen ist es wohl nicht möglich, vor Anstellung einiger Versuche etwas vorauszusehen.

Welchen Vortheil konnte nun aber Hr. Cabrol von den reducirenden Gasen erwarten, wenn sich wirklich solche in seinem Apparate gebildet hätten? Da diese Gase, wenigstens so wie man sie beim Ausglühen des Holzes oder der Steinkohlen erhält, bei gleichem Gewicht viel weniger Sauerstoff verzehren, als die Holzkohlen und die Kohks, so sind sie kein Aequivalent für diese Brennmaterialien und würden folglich keine so hohe Temperatur im Heerd hervorbringen. Sie tragen allerdings viel zur Reduction des Eisenoxyds in den oberen Theilen des Ofens bei; bekanntlich kommen diese Gase darin bei dem gewöhnlichen Verfahren aber schon in Ueberfluß vor, so daß es ganz überflüssig wäre, solche noch durch den unteren Theil des Ofens einzuführen.

Bei dem Versuche, welchen man in Alais mit heißer Luft anstellte, verbrannte man 15,000 Kil. Kohks und 2400 Kil. Steinkohlen mit 130,000 Kil. atmosphärischer Luft, die 30,000 Kil. Sauerstoff enthalten. Da nun 1 Theil Kohlenstoff 2,62 Theile Sauerstoff aufnimmt, die in 11,425 Luft enthalten sind, da man ferner 10 Proc. Asche in den Kohks annehmen kann und die Rochebeller-Steinkohlen zur Verbrennung 2 Theile Sauerstoff erfordern, die in 8,6 Luft enthalten sind, so wären zur vollständigen Verbrennung der 15,000 Kil. Kohks und der 2400 Kil. Steinkohlen ungefähr 40,200 Kil. Sauerstoff oder 170,000 Kil. atmosphärische Luft nöthig. Es fehlen also über 10,000 Kil. Sauerstoff. Zwar mußte das Erz bei seiner Reduction 4000 Kil. davon abgeben, weil man 10,000 Kil. Roheisen erhielt, aber dessen ungeachtet bleibt noch ein Deficit von wenigstens 6000 Kil.; auch sind die aus dem Ofen entweichenden Gase brennbar und lassen sich durch Vermischung mit einem hinreichend erhizten Luftstrome entzünden.

Bei Anwendung kalter Luft erhielt man mit derselben Quantität Kohks und Luft nur 5000 Kil. Roheisen in 24 Stunden. Es hätten also zur Verbrennung der Kohks 35,400 Kil. Sauerstoff verzehrt werden müssen, während die Luft und das Eisenoxyd nur 32,000 Kil. Sauerstoff liefern konnten, so daß 3400 Kil. fehlten.

|52|

Ueberdieß verliert aber die Luft beim Durchstreichen der Hohöfen höchst wahrscheinlich nicht allen Sauerstoff, besonders wenn man sie kalt anwendet.

Da keine sehr große Temperaturerhöhung nöthig ist, um das Oxydationsvermögen der Luft bedeutend zu verstärken, so wird man wahrscheinlich die erhizte Luft mit Vortheil noch zu anderen metallurgischen Operationen anwenden können, z.B. zum Rösten, zum Reichtreiben des silberhaltigen Bleies etc. Besonders wirksam dürfte sie bei der Behandlung der silberhaltigen Sulfuride und Arseniksulfuride nach dem directen Kupellationsverfahren seyn. Dieses verdiente versucht zu werden.

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Diese schäzbare Abhandlung findet man im Polytechnischen Journal Band LVII. S. 391.

A. d. R.

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Man vergleiche über diese rothe Kohle und über die Brennmaterialien überhaupt Berthier's vorher angeführte Abhandlung.

A. d. R.

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Hr. Prof. Bernoulli hat die Wirkung der heißen Luft im Wesentlichen auf dieselbe Art erklärt. Man vergl. Polyt. Journal Bd. LV. S. 51.

A. d. R.

|47|

Man vergleiche hierüber den Aufsaz von Sobolewskoy im Polyt. Journale Bd. LVI. S. 206.

A. d. R.

|48|

Man findet die zwekmäßigsten im Polyt. Journale Bd. LII. S. 100 und Bd. LV. S. 37 beschrieben und abgebildet.

A. d. R.

|48|

Polyt. Journal Bd. LVII. S. 109.

A. d. R.

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