Titel: Bunsen, über die gasförmigen Producte des Hohofenprocesses.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1839, Band 72, Nr. LXXXVI. (S. 441–455)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj072/ar072086

LXXXVI. Ueber die gasförmigen Producte des Hohofenprocesses und ihre Benuzung als Brennmaterial, von Dr. Bunsen.

Wir erhalten hiemit die ersten Resultate einer auf kurfürstl. hessische officielle Veranlassung von dem bekannten Verfasser in Gesellschaft mit dem Hütteninspector Pfort in Veckerhagen angestellten Versuchsreihe, welche uns Deutschen zum großen Ruhme gereicht, in sofern sie mehreren, in Frankreich praktisch und zum Theil rein empirisch erprobten Thatsachen und Processen erst die völlig sichere theoretische Begründung gewährt.

Um die Gase aus verschiedener Teufe des Hohofenschachtes aufzusammeln, bediente man sich eines langen, aus Flintenläufen zusammengeschweißten Eisenrohres, welches am oberen Ende mit einer langen Bleiröhre und durch diese mittelst Kautschukverbindungen mit einer hinreichend langen Kautschukröhre zum Austroknen der Gase und einer ganzen Reihe kleiner, etwa 15 Kubikcentim. fassender Glasröhrchen zum Aufsammeln der Gase verbunden war; das lezte der fein ausgezogenen Glasröhrchen stand durch ein Rohr mit einer Luftpumpe in Verbindung. Nachdem die Dichtigkeit dieser Vorrichtung bei dem Druke einer halben Atmosphäre geprüft war, wurde das Eisenrohr mit einem feuerfesten Beschlage versehen und von 1 1/2 zu 1 1/2 Fuß mit einem Drahtringe umwunden, um die Tiefe der Einsenkung bestimmen zu können. Während dasselbe, etwa 5 Zoll von dem Kernschacht abstehend, auf der Windseite mit den Gichten in senkrechter Richtung niederging, ließ sich das Bleirohr leicht an einen zum Experimentiren geeigneten Ort leiten. Die Gase strömten aus diesem, in verschiedener Krümmung fortgeleiteten Canale mit fühlbarer Gewalt aus, ließen sich, obgleich sie völlig erkaltet waren, sehr leicht entzünden, und brannten mit bläulichgelbrother Flamme ruhig an der Mündung fort. Obgleich sie sogar das auf beiden Seiten mit Baumwolle verstopfte Chlorcalciumrohr, und die feinen Oeffnungen der vorgelegten Glasröhrchen freiwillig durchströmten, so wurde doch der größeren Sicherheit wegen das Ende des Apparates mit einer Luftpumpe verbunden und so lange Luft durch das Röhrensystem |442| hindurchgesogen, bis man versichert seyn konnte, das Gas aus der beabsichtigten Tiefe unvermischt erhalten zu haben. Um jede Verunreinigung und Verwechselung unmöglich zu machen, wurden die Röhrchen sogleich an Ort und Stelle hermetisch mit dem Löthrohre verschlossen, mit einer Demantfeder bezeichnet, und erst bei der eudiometrischen Untersuchung unter Queksilber wieder geöffnet.

Zu den Versuchen diente ein vom Verfasser selbst getheiltes und kalibrirtes Queksilbereudiometer von solchen Dimensionen, daß sich noch Tausendtheile des gewöhnlich angewandten Gasvolumens durch Schäzung bestimmen ließen. Der Kohlensäuregehalt des Gasgemenges wurde durch eine um einen Klavierdraht gegossene, befeuchtete Kalihydratkugel bestimmt, an welcher vier Drahtspizen so mit eingegossen waren, daß die Kugel beim Emporschieben in dem Eudiometer die Wände des Glases nicht berühren und mit Kali befeuchten konnte. Um sodann die Menge des Grubengases, Wasserstoffes und Kohlenoxydes zu bestimmen, wurde aus kleinen, vor der Glasbläserlampe gefertigten, mit chlorsaurem Kali gefüllten Retorten Sauerstoff entwikelt, und nach völliger Austreibung der atmosphärischen Luft aus dem nur 1/2 Linie weiten Retortenhalse unmittelbar zu dem gemessenen, von Kohlensäure befreiten Gasvolum geleitet. Nach Verbrennung der Gase und nach Absorption der gebildeten Kohlensäure hinterblieb der Stikstoff mit überschüssigem Sauerstoff gemengt, von dem er leicht durch eine auf obige Weise vorgerichtete Phosphorkugel befreit werden konnte. Dabei ist zu bemerken, daß die durch die Tension der gebildeten phosphorigen Säure bewirkte Volumenvergrößerung zu 1/40 durchschnittlich angenommen und in Rechnung gebracht wurde.

Reducirt man die erhaltenen Gasvolumina auf gleichen Druk und gleiche Temperatur, und nennt man:

1) das angewandte Volumen α,
2) das Vol. nach Absorption der Kohlensäure β,
3) das Vol. nach Zulassung des Sauerstoffs γ,
4) das Vol. nach erfolgter Verbrennung δ,
5) das Vol. nach Absorption der gebildeten Kohlensäure ε,
6) das Vol. nach Absorpt. des rükständigen Sauerstoffs η,

so beträgt:

1) der Kohlensäuregehalt αβ = a,
2) der Stikstoffgehalt η – 1/40 = b,
3) der Gehalt der brennbaren Gase zusammen αab = c,
4) der in die Verbrennung eingegangene Sauerstoff βγε + η – 1/40 η = d,
5) die erzeugte Kohlensäure δε = e.
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Unter diesen Größen sind nur drei unbekannte, für welche sich leicht drei Gleichungen finden lassen. Nennen wir die Menge des Kohlenoxydes x, die des Grubengases y und die des Wasserstoffs z, so ist zunächst:

x + y + z = c.

Geht man ferner von dem Umstande aus, daß Kohlenoxyd und Wasserstoff, um zu Kohlensäure und Wasser zu verbrennen, die Hälfte ihres Volumens an Sauerstoff bedürfen, das Grubengas aber sein doppeltes Volumen, um in Kohlensäure und Wasser verwandelt zu werden, so erhält man als zweite Gleichung:

1/2 x + 1/2 y + 2 z = d.

Die dritte folgt endlich aus dem Umstande, daß Kohlenoxydgas, wie das Grubengas, sein gleiches Volumen an Kohlensäure erzeugt, wenn es mit Sauerstoff verbrennt, nämlich:

x + y = e.

Demnach ergeben sich die Werthe von x, y, z:

x = e – (2 d – c)/3, y = (2 d – c)/3, z = c – e.

Diese Gleichungen reichen zur Untersuchung der Gichtgase hin, da sich, wiederholten Versuchen zufolge, keine anderen brennbaren Gasarten darin finden, als die erwähnten.

Die Resultate der Versuche finden sich nun in folgender Tabelle vereinigt:

Textabbildung Bd. 72, S. 443

Das Verhalten des Ofens in diesen Versuchen war folgendes:

Ad 1) Etwas unruhiger Gang; Schlake blasenwerfend, zähe, schwach grünlich; Tümpel- und Gichtflamme nicht ganz durchsichtig, gelblich.

Ad 2) Geringes Senken der Gichten auf der Windseite; Tümpelflamme hellgelb, leuchtend; Gichtflamme nicht ganz durchsichtig, fahl und leuchtend; rohes Erz vor der Form; Schlake |444| zähe und gaar; Gaarrauch nicht sehr stark; Eisen von guter Beschaffenheit.

Ad 3) Tümpelflamme ruhig leuchtend, schwach hervordringend; Gichtflamme gelblich fahl leuchtend; Form hell und ruhig; Schlake gaar, jedoch etwas grünlich; nicht sehr starker Gaarrauch.

Ad 4) Tümpel- und Gichtflamme schwach leuchtend, ohne starken Gaarrauch; Form hell und leuchtend; Schlake stark grünlich gefärbt; rohes Erz vor der Form; ungleiche Senkung der Gichten an der Windseite. Wasserdampfentwikelung im Rohre von diesem Punkte an abwärts aufhörend.

Ad 5) Tümpelflamme weiß, etwas dampfend; Gichtflamme durchsichtig, wenig leuchtend, mit etwas mehr Gaarrauch; Form nicht sehr hell; Wind auf der Schlake flatternd; die sehr hoch stehende Schlake stark grün gefärbt.

Ad 6) Gaarer ruhiger Gang; Tümpel- und Gichtflamme röthlich schwach leuchtend; Schlake noch ziemlich grün; Form sehr hell; starker Gaarrauch.

Ad 7) Tümpelflamme stark hervorbrechend, leuchtend; Gichtflamme durchsichtig, röthlich bläulich; Form sehr hell; starker Gaarrauch; Erzgang ruhig; Schlake schwach grünlich.

Bei näherer Betrachtung der angeführten analytischen Resultate fällt nun sogleich Folgendes in die Augen:

Der bedeutende Kohlensäuregehalt in der oberen Gicht nimmt plözlich ab, und bleibt sich dann, mit kaum merklicher Zunahme nach Unten, ziemlich gleich. Diese plözliche Zunahme muß als Folge einer Kohlensäure-Entwiklung in dem oberen Theile des Ofens betrachtet werden, welche bei der hier herrschenden Temperatur beginnt, und durch die hier auftretende Atmosphäre von Wasserdampf vorzugsweise begünstigt wird. Aeußerst merkwürdig und ganz gegen die bisherige Annahme streitend erscheint die fast ganz gleichbleibende Menge des Kohlenoxydgases von der zweiten Gicht an bis zu einer Teufe von 14 Fuß, und wahrscheinlich noch darüber hinaus. Diese Thatsache scheint zu beweisen, daß der Sauerstoff der eingeblasenen Luft, bei dem vorhandenen Ueberschusse von glühendem Kohlenstoffe, sogleich zu Kohlenoxyd verbrennt, und daß mithin die niedere Oxydationsstufe bei der Verbrennung gleich ursprünglich so lange gebildet wird, als nicht ein Uebermaaß von Sauerstoff vorhanden ist. Das Vorkommen des Wasserstoffs im Gasgemenge erklärt sich aus einer Wasserzersezung auf Kosten des reducirten Eisens. Aber nicht nur das Eisen, sondern auch die Kohle bewirkt eine solche Zersezung. Denn leitet man Wasserdämpfe über glühende Kohlen, so wich nur freies |445| Wasserstoffgas, Kohlensäure und Kohlenoxyd gebildet. Da sich an diese bisher gänzlich verkannte (?) Zersezungserscheinung Betrachtungen knüpfen lassen, aus denen vielleicht neue Vortheile für den praktischen Betrieb des Hohofenprocesses hervorgehen könnten, so führt der Verf. hier die Analyse eines Gasgemenges an, welches durch Ueberleiten von Wasserdampf über glühende Kohlen in einem Porzellanrohre enthalten war. Versuch 1 wurde mit Meilerkohle, Versuch 2 mit ausgeglühter Kohle angestellt.

Kohlensäure 17,94 14,63
Kohlenoxyd 20,55 28,96
Wasserstoff 53,96 56,21
Grubengas 7,55 0,19
–––––––––––––
100,00 100,00.

Abgesehen vom Grubengase verhält sich also der Wasserstoff zu dem Sauerstoff der anderen Gase nahe wie 2 : 1.

Sehr auffallend ist es, daß Kohlensäure und Kohlenoxyd genau in dem Atomenverhältnisse von 2 : 1 stehen – ein Umstand, der indessen auch zufällig seyn kann. Die Analyse beweist zugleich das Irrige der Ansicht, daß bei der Zersezung des Wassers durch Kohle Kohlenwasserstoff entstehe.54) Wenn diese Trennung der Bestandtheile des Wassers und ihre Verbindung zu Kohlensäure und Kohlenoxyd mit einer Wärmeentwiklung verbunden ist, wie wir es bei den meisten, durch einfache Körper bedingten Zersezungserscheinungen des Wassers wahrnehmen, so darf man diese Wärme als gewonnen betrachten, und es ließen sich in diesem Falle erhebliche Vortheile von dem Einleiten eines nicht zu großen Dampfstromes in den Kohlensak – nicht die Form – mit Wahrscheinlichkeit erwarten, die besonders bei einer Anwendung der Gichtflamme von Wichtigkeit seyn würden, da die Intensität der Wärme durch einen solchen Wasserstoffgehalt der Hohofengase bedeutend erhöht werden müßte. Fände aber eine solche, die Zersezungserscheinung des Wassers begleitende Wärmeentwiklung nicht Statt, so würde die erzeugte Quantität der Wärme dieselbe bleiben. Es lassen sich drei Stationen, gleichsam Etagen, im Hohofen unterscheiden, in welchen der große Reductionsproceß vorbereitet, ausgeführt und vollendet wird.

Die erste ist durch eine copiöse Wasserdampfentwiklung charakterisirt, erstrekt sich bis zu einer Teufe von etwa 4 Fuß unter der obersten Kohlengicht, und versieht die Stelle eines Röst- und Brennofens: das freie und chemisch gebundene Wasser der Möllerung |446| und des Brennmaterials entweicht, die thonigen Miner werden gebrennt, zu porösen, die Gichten leichter tragenden Massen vereinigt, und die Trennung der Kohlensäure in der Möllerung, durch die Gegenwart des Wasserdampfes begünstigt, erfolgt.

Der zweite Raum ist durch den über 30 Proc. sich belaufenden Kohlenoxydgehalt der hier herrschenden Gase charakterisirt, und erstrekt sich bis in die untersten Teufen der Rast. Man könnte ihn den Reductionsraum nennen. Kohlenoxyd, Grubengas und Wasserstoff dringen in die durch obige Röstung geöffneten Poren des Erzes ein, die Reduction zu Eisenoxyduloxyd beginnt, und schreitet vielleicht nach Unten bis zur völligen Reduction fort, indem sich noch nicht bei der hier herrschenden Temperatur schmelzbare Kalksilicate bilden.

Der dritte Raum umfaßt das Gestell, und entspricht dem Schmelzofen. Die Bildung der Schlake, der geschmolzenen sauren Silicate, beginnt, das Eisen wird vollständig reducirt und gekohlt, bis endlich Schlake und Metall sich scheiden.

Nach diesen theoretischen Betrachtungen geht der Verfasser zu den Schlüssen über, welche sich aus diesen Untersuchungen für die Praxis ziehen lassen, und zwar zunächst zur Beantwortung der Frage:

I. Auf welche Art lassen sich diese Gase am zwekmäßigsten ableiten, um als Brennmaterial verwandt zu werden?

Verfolgt man die Zusammensezung der Gase von den oberen Gichten aus abwärts, so ergibt sich, daß man in einer Teufe von etwa 5 bis 7 Fuß das Maximum von verbrennlichen Bestandtheilen erreicht. In höheren Teufen die Gasarten abzuleiten, scheint besonders aus dem Grunde verwerflich, weil die erhebliche Menge des hier verflüchtigten Wassers nicht nur die Verbrennung der Gase hindern, sondern auch die mannigfaltigsten Unbequemlichkeiten, bei der speciellen Benuzung derselben, zur Folge haben würde. Was die Ableitung selbst betrifft, so wird eine bei der angegebenen Teufe im Ofenschacht angebrachte ringförmige Spalte, mit nach Unten gekehrter, etwas über die Mauerung hervorragender, trichterförmiger Ueberdachung, welche in den Ableitungscanal ausliefe, unstreitig diesen Zwek am vollständigsten erfüllen, da die Gase in der Mitte der Gichten nur wenig, an der glatteren Fläche des Kernschachtes aber mit bedeutender Gewalt emporströmen. Die Anwendung eines von Oben herab in die Gicht gesenkten Rohres dürfte aus eben diesem Grunde, besonders aber deßwegen nicht anwendbar seyn, weil dadurch unter solchen |447| doch mindestens sechszölligen Röhren ein leerer Raum entstehen und ein ungleiches Niedergehen der Gichten erfolgen würde.55) Der Widerstand, welchen der emporsteigende Luftstrom in den Kohlengichten erleidet, erzeugt ohne Zweifel eine hinlängliche Pressung, um die Gase durch die geeigneten Canäle fortzutreiben. Würde aber auch dieser Widerstand zur Forttreibung derselben nicht hinreichen, so ließe sich leicht durch Anbringung eines Schornsteines an dem zur Verwendung der Gase bestimmten Ofen der beabsichtigte Zwek sehr einfach erreichen. Bei einer solchen Einrichtung wird natürlich ein besonderer Verschluß der Ofengicht, welcher leicht ein Zurüktreten des Windes aus der Form zur Folge haben könnte, unnöthig.

Die nächste Frage ist:

II. Der wievielste Theil der im Hohofen erzeugten Wärme ist bei der bisherigen Nichtbenuzung der Gichtgase verloren gegangen?

Dem Welter'schen Geseze zufolge verhält sich die Menge des in den Gasen als verbrannt enthaltenen Sauerstoffs zu dem für ihre vollständige Verbrennung nöthigen, wie die im Ofen in der Wirklichkeit entwikelte Wärme zu derjenigen, welche noch durch Verbrennung der entweichenden Gase erhalten werden kann. Wenden wir dieses Gesez auf das zur Benuzung als am vortheilhaftesten zusammengesezt befundene Gasgemenge an, so ergibt sich das nachstehende Resultat:

Zusammensezung
dem Vol. nach.
Vol. des im Gemenge
verbrannt enthaltenen
Sauerstoffs.
Vol. des zur völligen
Verbrennung nöthigen
Sauerstoffs.
Stikstoff 60,94
Kohlensäure 3,49 3,49
Kohlenoxyd 32,59 16,29 16,29
Wasserstoff 2,32 1,16
Grubengas 0,66 1,98
––––––– ––––––– –––––––
100,00 19,78 19,43.

Da diese Sauerstoffvolumina sich verhalten wie die Wärmemengen, welche durch ihre Verbrennung erhalten werden können, so ergibt sich aus der Proportion:

10,78 + 19,43 : 19,43 = 100 : x = 49,55,

daß 49,55 Proc.56), also ungefähr die Hälfte des Brennmaterials |448| bei dem bisherigen Hohofenprocesse als Kohlenoxydgas gänzlich unbenuzt verloren gegangen ist.

Dieser mithin nicht weniger als 50 Proc. betragende Abgang an Wärme umfaßt aber bei weitem noch nicht den ganzen Wärmeverlust, welcher durch das Entweichen dieser Gase bedingt wird. Denn die Wärme, welche zur Erhizung derselben erforderlich war, geht ebenfalls verloren. Das dem Ofen dadurch entzogene Wärmequantum läßt sich einer Berechnung unterwerfen.

In Veckerhagen wird mit einer durchschnittlichen Pressung von 1,1 Pariser Fuß geblasen, durch eine 26,5 Par. Linien im Durchmesser haltende Düse. Aus der Koch'schen, von Buff verbesserten Formel:

Textabbildung Bd. 72, S. 448

worin h den Manometerstand in Pariser Fußen, c den diesem Stande entsprechenden Ausflußcoefficienten, nämlich 0,831, b den Barometerstand in Par. Linien, d den Durchmesser der Düse in Par. Linien, und endlich t° die Temperatur der Gebläseluft in Centesimalgraden bedeutet, ergibt sich das Gewicht der pro Minute eingeblasenen Luft zu 10Kl,432.

An Kohlen wird nach einer monatlichen Durchschnittszahl 1Kl,705 pro Minute verbrannt, welche, einem Versuche zufolge, 0,017 Proc. Asche und 5 Proc. Feuchtigkeit enthalten.

Die Eisengewinnung beträgt, nach einer ähnlichen durchschnittlichen Rechnung, 1Kl,0218, bei deren Reduction also 0Kl,3938 Sauerstoff, in Verbindung mit Kohle, gasificirt werden. Von der Möllerung wird pro Minute 4Kl,0314 durchgeschmolzen. Nun besteht aber diese nach einer genauen Analyse aus:

kieselsauren Salzen und Oxyden 83,52
Wasser 13,00
Kohlensäure 3,48
––––––
100,00.

Es entweichen daher pro Minute 0,1411 Kohlensäure aus derselben.

Fassen wir endlich diese Betrachtungen zusammen, so beträgt das Gewicht der der Gicht pro Minute entströmenden Gase an

ausgeblasener atmosphärischer Luft 10Kl,432
an gasificirtem Sauerstoff aus dem Erze 0 ,394
an gasificirter Kohle 1 ,688
an Kohlensäure aus der Möllerung 0 ,141
––––––––
also im Ganzen 12Kl,655.

Der Grad der Genauigkeit dieses Resultates läßt sich durch die |449| Analyse der Hohofengase controliren. In einem Kilogramm derselben sind nämlich, der Analyse zufolge, an Kohlen enthalten:

in der Kohlensäure 0,0150
im Grubengase 0,0076
im Kohlenoxydgase 0,1406
––––––
0,1632.

Daher sind nach Abzug der aus der Möllerung entweichenden Kohlensäure, 1Kl,924 Kohle in demjenigen Gasgemenge vorhanden, welches pro Minute durch den Schacht streicht. Den Betriebsregistern zufolge werden aber 1,688 Kohle gasificirt. Der Grund dieser verhältnißmäßig höchst unbedeutenden Differenz liegt ohne Zweifel in einem durch Zurükprallen bei der Form bewirkten Windverluste, der sich nie ganz vermeiden läßt.

Diese 12Kl,655 besizen eine Temperatur von 993°,5 C. Nimmt man die specifische Wärme dieser 12Kl,655 zu 0,265 an, so würden 12Kl,655 Wasser durch diese Wärmemenge auf 0,265 × 993°,5 oder 263°,27 und 1Kl Wasser von 0° auf 3331°,70 erhoben werden. Um diese 3331,7 Wärmeeinheiten zu erzeugen, werden 3331,7/7050 = 0,4725 Kohlen erfordert, welche also pro Minute ebenfalls noch unbenuzt verloren gehen. Die ganze Menge der verbrennenden Kohle beträgt aber 1Kl,688 pro Minute. Daher entspricht die Wärme, welche die erhizten Gase abführen, noch 28 Proc. Diese Wärme geht indessen nicht völlig verloren, da ein Theil davon noch benuzt wird, um die oberen Gichten, während sie bis zur Tiefe von 5 Fuß niedergehen, auf 993° zu erhizen und die Feuchtigkeit in der Möllerung zu verdampfen. Der wahre Wärmeverlust würde sich aus einer Temperaturmessung der obersten Gicht ergeben. Allein eine solche ist nicht ausführbar, da die Temperatur der Gichtoberfläche, von einem Aufgeben zum anderen, zwischen 0° und 600° variirt. Der wahre Wärmeverlust läßt sich daher genauer durch Rechnung finden, indem man die Wärmeeinheiten ermittelt, welche zur Erhizung der oberen Gichten und zur Verdampfung des darin enthaltenen Wassers erforderlich sind. Die Masse der Beschikung, welche sich über der Schicht befindet, worin die Temperaturmessung vorgenommen wurde, ist 3 Fuß mächtig, entspricht daher einer Gicht und wiegt 615Kl,6. Da in der Minute 0,00132 Gichten niedergehen, so werden 615,6 × 0,00132 oder 0Kl,86 der Beschikung in dieser Zeit auf 993° C. erhoben und das darin befindliche Wasser verdampft. Die Wassermenge, welche nach der oben angeführten Analyse in den 0Kl,86 beschikten Kohlen enthalten ist, beträgt 0,1118, und um sie zu verdampfen, werden 59,8 Wärmeeinheiten oder 0,0084 Kohlen |450| erfordert. Da die ganze pro Minute verbrannte Kohlenmenge 1Kl,688 beträgt, so ergibt sich, daß nur 1/2 Proc. der gesammten, im Ofen entwikelten Wärme zu dieser Verdampfung verwendet wird.

Die Menge der pro Minute niedergehenden, als wasserfrei angenommenen Beschikung beträgt 0,7453, welche daher auf 993° C. erhizt wird. Nimmt man die specifische Wärme dieser Beschikung zu 0,340 an, so werden 0Kl,7483 Wasser durch die zu dieser Temperaturerhöhung von 993° C. erforderliche Wärmemenge auf 993 × 0,34 = 337°,6 oder 1Kl Wasser auf 252°,6 erhoben. Zur Erzeugung dieser 252,6 Wärmeeinheiten werden aber 252,6/7050 = 0Kl,0358 Kohlen erfordert, welche nach der Proportion:

1,688 : 0,0358 = 100 : x

2,12 Proc. der gesammten Wärme entsprechen. Zieht man nun endlich diese bei der Austroknung und Erhizung der obersten Gicht aufgehende Wärmemenge von der in einer Tiefe von 5 Fuß mit den Gasen entweichenden ab, so ergibt sich die Thatsache, daß 25,4 Proc. des Brennmaterials dadurch verloren gehen, daß die daraus entwikelte Wärme mit den erhizten Gasen aus der Gicht entweicht. Zugleich folgt aber ferner noch daraus, daß bei dem bisherigen Hohofenproceß im Ganzen nicht weniger als 75 Proc. des ursprünglichen Brennmaterials gänzlich verloren gegangen ist.

Es ist nun nicht uninteressant, den Verbrauch der übrigen 25 Proc. Wärme in den verschiedenen Teufen des Ofens zu bestimmen. Nehmen wir mit Dumas an, daß die Temperatur des Ofens in und dicht über dem Gestell 2000° C. betrage, so muß die pro Min. durchgeschmolzene 0Kl,00132 betragende Beschikung auf diese Temperatur erhoben werden. Im „Troken- und Brennraume“ hat sie aber schon die Temp. 1000° erreicht, und bedurfte zu dieser Erhizung, wie wir gesehen haben, 2,6 Proc. des gesammten Brennmaterials. Um die doppelte Temperatur zu erlangen, muß sie noch eben soviel Wärme aufnehmen, als sie schon besizt, wenn man die zur Bildung der Gase bei der Reduction nöthige Wärme der zur Verdampfung des Wassers in den oberen Gichten erforderlichen gleichsezt, welche Annahme unstreitig noch etwas zu gering ist. Bei der Reduction des Erzes werden ferner, den früheren Betrachtungen zufolge, durch Bildung von Kohlenoxyd pro Min. 0,0301 Kohle gasificirt, welche 1,7 Proc. des gesammten Brennmaterials entsprechen. Die gesammte Consumtion des Brennmaterials im „Reductionsraume“ des Ofenschachtes beträgt daher nur 4,3 Proc. vom Ganzen, und |451| die noch übrigen 18,6 Proc. Wärme werden daher im Gestelle zur Schmelzung des Eisens und der Schlake verwandt.

III. Zu welchen Zweken lassen sich die Gichtgase am vortheilhaftesten benuzen?

Schließen wir jede ferner liegende Verwendung aus, und beschränken wir uns zunächst auf den Eisenhüttenproceß selbst, so dürfen wir hoffen, die Gase benuzen zu können

1) zum Graueisen- und Rohstahleisen-Schmelzen;

2) zur Feuerung das Gebläse treibender Dampfmaschinen;

3) zur Production der für den Ofen nöthigen Kohlen.57)

Ad 1) Wenn man von dem Umstande ausgeht, daß im Veckerhagener Hohofen 5244 Pfd. Kohlen in 24 Stunden verbrannt werden und daß der frühern Betrachtung zufolge 3933 Pfd. davon bisher mit den Gichtgasen verloren gegangen sind, so ergibt sich leicht die Menge des Eisens, welche sich durch dieses verlorene Brennmaterial würde schmelzen lassen. Beim Flammofenbetriebe werden nämlich zu Veckerhagen auf 100 Pfd. Eisen, 40,19 Pfd. lufttrokenes Holz erfordert. Nähme man selbst an, daß der ganze Kohlengehalt dieses Holzes realisirt werden könnte, so würde dasselbe einem Kohlenquantum von 15,46 Pfd. gleichkommen. Durch dieß mit den Gichtgasen verlorene Brennmaterial würden daher nicht weniger als 254 Entr. Eisen in 24 Stunden geschmolzen werden können.

Allein die Möglichkeit einer solchen Benuzung der Gase zum Flammofenbetriebe hängt nicht sowohl von der Quantität der vorhandenen Wärme, als vielmehr von ihrer Intensität ab. Denn steigt die Temperatur der durch die Gichtgase erzeugten Flamme nicht um ein Erhebliches über den Schmelzpunkt des grauen Eisens, d.h. über 1200°, so ist sie, wie groß auch das erzeugte Wärmequantum seyn mag, für diesen Zwek völlig unbrauchbar. Wir müssen daher zunächst die Temperatur bestimmen, welche die Flamme des brennenden Gasgemenges besizt.

Ein Kilogramm der brennenden Gase gibt, nach der zur Verbrennung nöthigen Menge Sauerstoff berechnet, 640,86 Wärmeeinheiten. Diese Wärmemenge wird im Momente ihrer Entstehung einem 2,0206 Theile betragenden Gasquantum mitgetheilt, das aus den Verbrennungsproducten jenes Gases und dieser 1Kl,0206 Luft besteht. Wäre diese Wärme einem gleichen Gewichte oder 2,0206 Th. Wasser zugeführt, so würde dieses dadurch auf 317°,26 erhizt seyn. Da |452| nun die Temperaturen, auf welche gleiche Gewichte verschiedener Körper durch dasselbe Wärmequantum erhoben werden, umgekehrt ihren respectiven specifischen Wärmen proportional sind, so erhält man die Temperatur des brennenden Gasgemenges, wenn man die oben gefundene Zahl 317°,2 durch die specifische Wärme der gebildeten Verbrennungsproducte dividirt. Die specifische Wärme des verbrannten Gasgemenges ist, nach der Analyse berechnet, = 0,2686.

Die Temperatur, welche die erkalteten Gase im günstigsten Falle bei der Verbrennung mit kalter Luft erreichen können, ist daher 317,2/0,2686 oder 1180° C. Da das Roheisen, nach Pouillet, erst bei 1200° C. flüssig wird, so ergibt sich aus den bisherigen Betrachtungen, daß die erkalteten, mit kalter Luft verbrannten Hohofengase nicht zum Eisenschmelzen benuzt werden können.

Es ist nun die Frage, ob durch Verbrennung dieser Gase mit erhizter Luft die Intensität der Wärme bis zum Schmelzpunkte des Eisens gesteigert werden könne. Nehmen wir an, daß die zur Verbrennung von 1 Kl Gas nöthigen 1Kl,0206 Wind vorgängig auf 200° C. erhizt worden, wie es gewöhnlich der Fall ist, so sind zu diesem Zweke 54,78 Wärmeeinheiten erforderlich. 1 Kl des verbrannten Gasgemenges, dessen specifische Wärme 0,2686 beträgt, erleidet daher eine Temperaturerhöhung durch diese 54,78 Wärmeeinheiten, welche gleich ist 54,78/0,2686. Die Temperaturerhöhung des gesammten, 2Kl,0206 ausmachenden Gasgemenges wird daher 54,78/(0,2686 × 2,0206) oder 100°,9 C. betragen. Bei Anwendung der erhizten Luft ist daher die Temperatur des brennenden Gases 100,9 + 1180 oder 1280°,9 C., woraus abermals folgt, daß die kalten, mit erhizter Gebläseluft verbrannten Hohofengase ebenfalls nicht zum Eisenschmelzen benuzt werden können, weil die Temperatur unter den günstigsten Umständen nur 80° C. über den Schmelzpunkt des Eisens steigt.58)

Die lezte und wichtigste Frage ist die: Ob durch die Verbrennung der Gase, in dem glühenden Zustande, wie sie dem Ofenschachte entströmen, die zum Eisenschmelzen nöthige Temperatur erreicht werden könne?

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Um diese Frage zu entscheiden, ist es nothwendig gewesen, eine Temperaturmessung der in einer Tiefe von 5 Fuß im Ofenschachte vorkommenden Gase anzustellen. Es wurde deßhalb ein 142,3 Grm. wiegender, 2'' breiter Kupferstreifen von der Dike eines Kartenblattes dazu benuzt, welcher spiralförmig dicht aufeinander gewunden und an einem langen geglühten Klavierdrahte befestigt war. Die große Oberfläche, welche ein solcher aufgewundener Streifen darbietet, bewirkt, daß, wenn man ihn, selbst in glühendem Zustande, in kaltes Wasser einsenkt, in weniger als 30 Secunden eine völlige Ausgleichung der Temperaturen Statt findet. Taucht man diese Rolle bei verschiedenen Erhizungen in dieselbe Menge kalten Wassers unter denselben Umständen ein, so wird sich die Wärmezunahme der Flüssigkeit wie die Temperatur der abgekühlten Rolle verhalten. Hat man aber die Wärmezunahme des Wassers für eine niedere, mit dem Thermometer meßbare Temperatur der Rolle bestimmt, so läßt sich jede andere höhere Temperatur derselben aus der Wärmezunahme des Wassers durch eine einfache Proportion finden, wenn man, was ohne erheblichen Fehler geschehen kann, die geringe Zunahme der Wärmecapacität des Kupfers bei höheren Temperaturen vernachlässigt. Die Abkühlung der Rolle geschah in einem dünnen Glaskolben, der bis zu 2/3 mit 714 Gram. Wasser angefüllt und dessen Abkühlung an der Luft bei verschiedenen Temperaturdifferenzen vorher genau ermittelt war. Das bei dem Versuche benuzte Thermometer hatte einen Umfang von 40° und gestattete noch eine Ablesung von 1/100 Grad der Centesimalscale. – Man fand nach dieser Methode, daß die Temperatur des Ofens in einer Tiefe von 5 Fuß 993°,5 beträgt. Jedenfalls kann die Temperatur nicht niedriger seyn als die gefundene, da die sämmtlichen Beobachtungsfehler verringernd auf jene Zahl einwirken. Zu bemerken ist ferner, daß wegen des Offenhaltens des Gichtdekels die Temperatur des Windes bei dem Versuche bis auf 110° gesunken war, woraus sich schließen läßt, daß bei gewöhnlichem Gange des Ofens die Hize an jenem Punkte ohne Zweifel mehr als 1000° beträgt. Um den Einfluß dieser Temperatur auf die Erhizung der brennenden Gase zu bestimmen, müssen wir zunächst abermals ihre Wärmecapacität ermitteln:

Stikstoff 0,6090 liefert als Theil der spec. Wärme 0,1665
Kohlensäure 0,0545 0,0120
Kohlenoxyd 0,3246 0,0769
Wasserstoff 0,0016 0,0053
Kohlenwasserstoff 0,0103 0,0043
–––––– ––––––
1,000 des Gas gem. besizt also eine sp. Wärme 0,2650.
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Um 1Kl der Gase auf die Temperatur 1000° zu erheben, werden mithin 1000 × 0,265 oder 265 Wärmeeinheiten erfordert. Diese vertheilen sich auf das 2Kl,0206 betragende Gasquantum der Verbrennungsproducte, welche, wenn sie aus Wasser beständen, eine Temperaturerhöhung von 265/2,0206 = 131°,1 dadurch erleiden würden. Da nun die Wärmecapacität der Verbrennungsproducte 0,2686 beträgt, so beläuft sich der Zuwachs an Wärme, welchen die Flamme durch die ursprünglich höhere Temperatur der sie bildenden Gase erleidet, auf 131°,1/0,2686 oder 488°. Bei der Verbrennung mit kalter Luft erreichen daher die erhizt aus der Gicht strömenden verbrennenden Gase eine Temperatur von 1668°, die durch Anwendung von erhizter Gebläseluft auf 1769° noch gesteigert werden kann. Als Endresultat dieser Untersuchung ergibt sich daher die Thatsache, daß die Hohofengase bei der Temperatur, bei welcher sie dem Schacht entströmen, mit kalter, besonders aber mit erhizter Luft verbrannt, sich zum Eisenschmelzen sehr gut eignen.

Erlauben es die Raumverhältnisse des Hohofens nicht, solche Gasöfen, wie man sie nennen könnte, am obern Theile der Rauchmauer anzubringen, so wird man doch noch sehr bedeutende Vortheile dadurch erlangen können, daß man die Gase durch Röhrenleitungen in den herkömmlichen, zum Eisenschmelzen bestimmten Flammofen leitet und mit dem üblichen Brennmaterial verbrennt. Eine geringe Menge des leztern wird in diesem Falle hinreichen, um den Gasen die zum Eisenschmelzen nöthige Temperatur wieder zu ertheilen, wenn sie solche bei ihrer Fortleitung verloren.

Ad 2) Ein Hohofen von der Größe des Veckerhagener bedarf zum Betriebe des Gebläses ungefähr 2 Pferdekräfte. Es erfordert aber eine dieser Kraft entsprechende Henschel'sche Dampfmaschine stündlich zu ihrer Feuerung 35 Pfd. Buchenholz. Nehmen wir selbst an, daß der ganze im Holze enthaltene Kohlengehalt bei der Verbrennung realisirt werden könnte, so entsprechen diese 35 Pfd. Holz 13 Pfd. Kohlen. Nun aber werden, den früheren Angaben zufolge, 218,5 Pfd. stündlich im Hohofen verbrannt. 3/4 davon, oder 163,8 Pfd. gehen bei dem jezigen Hohofenbetriebe verloren; 13 ist aber nahe der 12te Theil von 163,8. Es ergibt sich daher aus dieser Betrachtung, daß höchstens 1/12 des bisher verlorenen Brennmaterials eine Dampfkraft zu erzeugen im Stande ist, welche zum Betriebe des Hohofengebläses hinreicht. Es läßt sich mit Bestimmtheit voraussehen, daß eine noch weit geringere |455| Menge des Brennmaterials für den beabsichtigten Zwek genügen werde.

Ad 3) Was endlich die Benuzung der Gichtflamme zur Production des für den Hohofen selbst nöthigen Kohlenbedarfs anbelangt, so hat sich nicht nur die Möglichkeit, sondern auch der große praktische Werth einer solchen Anwendung bereits in der Erfahrung bewährt. Wie hoch sich aber die dadurch erlangten Vortheile belaufen und in welchem Verhältnisse sie zu dem bereits Angeführten stehen, erfordert eine neue Experimentaluntersuchung, welche den Gegenstand einer besondern Arbeit ausmachen wird.

(Aus Poggend. Annal. Bd. XLVI. S. 193–227 im polyt. Centralbl. Nr. 27 und 28.)

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Was bereits durch Dr. Fyfe's Versuche (polyt. Journal Bd. LXVI. S. 143) genügend widerlegt wurde.

A. d. R.

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Dieser Umstand ist seither durch die Erfahrung bestätigt worden.

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Bei dieser Berechnung ist auf den aus der Möllerung herrührenden Kohlensäuregehalt keine Rüksicht genommen. Könnte man ihn mit in Rechnung ziehen, so würde das Resultat noch etwas günstiger ausfallen.

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2) und 3) sind in Frankreich bekanntlich bereits praktisch ausgeführt.

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Dieses Resultat ist seitdem durch einen zu Veckerhagen angestellten Versuch bestätigt worden, bei welchem die durch ein 6zölliges, senkrecht 7 Fuß tief in den Ofenschacht gesenktes Rohr gegen 60 Fuß weit fortgeführten und mit erhizter Luft in einem kleinen Flammofen verbrannten kalten Gase eine Schmelzung des Eisens bewirkten, wobei dasselbe indessen nicht den nöthiaen Grad der Flüssigkeit erlangte, um abgestochen werden zu können.

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