Titel: Ebelmen, über die Hohofengase.
Autor: Ebelmen,
Fundstelle: 1842, Band 85, Nr. XIV. (S. 33–47)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj085/ar085014

XIV. Ueber die Zusammensezung und Anwendung der Hohofengase; ein von Hrn. Chevreul der französischen Akademie der Wissenschaften über eine Abhandlung des Hrn. Ebelmen erstatteter Bericht.

Aus den Comptes rendus, März 1842, Nr. 13.

Seitdem ein französischer Hüttenmeister, Hr. Aubertot, Constructionen zur Anwendung der bei den Hohöfen sonst verloren gehenden Flamme erfunden hatte, vorzüglich aber seit dem Jahr 1814, wo Hr. Berthier, indem er dieselben bekannt machte, die Aufmerksamkeit des Publicums auf alle Folgen lenkte, welche die Benuzung einer Wärmequelle herbeiführen könnte, die bisher vernachlässigt worden war, machte dieser wichtige Gegenstand in Frankreich leider keine großen Fortschritte. Wenn aber noch ein Zweifel zulässig wäre, wenn es noch weiterer Beweise für die Richtigkeit dieser Erfindung bedürfte, um auch Jene zu überzeugen, die ihren großen Nuzen noch nicht einsehen, so würden die Forschungen eines jungen Professors an der École des Mines in Paris, des Hrn. Ebelmen, über die Zusammensezung und die Anwendung der Hohofengase, alle Ungewißheit in dieser Hinsicht verscheuchen. Hiemit wird die Akademie zweifelsohne übereinstimmen, nachdem sie unseren Bericht angehört hat. Wir wollen zuerst an die verschiedenen Theile erinnern, aus welchen der Raum eines Hohofens besteht, so wie an den Gang, welchen die in ihm wirkenden Substanzen befolgen.

Der Raum eines Hohofens besteht aus viererlei zusammenhängenden |34| Theilen, welche eine Verticallinie zur gemeinschaftlichen Achse haben; diese sind, von Oben herab

1) der Schacht,

2) die Rast;

diese beiden Theile haben die Gestalt zweier abgestuzten, an ihrer Basis vereinigten Kegel; die Höhe des Schachts aber verhält sich zu jener der Rast wie 2 2/3 bis 3 1/2 zu 1.

3) Das Gestell, ein prismatischer Raum, dessen unterer Theil die Form oder Formen der die Luft in den Ofen führenden Gebläse aufnimmt.

4) Der Herd, ein unterhalb der Form oder der Formen befindlicher Raum, in welchen die Schlaken und das aus den Eisenerzen reducirte Roheisen fallen.

Durch die Gicht, die obere Oeffnung des Schachts, bringt man das Brennmaterial, das Erz und den Zuschlag (Fluß) in den Hohofen und durch den Boden des Gestells strömt unausgesezt die zur Verbrennung nothwendige Luft hinzu.

Die Kohle spielt eine dreifache Rolle; ein Antheil derselben entwikelt die zur chemischen Reaction und zur Schmelzung der flüssig zu machenden Körper nöthige Hize; ein anderer Antheil führt, indem er das Erz des Sauerstoffs beraubt, das Eisen in den metallischen Zustand zurük; ein dritter endlich verwandelt das reducirte Metall, indem er sich damit verbindet, in schmelzbares Roheisen.

Demnach sind in einem im Gange befindlichen Hohofen zwei Säulen in Bewegung, eine aufsteigende und eine absteigende; erstere, durchaus gasförmige, besteht ursprünglich aus mit ihrem Wasserdunst versehener atmosphärischer Luft, und ist bei ihrem Austritt aus Stikstoff, allen flüchtigen Substanzen, welche sich aus dem Erze, dem Zuschlag und dem Brennmaterial entwikeln konnten, und endlich den Verbrennungsproducten zusammengesezt; die ursprünglich aus festen Stoffen gebildete absteigende Säule besteht zulezt aus geschmolzenen Substanzen, welche sich in Schlake und Roheisen trennen.

Die nun zu besprechenden Untersuchungen des Hrn. Ebelmen machen ihrer Ausdehnung nach eher ein Buch als eine eigentliche Abhandlung aus. Sie hatten drei Hauptpunkte zum Gegenstand:

1) Durch directe Versuche die chemische Zusammensezung der aufsteigenden Säule, und zwar von ihrem Austritt durch die Gicht an bis zu ihrem Ursprung vor der Form zu erkennen.

2) Die Theorie der Hohöfen auf genau ermittelte Tathsachen zu begründen.

3) Einige Resultate von Versuchen über die Anwendung der verbrennlichen Gase der aufsteigenden Säule mitzutheilen, so wie |35| einige Ansichten über das Verfahren, bei der Eisenbereitung jedes Brennmaterial mit Kohlenstoff und Wasserstoff als Basis zu benuzen.

§. I. Von der chemischen Zusammensezung der aufsteigenden Säule des Hohofens.

Hr. Ebelmen hatte Hindernisse zu überwinden, um die Gase, welche er analysiren wollte, mit Sicherheit aus den verschiedenen Theilen des Ofens, durch welche die aufsteigende Säule streicht, von der Form an bis zur Gicht schöpfen zu können; dieß gelang ihm, indem er in jeden dieser Theile gehörige Zeit lang eine (ansaugende) Röhre stekte, deren Material jedesmal nach der Temperatur, welche sie auszuhalten hatte, gewählt wurde. So konnte er an der Gicht, am Schacht und unterhalb desselben das Gas mittelst einer Röhre von Gußeisen ausziehen, während er an der Form sich einer beschlagenen Porzellanröhre bedienen mußte, welche gegen die unmittelbare Einwirkung des Feuers durch einen doppelten Ueberzug von Eisen und feuerfester Erde geschüzt war, wobei man noch die Vorsicht gebrauchen mußte, nur eine Portion des normalen Windes zu geben.

Die Saugröhre stand immer in Verbindung mit einer Röhre voll Bimsstein, welcher mit concentrirter Schwefelsäure imprägnirt war, um den Wasserdampf zurükzuhalten und dessen Gewicht bestimmen zu können; das getroknete Gas aber wurde bald in ein Queksilber-Gasometer von 1600 Kubikcentimern gebracht, bald vorläufig in einem gläsernen Recipienten über Wasser gesammelt, welches mit einer hinlänglich diken Oehlschicht bedekt war, um das Gas vor aller Berührung mit dem Wasser zu schüzen. In beiden Fällen wurde das vollkommen trokne Gas in einem System von Glasröhren einer Reihe Operationen unterworfen, wodurch es

1) seine Kohlensäure an Kali abtrat,

2) mittelst Kupferoxyd verbrannt wurde, wenn es Kohlenstoff und Wasserstoff in verbrennlichem Zustande enthielt,

3) die Kohlensäure und das Wasser, welche hiedurch erzeugt wurden, gesammelt werden konnten,

4) der Stikstoff, als Rükstand der vorhergehenden Operationen sich direct bestimmen ließ.

Vor dem Einbringen des Hohofengases in den Apparat ließ man durch denselben Stikstoff strömen, um alle atmosphärische Luft daraus zu vertreiben.

Bei jeder Operation wurden 1 1/2 Liter Gas in Arbeit genommen und die Verbrennung mittelst Kupferoxyd dauerte eine Stunde. Die Menge der analysirten Substanz und die Dauer der Verbrennung |36| in einem übrigens gut ausgedachten Apparat bieten alle wünschbare Gewähr für die Genauigkeit der Resultate dar.

Durch dieses Verfahren konnte Hr. Ebelmen sich überzeugen, daß das Hohofengas bei seiner complicirtesten Zusammensezung aus Wasserdampf, Kohlensäure, Kohlenoxyd, nicht gekohltem Wasserstoff, Stikstoff, und wenn Holz gebrannt wird, noch aus Essigsäure und Kohlenwasserstoff besteht.

Hr. Ebelmen stellte zwei Reihen von Versuchen an; zuerst untersuchte er die Gase vom Hohofen zu Clerval (Depart. Doubs), welcher mit Holzkohle ging; der Wind war 175 bis 190° C. heiß; die Düse hatte 0,065 Meter Durchmesser; der Druk war = 0,015 bis 0,018 Met. Queksilberhöhe. Dann untersuchte er die Gase des Hohofens von Audincourt (Depart. Doubs), welcher mit Kohle und Holz bei 250° C. heißem Wind betrieben wurde; die Düse hat 32 Quadratcentimeter und der Druk betrug 0,070 bis 0,074 Meter Queksilberhöhe.

Erste Reihe. – Untersuchung der Hohofengase von Clerval; Gase vom Ausgange der Gicht.

Diese, wie vorauszusehen, sauerstofffreien Gase enthielten im Mittel:

Kohlensäure 12,88
Kohlenoxyd 23,51
Wasserstoff 5,82
Stikstoff 57,79.

Die Quantität von Wasser dam Pf, welche auf 100 Volume der troknen Gase kommt, wechselt von 14,38 bis 9,42 Volumen, je nachdem die Gichten eben erst aufgegeben oder bereits niedergegangen sind.

Die Mengen des Wasserstoffs und Stikstoffs blieben sich ziemlich gleich.

Die Summe der Volume des Kohlensäure- und Kohlenoxydgases waren constant; ihre respectiven Mengen aber variirten.

Gase aus dem Innern des Schachts.

Hr. Ebelmen fand bei der Analyse der 1,33 M., 2,67 M., 4,00 M. und 5,33 M. unter der Gicht geschöpften Gase:

1) daß von 1,33 M. bis 2,67 M. das Verhältniß des Wasserdampfes rasch abnimmt, während die anderen Bestandtheile der Mischung in wenig verschiedenem Verhältnisse vorhanden sind;

2) daß bei der Tiefe von 2,67 M. bis 5,67 M. das Verhältniß des Kohlenoxyds zu-, das der Kohlensäure und des Wasserstoffs aber abnimmt.

|37|

Gase vom unteren Theile des Schachts oder vom oberen Theile der Rast.

Ihre Zusammensezung verdient Beachtung, erstens wegen ihrer Beständigkeit und zweitens wegen der Abwesenheit von Kohlensäure und Wasserdampf; sie enthalten

Kohlenoxyd 35,01
Wasserstoff 1,92
Stikstoff 63,07.

Es muß bemerkt werden, daß der Sauerstoff, welcher die Quantität atmosphärischen Sauerstoffs überschreitet, wie sie der Stikstoff ergibt, dessen Quantität unveränderlich bleibt5), von der Gicht bis zum unteren Theil des Schachts sich von 10 auf 1 verminderte; das Erz muß also im Schacht Sauerstoff verloren haben.

Gase vom unteren Theile der Rast.

Ihre Zusammensezung ist nicht so constant wie die der anderen, wofür aber Hr. Ebelmen einen sehr wahrscheinlichen Grund angibt; sie ist im Mittel folgende:

Kohlensäure 0,31
Kohlenoxyd 41,59
Wasserstoff 1,42
Stikstoff 56,68.

Gase, die unter dem Tümpelstein (einer Oeffnung etwas über der Form, aus welcher die Schlaken austreten) ausgezogen wurden.

Diese Gase bestanden aus:

Kohlenoxyd 51,35
Wasserstoff 1,25
Stikstoff 47,40.

Man sieht, daß hier der Sauerstoff des Kohlenoxyds den vom Stikstoff angegebenen atmosphärischen Sauerstoff, so wie den von 1,25 Wasserstoff angedeuteten, von Wasserzersezung herrührenden, bedeutend übersteigt. Wir werden hierauf zurülkommen; auch sieht man, daß in der aufsteigenden Säule in geringer Entfernung von der Form alle Kohlensäure fehlt.

Gase dicht vor der Form.

Diese Gase bestehen nur aus atmosphärischer Luft, von welcher einige Procente Sauerstoff in Kohlensäure umgewandelt wurden.

Hienach muß man annehmen, daß der Sauerstoff der Atmosphäre |38| sich direct mit dem Kohlenstoff verbindet und Kohlensäuregas erzeugt; daß aber das Kohlensäuregas unter dem Einfluß der überschüssigen Kohle und der in der Nähe der Form entwikelten hohen Temperatur schnell in Kohlenoxydgas verwandelt wird; diese Temperatur ist so bedeutend, daß ein ihr ausgesezter Flintenlauf glühend wird und nach 1 bis 2 Minuten schmilzt, auch eine Porzellanröhre darin schmilzt, wenn sie nicht schon beim ersten Eindruk dieser Hize springt.

Zweite Reihe. – Untersuchung der Gase des Hohofens in Audincourt.

Dieser Ofen ging, wie schon gesagt, mit Kohle und Holz, welches leztere in seiner Heizkraft dem Drittheil seines Volumens Kohle entsprach.

Hr. Ebelmen, der sich überzeugen wollte, in welcher Tiefe des Schachts das Holz in Kohle verwandelt wird, fand, daß 7/4 Stunden lang 3 Meter unterhalb der Gicht im Schacht dieses 8 Meter hohen Ofens gebliebenes Holz sein Aussehen und das ihm beigemengte Erz seine Feuchtigkeit behielt, während 1 M. darunter, nämlich 4 M. unterhalb der Gicht, 3 1/4 stündiges Verweilen das Holz vollkommen zu Kohle und das Erz zu magnetischem Oxyd reducirte.

Die Analyse der Gase des Hohofens in Audincourt stimmt mit jener der Gase des Ofens in Clerval gänzlich überein, nur daß in der oberen Hälfte des Schachts in Audincourt die Gase beinahe zweimal mehr Wasserdampf enthielten- eine natürliche Folge der Anwendung von Holz, welches in diesem Theile des Ofens austroknet, und daß ferner die Gase Essigsäure und Kohlenwasserstoff-Verbindungen enthielten; merkwürdig aber war, daß das der Condensation durch Schwefelsäure entgehende Wasserstoffgas frei von allem Kohlenstoff war; es glich also in seiner chemischen Beschaffenheit dem Gas eines ausschließlich mit Kohle erhizten Hohofens.

Endlich beobachtete Hr. Ebelmen, welchem die Umstände bei dem Hohofen in Audincourt günstiger waren als bei dem in Clerval, um das Gas der aufsteigenden Säule in der Gegend der Form zu schöpfen, hier mit Gewißheit die Erzeugung von Kohlensäuregas durch die Einwirkung der Luft auf den Kohlenstoff, als der Bildung von Kohlenoxyd vorausgehend. Er konnte sich von einer wichtigen Thatsache überzeugen, daß nämlich der Sauerstoff der Atmosphäre etwas unterhalb der Form sich in der erzeugten Kohlensäure und dem Kohlenoxyd wieder findet, so daß also in diesem Theile des Ofens unter dem Einflüsse der |39| Hize und der Luft keine bemerkenswerthe Quantität Eisen verbrennt.

Endlich fand Hr. Ebelmen, daß in einem kleinen Cupolofen à la Wilkinson von 1,67 Meter Höhe, der mit Kohks ging, die 0,1 M. unterhalb der Gicht geschöpften Gase enthielten:

Kohlensäure 12,11
Kohlenoxyd 11,98
Wasserstoff 0,95
Stikstoff 74,96,

woraus folgt, daß die Kohkssäule nicht hinreicht, um alle Kohlensäure in Kohlenoxyd umzuwandeln und daß außerdem noch ein Antheil Sauerstoff sich mit dem Eisen verbindet und es verschlakt – ein von dem vorigen sehr verschiedenes Resultat.

§. II. Theorie der Hohöfen.

Um die in der aufsteigenden Gassäule des Hohofens eintretenden Veränderungen der Zusammensezung leicht verfolgen zu können, muß eine bestimmte Quantität Stikstoff als Vergleichungsgröße genommen werden, z.B. 100 Volume, welche 26,26 Volume atmosphärischen Sauerstoff repräsentiren; da nun der durch die Form eingetretene, durch 100 Volume repräsentirte Stikstoff bei seinem Austritt aus der Gicht noch durch dieselbe Zahl repräsentirt wird, so kann man, indem man die Zusammensezung eines jeden Abschnitts der aufsteigenden Säule darauf zurükführt, die in der respectiven Menge der die Säure bildenden Gase eintretenden Veränderungen leicht verfolgen.

Hrn. Ebelmen's Analysen thun dar, daß die Zusammensezung der Säule in einer gewissen Höhe allemal constant ist, wenn die Gasansaugung in dieser Höhe lang genug fortgesezt wurde und übrigens der aus der Form gestoßene Luftstrom constant ist.

Indessen kann die Analyse der Gase die mittlere Zusammensezung des im Gestell einige Decimeter von der Form befindlichen Gasabschnittes nicht geben und es muß hier die oben (Seite 37) erwähnte, von Hrn. Ebelmen aufgestellte Erklärung der Ursache der von der Analyse angezeigten großen Menge Kohlenoxyds in den Gasen aus diesem Theile des Ofens erwähnt werden.

Da die das Roheisenbad im Herd bedekenden und die den inneren Wänden des Gestells anhängenden Substanzen kieselsaures Eisen in teigartigem Zustande und Kohle enthalten, so findet nach Hrn. Ebelmen eine beständige Reduction des Eisens statt, wodurch Kohlenoxyd erzeugt wird, welches zu gleicher Zeit mit dem Gase der |40| aufsteigenden Säule von der zum Aufsammeln dieses lezteren dienenden Röhre in großem Maaße mit eingesaugt wird.

Wir wollen nun die Verwandlung der durch die Form in den Ofen eindringenden und durch die Gicht aus demselben tretenden Luftschicht verfolgen; der zuerst in Kohlensäure übergegangene Sauerstoff derselben wird vermittelst einer der in der Kohlensäure enthaltenen gleichen Menge Kohlenstoff bald in Kohlenoxyd verwandelt; das Volumen des Sauerstoffs wird hiedurch verdoppelt. Diese Umwandlung geht in einem Raume vor, welcher jenem, wo sich die Kohlensäure bildete, sehr nahe ist.

Zu gleicher Zeit wird der mit der Luft eingeführte atmosphärische Wasserdunst in Kohlenoxyd und reinen Wasserstoff verwandelt.

Würde sich nicht kieselsaures Eisen erzeugen, hätte man dem in den Hohofen gebrachten Erz nicht Schlaken zugesezt, welche sich schwer reduciren, so würde die in der Höhe der Rast angekommene Gasschicht ausgedrükt durch 100 Stikstoff, 52,2 Kohlenoxyd, plus der durch den Sauerstoff des Wassers erzeugten Quantität Kohlenoxyd, plus dem Wasserstoff dieses Wassers.

Von der Basis des Schachts bis zur Gicht erscheint die Kohlensäure wieder und nimmt bis zur Mitte des Schachts zu, wo dann ihre Menge constant bleibt; zu gleicher Zeit nimmt die Menge des Kohlenoxyds ab, weil sich auf dessen Kosten Kohlensäure bildet, und im oberen Viertheil der unteren Hälfte des Schachts geht kein anderer chemischer Proceß vor als diese Umwandlung, welche eine Vermehrung des von dem Eisenoxyd des Erzes abgetrennten Sauerstoffs von 12,7 auf 17 veranlaßt.

Der Wasserstoff nimmt von der Rast bis beinahe 1,33 Meter von der Gicht immer zu.

Es versteht sich, daß in der unteren Hälfte des Schachts das Wasser, die Kohlensäure, kurz alle flüchtigen Bestandtheile des Erzes, des Zuschlags und des Brennmaterials sich entwikeln.

Alle in einem Hohofen wirkenden Substanzen berüksichtigend, kommt Hr. Ebelmen auf folgende Schlüsse:

1) Der Schacht eines Hohofens ist eine Vorrichtung, worin die Kohle ihre Feuchtigkeit, Wasserstoff und Kohlenoxyd, worin das Holz seine Feuchtigkeit und Wasserstoff verliert, Essigsäure, Oxycarburete und Kohlenwasserstoff-Verbindungen entwikelt, worin der Kalkstein und das Erz ihrer Feuchtigkeit und ihrer Kohlensäure beraubt werden;

2) zwischen der Kohle und dem Erze findet keine chemische Einwirkung statt;

3) zwischen der Kohle und der Kohlensäure, sowohl der aus dem Kalkstein abgeschiedenen, als der aus dem Brennmaterial und |41| dem Sauerstoff des Erzes sich erzeugenden, findet keine chemische Einwirkung statt.

4) Die einzige chemische Wirkung, deren Schauplaz der Schacht ist, ist die Umwandlung des Erzes in Eisen oder in magnetisches Oxyd durch die Reaction des Sauerstoffs des Erzes und des in den unteren Theilen des Ofens erzeugten Kohlenoxyds.

5) Sowohl der von der Destillation des Brennmaterials herrührende, als der durch Zersezung des hygrometrischen Wassers (in der durch die Form eingeblasenen Luft) erzeugte Wasserstoff scheint im Hohofen durchaus keine chemische Einwirkung auszuüben.

Dieses Resultat stimmt vollkommen überein mit den Versuchen W. Henry's, welche darthun, daß der Sauerstoff bei Gegenwart von Wasserstoff und Kohlenoxyd sich lieber mit lezterem vereinigt, sowohl unter dem Einfluß von Platinschwamm, als der Wärme. Auch stimmt es überein mit dem Einfluß der chemischen Masse zweier Körper; es ist der in größerem Maaße vorhandene Körper, welcher sich dann vorzugsweise mit dem anderen verbindet. Dieß ist nun der Fall mit dem Kohlenoxyd im Verhältniß zum Wasserstoff in der aufsteigenden Säule; jenes ist in viel reichlicherem Maaße vorhanden als dieser.

6) Die Menge Kohlenstoff, welche von der Rast an bis dahin, wo sich die lezten Antheile Kohlensäure in Kohlenoxyd umwandeln, verzehrt wird, beträgt 6 Proc. des sämmtlichen Kohlenstoffs.

7) Das Erz verliert im Schacht 28/33 seines Sauerstoffs durch die Einwirkung des Kohlenoxyds und die übrigen 5/33 von der Rast bis zur Form durch die directe Einwirkung des Kohlenstoffs. Wahrscheinlich fängt das Eisen in der unteren Hälfte der Rast sich mit Kohle zu verbinden an, und gewiß ist, daß in einer Entfernung von höchstens 0,3 Meter von der Form die Schmelzung der Schlake und des Roheisens vor sich geht.

Nach Hrn. Ebelmen ist der Raum des Hohofens, wo sich die größte Hize entwikelt, sehr klein, und zwar wegen der Schnelligkeit, womit die Kohlensäure zu Kohlenoxyd wird, indem sie eine der schon in ihr enthaltenen gleiche Menge Kohlenstoff aufnimmt.

Nun stellt Hr. Ebelmen auf den Grund der Dulong'schen Versuche ein scheinbar sehr befremdendes Resultat auf, welches aber allerdings zugegeben werden muß, daß nämlich die Umwandlung der Kohlensäure in Kohlenoxyd nothwendig eine bedeutende Abkühlung zur Folge hat; daher der Raum der größten Hize nur sehr beschränkt seyn kann und von dieser Stelle angefangen auch die erhizende Einwirkung der aufsteigenden Säule auf die absteigende |42| viel geringer seyn muß, als wenn die Kohlensäure der erstern sich nicht in Oxyd verwandeln würde.

Wirklich entwikeln 2 Liter atmosphärischen Sauerstoffs, indem sie 2 Liter Kohlensäure erzeugen, eine Temperatur von 2232° C., während sie bei der Erzeugung von 4 Liter Kohlenoxyd nur 780° entwikeln. Es ist demnach eine beständig wirkende Ursache vorhanden, welche die Temperatur von 2232° auf 780° erniedrigt.

Offenbar führt diese Beobachtung dazu, ganz besonders zu unterscheiden zwischen Schachtofen, in welchen die zu behandelnde Substanz mit einer zur Umwandlung der Kohlensäure in Kohlenoxyd hinlänglichen Menge Brennmaterials gemengt wird, und Flammöfen, wo das Brennmaterial, getrennt von der zu behandelnden Masse, in dünner Schicht auf einem Rost liegt.

Verfolgen wir mit Hrn. Ebelmen die Ursachen, welche zur Eisengewinnung die in einem Hohofen entwikelte hohe Temperatur nöthig machen, so finden wir zuvorderst, daß das Gewicht des Erzes, des Zuschlags und Brennmaterials, welche hineinkommen, nur die Hälfte vom Gewicht der aufsteigenden Säule, welche austritt, betragen; ferner, daß die specifische Wärme der drei vorgenannten Substanzen der absteigenden Säule viel geringer ist als die der Gase der aufsteigenden Säule; folglich ist es nicht die Erhizung des Erzes, des Zuschlags und des Brennmaterials, welche die Nothwendigkeit der so bedeutenden Hohofenhize erklärt.

Die Hauptursachen der Erkaltung der aufsteigendes Säule im Schacht sind die Austroknung des Erzes, des Zuschlags und des Brennmaterials, dann die Austreibung der Kohlensäure aus dem Kalkstein.

Andererseits haben wir gesehen, welchen Einfluß die Verwandlung der Kohlensäure in Kohlenoxyd auf die Erkaltung des obern Theils des Gestells hat.

Nun ist noch eine dritte Ursache der Erkaltung der aufsteigenden Säule vorhanden, nämlich das nochwendige Verschwinden von Wärme durch die Reduction des Eisens, oder mit andern Worten, durch den Uebergang des Sauerstoffs feines Oxyds auf das Kohlenoxyd und den Kohlenstoff, welche Vorgänge nacheinander zuerst im Schacht, dann in der Rast, vorzüglich aber im Gestell stattfinden.

Da, wie Dulong nachgewiesen hat, 1 Liter Sauerstoff, indem er sich mit Eisen verbindet, 6216 Wärmeeinheiten entwikelt, so muß diese Wärme bei der Reduction des Oxyds wieder zurükerstattet werden. Da man nun weiß, daß 1 Liter Sauerstoff, wenn er 2 Liter Kohlenoxyd verbrennt, 6260 Wärmeeinheiten entwikelt, so kömmt man zu dem merkwürdigen Resultate, daß im Schacht, wo das Kohlenoxyd |43| sich auf Kosten des Sauerstoffs des Eisenerzes in Kohlensäure umwandelt, eine beinahe genaue Ausgleichung zwischen der Ursache stattfindet, welche 6216 Wärmeeinheiten latent zu machen, und jener, welche 6260 frei zu machen sucht; folglich reducirt sich im Schacht das Eisen ohne merkliche erhizende Einwirkung von Seite des Kohlenoxyds.

Im untern Theil, wo die Reduction des Eisenoxyds unter Bildung von Kohlenoxyd vor sich geht, ist es, da 1 Liter Kohlenstoffdampf bei seiner Vereinigung mit 1 Liter Sauerstoff nur 1598 Wärmeeinheiten erzeugt, während davon 6216 erforderlich sind, um den Sauerstoff vom Eisen zu trennen, offenbar nothwendig, von der directen Verbrennung des Sauerstoffs und Kohlenstoffs die fehlenden 4618 Wärmeeinheiten zu erhalten.

Diese Betrachtungen zeigen, daß nur dabei zu gewinnen ist, wenn man das Eisenoxyd durch das Kohlenoxyd im Schacht reducirt, statt in der Rast und dem Gestell durch directe Wirkung des Kohlenstoffs, und folglich auch, daß es viel vortheilhafter ist, mit wohl zertheilten Erzen zu arbeiten, deren Reduction durch das Kohlenoxyd stattfinden kann, als mit natürlichen wasserfreien Oxyden (Rotheisenerz), und noch mehr als mit kieselsauren Eisenerzen, welche vom Kohlenoxyd, wenigstens in der Schachthize, nicht reducirbar sind.

Hrn. Ebelmen's Untersuchungen führten ihn zu einer befriedigenden Erklärung der Uebereinstimmung der innern Form des Hohofens mit seiner Bestimmung, welche Erklärung gewiß nicht ohne Interesse ist, weil sie den Beweis liefert, daß es der Praxis allerdings erst nach zahlreichen Versuchen gelungen ist, den zur Reduction der Eisenerze geeignetsten pyrotechnischen Apparat zu construiren, versteht sich, wenn die heutzutage gebräuchlichen Brennmaterialien benuzt werden.

Die durch das Gebläse horizontal bis zum Windstein gestoßene Luft steigt dann vertical in das Gestell, dessen ganze Breite sie einnimmt, und die Höhe dieses Theiles des Ofens muß um so größer seyn, je höher und gleichmäßiger vertheilt die Temperatur wegen der Strengflüssigkeit der Erze erheischt wird.

In der Rast, wo, wie man annehmen kann, die Kohlenstoffung des Eisens und die Reduction durch die Kohle beginnt, ist die Berührung des Gases mit den Substanzen der absteigenden Säule nicht mehr so nöthig als im Gestell, wodurch auch die Erweiterung dieses Ofentheiles sich rechtfertigt.

Da endlich das Erz im Schacht durch die Berührung des Kohlenoxyds den größten Theil seines Sauerstoffs verliert, so hält offenbar |44| die Form dieses Ofentheiles (ein abgestuzter Kegel, dessen große Basis unten) die Gase der aufsteigenden Säule zusammen, zwingt sie zu einer innigern und längern Berührung mit dem Erz und unterstüzt dadurch die reducirende Wirkung des Kohlenoxyds auf das Eisenoxyd.

§. III. Anwendung der Hohofengase als Brennmaterial.

Zweierlei Fälle kommen bei Benüzung der Hohofengase als Brennmaterial in Betracht.

Der erste Fall ist der, wenn man Massen von mehr oder weniger bedeutender Oberfläche bloß auf eine mittlere Temperatur erhizen will, wie z.B. wenn man die Luft der Gebläse, das Wasser einer Dampfmaschine erhizen, Erze oder Brennmaterial austroknen, Holz dörren, Kalkstein oder Ziegel brennen will etc.

Der zweite Fall ist der, wenn man eine intensive Hize entwikeln will, wie dieß beim Frischen des Roheisens und der Bearbeitung des Stabeisens nöthig ist.

In diesem leztern Fall müssen die Gase so viel möglich von Wasserdämpfen frei seyn und so wie die zu ihrer Verbrennung bestimmte Luft, in einen sehr verengten und der Eintrittsmündung nahen Raum gleichmäßig einströmen, damit die Temperatur dieses Raumes beständig sehr hoch bleibt.

Vorzüglich für Fälle der ersten Art hat Hr. Aubertot in den Jahren 1809 bis 1811 die brennbaren Gase des Hohofens zu benuzen gesucht.

Die Anwendung desselben Brennmaterials beim Frischen des Roheisens und der Bearbeitung des gefrischten Eisens, eine natürliche Folge der Aubertot'schen Arbeit, beschäftigt gegenwärtig ernstlich die Aufmerksamkeit der Eisenhüttenmänner; um dieselbe allgemeiner einzuführen und durch das Licht der Wissenschaft aufzuhellen, widmete ihr Hr. Ebelmen den lezten Theil seiner Untersuchungen.

Nach einer Darstellung des von Hrn. Faber-Dufour zu Wasseralfingen errichteten Apparats zum Puddeln des Roheisens6), wendet er die Daten seiner Analysen zur Bestimmung der durch Verbrennung der Hohofengase erzielbaren Wärmeeffecte an.

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Hohofen von Clerval.

Die in der Minute entwikelten Wärmemengen beim Verbrennen der als troken angenommenen Gase wären:

an der Gicht genommen 8849,5 Wärmeeinheiten, welche 1360° C. geben
2,67 Meter darunter 8483,2 – – 1462 –
4 – – 9484,0 – – 1637 –
5,33 – – 10765,0 – – 1826 –
5,67 – – 10247,0 – – 1832 –

Hohofen von Audincourt.

Die in der Minute entwikelten Wärmemengen beim Verbrennen der als troken angenommenen Gase wären:

an der Gicht genommen 13910 Wärmeeinheiten, welche 1298° C. geben
3,33 Meter darunter 13923 – – 1693 –
4,33 – – 14990 – – 1732 –
5,50 – – 14529 – – 1850 –
6,67 – – 16080 – – 1850 –
8,04 – – 15084 – – 1877 –

Hr. Ebelmen gelangt zu einem sehr bemerkenswerthen Resultate, daß nämlich die verbrennlichen Gase der aufsteigenden Säule am Ausgang der Gicht eine Menge Brennstoff enthalten, welche, wenn das angewandte Brennmaterial 100 Wärme repräsentirt, beim Hohofen zu Clerval 62, und bei dem zu Audincourt 67 beträgt. Der Nuzeffect des im Hohofen zu Audincourt verbrannten Materials beträgt also nur ein Drittel seines wirklichen Werthes.

Dieses Resultat ist eher ein Minimum als ein Maximum, weil der Hohofen zu Audincourt nach einem guten Muster construirt ist und Hr. Ebelmen bei seinen Berechnungen die anfängliche Temperatur der in den Ofen eintretenden Luft, so wie die der entzündlichen Gase der aufsteigenden Säule zu Null annahm; endlich weil er die aus dem Holze im Zustande durch Schwefelsäure condensirbarer Verbindungen entwikelten brennbaren Substanzen nicht in Rechnung zog. Daraus geht offenbar hervor, daß die durch Verbrennung der Hohofengase hervorgebrachte Hize, da das Roheisen bei 1200° schmilzt, hinreichen würde, um es zu frischen, so wie auch zum Streken des gefrischten Eisens.

Wo aber sollen die Gase im Hohofen geschöpft werden? Wollte man sie in der untern Hälfte des Schachts nehmen, so könnte der Gang des Ofens gefährdet werden; sie an der Gicht zu nehmen, hätte den Uebelstand, daß ein Theil ihres Nuzeffects verloren ginge. Hr. Ebelman glaubt, daß es besser ist, an lezterer Stelle zu schöpfen, |46| wo dann aber vorher bei 300° calcinirtes Erz in den Ofen gebracht werden müßte. Befolgt man dieses Verfahren, so könnte dessen gute Wirkung noch dadurch erhöht werden, daß man das zerkleinerte Erz mit Sägespänen oder Kohlenstaub mengte, die man vorher in kleine Steine geformt und dann ausgetroknet hat, wie dieß Hr. Berthier schon längst empfahl.

Nun stellt sich Hr. Ebelmen die Frage: wäre es nicht zu vielen metallurgischen Zweken vortheilhaft, das Brennmaterial statt in fester, in Gasform anzuwenden?

Die Gränze der in den Feuerräumen erreichbaren Temperatur, indem man Kohle durch einen Ueberschuß von Luft verbrennt, ist, wenn diese 0° hat, 2232°, wenn sie 300° hat 2518°. Diese Temperatur ist aber auf einen kleinen Raum beschränkt wegen der Schnelligkeit, womit die anfangs erzeugte Kohlensäure sogleich in Kohlenoxyd verwandelt wird.

Wenn man daher auf dem Roste eines Flammofens mittelst eines Gebläses Kohle verbrennt, so steigt, wenn die Schicht des Brennmaterials dik ist, die Temperatur nur in einem sehr kleinen Raum in der Nähe des Rostes, weil die bald zu Kohlenoxyd reducirte Kohlensäure Erkältung veranlaßt; ist hingegen die Kohlenschicht dünn, so ist ein Luftüberschuß schwer zu vermeiden; in lezterem Falle drükt dann dieser Ueberschuß die durch die Bildung von Kohlensäure erzeugte Temperatur herunter. Da beide Extreme vermieden werden müssen, so begreift man, wie schwer es ist, allen Nuzeffect der Kohle zu gewinnen.

Von diesen Betrachtungen ausgehend, construirte Hr. Ebelmen einen kleinen Ofen, worin er Kohlenoxydgas erzeugte, indem er Luft durch eine hinreichend dike Kohlenschicht streichen ließ, und leitete dann dieses Gas, noch mit aller seiner fühlbaren Wärme versehen, in einen andern Ofen, dem warme Luft zuströmte, um es zu verbrennen; die so entwikelte Temperatur reichte zum Schmelzen des Roheisens hin.

Endlich kam Hr. Ebelmen, nachdem er die Unmöglichkeit eingesehen, die Kohle im Hohofen vortheilhaft mit Wasser zu verbrennen, weil bei der Reaction dieser Körper zu viel Wärme latent wird, auf den Gedanken, unmittelbar über dem Rost des obenerwähnten kleinen Ofens einen Strom Wasserdampf einzuleiten, während unter dem Roste Luft eintrat. Mittelst dieser künstlichen Vorrichtung erhielt er ein Gemisch von Kohlenoxyd und Wasserstoff, dessen Verbrennung Wärme genug entwikelte, um das Roheisen zu schmelzen. Dieser Versuch beweist die Möglichkeit, die nöthige Hize zur Bearbeitung des Eisens mittelst Anthracit, trokner und |47| erdiger Steinkohlen von schlechter Qualität, Lösche, Kohlenstaub, Torf etc. (welche bei dem gewöhnlichen Verbrennungs-Verfahren wenigstens nicht mit Vortheil benuzt werden können) hervorzubringen.

Es ist zu wünschen, daß Hr. Ebelmen in der Folge die Temperatur der verschiedenen Theile des Hohofens direct bestimmen möchte, denn so wenig man auch die Richtigkeit der berechneten Temperaturen bezweifeln kann, wäre doch eine Controle durch den Versuch höchst schäzbar.

Die Wichtigkeit des Gegenstandes, seine Schwierigkeiten und die Geschiklichkeit, mit welcher dieselben überwunden wurden, so wie die Genauigkeit der Resultate werden sicherlich die Ausführlichkeit dieses Berichtes rechtfertigen. Durch diese Untersuchungen haben wir jezt einen richtigen Begriff von dem, was ein Hohofen wirklich ist und wissen, daß die hohe Temperatur der untern Hälfte des Gestells nur unter einem bedeutenden Sinken der Temperatur in Folge der Verwandlung der Kohlensäure (des ersten Verbrennungs-Products) in Kohlenoxyd entwikelt wird; wissen ferner, daß durch eine Art von Compensation dieses gasförmige Oxyd 4/5 des Erzes im Schacht zu reduciren vermag und daß gegenwärtig weniger als ein Drittheil der entwikelten Wärme in den Hohofen wirklich nuzbringend verwendet wird.

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Siehe unten S. 39 §. II.

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Ueber den Betrieb der Gas-, Weiß-, Puddlings- und Schweißöfen zu Wasseralfingen mittelst der Gichtgase der Hohöfen nach der Methode des Hrn. Faber-Dufour vergleiche man polytechn. Journal Bd. LXXX. S. 235.

A. d. R.

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