Titel: Rigaud, über die bei der Eisenbereitung verloren gehende Wärme.
Autor: Rigaud,
Fundstelle: 1845, Band 98, Nr. XIV. (S. 39–44)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj098/ar098014

XIV. Ueber die bei der Eisenbereitung verloren gehende Wärme; von Hrn. Rigaud.

Aus den Comptes rendus, Jul. 1845, Nr. 3.

Bei dem gegenwärtigen Zustand der Eisenbereitung scheinen die verschiedenen Verfahrungsweisen keinem bekannten Geseze untergeordnet zu seyn. Beim Puddeln z. B., der Hauptoperation, wird der Feuerraum mit Brennmaterial gespeist, das Roheisen auf den Herd des Ofens gebracht und nachdem es in teigartigen Zustand versezt ist, bearbeitet und zu Stabeisen umgebildet; welche Quantität Wärme aber zu diesem Behufe erzeugt wie viel benüzt werden soll und wie viel unbenüzt bleiben oder verloren gehen darf, welches die Geseze der Erzeugung und Entwikelung dieser Wärmemenge, diejenigen ihrer Anwendung, ihres Verlustes sind, worin die Ersparungsmittel bestehen, welche durch die Kenntniß dieser Geseze in diese Arbeit eingeführt werden könnten — dieß Alles wurde noch nicht bestimmt.

Daher die so zahlreichen falschen Anwendungen der Wärme, sowohl bei der Arbeit selbst, als bei Benuzung der aus dem Ofen entweichenden, sogenannten verlornen Wärme. Leztere anbelangend bedient man sich z. B., um eine unbekannte Wärmemenge unter eben so unbekannten Umständen zu benuzen, gewisser Kessel, deren Gestalt und Größe bisher noch keiner Regel unterworfen wurde.

Es wäre mithin für diesen Industriezweig von großer Wichtigkeit, wenn die dabei zu befolgenden Regeln genau ermittelt und die Geseze aufgestellt würden, welche die Erscheinungen seiner verschiedenen Operationen beherrschen.

Gegenwärtige Abhandlung hat zum Zwek:

1) die Geseze, welche für die Erscheinungen des Puddelns gelten, zu bestimmen;

2) die Gleichung der bei diesem Proceß verloren gehenden Wärme aufzustellen;

3) vermittelst dieser Gleichung die verschiedenen Veränderungen anzugeben, welche in die Praxis einzuführen wären, um genaue Resultate zu erhalten.

Es ist diese Abhandlung nur der zusammengefaßte Inhalt meiner sehr ausführlichen Arbeit über diesen Gegenstand.

Um zu besagten Resultaten zu gelangen, studirte ich die Geseze der Erscheinungen des Puddelprocesses, forschte nach den Ursachen der verlornen Wärme, bestimmte die verschiedenen Wärmegrade des Eisens, den Wärmegrad des Ofens, den Einfluß der Construction |40| desselben auf den Gang der Operation, den Luftzug und dessen Wärmegrad, Geschwindigkeit, Geseze, Wirkungen etc.

Ich entwarf eine Tabelle über die im Verlauf des Puddelprocesses erzeugte, benuzte und verloren gehende Wärmemenge und die verschiedenen Geseze, welche dabei stattfinden. Ihr Inhalt ist in Kurzem folgender:

Puddeln des Roheisens mit Kohks.

Geseze der Vertheilung der Wärme im Ofen.

I. Die mittlere Temperatur der Ofenmasse ist ungefähr 1000° C.
II. Die Wärme-Capacität des Ofens ist 0,400
III. Seine innere Wärme 2600°
IV. Die Zahl der verlornen Wärme-Einheit ist constant.
V. Das Verhältniß der Anzahl der angewandten Wärmegrade zu der Anzahl der erzeugten ist 0,11
VI. Die Geschwindigkeit des Zugs ist constant und zwar 16,66 Met.
VII. Der Ausfluß-Coefficient der heißen Luft bei 800 Graden ist noch 0,60

Geseze der Anwendung der Wärme.

VIII. Das Roheisen absorbirt, um in Stabeisen verwandelt zu werden, von der erzeugten Wärme nur 5 Proc.
IX. Die durch die Arbeitsöffnungen in den Ofen eingetretene äußere kalte Luft nimmt auf 18
X. Die Ausstrahlung des Ofens absorbirt 4
XI. Der Verlust an Brennmaterial durch den Aschenraum 2,78
XII. Das Wasser 1,65
XIII. Im Ganzen wird vor dem Entweichen Wärme verwendet 30
XIV. Nachher geht verloren 70

Geseze für die Benuzung der verlornen Wärme.

XV. Will man diese Wärme zur Dampferzeugung benuzen, indem man sie nach ihrem Entweichen unter den Dampfkessel leitet, so beträgt der Wärmegrad unter dem Kessel 600°
XVI. Die dort ankommende Luftmasse verhält sich zu der zur Verbrennung erforderlichen wie 6 zu 5
XVII. Die Heizfläche muß mittelst Gleichungen berechnet werden und ist von den Heizflächen der durch directes Feuer geheizten Dampfkessel sehr verschieden.
XVIII. Der Nuzeffect, welchen man aus dem Dampf ziehen kann, der durch die Einwirkung der so bestimmten verlornen Wärme auf die Dampfkessel erzeugt wurde, variirt von 12 bis 25 Pferdekräften.

Nicht ohne Verwunderung wird man ersehen, daß die zum Schmelzen (Erweichen) und Bearbeiten des Roheisens verwendete Wärme nur 0,05 von der im Feuerraum erzeugten Wärme beträgt, während die im Verlaufe des Processes durch die Arbeitsöffnungen in den Ofen tretende kalte Luft mehr als dreimal so viel Wärme oder 0,18 der gesammten Wärme mit sich fortreißt.

Das Studium dieser Tabelle muß natürlich die Praktiker aufmuntern ein vortheilhafteres Puddelverfahren auszumitteln; sie enthält auch alle Daten für die Theorie und Praxis des sogenannten Puddelns mit Gas.

Da die von mir aufgestellten Geseze für das Puddeln nur durch das Studium eines besondern Falls, nämlich des Roheisen-Puddelns mit Kohks, ermittelt wurden, so können sie nicht als alle Fälle umfassend betrachtet werden. Da andererseits die durch die verschiedenen Ursachen absorbirten Wärmemengen, und zwar jede direct, erhalten wurden, so kennt man die zwischen ihnen möglichen Verhältnisse nicht.

Um nun die allgemeinen Geseze des Puddelns zu erhalten und die Verhältnisse zu bestimmen, welche zwischen den verschiedenen absorbirten Wärmequantitäten stattfinden, habe ich die algebraischen Gleichungen aufgestellt:

1) für die verlorene Wärmemenge;

2) den Nuzeffect dieser verlorenen Wärme;

3) die erforderliche Heizfläche, damit der Dampfkessel den angegebenen Nuzeffect hervorbringt;

4) endlich die Gleichungen für die Höhe des Kamins, die Feuercanäle etc.

Diese verschiedenen Gleichungen, namentlich die erste, enthalten allen Umständen der Arbeit entsprechende Glieder, und in diesen Gliedern zweierlei Factoren. Die einen repräsentiren das Gewicht der Kohle, des Roheisens, die Oberfläche des Ofens, die Arbeitszeit, kurz Factoren, welche man direct bestimmen kann; die andern aber die Temperatur im Innern des Ofens, die der einziehenden Luft, deren Geschwindigkeit etc. — Factoren, welche durch Versuche und Berechnungen bestimmt wurden und wegen des schwierigen Verfahrens nicht von jedem Praktiker ermittelt werden können.

Die folgenden Untersuchungen haben zum Zwek, die Relationen zu bestimmen, welche diese lezteren Factoren unter sich verbinden, um |42| ihre Bestimmung leichter und die allgemeinen Geseze einfacher zu machen.

Vergleicht man zu diesem leztern Zweke die Gleichungen, welche ich erhielt, mit einander, so findet man, daß die oben ausgesprochenen verschiedenen Geseze sich zu einem einzigen verbinden, aus welchem ein jedes derselben nur eine besondere Ableitung ist und welches daher das bedingende Grundgesez der Erscheinungen des Puddelns ist, woraus jedes andere Gesez sich ableitet und welches heißt:

1) Bei der Puddelarbeit ist der Wärmegrad des Zugs im Kamin, multiplicirt mit der Dauer des Lufteintritts durch die Arbeitsöffnung in Secunden, und mit den Dimensionen dieser Oeffnung ein constantes Product.

2) Nach den von mir erhaltenen Resultaten gibt diese Constante, multiplicirt mit den erforderlichen in der Gleichung bezeichneten Coefficienten, um das Gewicht der Luft zu erhalten, ein der Wärme-Capacität der angewandten Kohle gleiches Product. Diese merkwürdigen Resultate stellen demnach die Erscheinungen beim gegenwärtigen Puddelverfahren unter mathematische Geseze, und dienen überdieß dazu, auf alle diejenigen, welche sich daran knüpfen können, hinzuweisen.

Hiedurch werden obige Gleichungen sehr vereinfacht und ich gab, um ihre Anwendung zu erleichtern, Beispiele:

1) für Puddelöfen, welche mit Kohks und

2) solche, welche mit Holz betrieben werden.

Mit lezteren war ich nicht im Fall, Versuche zur Bestimmung der Werthe der Geschwindigkeiten und Temperaturen anstellen zu können. Ich bediente mich der schon erhaltenen Werthe und behielt mir vor, ihre Genauigkeit für diese Anwendung auf die Probe zu stellen.

Die durch diese Gleichungen in beiden Fällen erhaltenen Resultate stimmen mit denen der dermaligen Praxis durch aus nicht überein. Meine Gleichungen geben aber die Ursache dieser Differenz an. So erhält man in dem einen Fall, beim Puddeln des Roheisens mit Kohks nämlich, nur die Hälfte des von den Formeln angegebenen Nuzeffects, weil die Heizfläche der Dampfkessel nur halb so groß ist, als sie seyn sollte; so müssen in einem andern Falle beim Puddeln des Roheisens mit Holz, um den möglich größten Nuzeffect zu erlangen, Hülfs-Feuerräume angelegt werden, welche die Geschwindigkeit des Zugs vermehren, weil der Kamin nur halb so hoch ist als er seyn sollte.

|43|

Da die Formeln zu diesen Resultaten führen, so kann man von ihnen behaupten, daß sie richtig und von Nuzen sind.

Die Werthe der Geschwindigkeiten und Temperaturen, welche ich für das Puddeln des Roheisens mit Holz annahm, dieselben nämlich wie für das Puddeln mit Kohks, führten mich offenbar zu richtigen Resultaten. Diese Werthe der Geschwindigkeiten und Temperaturen sind demnach in beiden Fällen wirklich dieselben, und es kann sonach diesen Resultaten und Ergebnissen der Praxis zufolge weiters behauptet werden, daß beim Puddeln des Roheisens mit Holz und mit Kohks Verhältnisse stattfinden, wovon die einen mit den Umständen der Operation veränderlich sind, die andern aber unter allen praktischen Umständen constant bleiben.

Diese lezteren Verhältnisse bilden die allgemeinen Geseze des Puddelns; sie wurden durch die identischen Resultate bestimmt, welche man in den verschiedenen Versuchen nach den Gleichungen erhielt und so durch die Analyse gefunden. Für einige derselben werde ich dann direct und durch das Experiment darthun, daß sie nothwendig stattfinden mußten.

Nach diesen allgemeinen Gesezen gelangt man zu folgenden Resultaten:

Bei jedem Puddelverfahren, es sey mit Holz oder mit Kohks, ist:

Die Vertheilung der Wärme betreffend:

1) der für den Zug erforderliche Theil derjenige, welcher sich zuerst herstellt.

2) Die Bearbeitung des Roheisens und Heizung der Oefen absorbiren die für sie erforderliche Wärme.

3) Die Dampfkessel verbrauchen das Uebrige.

Die verwendeten Wärmemengen anbelangend:

4) Die für den Zug verwendete Wärme beträgt 0,20 jener des Feuerraums (foyer).

5) Die von dem Ofen durch die Bearbeitung des Roheisens und Heizung der Dampfkessel verwendeten Wärmemengen sind, obgleich in den besagten zwei Fällen außerordentlich verschieden, im Gesammtbetrag doch gleich und betragen 0,80 der im Feuerraum entwikelten Wärme.

Wenn also die Oefen ihre sogenannte verlorene Wärme zunuze machen, so ist oder scheint der Nuzeffect 0,80 zu seyn; wenn sie dieselbe aber entweichen lassen, so ist die abziehende unverbrauchte Wärme 0,40 bis 0,50, je nachdem das Roheisen mit Holz oder mit Kohks gepuddelt wird. Bei der dermaligen Construction der Oefen |44| dienen diese unnüz erzeugten 40 bis 5 Proc. zur Compensation der Kaminhöhe, welche nur 12 bis 15 Meter beträgt, aber 36 Meter betragen sollte.

6) Die Geschwindigkeiten endlich und die Temperaturen des Zugs sind beim Puddeln des Roheisens sowohl mit Holz als mit Kohks dieselben.

Dieses leztere Resultat der Gleichungen erschließt sich direct aus den Ergebnissen der Arbeit. Man kann sonach in der Gleichung für die verlorene Wärme, die Reihe der den Geschwindigkeiten und Temperaturen entsprechenden Factoren durch ihren numerischen Werth ersezen, wo dann in dieser Gleichung nur noch solche Glieder bleiben, welche den wandelbaren Ergebnissen der Arbeit entsprechen, nämlich die praktischen Umstände des Puddelns, die Gewichte, Zeiten:etc.

Das Hauptergebniß ist also:

1) daß die verloren gehende Wärme eines Puddelofens durch eine Gleichung ausgedrükt werden kann, in welcher man nichts beibehält als die praktischen Ausdrüke für die Gewichte, die Zeit, die Flächen etc., nach den einzelnen Fällen wandelbare Werthe, welche durch den Proceß erst bestimmt werden;

2) daß sich diese Gleichung mit Vortheil benuzen läßt, um alle Irrthümer der Praxis zu verbessern;

3) daß die Puddelarbeit und die sie begleitenden verschiedenen Umstände allgemeinen Gesezen unterliegen, an deren Existenz man bisher noch nicht dachte.

Untersuchungen dieser Art wären für die Technik der Eisenbereitung überhaupt von großem Nuzen und doch scheint man sich damit noch nicht beschäftigt zu haben. Man kann nun für die Schweißöfen und sogar für die Hohöfen analoge Resultate finden, indem man sich derselben mehr oder weniger modificirten Gleichungen bedient. Zu bestimmen aber wäre z. B. noch, welche Kraft einer Maschine für eine gewisse Leistung, welche Drukgrade dem Eisen beim Walzen gegeben werden müssen; welche aufeinanderfolgende Gestalten man ihm verleihen soll; welches die Gleichungen für den Querschnitt einer jeden dieser Formen sind, so daß man sie in seiner Gewalt hat etc. Es sind dieß lauter Gegenstände, über welche die Technik noch gar keine Belehrung besizt. Ich werde der Akademie in dieser Beziehung noch mehrere Abhandlungen vorlegen.

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