Titel: Bunsen und Playfair, über den Proceß der englischen Roheisenbereitung.
Autor: Bunsen, Robert Wilhelm
Playfair, L.
Fundstelle: 1848, Band 107, Nr. LXIV. (S. 271–284)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj107/ar107064

LXIV. Untersuchungen über den Proceß der englischen Roheisenbereitung; von R. Bunsen und L. Playfair.

Im Auszug aus dem Report of the British Association for the Advancement of Science for 1845.

I. Fundamental-Untersuchungen.

Um die Theorie der Eisenhohöfen, welche mit Steinkohlen betrieben werden, im Gegensatz zu den mit Holzkohlen betriebenen Hohöfen festzustellen, sind die Verfasser in ähnlicher Weise von der Zusammensetzung der gasförmigen Ofenproducte ausgegangen, wie es Einer von ihnen früher bei den Holzkohlenhohöfen versucht hat. Sie haben sich zuerst durch eine Reihe der sorgfältigsten Versuche überzeugt, daß die von ihnen angewandte eudiometrische Analyse der Gase einen Grad von Genauigkeit zuläßt, wie sie sonst kaum durch die schärfsten analytischen Mittel zu erreichen ist und daß die Gegenwart des Stickstoffs keinen störenden Einfluß bei der eudiometrischen Bestimmung explosiver Gasgemenge ausübt.

Die Natur der Gase, welche dem Schachte der Eisenhohöfen entströmen, richtet sich wesentlich nach der Beschaffenheit des Brennmaterials, welches zu dem Schmelzproceß verwandt wird. Kohks, Holzkohlen und Holz liefern ein Gas, welches an brennbaren Bestandtheilen nur Kohlenoxyd, Wasserstoff und Grubengas enthält. Die aus Steinkohlen in Schachtöfen erzeugten Gase können an brennbaren Bestandtheilen außer den erwähnten noch ölbildendes Gas und gasförmige Kohlenwasserstoffe von verschiedener Zusammensetzung enthalten. Leitet man die durch Destillation von Steinkohlen erhaltenen Gase durch ein mit einer Auflösung von Bleioxyd in Kalihydrat gefülltes Absorptionsrohr, so erhält man einen Niederschlag, welcher aus einem Gemenge von Schwefelblei und kohlensaurem Bleioxyd besteht; Kohlensäure und Schwefelwasserstoff sind daher ebenfalls Bestandtheile dieser Gase. (Von Schwefelkohlenstoffdampf findet sich dagegen keine Spur darin, da das durch die erwähnte Lösung gereinigte Gas nicht die mindeste Spur eines Geruches nach Schwefelkohlenstoff zeigt, sondern vielmehr völlig geruchlos ist.) Wenn man die von Kohlensäure und Schwefelwasserstoff auf angegebene Weise befreiten Steinkohlengase durch einen mit Antimonsuperchlorid gefüllten Kaliapparat leitet, so wird das ölbildende Gas sammt den beigemengten Kohlenwasserstoffen von demselben vollständig absorbirt.

|272|

Die den Eisenhohöfen entströmenden Gase müssen außerdem noch Stickstoff enthalten, welcher als Bestandtheil der durch das Gebläse eingeführten Luft im unverbundenen Zustande mit den Verbrennungs- und Destillationsproducten des Ofens sich mischt. Endlich enthalten die Gase noch Dämpfe von Steinkohlenöl und Ammoniak, welches in Gasgestalt, mit Wasserdampf gemengt, entweicht und mit diesem in einem Kühlapparat zu einer Flüssigkeit condensirt werden kann, worin das Ammoniak durch seine charakteristischen Reagentien leicht zu erkennen ist.

Die Gase der Steinkohlenhohöfen, als ein Gemenge der Destillationsproducte des Brennmaterials mit den Verbrennungsproducten und dem Stickstoff der Luft, enthalten also folgende Substanzen:

1) Stickstoff,

2) Ammoniak,

3) Kohlensäure,

4) Kohlenoxyd,

5) Grubengas,

6) ölbildendes Gas,

7) Kohlenwasserstoffe von unbekannter Zusammensetzung,

8) Wasserstoff,

9) Schwefelwasserstoff,

10) Wassergas.

Der Eisenhohofen muß als ein Apparat betrachtet werden, der zur Ausführung der verschiedenartigsten chemischen Processe bestimmt ist. Diese Processe beginnen an der Gicht des Ofens und erstrecken sich in einer ganz bestimmten Reihenfolge bis auf die Sohle desselben. Die Endproducte aller dieser Processe kommen einerseits im Herd und andererseits an der Gicht zum Vorschein: hier in der Gestalt einer brennbaren Luftsäule, dort in flüssiger Form als Schlacke und Roheisen.

Zu den Veränderungen, welche die sämmtlichen Producte auf diesem Wege erleiden, steht die Natur dieser brennbaren Luftsäule in einer so engen Beziehung, daß ihre verschiedene Zusammensetzung in den einzelnen Sectionen des Ofens auf das Genaueste den Gang der Umwandlungen ausdrückt, welche die in Wechselwirkung tretenden Materialien auf ihrem Wege bis zur Form erleiden. Die Untersuchung dieser Luftsäule, insofern sie den Schlüssel zur Lösung aller der Fragen enthält, welche sich an die Theorie und den praktischen Betrieb der Eisengewinnung knüpfen, ist daher von der höchsten Wichtigkeit. Die successiven Veränderungen, welche dieselbe bei ihrem Durchgange durch den Ofen erleidet, lassen sich nur durch eine directe Untersuchung der in den verschiedenen Regionen desselben geschöpften Gase feststellen. Zur Ermittelung |273| der durchschnittlichen Zusammensetzung der an der Gicht entweichenden Gase kann man sich dagegen einer Methode bedienen, welche zwar nicht diese Zusammensetzung selbst, aber doch die engen Gränzen festzustellen erlaubt, zwischen welchen dieselbe schwankt.

Um zunächst auf diesem Wege den Antheil kennen zu lernen, welchen die Steinkohle für sich an der Bildung der Hohofengase nimmt, ist es nöthig, die Erscheinungen etwas näher ins Auge zu fassen, welche ein nur mit diesem Brennmaterial gefüllter Ofen darbietet. Die Verf. legen dabei das Ergebniß einer frühern Untersuchung von Einem von ihnen zum Grunde, welches nach wiederholten Beobachtungen Anderer sowohl, als nach den mannichfaltig aus der Praxis entnommenen Resultaten als völlig verbürgt betrachtet werden kann. Es ist nämlich nach dieser Untersuchung, die in den nachstehenden Resultaten eine neue Bestätigung findet, als erwiesen zu betrachten:

1) daß der durch das Gebläse in den Ofen eingeführte Sauerstoff vollständig, fast unmittelbar über der Düse, zu Kohlenoxyd verbrennt;

2) daß die Kohle ihre gasförmigen Destillationsproducte weit oberhalb des Punktes verliert, wo ihre Verbrennung erfolgt.

Es ist demnach einleuchtend, daß bei dem regelmäßigen Gange des Ofens die Gasification des Brennmaterials gleichzeitig an zwei völlig von einander getrennten Punkten erfolgt. In einer gewissen Entfernung unter der Gicht entweichen die Gase, welche bei dem an dieser Stelle die Verkohkung bedingenden Destillationsproceß frei werden. Weiter unten im Gestell wird die Gasification vollendet, indem hier die in dem oberen Theile des Schachtes von ihren flüchtigen Producten befreite Kohle verbrennt. Die durch diese Destillation und Verbrennung erzeugten Producte sind es, welche, gemengt mit dem Stickstoff der verbrannten atmosphärischen Luft, an der Gicht als eine brennbare Luftsäule zum Vorschein kommen. Erwägt man nun, daß die Menge der Steinkohle, welche, den Destillationsraum des Ofens durchwandernd, ihre Gase verliert, der Kohlenmenge entsprechen muß, welche vor der Form verbrennt, wie auch die Luftmenge beschaffen seyn mag, die durch das Gebläse zugeführt wird: so begreift man leicht, daß die Zusammensetzung der Gichtgase gegeben ist, wenn man die Destillationsproducte einer beliebigen Gewichtsmenge Steinkohlen zu den Verbrennungsproducten der Kohks addirt, welche durch Destillation derselben Gewichtsmenge Steinkohlen erhalten werden.

Da es aber zur Bestimmung dieser Verbrennungsproducte keines weiteren Versuches bedarf, so reducirt sich die Frage über die Constitution der Steinkohlengichtgase auf die Untersuchung der Menge und |274| Zusammensetzung der flüssigen und gasförmigen Producte, welche eine Steinkohlenart bei der Destillation ausgibt. Die Producte einer solchen Destillation werden aber unter übrigens ganz gleichen Umständen sehr verschieden ausfallen, je nachdem die dabei entwickelten flüchtigen Substanzen mit dem im Glühen begriffenen Brennmaterial in Berührung kommen, oder, ohne darauf einzuwirken, entweichen. Im ersteren Falle erhält man die unmittelbaren Zersetzungsproducte der Steinkohle, im letzteren zugleich noch die übrigen, aus der Einwirkung dieser Zersetzungsproducte auf die glühende Kohle hervorgehenden Verbindungen.

Die Bedingungen des ersten Falles finden sich mehr oder weniger in solchen Oefen vereinigt, bei denen die Materialien sich in einem Zustande großer Zerkleinerung befinden und möglichst langsam den Weg von der Gicht bis zu dem Punkte der Verbrennung zurücklegen. Die Kohlen werden unter diesen Verhältnissen bei der größern Erhitzungsoberfläche, welche sie dem aufsteigenden glühenden Luftstrome darbieten, gleichmäßig durch ihre ganze Masse erhitzt, und der Theer, welcher sich in dem obern Theile des Ofens condensirt, kann durch eben diesen aufsteigenden Luftstrom abdestillirt werden, ehe die damit imprägnirten, langsam niedergehenden Schichten den Punkt des Ofens erreichen, wo die zur weiteren Zersetzung der Destillationsproducte nöthige Temperatur auftritt. Da die unter solchen Umständen erzeugten Gichtgase einen geringen Gehalt an brennbaren Bestandtheilen darbieten müssen, der auf ein Minimum herabsinkt, wenn zwischen den erzeugten Destillationsproducten und den glühenden Kohlen gar keine Wechselwirkung weiter eintritt, so ist es von Wichtigkeit, die durchschnittliche Zusammensetzung solcher Gichtgase zu bestimmen, welche nur die ursprünglichen brennbaren Destillationsproducte der Steinkohlen, aber keineswegs die Gase enthalten, die aus der Berührung eben dieser Destillationsproducte mit der glühenden Kohle hervorgehen.

Die Zusammensetzung eines solchen Gasgemenges ist um so interessanter, als sie die Gränze bezeichnet, bis zu welcher im ungünstigsten Falle der Gehalt an brennbaren Bestandtheilen in den Hohofengasen herabsinken kann.

Um behufs der Untersuchung die Destillationsproducte der Steinkohlen unter diesen Bedingungen zu erzeugen, ist es am einfachsten, sich einer, mit den betreffenden Kohlen gefüllten, schwer schmelzbaren Glasröhre zu bedienen, welche man in horizontaler Lage von ihrem hinteren verschlossenen Ende aus nach vorn hin erhitzt. Nach den Untersuchungen der Verf. zerfallen die Gasforth- und Alfreton-Steinkohlen bei dieser trockenen Destillation in folgende Producte:

|275|
Gasforthkohlen. Alfrentonkohlen.
Kohle 68,925 67,228
Steinkohlentheer 12,230 9,697
Wasser 7,569 42,397
Grubengas 7,021 6,638
Kohlenoxyd 1,135 1,602
Kohlensäure 1,073 1,139
condensirbarer Kohlenwasserstoff und
ölbildendes Gas

0,753

0,513
Schwefelwasserstoff 0,549 0,253
Wasserstoff 0,499 0,370
Ammoniak 0,211 0,163
Stickstoff 0,035
––––––––––––––––––––––––––––––––
100,000 100,000.

Aus diesen Resultaten läßt sich die Zusammensetzung der Gichtgase, z.B. von einem nur mit Gasforth-Steinkohlen gespeisten Ofen leicht finden. Es ist nämlich einleuchtend, daß die in der Analyse aufgeführten 68,92 Proc. Kohle vor der Form durch die Gebläseluft in Kohlenoxydgas verwandelt werden. Da nun, wie wir oben gesehen haben, für jeden Gewichtstheil Steinkohle, welcher in der Nähe der Gicht seine Gase durch Destillation verliert, ein entsprechender Gewichtstheil Kohle vor der Form verbrennt, so braucht man nur die Menge des Kohlenoxyds, welche durch Verbrennung der 68,92 Proc. Kohle erhalten wird, sammt dem bei dieser Verbrennung aus der atmosphärischen Luft abgeschiedenen Stickstoff zu den übrigen in der Analyse aufgeführten gasförmigen Producten zu addiren, um die Zusammensetzung der Gichtgase dem Gewichte nach zu erhalten.

Diese Berechnung gibt:

Stickstoff 64,135
Kohlenoxyd 33,758
Grubengas 1,464
Kohlensäure 0,224
condensirte Kohlenwasserstoffe 0,154
Schwefelwasserstoff 0,114
Wasserstoff 0,107
Ammoniak 0,044
–––––––
100,000.

Berechnet man mit Beziehung auf diesen Umstand die Zusammensetzung der aus einem nur mit Gasforthkohlen gespeisten Ofen entweichenden Gase dem Volumen nach, so ergibt sich:

|276|
Stickstoff 62,423
Kohlenoxyd 33,168
Grubengas 2,527
Kohlensäure 0,139
condensirte Kohlenwasserstoffe 0,151
Schwefelwasserstoff 0,091
Wasserstoff 1,431
Ammoniak 0,070
–––––––
100,000.

Das erhaltene Resultat gibt ein einfaches Mittel an die Hand, den Einfluß zu bestimmen, welchen die gasförmigen Destillationsproducte der Steinkohle auf die Zusammensetzung der Ofengase ausübt. Denkt man sich die Steinkohlen, von ihren flüchtigen Producten befreit, der Einwirkung eines Luftstroms in einem Schachtofen ausgesetzt, so wird ein Luftvolumen, welches 62,423 Stickstoff enthält, durch den Einfluß der glühenden Kohle in ein Gasgemenge von folgender Zusammensetzung verwandelt werden:

Stickstoff 62,423
Kohlenoxyd 32,788.

Demnach enthält das Gemenge:

Durch Verbrennung erzeugte Gase Stickstoff
Kohlenoxyd
62,423
32,788
Durch Destillation erzeugte Gase Kohlenoxyd
Grubengas
Kohlensäure
ölbildendes Gas
Schwefelwasserstoff
Wasserstoff
Ammoniak
0,380
2,527
0,139
0,151
0,091
1,431
0,070
–––––––
100,000.

Man sieht daher, daß der Einfluß, welchen die gasförmigen Destillationsproducte der Steinkohlen auf die Zusammensetzung der Hohofengase ausüben, ziemlich bedeutend ist.

Das Verhältniß der durch die Gichtgase verlorenen Wärme zu der im Ofen realisirten, ergibt sich durch eine einfache Betrachtung. Die nachstehende Zusammenstellung gibt über die in Wärmeeinheiten ausgedrückte Wärmemenge Aufschluß, welche aus 100 Gewichtstheilen des Gasgemenges durch Verbrennung erhalten werden kann, und zeigt zugleich den Antheil, welchen die einzelnen Bestandtheile an dieser Wärmeentwickelung nehmen:

|277|
I. II.
64,135 Stickstoff geben 0
33,758 Kohlenoxyd 84463
1,464 Grubengas 19719
0,224 Kohlensäure 0
0,154 ölbildendes Gas 1898
0,114 Schwefelwasserstoff 510
0,107 Wasserstoff 3713
0,044 Ammoniak 267
––––––– ––––––––
100,000 Gichtgas geben 110570 Wärmeeinheiten.

Die Zahlen II sind aus den nachstehenden Angaben über die Verbrennungswärme berechnet, welche sich unter Dulong's hinterlassenen Papieren gefunden haben:

1 Kilogr. Kohle erhitzt bei dem Verbrennen zu Kohlenoxyd
1 Kilogr. Wasser auf

1499.
1 Kilogr. Kohle erhitzt bei dem Verbrennen zu Kohlensäure
1 Kilogr. Wasser auf

7371.
1 Kilogr. Kohlenoxyd erhitzt bei dem Verbrennen zu Kohlensäure
1 Kilogr. Wasser auf

2502.
1 Kilogr. Wasserstoff erhitzt bei dem Verbrennen zu Kohlensäure
1 Kilogr. Wasser auf

34706.
1 Kilogr. Grubengas erhitzt bei dem Verbrennen zu Kohlensäure
1 Kilogr. Wasser auf

13469.
1 Kilogr. ölbildendes Gas erhitzt bei dem Verbrennen zu Kohlensäure
1 Kilogr. Wasser auf

12322.
1 Kilogr. Schwefelwasserstoff erhitzt bei dem Verbrennen zu Kohlensäure
1 Kilogr. Wasser auf

4476.
1 Kilogr. Ammoniak erhitzt bei dem Verbrennen zu Kohlensäure
1 Kilogr. Wasser auf

6060.

Die Wärmemenge, welche während des Entweichens dieser noch nicht in den Gichtgasen zur Entwickelung gekommenen 110570 Wärmeeinheiten gleichzeitig im Ofen erzeugt wird, ist durch den Stickstoffgehalt der Gase bestimmt. Dieser Stickstoff entspricht nämlich der Luftmenge, welche während der Bildung des an der Gicht entweichenden Gasgemenges im unteren Theile des Ofens verbrennt. Die im vorliegenden Falle gefundenen 64,126 Stickstoff entsprechen 83,29 atmosphärischer Luft, welche die Umwandlung von 14,367 Kohlen in Kohlenoxydgas bewirken. Die Menge der dabei freiwerdenden Wärme beträgt den Dulong'schen Versuchen zufolge 21536°.

Bei einem nur mit Gasforthkohlen gespeisten Schachtofen können daher im günstigsten Falle nur 16,30 Proc. Brennmaterial realisirt |278| werden. Die übrigen 83,70 Proc. entweichen als noch nutzbares Brennmaterial.

Die technische Anwendbarkeit der Gase hängt aber nicht allein von der Wärmequantität ab, welche durch ihre Verbrennung erzeugt wird. Eine andere, nicht minder erhebliche Frage betrifft die Temperatur, welche bei ihrer Verwendung als Brennmaterial erreicht werden kann.

Um diese zu bestimmen, bedarf es keines besondern Versuchs. Sie läßt sich aus der Zusammensetzung der Gase, ihrem Brennwerth und der Wärmecapacität der daraus hervorgehenden Verbrennungsproducte berechnen. 1 Kilogr. des Gases gibt bei der Verbrennung mit atmosphärischer Luft, wie wir oben gezeigt haben, 1105,7 Wärmeeinheiten. Die dabei gebildeten Verbrennungsproducte wiegen aber 2,1385 Kilogr. Beständen diese 2,1385 Kilogr. aus Wasser, so würden sie, da die ganze Menge der freiwerdenden Wärme in sie übergeht, auf die Temperatur 1105,7/2,1385 erhitzt werden. Da nun die Wärmecapacität des Wassers zu der der Verbrennungsproducte sich wie 1 : 0,2665 verhält, die durch gleiche Wärmemengen in gleich schweren Körpern hervorgebrachten Temperaturerhöhungen aber der respectiven Wärmecapacität derselben umgekehrt proportional sind, so ergibt sich für die Temperatur des mit Luft verbrennenden Gasgemenges der Ausdruck 1105,7/(2,1385 + 0,2665) = 1940° C.

Bei den bisherigen Betrachtungen haben wir den Einfluß, welchen die aus dem Eisenstein und kohlensauren Kalk entweichenden Producte auf die Zusammensetzung der Gase ausüben, außer Acht gelassen. Da dieser Einfluß, je nach der Menge der angewandten Materialien, ein verschiedener ist, so wird es nöthig, dabei ein bestimmtes Beispiel zum Grunde zu legen. Wir wählen dazu einen mit erhitzter Luft gespeisten Ofen, welcher sich auf dem ausgezeichneten Alfreton-Eisenwerke des Hrn. Oaks zu Riddingshouse befindet.

Zur Erzeugung von 140 Pfd. Roheisen (pig-iron) werden angewandt:

420 Pfd. calcinirtes Eisenerz,
390 „ Steinkohlen,
170 „ Kalkstein.

100 Theile Steinkohlen geben dem obigen Versuche zufolge 67,228 Kohks. Diese Kohksmenge entspricht nicht genau dem durch Verbrennung gebildeten Kohlenoxydgas. Es ist zuvor noch der Aschengehalt der |279| Steinfohlen davon in Abrechnung zu bringen, welcher 2,68 Proc. beträgt. Es entsprechen mithin diese 67,228 nur 64,548 reinem Kohlenstoff.

Von diesem Kohlenstoff geht außerdem noch ein Theil mit dem gebildeten Eisen eine Verbindung ein und wird dadurch der Verbrennung entzogen. Nimmt man nach den Untersuchungen von Bromeis den mittleren Kohlengehalt des grauen Roheisens zu 3,3 Proc. an, so sind, da die Eisenproduction auf 100 Kohlen 35,8 beträgt, noch 1,18 Kohle von diesen 64,548 in Abrechnung zu bringen. Denkt man sich die übrigbleibenden 63,368 Kohlenstoff mit Luft zu Kohlenoxyd verbrannt, so erhält man als Verbrennungsproduct ein Gemenge von:

Stickstoff 285,100
Kohlenoxyd 147,858.

Von diesen 147,558 Kohlenoxydgas wird ein Theil auf Kosten des Eisenerzes in Kohlensäure verwandelt. Die auf 100 Steinkohlen erzeugte Menge Roheisen beträgt 35,8 und entspricht 34,62 reinem Eisen, bei dessen Reduction 14,83 Sauerstoff an das Kohlenoxydgas abgegeben werden. Dadurch werden 25,952 desselben in 40,782 Kohlensäure verwandelt. Ferner beträgt die Menge des Kalksteins, welche auf 100 Kohlen zugesetzt wird, 43,59. Dieser Kalkstein besteht der Analyse zufolge aus:

Kalk 54,4
Kohlensäure 42,9
Magnesia 0,6
Thon 0,8
Feuchtigkeit und Verlust 1,3
––––––
100,00.

Für die der Berechnung zum Grunde gelegten 100 Steinkohlen entweichen daher noch 18,7 Kohlensäure aus dem Kalkstein.

Faßt man das Resultat dieser Betrachtungen zusammen, so ergibt sich, daß 100 Theile Steinkohlen durch den im obern Theile des Ofens erlittenen Verlust an gasförmigen Stoffen auf 67,228 Kohks reducirt werden, die, nachdem sie bis zur Düse niedergegangen, in Gestalt von Kohlensäure und Kohlenoxydgas, mit dem Stickstoff der atmosphärischen Luft und der Kohlensäure des Kalksteins gemengt, nach der Mündung des Ofens zurückkehren, ein Gasgemenge bildend, welches besteht aus:

Stickstoff 282,860
Kohlensäure 59,482
Kohlenoxyd 121,906
–––––––
464,248.
|280|

Addirt man dieses Gasgemenge statt der bei dem Versuch erhaltenen Kohle zu den durch Destillation von 100 Steinkohle erhaltenen gasförmigen Stoffen, so ergibt sich folgende Zusammensetzung für die der Gicht entströmenden Ofengase:

I. II.
Dem Gew. nach: Dem Vol. nach:
Stickstoff 59,559 60,907
Kohlensäure 12,765 8,370
Kohlenoxyd 26,006 26,846
Grubengas 1,397 2,536
Wasserstoff 0,078 1,126
condensirbare Kohlenwasserstoffe 0,108 0,112
Schwefelwasserstoff 0,053 0,045
Ammoniak 0,034 0,058
––––––– –––––––
100,000 100,000.

Aus den in I. enthaltenen Zahlen läßt sich das Verhältniß der im Ofen bei dem Proceß zu realisirenden, zu der in Gestalt eines nutzbaren gasförmigen Brennmaterials an der Mündung des Ofens entweichenden Wärme leicht bestimmen. Es werden nämlich bei der Verbrennung:

Wärmeeinheiten.
aus Stickstoff 59,559 0
Kohlensäure 12,765 0
Kohlenoxyd 26,006 65067
Grubengas 1,397 18826
Wasserstoff 0,078 2704
ölbildendem Gase 0,108 1331
Schwefelwasserstoff 0,053 238
Ammoniak 0,034 208
––––––––––––––––––
also aus 100 Gichtgas 88374 Wärmeeinheiten erzeugt.

Die gefundenen 88374 Wärmeeinheiten können mithin als Maaß für die Wärmemengen betrachtet werden, welche durch Verbrennung der Hohofengase zur Realisation gebracht werden können. Um das Verhältniß des im Ofen realisirten Brennmaterials zu diesem an der Gicht unbenutzt verschwendeten zu ermitteln, darf man nur die Wärmeeinheiten berechnen, welche bei der Erzeugung dieser 100 Gewichtstheile Ofengas im Ofen selbst zur Entwickelung kommen. Die einzige Quelle der Wärmeentwickelung im Ofen ist die Oxydation des Kohlenstoffes. Diese Oxydation geschieht auf Kosten des Sauerstoffs, welcher in der eingeblasenen Luft und im Eisenoxyd enthalten ist. Betrachten wir daher zunächst den Einfluß, welchen die Verbrennung des Kohlenoxyds auf |281| Kosten des im Eisenoxyd enthaltenen Sauerstoffs auf die Wärmeentwickelung im Ofen ausübt. Aus den bekannten, von Dulong hinterlassenen Versuchen über die Verbrennungswärme ergibt sich, daß die Wärmemenge, welche bei der Verbrennung von 1 Liter Sauerstoff mit Eisen oder mit Kohlenoxydgas entwickelt wird, fast vollkommen gleich ist. Das erstere gibt 6216 und das letztere 6260 Wärmeeinheiten. Da die unbedeutende Differenz dieser Zahlen innerhalb der Gränzen der Beobachtungsfehler liegt, so läßt sich daraus, wie bereits Ebelmen gezeigt hat, der Schluß ziehen, daß bei der Reduction des Eisenoxyds auf Kosten von Kohlenoxydgas Thermoneutralität stattfindet und

daß mithin der Reductionsproceß des Eisenoxyds ohne Einfluß auf die Wärmeentwickelung im Ofen ist.

Die Verbrennung des Sauerstoffs der Luft ist daher die einzige Wärmequelle im Ofen.

Um die dadurch erzeugte Wärme festzustellen, genügt es, wie wir oben gesehen haben, die Sauerstoffmenge zu berechnen, welche mit den in den Gasen befindlichen 59,559 Gewichtstheilen Stickstoff in der Form von atmosphärischer Luft in den Ofen gelangte. Die bei der Verbrennung dieses Sauerstoffs zu Kohlenoxydgas in Freiheit gesetzte Wärme ist die einzige, welche im Ofen zur Realisation kommt. Sie beträgt der Rechnung zufolge 20001. Für diese Anzahl Wärmeeinheiten gehen daher 88374 unbenutzt mit den Gichtgasen verloren. Es folgt daraus die merkwürdige Thatsache:

daß in dem Alfretonhohofen unter den ungünstigsten Verhältnissen und ohne Rücksicht auf die mit den erhitzten Gichtgasen verlorene freie Wärme 81,54 Proc. zur Benutzung geeignetes Brennmaterial verloren gehen und nur 18,46 Proc. zur Unterhaltung des Eisenprocesses verwandt werden.

Das Temperaturmaximum, welches durch Verbrennung der Gase erreicht werden kann, läßt sich leicht aus folgenden Betrachtungen ableiten:

1 Kilogr. Gas gibt, mit atmosphärischer Luft verbrannt, 1,9338 Kilogr. Verbrennungsproducte, deren Zusammensetzung und specifische Wärme sich wie folgt ergibt:

Zusammensetzung. Spec. Wärme.
Stickstoff 68,016 0,1859
Kohlensäure 29,896 0,0661
Wasserdampf 2,088 0,0176
––––––––––––––––––––––––
100,000 0,2696.
|282|

Dividirt man mithin die bei der Verbrennung von 1 Kilogr. Gas entwickelten Wärmeeinheiten 88374 durch das Product aus der Menge der gefundenen Verbrennungsproducte in die specifische Wärme derselben, d.h. durch 1,9338 × 0,2696, so ergibt sich für die Temperatur der Flamme 1695,2° C.

Man begreift leicht, daß das bei dem Betriebe des Ofens der Gicht entströmende Gasgemenge noch reicher an brennbaren Bestandtheilen seyn muß, als es die eben angestellte, von den ungünstigsten Bedingungen ausgehende Berechnung ergeben hat. Denn aus der Wechselwirkung, welche zwischen der glühenden Kohle und den flüssigen Destillationsproducten stattfindet, gehen eine Menge gasförmige Producte hervor, die nothwendigerweise den Brennwerth der Ofengase vergrößern müssen. Die oberste, stets erneuerte kalte Erz- und Kohlenschicht wirkt condensirend auf den aus dem Brennmaterial entweichenden Wasserdampf und Steinkohlentheer. Beide tröpfeln in flüssiger Gestalt in die tieferen glühenden Kohlenschichten zurück und werden daselbst zum Theil in Wasserstoff und Kohlenoxydgas zerlegt. Ein anderer Theil des Theers zerfällt in Grubengas und Kohle. Was dieser Zersetzung entgeht, gelangt von Neuem in die obere kalte Erzschicht und erleidet dort abermals denselben Zersetzungsproceß.

Um diesen Einfluß, welchen die glühenden Kohlen auf die flüssigen Destillationsproducte ausüben, durch einen Versuch festzustellen und annäherungsweise die Gränze zu bestimmen, bis zu welcher der Gehalt an brennbaren Bestandtheilen in den Gichtgasen anwachsen kann, haben die Verf. den erwähnten Versuch mit den Alfreton-Steinkohlen auf die Art wiederholt, daß das zur Destillation der Steinkohlen dienende Rohr vom vorderen Theile nach hinten erhitzt wurde, um die flüssigen und gasförmigen Destillationsproducte über die bereits im Glühen begriffene Kohle streichen zu lassen und dadurch einen ähnlichen Zersetzungsproceß herbeizuführen, wie er im Hohofen stattfindet. 100 Theile Alfreton-Steinkohlen gaben bei der Destillation:

Kohle 65,123
Theer und Wasser 16,594
Grubengas 6,233
Kohlenoxyd 6,328
Kohlensäure 2,289
ölbildendes Gas 1,559
Schwefelwasserstoff 0,172
Wasserstoff 1,421
Ammoniak 0,281
|283|

Eine Vergleichung dieser Destillationsproducte mit den früher aus demselben Material erhaltenen, aber nicht mit der glühenden Kohle in Berührung gekommenen, zeigt auf das deutlichste den Einfluß, welchen die glühende Kohle auf den Theer und Wasserdampf ausübt. Die flüssigen Producte und die Kohle vermindern sich und an ihrer Stelle tritt Kohlenoxyd, Wasserstoff und ölbildendes Gas auf, entstanden durch eine Oxydation der Kohle auf Kosten des Wasserdampfes und durch Zersetzung des Theers, unter dem Einflusse einer erhöhten Temperatur.

Berechnet man, von den zuletzt entwickelten Principien ausgehend, die Zusammensetzung der Gichtgase, welche der eben gefundenen Zusammensetzung der Destillationsproducte entspricht, so ergeben sich folgende Resultate:

I. II.
Dem Gew. nach: Dem Vol. nach:
Stickstoff 58,218 57,878
Kohlensäure 15,415 9,823
Kohlenoxyd 23,956 24,042
Grubengas 1,555 2,743
Wasserstoff 0,354 4,972
ölbildendes Gas 0,389 0,392
Schwefelwasserstoff 0,043 0,035
Ammoniak 0,070 0,115
––––––––– –––––––––
100,000 100,000.

Das Verhältniß der Bestandtheile in diesem Gasgemenge kann als der Gränze naheliegend betrachtet werden, bis zu welcher überhaupt der durchschnittliche Gehalt an brennbaren Bestandtheilen in den Gichtgasen anwachsen kann, welche sich unter Verhältnissen bilden, wie sie bei den großen, mit Steinkohlen betriebenen Eisenhohöfen stattfinden. Man ersteht zugleich daraus, daß die Vermehrung der brennbaren Gemengtheile des Gases, welche durch die Wechselwirkung der glühenden Kohle und flüssigen Producte bedingt wird, sich vorzugsweise auf den Wasserstoff und das ölbildende Gas erstreckt. Berechnet man aus den gefundenen Zahlen nach den früher entwickelten Principien die Wärmemenge, welche bei der Bildung von 100 Gewichtstheilen des Gases im Ofen entwickelt wird, und vergleicht man dieselbe mit der Wärme, welche durch Verbrennung dieser Gasmenge selbst erhalten werden kann, so ergibt sich das Verhältniß 98583 : 19550, woraus folgt,

daß in dem Alfreton-Hohofen unter den den günstigsten naheliegenden Verhältnissen nur 16,55 Proc, Brennmaterial im Ofen zur Realisation gelangen, 83,45 Proc. aber an der Gicht in der Form brennbarer Gase verloren gehen.

|284|

1 Kilogr. des Gases gibt, mit Luft verbrannt, 1,9290 Kilogr. Verbrennungsproducte, welche bestehen aus:

Stickstoff 67,33
Kohlensäure 29,83
Wasserdampf 2,84
––––––
100,00.

Da die aus dieser Zusammensetzung berechnete specifische Wärme der Verbrennungsproducte 0,2740 beträgt, so ergibt sich die Temperatur der Flamme dieser Gase, wenn sie mit Luft verbrannt werden, zu 1768° C.

Die Temperatur der unter den annähernd günstigsten Verhältnissen erzeugten Gase des Alfreton-Eisenhohofens beträgt daher 1768° C.

(Fortsetzung folgt.)

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