Titel: Polytechnische Schau.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1929, Band 344 (S. 103–108)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj344/ar344022

Polytechnische Schau.

(Nachdruck der Originalberichte – auch im Auszüge – nur mit Quellenangabe gestattet.)

Gußeisen mit Nickelzusatz im Kraftwagenbau. Der Zusatz von Nickel zum Gußeisen ist in Deutschland so gut wie unbekannt. Erst neuerdings, seitdem die Erfolge amerikanischer Gießereien bekannt geworden sind, scheint man sich bei uns etwas mehr mit dieser wichtigen Frage zu befassen. Die Verwendung von nickelhaltigem Gußeisen ist in Amerika stark verbreitet, namentlich im Kraftwagenbau, der ganz besondere Anforderungen an den Werkstoff stellt. So wählen einige Kraftwagenwerke, wie die Continental Motor Co., die Nash Motor Car Co., die Lyconning Motor Co. u.a.m. ein Gußeisen für Automobilzylinder der Zusammensetzung: 3,37 % Kohlenstoff, 2,30 % Silizium, 0,65 % Mangan, unter 0,125 % Schwefel, 0,4 % Phosphor, 0,60 bis 2,0 % Nickel und 0,20 bis 0,45 % Chrom. Die Harley Davidson Motor Co. bedient sich für Motorradzylinder einer Gußzusammensetzung von 3,45 % Kohlenstoff, 2,50 % Silizium, 0,58 % Mangan, unter 0,10 % Schwefel, unter 0,2 % Phosphor, 1,25 % Nickel und 0,25 % Chrom; die Continental Motor Co. für Automobilkolben der Analyse 3,35 % Kohlenstoff. 2,45 % Silizium, 0,55 % Mangan, unter 0,10% Schwefel, unter 0,2% Phosphor, 0,6 bis 1,5 % Nickel, während für Kolbenringe die Zusammensetzung bekannt ist: 3,25 % Kohlenstoff, 1,25 % Silizium, 0,50 % Mangan, unter 0,11 % Schwefel, unter 0,2 % Phosphor, 1,25 bis 1,5 % Nickel. Die American Car and Foundry und die Chevrolet Motors verwenden für Geschwindigkeitsgetriebekästen Gehalte von 2,40 % Silizium, 0,60 % Mangan, 0,08 % Schwefel, 0,22 % Phosphor und von 0,40 % Nickel. Zu nennen sind noch Ventilsitze mit 1 bis 1,5 % Silizum, 0,6 % Mangan, unter 0,12 % Schwefel, unter 0,2 % Phosphor, 1,25 % Nickel und Zahnräder mit 3,37 % Kohlenstoff, 1,2 bis 1,75 % Silizium, 0,75 % Mangan, 0,08 % Schwefel, unter 0,2 % Phosphor, 0,7 bis 3,0 % Nickel.

Von Interesse ist dabei die Frage, in welcher Hinsicht das Nickel auf das Gußeisen verbessernd wirkt.

Zunächst begünstigt das Nickel die Umwandlung Zementit-Graphit-Ferrit, d.h., es neigt dazu, ein weißes Eisen in ein graues überzuführen. Dann macht es die Graphitpartikelchen feiner und verteilt sie gleichmäßiger, ein Umstand, der für die Widerstandsfähigkeit der Legierung von Bedeutung ist, da im allgemeinen gilt, daß die Widerstandsfähigkeit mit der Feinheit der Bestandteile wächst. Schließlich geht das Nickel mit dem Eisen eine feste Lösung ein mit allen physikalischen und chemischen Folgerungen, die sich hieraus ergeben können. Es wirkt dabei wie in den Stählen: einerseits erhöht es die Härte und die Widerstandsfähigkeit des Ferrits, andererseits wandelt es den Perlit in Sorbit um. Trotz der hohen Härte ist dabei das Gußeisen leichter bearbeitbar, weil durch das Nickel die Zonen von weißem Eisen verschwinden.

Chrom wirkt auf das Gußeisen in ganz anderer Weise ein wie Nickel; es neigt zwar auch dazu, das Korn zu verfeinern, doch anstatt den Niederschlag von Graphit zu erleichtern, erleichtert es seine Verbindung mit dem Eisen und die Bildung von Eisenkarbid. Chrom verhält sich demnach härtend. Verwendet man es gleichzeitig mit Nickel in dem Verhältnis 1 Anteil Chrom zu 2 oder 3 Anteilen Nickel, so kann man ein Eisen ohne weiße Punkte an den dünnen Stellen erhalten, das andererseits an den dicken Stellen durch die Gegenwart von Chrom hart und widerstandsfähig ist. Ein solches |104| Eisen ist auch mit 250 Brinellhärte bearbeitbar, während die Bearbeitbarkeit von gewöhnlichem Eisen bei etwa 200 Brinellhärte begrenzt ist.

Das Nickel kann nun in den Schmelzprozeß miteinbezogen werden, indem man es in den Kupolofen in Gestalt von Blöcken oder einer Nickel-Chrom-Legierung aufgibt, wobei es während des Schmelzens weder oxydiert noch verflüchtigt wird, sondern sich im Eisen vollständig wiederfindet. Der Chromanteil dagegen muß wegen der Oxydierbarkeit um etwa 50 % höher berechnet werden wie der gewünschte Endgehalt. Dann kann man das Nickel auch in die Gießpfanne oder auf die Abstichrinne zwischen Ofen und Pfanne bringen in Form von Körnern aus Reinnickel oder besser aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit 92 % Nickel. Es ist dabei möglich, bis zu 5 % Nickel in Pfannen von 50 kg zu bringen, ohne das Gießen zu beeinträchtigen. Die Auflösung erfolgt sofort. Chrom wird als gemahlenes Ferro-Chrom oder als körniges Nickel-Chrom in die Pfanne gebracht. (Revue de Metallurgie, Bd. 24, S. 730-739.)

K.

Das Armco-Eisen. Das Armco-Eisen wird in Amerika schon seit etwa 20 Jahren hergestellt, während es bei uns lange unbekannt geblieben ist. Erst vor kurzem hat man gehört, daß die Vereinigten Stahlwerke A.-G. das amerikanische Armco-Patent erworben haben und seine Ausnutzung zu betreiben beabsichtigen.

Unter dem Armco-Eisen ist ein besonders reines Eisen zu verstehen, das den industriell höchst erreichbaren Reinheitsgrad darstellt. Die folgenden Analysen zeigen deutlich den Unterschied in bezug auf die chemische Zusammensetzung zwischen dem Armco-Eisen und gewöhnlichen Stählen:

Armco-Eisen Martinstahl Thomasstahl
Kohlenstoff 0,02 0,08 0,08
Silizium 0,002 0,02 0,03
Mangan 0,025 0,45 0,45
Schwefel 0,03 0,03 0,09
Phosphor 0,010 0,03 0,086
Kupfer 0,04 0,10 0,10
–––––––––––––––––––––––––––––––––
0,127 0,71 0,836

Von den Erzeugerfirmen wird ein Eisengehalt im Armco-Eisen von mindestens 99,84 % gewährleistet, so daß höchstens nur 0,16 % Verunreinigungen vorhanden sind. Die üblichen physikalischen Eigenschaften dieses reinen Metalles sind: Dichte 7,83, Zerreißfestigkeit 28 bis 32 kg/mm2, Dehnung 26 %, Ausdehnungskoeffizient von 0 bis 100° 0,000012, elektrischer Widerstand 10,7 Microhm/cm3. Von den Eigenschaften des Armco-Eisens ist zunächst sein Korrosionswiderstand hervorzuheben. Besonders dieser seiner Eigenschaft ist es zuzuschreiben, daß die anfängliche amerikanische Monatserzeugung von einigen 100 t 1907 auf etwa 30 000 t für 1927 gestiegen ist. Eine erhebliche Tonnenmenge wird im galvanisierten Zustand geliefert, nachdem es sich herausgestellt hat, daß die Zinkschicht an Blechen aus Armco-Eisen länger und besser anhaftet als diejenige an Blechen aus gewöhnlichem Stahl. Berücksichtigt man dazu noch den an sich schon starken Korrosionswiderstand des Grundmetalles selbst, so ergibt sich eine Lebensdauer des verzinkten Armco-Eisens, die zwei- bis viermal so groß ist wie die des gewöhnlichen verzinkten Eisenbleches.

Die elektrische Leitfähigkeit des Armco-Eisens übertrifft die des gewöhnlichen Stahles um 40 bis 50 %, auch seine magnetischen Eigenschaften sind von nicht geringerem Interesse, denn im Glühzustand bietet das Metall eine sehr schwache Remanenz und eine sehr hohe Permeabilität. Dementsprechend findet das Armco-Eisen auch erfolgreiche Verwendung für den Bau elektrischer Apparate, Fernsprecher, Klingeln u.a.m. Die elektrische Leitfähigkeit in Verbindung mit dem Korrosionswiderstand machen dieses Metall ferner geeignet für die Kraftübertragung und -Übermittlung, Kabelverbindungen, Schienen für elektrische Bahnen. Die große Reinheit des Armco-Eisens verleiht ihm eine Wärmeleitfähigkeit, die 12 % höher ist als die von gewöhnlichem Stahl und 20 % höher als die von Gußeisen. Diese Eigenschaft und der Widerstand gegen Korrosion ermöglichen die Verwendung des Armco-Eisens für weitere Gebiete, wie z.B. für Tiegel zum Schmelzen von verschiedenen Metallen, dann für die Herstellung von Erwärmern und Temperaturausgleichern.

Die Sonderverfahren für die Erzeugung von Armco-Eisen gestatten eine fast vollständige Entfernung der im Metall eingeschlossenen oder in Lösung befindlichen Gase. Diese Tatsache ist vom Standpunkt des Emaillierens aus insofern von Interesse, als beim Emaillieren von Armco-Eisen die Gefahr der Entstehung von Ausschußstücken, die auf Blasen infolge der Entweichung von Gasen aus dem Metall im Laufe des Brennvorganges zurückzuführen sind, beseitigt ist. Trotz der hohen Preise für Armco-Eisen verwenden zurzeit 80 % aller amerikanischen und englischen Emaillierwerke dieses Metall und verwirklichen dadurch eine erhebliche Ersparnis, daß kein Ausschuß durch die Emaillierarbeit mehr gebildet wird.

Eine weiter hervorzuhebende Eigenschaft ist die leichte Bearbeitbarkeit, die ebenfalls für die Emaillierwerke von Bedeutung ist, da hierdurch die Entstehung von Ausschuß beim Kumpeln und Bördeln von Blechen vermieden wird. Dann läßt sich das Armco-Eisen besonders leicht schweißen und kann infolgedessen dort mit Vorteil Verwendung finden, wenn Stücke angefertigt werden, die geschweißt werden sollen. Es dient nicht nur zum Schweißen von Armco-Eisen selbst, sondern auch zum Schweißen von gewöhnlichem Stahl.

Einige bemerkenswerte Ausführungsarbeiten aus Armco-Eisen sind: ein Gasometer von 325000 m3 erbaut 1922 in Los Angeles, 80 km Wasserleitung zu Sao Paulo (Brasilien) im Gewicht von 25000 t, Leitungen im Irak der Anglo Persien Oil Co., emaillierte Bleche zum Ueberziehen der Wände in den Haltestellen der Londoner Untergrundbahn, Petroleumleitungen von 10000 t, Galvanisierbecken, Verdampfungs- und Konzentrationsbecken, emaillierte Behälter für Bierbrauereien usw. (L'Usine, Bd. 37, Heft 1.)

K.

Mangan-Stahlguß. Wohl die erste Erwähnung von nichtmagnetischen Eisenlegierungen dürfte durch Rinman erfolgt sein, der 1774 beobachtete, daß ein weißes, sprödes Metall, das auf dem Schmelzwege aus gleichen Teilen von grauem Roheisen und Manganoxyd erhalten worden war, durch |105| den Magneten nicht angezogen wurde. Um 1830 bereitete David Mushet Legierungen bis zu 30 % Mangan zu, indem er von Manganoxyd, Eisenoxyd, Gußeisen, Holzkohle und einem Flußmittel ausging. Auch er stellte die unmagnetische Natur des Metalles fest, doch war der Kohlenstoffgehalt dieser Legierung zu hoch, um die später von Hadfield erreichten Eigenschaften zu erhalten. Weitere Versuche mit Manganzusätzen wurden durch deutsche und französische Forscher unternommen; den Berichten um 1875 ist zu entnehmen, daß die Stähle mit über 1 % Mangan spröde waren. Nach manchen entmutigenden Arbeiten von verschiedenen Seiten gelang es schließlich Hadfield im Jahre 1883 den später unter seinem Namen oder als Manganstahl bekannten Stahl zu erzeugen. Dieser Stahl besitzt die Zusammensetzung:

1,00 bis 1,45 % Kohlenstoff,
0,30 bis 1,00 % Silizium,
10,00 bis 14,50 % Mangan,
0,01 bis 0,03 % Schwefel,
0,04 bis 0,10 % Phosphor.

Das Verhältnis von Kohlenstoff zu Mangan wird auf etwa 1: 10 aufrechterhalten. Hadfield veröffentlichte 1888 einen erschöpfenden Bericht über seine erfolgreichen Arbeiten. Für die Herstellung dieses Manganstahles benutzte er zuerst den Konverter, indem er ein phosphor- und schwefelarmes Roheisen im Kupolofen vorschmolz und dann im Konverter fertigblies. Flüssiges Ferro-Mangan, das in einem anderen Kupolofen oder einem Tiegelofen niedergeschmolzen war, wurde hinzugefügt, um die gewünschte Schlußanalyse zu erhalten. Eine der Hauptschwierigkeiten, auf die man bei diesem Verfahren stieß, war die Unmöglichkeit, verlorene Köpfe, Trichter und manganhaltigen Schrott zu verwenden, ohne erhebliche Verluste an Mangan infolge Oxydation des Mangans im Verlaufe der Schmelzung mit in Kauf nehmen zu müssen. Manganreicher Schrott wurde daher einstweilen nicht zugesetzt in der Erwartung, daß man doch bald ein Verfahren ausfindig machen würde für seine verlustlose Verwertung. Verbesserungen in der Kupolofenpraxis beim Schmelzen von Ferro-Mangan durch Anpassung von Wind und Koksanteil an die Eigenschaften des Schmelzgutes waren in der Lage, den Verlust an Mangan beim Schmelzen von Ferro-Mangan zu verringern. Immerhin waren die Verluste doch noch beachtlich und man kann sagen, daß es erst seit der Verwendung des elektrischen Ofens gelungen ist, Manganschrott bei der Herstellung von Manganstahl ohne wesentliche Verluste zu verwenden. Die Erzeugung von Manganstahl durch das Siemens-Martinverfahren bietet ebenfalls Schwierigkeiten infolge des Verlustes an dem größten Teil des Mangans beim Schmelzen von Manganschrott. Man hat zwar mit Erfolg versucht, den Manganstahl durch Zusetzen von Ferro-Mangan in die Gießpfanne fertigzumachen, doch ist die diesem Verfahren anhaftende Schwierigkeit nicht zu leugnen, die in der Erhaltung eines gleichmäßigen Erzeugnisses zu erblicken ist. Bei Hinzuziehung des elektrischen Ofens für die Manganstahlerzeugung arbeitete man unter den gleichen Bedingungen wie bei der Herstellung von Kohlenstoffstahl. Man verwendete einen basischen Herd, da die manganreiche Schlacke einen sauren Herd sonst angreifen würde, und man schmolz weichen Stahl als Schrott unter einer oxydierenden Schlacke ein, die dann entfernt wurde. Eine zweite Schlacke wurde hinzugefügt und die Hitze unter reduzierenden Bedingungen genau wie beim Kohlenstoffstahl zu Ende geführt. Schließlich wurde der notwendige Betrag an Ferro-Mangan eingeführt, das Bad auf die geeignete Temperatur gebracht und dann gegossen. Nachdem man gefunden hatte, daß das Ferro-Mangan unmittelbar nach dem Abschlacken hinzugefügt werden konnte, arbeitete man nach diesem Verfahren. Später wurde dann das Ferro-Mangan in den Ofen gebracht unmittelbar, nachdem die notwendige Hitze erreicht war, und die Schmelze unter einer einfachen Schlacke fertig gemacht. Weiter erkannte man den Vorteil einer neutralen Atmosphäre im Ofen während des Einschmelzens und der reduzierenden Einwirkung der karbidhaltigen Schlacke, die es ermöglichte, Ferro-Mangan und manganreichen Schrott ausgehend von kalten Einsätzen zu schmelzen und unter einer einfachen karbidhaltigen Schlacke fertigzumachen. Bei der Herstellung von Manganstahl sind eine Reihe von besonderen Bedingungen einzuhalten, die nur der mit den Sonderheiten des Manganstahles vertraute Schmelzer erfüllen kann. Stahlschrott mit niedrigem Kohlenstoff- und Phosphorgehalt, manganhaltiger Stahlschrott und genügend Ferro-Mangan werden kalt in den Ofen aufgegeben. Der Anteil an Manganschrott kann dabei von 0 bis 100 % des Einsatzes betragen. Dann wird der Ofen eingeschaltet und eine hohe Stromspannung gewählt, damit das Niederschmelzen der Einsätze in einer möglichst kurzen Zeit erfolgt. Praktisch tritt keine Luft in den Ofen ein und die etwaige Oxydation erfolgt lediglich durch den Rost und die Oxyde der Einsätze. Diesem Umstände und der Gegenwart einer Karbidschlacke während des Fertigmachens der Schmelze ist es zuzuschreiben, daß Manganschrott und Ferro-Mangan gleich zu Anfang mit den anderen Einsatzteilen in den elektrischen Ofen eingebracht werden können, ohne daß Verluste an Mangan entstehen, wie es beim Konverter- und Siemens-Martinofen-Verfahren der Fall ist. Nach dem vollständigen Schmelzen der Einsätze wird das Bad bewegt und eine Probe für das Laboratorium entnommen. Dann wird Ferro-Silizium eingeführt, ferner Kalk, Flußspat und Koks für die Bildung der Schlacke. Der Ofen arbeitet nunmehr unter einer niedrigeren Stromspannung zwecks Schonung des Ofenfutters, so daß die Feinerung beginnen kann. Etwaige aus der Analyse sich als notwendig erweisende Zusätze werden noch hinzugefügt. Ist eine Erhöhung des Mangangehaltes erwünscht ohne gleichzeitige Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes, so wird Silico-Mangan oder kohlenstoffarmes Ferro-Mangan eingeführt. Schließlich wird das Bad kräftig durchgerührt und geeignete Zusätze für die Bildung der Karbidschlacke gemacht. Kalziumkarbid ist ein sehr energisches Desoxydationsmittel. Die Desoxydation selbst erfolgt nach den folgenden Reaktionen:

CaC2 + 2FeO → CaO + CO + 2 Fe,

CaC2 + 2MnO → CaO + CO + 2 Mn.

Eisen und Mangan gehen in das Bad über, CaO in die Schlacke. Das Karbid reduziert zunächst die |106| leicht reduzierbaren Oxyde der Schlacke und greift dann die im Bad gelösten Oxyde an. Dann ist Kalziumkarbid wahrscheinlich das beste bekannte Entschwefelungsmittel, während das Ferro-Silizium als Entgasungsmittel wirkt nach der Formel:

2 CO + Si → SiO2 + 2C.

Der Zuschlag von Ferro-Silizium hat während des Fertigmachens der Einsätze früh genug zu erfolgen, daß das sich ergebende Siliziumdioxyd Zeit findet, sich vom Bade zu trennen.

Bei zu heißem Gießen besteht die Gefahr eines übermäßigen Schwindens und einer Schneidwirkung des Metalles auf die Gußform, die besonders an den Eingußstellen ausgeprägt ist. Große verlorene Köpfe, Trichter und Steiger gestatten das Gießen von schweren Stücken mit kälterem Metall, während kleine Stücke heißer zu gießen sind. Die Analyse von Manganstahlguß hat man je nach der Art des Stückes zu wählen. Für schwere Stücke mit unregelmäßigen Querschnitten wird man sich für einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 1,25 % entscheiden müssen, um ein Reißen während der Abkühlung zu vermeiden. Für Stücke, bei denen besonders auf die Härte Wert gelegt wird, kann der Kohlenstoffgehalt bis auf 1,40 % erhöht werden. Das Schwinden von Manganstahlguß ist erheblich größer als beim Kohlenstoff stahl; es ist daher notwendig, diesem Umstand bei der Modellherstellung Rechnung zu tragen. Die hohe Schwindung, sowie andere Eigenheiten von Manganstahlguß haben oft zu unbefriedigenden und ungesunden Gußstücken geführt. Durch die geeignete Anwendung von Abschreckplatten in Formen mit ungleichen Querschnitten läßt sich die Abkühlungsart des Metalles überwachen und so ein Reißen vermeiden. Nach genügendem Abkühlen können die Gußstücke aus den Formen ausgeschüttet werden. Schwere Gußstücke werden zuerst bei 870° geglüht, dann allmählich auf 1010 bis 1050° gebracht und in Wasser abgeschrekt. Kleinere Gußstücke werden in einem für diese kleineren Stücke geeigneten Ofen ebenso behandelt und abgeschreckt. Die Stücke werden dann mit dem Sandstrahlgebläse geputzt, geschliffen und gerichtet, wenn dies notwendig ist. Die Schleiferei ist eine besonders wichtige Abteilung der Manganstahlgießerei. Wenn die Stücke zu zähe für die spätere Bearbeitung sind, werden sie durch Schleifen fertig gemacht; eine gut eingerichtete Schleiferei ist daher notwendig, um die vom Besteller verlangten Toleranzen einhalten zu können.

Manganstahlguß ist verhältnismäßig weich, er besitzt eine Brinellhärte von 150 bis 200 und weist dabei eine solche Zähigkeit auf, daß er den besten Werkzeugstählen zu widerstehen vermag. Er besitzt die Elastizität und Geschmeidigkeit von weichem Stahl und dabei auch eine hohe Zerreißfestigkeit. Im folgenden seien einige Eigenschaften von warmbehandeltem Manganstahlguß aufgeführt:

Zerreißfestigkeit 55 bis 97 kg/mm2,
Elastizitätsgrenze 22 bis 31 kg/mm2,
Dehnung 25 bis 35 %,
Querschnittsverminderung 20 bis 35 %,
Brinellhärte 170 bis 200,
Skleroskophärte 40 bis 50.

Manganstahlguß besitzt ein austenitisches Gefüge mit ausgeseigerten Karbiden längs der Korngrenzen der Austenitkörner. Durch geeignetes Glühen und Abschrecken werden diese Karbide im Austenit aufgelöst und durch das Abschrecken in Lösung gehalten, während bei nicht geeignetem Glühen oder Abschrecken Teile dieser Karbide ungelöst bleiben infolge ungenügenden Glühens. Stücke aus Manganstahlguß werden verwendet für Herzstücke bei Eisenbahnschienen, Kreuzstücke, Weichen, Radlenker, Hämmer für Hammerwerke, Schuhe für Traktoren, Ketten, Förderanlagen, Getriebe, Rollen usw. Je nach dem Verwendungszweck des Gusses kann eine Brinellhärte bis 500 verwirklicht werden. (The Foundry Trade Journal, Bd. 39, S. 115/16.)

Ka.

Die Zusammensetzung der Gase bei der Verbrennung und Vergasung. Will man nur den Gang einer Feuerung oder eines Gaserzeugers verfolgen, so wird man sich damit begnügen können, die Veränderungen im Kohlendioxydgehalt abzulesen. Wenn es sich aber um die Aufstellung einer Wärmebilanz oder um einen Vergleich der Heizvermögen verschiedener Gase handelt, wird eine vollständige Analyse nicht zu umgehen sein, die die Grundlage für alle Berechnungen bilden wird. J. Seigle hat nun Grundlagen aufgestellt, mit denen es möglich ist, zu erkennen, ob die eine oder andere Analyse überhaupt möglich ist, ferner hat er die Beziehungen aufgedeckt, die zwischen den Luft- und Gasgehalten bzw. Volumina bei den je Kilogramm Kohlenstoff stattfindenden Reaktionen bestehen. Für die Verfolgung der Wärmebilanz dürfte ihre Kenntnis von Nutzen sein.

Vollständige Verbrennung des Kohlenstoffs durch trockene Luft im Ueberschuß:

Die Reaktion der vollständigen Verbrennung: C + O2 = CO2 ergibt ein Volumen an Kohlendioxyd, das gleich dem des verwendeten Sauerstoffs ist. Wird mit gewöhnlicher trockener Luft verfahren (Sauerstoff 21 %, Stickstoff 79 %) und der Kohlenstoff mit einem beliebigen Ueberschuß an Luft verbrannt, so wird die Gesamtheit der Volumina des überschüssigen, nicht verwendeten Sauerstoffs und des erzeugten Kohlendioxyds immer gleich sein dem Volumen des ursprünglichen Sauerstoffs, d.h. das Verhältnis der Gesamtheit dieser beiden Gase zum Gesamtvolumen der verbrannten Gase bleibt = 21 %. Da , kann man die Gleichung aufstellen:

4,76 (O2 + CO2) = 100.

Praktisch vollzieht sich eine solche vollständige Verbrennung, wenn man Kohlenstoff (Koks) dünn aufgetragen auf einem Rost verbrennt; indirekt vollzieht sie sich, wenn man reines Gas aus dem Gaserzeuger mit Hilfe von Luft verbrennt. Diese Betrachtungen zeigen, daß eine Gasanalyse der Verbrennung von reinem Kohlenstoff durch gewöhnliche trockene Luft, in der man gefunden hätte: CO2 = 15 %, O2 = 8 % (N durch Differenz = 77) unmöglich und demnach falsch wäre.

Mehr oder weniger vollständige Vergasung des reinen Kohlenstoffs durch gewöhnliche trockene Luft:

Angenommen, der Sauerstoff von trockener Luft wandele einen Teil des Kohlenstoffs in CO, einen |107| anderen in CO2 um. Z.B. kann ein Volumen x von Sauerstoff ergeben haben:

und das Volumen (21– x):

C + O2 = CO2.

Es ist leicht zu erkennen, daß, wie auch immer x sein mag, man immer erhalten wird: 4,76 × CO2 + 2,88 × CO = 100. Die Zusammensetzung CO2 = 5, CO = 26,4, N (durch Differenz) = 68,6 ist möglich, dagegen die Zusammensetzung CO2 = 5, CO = 29, N (durch Differenz) = 66 ist nicht möglich. Die beiden Koeffizienten 4,76 und 2,88 sind verbunden mit der Zusammensetzung der trockenen Verbrennungsluft. Ist die Vergasung vollkommen, d.h. ohne CO2-Erzeugung, so ist der Anteil von CO in Volumen:

%

Praktisch geht die Vergasung von C vor sich, wenn man Luft unter eine dicke Koksschicht treten läßt. Verschiedene Umstände, wie die Dicke der Brennstoffschicht, die Luftmenge je Flächeneinheit und je Zeiteinheit, die Regelmäßigkeit des Niedergehens der Koksschichten bewirken, daß man sich der vollständigen Vergasung nähern oder sich von ihr mehr oder weniger entfernen wird. Stellt man schließlich ein Gemisch des Gases aus dem Gaserzeuger mit gewöhnlicher trockener Luft her oder verbrennt man es vollständig oder unvollständig mit dieser gleichen Luft, so wird man freien Sauerstoff als neuen Bestandteil und die Gleichung erhalten:

4,76 (O2 + CO2) + 2,88 (CO) = 100.

Vergasung des Kohlenstoffs durch gewöhnliche Luft unter Zuführung von Wasserdampf:

Wasserdampf wird bekanntlich in den Gaserzeuger eingeführt zwecks Erniedrigung der Temperatur der unteren Schichten und zwecks Anreicherung des Gases an Wasserstoff. Das Gas wird dann enthalten: N2, CO2, CO, H2 und nicht zersetzten Wasserdampf. Es wird sich die Gleichung ergeben:

4,76 (CO2) + 2,88 (CO) – 0,88 (H2) + (H2O) = 100.

Wird der Wasserdampf kondensiert, so wird das Verhältnis lauten:

4,76 (CO2) + 2,88 (CO) – 0,88 (H2) = 100.

Wassergas:

Beim Wassergas bestehen die Reaktionen:

C + H2O = CO + H2

und 3 C + 4 H2O = CO2 + 2 CO + 4 H2.

Bei diesen Gleichungen fällt auf, daß der dem Anteil an O in gewöhnlicher Luft entsprechende Koeffizient 21 als gemeinsamer Faktor verschwindet. Das notwendige Verhältnis kann in drei Arten ausgedrückt werden:

als Funktion von CO2 und CO:

3 (CO2) + 2 (CO) = 100,

als Funktion von CO2 und H2:

2(H2) – CO2 = 100,

als Funktion von CO und H2:

Demnach erhält man mit CO2 = O : CO = 50 und H2 = 50, mit erhält man: , und

Hochofengas: In chemischer Hinsicht kann man die Vorgänge im großen so zusammenfassen, daß man sagt, der Kohlenstoff des Kokses tritt aus dem Hochofen in Gestalt von CO- und CO2-Gas, abgesehen von einem kleinen Teil des Kohlenstoffs, der vom Roheisen aufgenommen wird. Der Sauerstoff in den Gasen CO und CO2 rührt zum Teil vom Gebläsewind her, zum Teil von den Erzen, deren Oxyde reduziert werden. Die Zusammensetzung der Hochofengase wird von den Begleitkörpern des Kohlenstoffs abhängen. Zwischen den Bestandteilen findet man ein Verhältnis, das dem beim Wassergas zutreffenden ähnlich ist. Die Formel wird hier lauten:

4,76 (O2) + (4,76 – N) (CO2) + (2,88 – N) (CO) – 0,88 (H2) + (CH4) + (H2O) = 100.

Der Koeffizient N hat den Wert:

In dieser Gleichung bedeuten:

  • μ das Volumen an Sauerstoff aus den reduzierten Oxyden,
  • λ das Volumen an Kohlendioyd aus den zersetzten Karbonaten,
  • F das Roheisengewicht,
  • α den Kohlenstoffgehalt im Roheisen.

Gas aus dem elektrischen Hochofen: In diesem Falle hat man keinen Gebläsewind mehr und demnach auch keinen Stickstoff in den erzeugten Gasen. Läßt man zunächst die durch die Holzkohle mitgebrachten Gase (H2) und (CH4) außer acht, so ergibt sich: (CO2) + (CO) = 100. Hier besteht nur ein einziges System dieser beiden Gase, das arithmetisch für eine Charge des elektrischen Hochofens möglich wäre.

Gas des Kupolofens: Man könnte für den Kupolofen die gleiche Formel anwenden wie für den Hochofen; doch kann hier der Koeffizient N allgemein in Fortfall kommen. Die hier wichtige Erscheinung ist die Umwandlung des Kohlenstoffs aus dem Koks in CO und CO2 durch den Gebläsewind. Die Erzeugung von etwas CO2 durch den Kalkstein, die Oxydation von etwas Silizium und Mangan der Einsätze an den Düsen, die Gegenwart von etwas Oxyd auf der Oberfläche des Gußbruches stellen Punkte dar, die von nur untergeordneter Bedeutung sind. Man kann auch den Wasserdampf aus dem Gebläsewind unberücksichtigt lassen. Die Gleichung wird sich daher derjenigen bei der Betrachtung der mehr oder weniger vollständigen Vergasung des Kohlenstoffs durch gewöhnliche trockene Luft nähern und wird lauten:

4,76 (O2 + CO2) + 2,88 (CO) = 100.

(La Technique Moderne 1928, S. 569–573.)

Dr. K.

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Nachrichtenstelle des Reichspatentamts. Zur Erleichterung der Geschäftsführung im Reichspatentamt ist es erwünscht, daß alle Neuanmeldungen für Patente, Gebrauchsmuster und Warenzeichen in den amtlichen Umschlagbogen eingereicht und die Art und Anzahl der Anlagen sowie die Vermerke über Aussetzung der Bekanntmachung und Prioritätsbeanspruchungen auf der ersten Seite dieses Bogens verzeichnet werden. Die Umschlagbogen können von der Kanzlei des Reichspatentamts angefordert werden und werden unentgeltlich abgegeben.

Ferner sind für die Folge alle Anträge auf Erteilung eines Patents, Gebrauchsmusters oder Warenzeichens mit vollgültiger Unterschrift versehen in doppelter Ausfertigung einzureichen.

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