LXII. Studien über den Hohofen zur Roheisen-Darstellung; Von C. Schinz. Schinz, Studien über den Hohofen zur Darstellung von Roheisen. §. 1. Einleitung. Schinz, Studien über den Hohofen zur Darstellung von Roheisen. Vorurtheile und irrige Ansichten schwimmen wie die Keime ansteckender Krankheiten in der Luft, und der beste Wille sich vor denselben zu schützen und alle Mittel dagegen sind oft lange Zeit fruchtlos, besonders wenn man genöthigt ist in dieser Atmosphäre zu verweilen. In diesem Falle befand ich mich, als ich, mit Hülfe der von siderurgischen Schriftstellern bekannt gemachten Betriebsverhältnisse und daraus folgenden Resultate unter Beiziehung meiner Experimente den Versuch machte, eine Theorie des Hohofens aufzubauen, welche in meinen „Documenten betreffend den Hohofen“ (Berlin 1868, Verlag von Ernst und Korn) niedergelegt ist. Ja ich mußte nicht nur in dieser Atmosphäre verweilen, sondern die erwähnten Verhältnisse und Resultate sind auch das Gepräge jener Vorurtheile und falschen Ansichten, so daß ich unmöglich mich jener Erbschaft hätte ganz erwehren können. Es kann gelingen. Einzelnes durch helle Strahlen aus den Lücken eines schwarzen Gewölkes zur Anschauung und Erkenntniß zu bringen, aber den ganzen Horizont von jenen finsteren Wolken zu befreien, ist eine Aufgabe welche, wie die Geschichte der Wissenschaft zeigt, nur mit der Zeit vollbracht werden kann. Oft ist auch, was wir als Lichtpunkte ansehen, nichts als eine optische Täuschung, und Anderes das sich in seiner wirklichen Gestalt darstellt, kann nicht so benutzt werden wie es benutzt werden sollte, weil wir dessen Zusammenhang mit dem Ganzen nicht zu ermessen vermögen. Wohl mußte ich mir, als ich den ersten Entwurf fertig hatte, gestehen daß meine Theorie noch unvollständig sey, da sie nicht erlaubte synthetisch die Betriebsverhältnisse zur Erzielung eines gewissen Productes im Voraus zu bestimmen; auch hatte ich keinen Begriff, welches die Ursache dieses Unvermögens seyn könnte. Ich übergab nach zehnjähriger Arbeit meine Resultate der Oeffentlichkeit, da ich nicht voraussehen konnte wie bald etwa eine Synthese meiner Theorie möglich seyn würde. Als dann zwei Jahre später eine englische Ausgabe der „Documente“ veranstaltet wurde, nahm ich einen neuen Anlauf um jene Synthese zu versuchen;Der betreffende Nachtrag zur englischen Uebersetzung der „Documente“ wurde im polytechn. Journal Bd. CXCIX S. 117, 188 u. 273 (zweites Januarheft, erstes und zweites Februarheft 1871) mitgetheilt. dabei richtete ich aber meine Aufmerksamkeit zu einseitig auf diesen einen Punkt, als daß es mir gelungen wäre, mehr als einen Schimmer von dem Golde, von der Wahrheit zu entdecken die ich suchte, und es blieb mir immer noch die Ursache verborgen welche diese Erkenntniß unmöglich machte. Nun hat mich ein Zufall, eine Arbeit welche keineswegs die Metallurgie zu ihrem Gegenstand hatte, auf eine neue Anschauung gebracht, die in ihren Folgen fruchtlos war. Ich wollte darthun wie wenig ein bloß wissenschaftlicher Anstrich, wie er in der Regel in den technischen Lehranstalten gegeben wird, zum eigentlichen Fortschritte, zur Erkenntniß der Wahrheit führe, und hatte dafür eine Statik der Wärme im Hohofen gewählt, die von einem Schüler der École centrale in Paris aufgestellt worden war. Diese Statik ist an und für sich zu absurd als daß ich es der Mühe werth erachtet hätte, solche vor einem sachverständigen Publicum zu widerlegen, hier aber mußte ich wohl zeigen, wie eine wissenschaftlich richtig festgestellte Thatsache, unrichtig aufgefaßt, nur zu grobem Irrthum führe. Indem ich nun dieses klar zu machen suchte, gewann ich eine Einsicht, welche ich früher nicht hatte und die mich zu weiteren Untersuchungen veranlaßte. Dadurch lernte ich denn auch die Ursache kennen, welche bisher die Synthese der Hohofen-Theorie unmöglich gemacht hatte, und diese Ursache ist die, daß meine Theorie noch mit einer Menge von unrichtigen Ansichten behaftet war, welche ich theils als Erbe aus den Anschauungen der Empiriker, theils als scheinbar richtige Folgerungen aus den bekannten Betriebsverhältnissen und deren Resultaten hinüber geschleppt hatte; denn ich entdeckte nun nach und nach eine ganze Reihe solcher Irrthümer welche der Erkenntniß der vollen Wahrheit im Wege standen. Es ist mir nicht möglich zu sagen, in welcher Folgerung diese Irrthümer nach und nach als solche erkannt wurden, da jede neue Entdeckung dieser Art wieder auf das ganze System zurückwirkte und Vorhergehendes wieder modificirte. Alles kam aus den Fugen und mußte wie ein Geduldspiel, das man der Jugend zum Zusammensetzen gibt, wieder mit dem Ganzen in Harmonie gebracht werden. Der Ausgangspunkt welcher zur Enthüllung aller dieser Umwälzungen führte, ist nicht einmal als Irrthum aufzuführen, sondern eher als die Ausfüllung einer vorher bestandenen Lücke. Bekanntlich hat Ebelmen das Verdienst, durch seine Analysen der Hohofengase zuerst dargethan zu haben, daß nicht alle Erze welche auf den Hohofen aufgegeben werden, durch die Ofengase reducirt und gekohlt werden, sondern daß ein Theil derselben sich in den Schlacken auflöse und dann erst aus diesen durch festen Kohlenstoff den Eisengehalt metallisch reducire. Er hat auch gezeigt, daß diese directe Reduction stets mit der Aufnahme latent werdender Wärme verbunden sey und daß der heiße Wind für die so dem Ofen entzogene Wärme Ersatz leiste. Wenn man indessen diesen Wärmeconsum mit der Wärmemenge verglich, welche durch den heißen Wind zugeführt wurde, so ergab sich keine Uebereinstimmung; bald überwog der Consum den Ersatz, bald dieser jenen. Ein bestimmtes Verhältniß konnte also nicht erkannt werden. Welches ist nun die Ursache warum ein solches Verhältniß nicht zu finden war, und warum konnten Ebelmen und ich, als seinen Fußstapfen folgender, keinerlei Anhaltspunkte finden, um das Verhältniß zwischen durch Gase und durch festen Kohlenstoff reducirtem Eisen anders und sicherer festzustellen, als dieß durch die Analyse der Gichtgase möglich war? Diese Ursache ist die, daß übersehen wurde, daß bei der directen Reduction nicht nur der Kohlenoxyd bildende Kohlenstoff zu seiner Vergasung latente Wärme bindet, sondern auch der im Eisenoxyd gebundene Sauerstoff. Zu dieser Erkenntniß bin ich nun gekommen; es hat sich gezeigt, daß der Wärmeconsum durch directe Reduction sehr bedeutend größer ist als früher berechnet wurde, daß daher der heiße Wind nie vollen Ersatz leistet, und dieser durch überschüssigen Brennstoff geleistet werden muß. Daraus folgt dann, daß auch diese directe Reduction durch Bedingungen begrenzt ist, die wohl im Auge zu halten sind. Bezeichnen wir aber auch diese Bedingungen als nothwendige Wärmequantität, so ist damit noch nicht geholfen, denn es steht uns ja frei, diese Quantität durch stark erhitzten Wind oder durch Ueberschuß an Brennstoff in's Unendliche zu steigern. Eine solche Steigerung vermittelst großen Ueberschusses an Brennstoff hat auch in einer früheren Periode der Eisenproduction in den sogenannten Stücköfen, die dem eigentlichen Hohofen vorangegangen sind, allgemein stattgefunden; bei jenem Betriebe ist weit aus der größte Theil des Eisens aus den Erzen durch festen Kohlenstoff reducirt aber nicht gekohlt worden, das Product erstarrte auf der Sohle des Ofens und war ein Eisen welches nur Spuren von Kohlenstoff enthielt, das aber nicht verflüssigt werden konnte. Da man nun aber im Hohofen nicht Stückeisen produciren will, sondern ein solches das noch genug Kohlenstoff enthält um als flüssiges Roheisen aus dem Ofen abgelassen werden zu können, so ist das Quantum direct reducirten Eisens ferner dadurch bedingt, daß der durch die Gase reducirte Antheil hinlänglich gekohlt werde um das Gesammtproduct noch als verflüssigbares Eisen zu erhalten. Dieß ist eine Bedingung welche der directen Reduction ganz bestimmte Grenzen setzt und die einmal erkannt, zu bedeutenden Modificationen der Theorie des Hohofens führen mußte. Haben wir auch früher schon erkannt, daß die Reduction und Kohlung des Eisens durch die Gase von der Durchsetzzeit in der Reductionszone abhängen müssen, so konnte diese Erkenntniß doch nicht zu einer klaren Anschauung führen, weil wir kein bestimmtes Verhältniß zwischen dem durch die Gase und dem durch festen Kohlenstoff reducirten Eisen finden konnten. Um in Zukunft nicht mehr die noch zu langen Ausdrücke: durch Gase reducirter und gekohlter, und durch festen Kohlenstoff reducirter Antheil gebrauchen zu müssen, wollen wir ersteren mit P″, letzteren mit P′ bezeichnen, ferner das Gesammtproduct mit P. Dann ist P = P″ + P′ oder P — P′ = P″. Wenn nun P und P″ wie das öfter vorkommt gleichwerthig sind, so wird die Hälfte der aufgegebenen Erze in der Reductionszone reducirt und gekohlt, und die Hälfte erst in der Schmelzzone reducirt, und doch gehen beide Quantitäten gemeinsam und gleich langsam oder schnell durch die Reductionszone hindurch, was im Widerspruch mit dem Begriffe einer ungleichen Reduction zu seyn scheint. Es ist aber nur ein scheinbarer Widerspruch, denn insofern wenigstens alle aufgegebenen Erze durch Gase reducirbar sind, so werden auch alle in der Reductionszone von den Gasen afficirt werden, nur dringt die Reduction und Kohlung nicht bis auf den Kern der Erzstücke durch, der Kern bleibt unverändert und nur die Oberstäche der Stücke wird reducirt und gekohlt. Es wird also wirklich nur die Hälfte des Erzes reducirt und es ist als ob jedes Erzstück doppelt so lang die Einwirkung der Gase empfangen hätte, als die wirklich reducirte Hälfte. Dieß bringt uns dann wieder in Widerspruch mit der Durchsetzzeit die wir nach früherer Methode durch V\P = Z bestimmen, wo V = der Schachtcapacität ist. Diese Durchsetzzeit ist also in Bezug auf die Reductionszone = V/P″, das heißt doppelt so lang als wir sie berechnet haben. Da wir auf jede Gewichtseinheit an Eisen welches die Gichten enthalten, gleich viel Kohlenstoff bringen, die Hälfte P′ aber nur einen äußerst kleinen Theil dieses Kohlenstoffes consumirt, so empfängt also P″ in der Reductionszone beinahe doppelt so viel Gas als es empfangen würde wenn gar kein Eisen direct reducirt würde, und da nach meinen Versuchen die Reduction und Kohlung durch Verdoppelung der Gase um 1/5 beschleunigt wird, so muß also eine solche Beschleunigung erfolgen, sobald ein Theil des reducirten Eisens der Einwirkung der Gase entgangen ist. Wenn nun aber verschiedene Betriebsarten mit einander verglichen werden sollen, und es sind nicht nur die Werthe P#x2032; und P″ ungleich, sondern auch der auf 1 Kil. Eisen kommende Brennstoff, so wird eine solche Vergleichung unmöglich. Was aber noch weit schlimmer ist (denn eine solche Vergleichung, obgleich wünschenswerth, wäre noch entbehrlich), das ist daß wir zur Vorausberechnung der Betriebsverhältnisse jedes sicheren Anhaltspunktes entbehren würden. Ferner würde eine Durchsetzzeit, die nicht auf einer einheitlichen Basis beruht, nicht gestatten zu unterscheiden wie viel Zeit in der Reductionszone der Kohlung und wie viel Zeit der Reduction zukommt, und dieß ist doch absolut erforderlich, wenn wir a priori bestimmen wollen welches der Kohlungsgrad des zu producirenden Eisens seyn soll. Aus allen diesen Ursachen müssen wir den Werth P″ immer auf einen normalen bringen, ehe wir denselben als Factor zur Vorausbestimmung der Betriebsverhältnisse brauchen und benutzen können. Als Norm dafür nehmen wir an, daß das Erz in der Reductionszone durch dasjenige Gasvolumen afficirt werde, welches aus 1 Kil. Kohlenstoff hervorgeht. Die Zurückführung von P″ auf diesen normalen Werth bewerkstelligt sich, indem man die Beschleunigung = m durch P″ dividirt, oder wenn m negativ wird, dieses mit P″ multiplicirt. Um dann P″ wieder auf seinen wirklichen Werth zu bringen, hat man nur die umgekehrte Operation auszuführen und P″ m oder P″/m zu setzen. Auch die Statik der Wärme im Hohofen muß viel methodischer und genauer gemacht werden als dieß früher in den „Documenten“ geschehen ist, und außerdem muß die Darstellung derselben einige Modificationen erfahren, wenn wir aus derselben Werthe ziehen wollen die zur Vorausberechnung der Betriebsverhältnisse dienen sollen. Vor Allem muß man den Kohlenstoff welcher auf 1 Kil. Eisen aus dem Brennstoffe kommt, um diejenige Quantität vermindern welche durch directe Reduction consumirt wird und die also nicht zur Verbrennung kommt. Ebenso hat man den Kohlenstoff in Abzug zu bringen, welcher durch den Feuchtigkeitsgehalt des Windes schon in der Vergasungszone in Kohlenoxyd umgesetzt wird und der also ebenfalls nicht zur Verbrennung kommt. Von der Wärmeproduction welche aus dem übrig bleibenden Kohlenstoffe herauskommt, ist dann wieder die nicht ganz unbedeutene Wärmemenge in Abzug zu bringen, welche durch die Feuchtigkeit des Windes consumirt wird, weil ja dieser Consum stattfindet ehe die Gase die Vergasungszone verlassen. Wendet man erhitzten Wind an, so ist dann die durch diesen zugeführte Wärmemenge der durch Verbrennung gewonnenen zuzufügen. Die specifische Wärme der Gase welche aus der Vergasungszone kommen, ist eine andere als diejenige der Gase welche die Gicht verlassen, weil letztere auf ihrem Wege durch den Ofenschacht in der Schmelzzone das Kohlenoxyd aufnehmen welches durch die directe Reduction der Erze entsteht, in der Reductionszone die Kohlensäure welche aus dem Kalkstein stammt, der als Zuschlag dient, ebenso die Kohlensäure welche in den Erzen selbst enthalten ist, ferner die Kohlensäure welche durch Reduction der Erze entstanden ist, und endlich, wenn man sehr genau verfahren wollte, auch noch die Kohlensäure welche durch die Kohlung entsteht, indem Fe + CO = Fe + C + O wird, welcher letztere dann aus vorhandenem CO = CO2 macht. In der Vorwärmzone endlich wird von den aufsteigenden Gasen alles Wasser aufgenommen welches sich in den Beschickungsmaterialien vorfindet. Es muß also unter allen Umständen den Gichtgasen eine sehr merklich größere specifische Wärme zukommen als diejenigen Gase haben welche aus der Vergasungszone emporströmen, und diesem Umstände ist Rechnung zu tragen, wenn man die Temperatur dieser letzteren Gase richtig bestimmen will. Als Factoren der specifischen Wärme der Gase aus der Vergasungszone haben wir: den Kohlenstoff welcher wirklich zur Verbrennung gekommen ist als Kohlenoxydgas, ferner den Stickstoff welcher im Winde mit dem Sauerstoffe eingeblasen wurde der die Verbrennung bewirkt hat, endlich den Kohlenstoff und Wasserstoff welche durch die Feuchtigkeit des Windes hinzugekommen sind, und zwar den Kohlenstoff als Kohlenoxyd und den Wasserstoff als solchen in Gasform. Die so berechnete specifische Wärme der Gase aus der Vergasungszone dient uns nun um die Temperatur derselben zu berechnen, indem wir diese in die gefundene Wärmemenge dividiren. Eine kitzelige Frage ist nun die: bis zu welcher Temperatur wird der Brennstoff vorgewärmt, welcher von der obersten Grenze der Gicht an, wie die anderen Materialien, stets aus den Gasen Wärme aufnimmt? Dieser Temperatur müssen wir Rechnung tragen, da die so absorbirte Wärme bei der Berbrennung wieder frei wird. Es ist nun möglich, daß diese Vorwärmung auch noch in der Vergasungszone sich fortsetzt; wie weit dieß aber gehen kann, wissen wir nicht, da schon von der obersten Grenze der Vergasungszone an ein Theil des Brennstoffes durch Reduction der ursprünglich gebildeten Kohlensäure zu Kohlenoxyd consumirt wird. Dieser Consum ist aber unmöglich in allen Schichten der Vergasungszone gleich groß, er ist um so größer als er dem Verbrennungsfocus näher rückt, weil die Temperatur nach diesem hin eine stets wachsende ist. Unter diesen Umständen kann man annehmen daß die specifische Wärme des Brennstoffes derjenigen Temperatur entspreche, welche die Gase aus der Vergasungszone ohne Berücksichtigung dieses Zuwachses durch Vorwärmung haben. Dann ist die durch Vorwärmung des Brennstoffes gesteigerte Temperatur Textabbildung Bd. 201, S. 220. Darin bezeichnet T′ die Temperatur ohne Vorwärmung, s die specifische Wärme des Brennstoffes bei der Temperatur T, und w die specifische Wärme der Gase selbst. Nach dieser Temperatur wird dann die Wärmeaufnahme des Brennstoffes berechnet, und diese Quantität den bereits berechneten Wärme-Einheiten addirt. Um nun die Anfangstemperatur der Schmelzzone zu finden, könnte man einfach die zuletzt gefundene Temperatur setzen; da aber diese einerseits durch das sich direct reducirende Eisen bedeutend heruntergedrückt wird und andererseits die durch diese Zone gehenden Schlacken und Roheisen nicht bloß ihre latente Schmelzwärme aufnehmen, sondern sich auch über den Schmelzpunkt hinaus erhitzen, so scheint es mir angemessener und der Wirklichkeit näher kommend, wenn man diese Temperatur aus der vorhandenen Wärmemenge minus derjenigen berechnet, welche durch das sich direct reducirende Eisen absorbirt wird, da einmal die Schmelzzone passirt, weder Eisen noch Schlacken Wärme aufnehmen werden, weil sie dann rasch in flüssigem Zustande sich nach unten sammeln, wo sie erst wieder Wärme aufnehmen können. Das Verhältniß der verschiedenen Zonen ist nun eines der wichtigsten Resultate, welches wir aus der Wärme-Statik ziehen, um es weiter zu benutzen. Ich habe früher angenommen, daß dasselbe proportional sey der Absorption der Schmelzmaterialien inclusive Brennstoff in diesen Zonen, unter der Voraussetzung daß die Evacuationstemperatur der Gichtgase constant bei ungefähr 100° C. bleibe, und unter der Annahme daß Eisen und Schlacken sich nur bis zu ihren Schmelzpunkten erwärmen; da es sich nun aber gezeigt hat, daß in mit Kohks betriebenen Hohöfen die Evacuationstemperatur öfter 600° statt 100° ist, und ferner die Wärmeaufnahme durch Eisen und Schlacken viel höher ist, so kann dieses Zonenverhältniß nicht der Absorption proportional seyn, sondern der Wärmecapacität des Materiales welches diese Zonen anfüllt. Diese Capacität ist leicht zu finden, indem man die Absorption durch diejenigen Temperaturen dividirt welche zu ihrer Erhebung dienten. Auch ist es bequemer, als Zonenverhältnisse weder die Capacitäten dieser, noch die Durchsetzzeiten anzugeben und zu berechnen, sondern einfach das Verhältniß den ganzen Schachtraum als 1 angenommen, da dann diese Verhältnißzahlen für Capacität und Durchsetzzeit gleiche Anwendung finden, sowie zur Vorausberechnung der Betriebsverhältnisse dienen. Um nun die Quote der Durchsetzzeit in der Reductionszone für die Kohlung und die Quote für die Reduction zu finden, können wir mit ziemlicher Sicherheit annehmen, daß beide Operationen weit weniger von der Natur der Erze abhängen, als von der Größe der Erzstücke, und da namentlich bei directer Reduction der Kern des Stückes nicht angegriffen wird, so können wir die Intensität der Reduction als annähernd gleich betrachten. Kennen wir aus veröffentlichten Betriebsverhältnissen die stündliche Reduction, den Kohlungsgrad, die Zusammensetzung der Gichten und den Gehalt der Erze, so können wir daraus einerseits die Durchsetzzeit in der Reductionszone finden, andererseits die Menge des Eisens welches in der Zeit einer Stunde reducirt und gekohlt wurde = Fe, und dann gibt uns der Quotient Fe/Z = p das Verhältniß der Zeit an, in der das Eisen reducirt und auf einen gewissen Grad gekohlt wurde; und hätten wir eine Reihe solcher Quotienten für jeden Grad der Kohlung, so hätten wir damit auch das Mittel jeden beliebigen Betrieb a priori zu berechnen, d. h. zu finden wie groß die Production per Stunde seyn werde wenn das Product auf x Proc. gekohlt werden soll, da die Reduction und Kohlung von der Zeit abhängen in welcher Erz und Reductionsgase mit einander bei der Temperatur zwischen 500° und 1000° in Contact bleiben. Am allermeisten habe ich mich von den Empirikern anstecken lassen in den von ihnen zum Dogma erhobenen Sätzen: „Um verschiedene Qualitäten Roheisen zu produciren, muß auf verschiedene Procentgehalte gattirt werden.“ „An Eisen sehr reiche Erze lassen sich für sich allein nicht verschmelzen.“ „Um Gießerei-Eisen zu erzeugen muß das Ofengestell hoch und eng seyn, soll dagegen weißes kohlenarmes Affinireisen dargestellt werden, so soll das Gestell weit seyn“. Ich habe mich um so eher zum Glauben an diese Sätze verleiten lassen, weil sie vollkommen mit den Betriebsverhältnissen übereinstimmen nach denen ich meine Theorie zu controlliren suchte. Natürlich, wer immer nach gleichen Grundsätzen handelt, der kommt auch folgerichtig immer zu gleichen Resultaten, dieselben mögen günstige oder ungünstige seyn, und wer eben nichts lernt, der bleibt bei den Grundsätzen die er hat. Die Grundsätze oder das Verfahren welches die Empiriker zu diesen ganz und gar unwahren Sätzen geführt hat, bestehen darin, daß sie die Leistung des Gebläses als eine annähernd constante Größe betrachten und dann versuchsweise ihren Gichten eine wechselnde Zusammmensetzung geben, bis sie annähernd diejenige Qualität Eisen erhalten die sie zu produciren wünschen. Daß sie dabei oft nicht das erhalten was sie wünschen, ist allbekannt und es kann auch nicht wohl anders seyn, weil eben bei solchem Verfahren man kein Mittel besitzt, die richtige Durchsetzzeit inne zu halten, noch die Windmenge dem richtigen Brennstoffconsum entsprechend einzuführen. Da das Schlackenmaterial viel mehr Wärme zu seiner Erwärmung und Verflüssigung bedarf als das Roheisen, so hängt der nothwendige Brennstoffconsum hauptsächlich von dem Gehalte der Erze ab; arme Erze werden viel, reiche Erze verhältnißmäßig wenig Brennstoff erfordern. Durch Gattirung der Erze auf gleichen Gehalt wird allerdings auch der Brennstoffbedarf gleich werden, aber nicht das zu seiner Verbrennung nöthigen Windquantum, denn dieses wechselt nach der nöthigen Durchsetzzeit um einen gewissen Kohlungsgrad zu erreichen, so wie nach der Eisenmenge welche nicht durch die Gase, sondern direct reducirt werden soll. Natürlich fällt aber der Vortheil, welchen eine constante Brennstoffmenge haben könnte hinweg, sobald es nicht mehr in unserer Gewalt liegt, auch die jener entsprechende Windmenge einzuführen. Nichts ist leichter als die Durchsetzzeit durch einen Ueberschuß von Brennstoff zu verlängern, weil dann dieser dem überschüssigen Winde als Futter dient, indem er ein zu schnelles Nachsinken der Gichten verhindert. Dadurch wird dann die Temperatur der evacuirten Gichtgase eine sehr hohe, ohne daß deßwegen die Production eine dem Brennstoffconsum entsprechende wird. Hr. Lowthian Bell in Cleveland hat sich das Problem gestellt, diesen Wärmeverlust zu vermindern. Zu diesem Ende hat er seine Oefen successive immer höher und höher gebaut, in der Meinung daß die Schmelzmaterialien dann diese Wärme absorbiren würden. Aber Alles blieb ohne Erfolg, weil dann nur noch weniger Wind in den Ofen gelangte und der überschüssige Brennstoff noch weniger durch directe Reduction Verwendung finden konnte. Unter solchen Umständen kann nur die Production vermindert werden, ohne daß eine entsprechende Ersparniß an Brennstoff eintritt. Ie reicher die Erze sind, desto vortheilhafter sind sie für den Betrieb, weil sie am wenigsten Brennstoff erfordern; die einzige dabei zu erfüllende Bedingung ist die, daß die Durchsetzzeit eine ihrem Gehalte entsprechend längere seyn muß; diese Verlängerung der Durchsetzzeit muß aber nicht durch mehr Brennstoff, sondern durch ein kleineres Windquantum herbeigeführt werden. Ebenso ist die Anwendung hoher und enger Gestelle nur in so fern ein Mittel die Durchsetzzeit zu verlängern, als sie den Widerstand der Schmelzsäule vermehren und dadurch das eingeführte Windquantum vermindern, ohne deßwegen den Kraftaufwand für das Gebläse zu vermindern; es ist ein Radschuh den man auf horizontaler Straße einlegt. Der einzig rationelle Weg ist also der: durch Rechnung, durch die Statik der Wärme genau zu ermitteln, wie groß die Brennstoffmenge seyn muß, um die Schmelzproducte je nach ihrem Gehalte zu verflüssigen und dann dafür zu sorgen, daß diejenige Windmenge eingeblasen werde, welche einerseits die richtige Durchsetzzeit herbeiführt, andererseits, um diese Production zu steigern, so viel Eisen zur directen Reduction bringt als beabsichtigt ist und als der Brennstoffmenge entspricht, die man für diesen Zweck in den Gichten beigibt. Auch über die Wirkungen des heißen Windes hat man sich ganz irrige Vorstellungen gemacht. Dieser bewirkt an und für sich weder Brennstoffersparniß, noch eine Mehrproduction; letztere ist das Resultat einer directen Reduction, und diese kann auch mit kaltem Winde stattfinden, nur ist dann die Brennstoffmenge um so größer zu nehmen, und der heiße Wind erspart nur einen Theil dieses Ueberschusses. Es ist möglich, eine Gewichtseinheit Eisen mit 0,5 bis 0,6 Kohlenstoff nicht nur zu schmelzen, sondern sogar auf den höchsten Grad zu kohlen, während dieselbe Eisenmenge 1,178 Kohlenstoff braucht, um direct reducirt zu werden und dann erst noch 0,5 bis 0,6 um geschmolzen zu werden, wobei das Vorwärmen des Windes dann höchstens diese letzteren Quantitäten ersetzt und dadurch entbehrlich macht. Das was aber neben dem Brennstoffüberschusse eine wesentliche Bedingung zur directen Reduction und daraus folgenden Mehrproduction ist, das ist das Windquantum. Man kann den Brennstoff unendlich vermehren, den Wind auf das mögliche Maximum der Temperatur bringen, ohne daß irgend eine directe Reduction und ohne daß eine Mehrproduction eintritt, ja diese letztere wird sogar in eine Minderproduction umschlagen, wenn man nicht gleichzeitig das Windquantum vermehrt, so daß die größere Brennstoffmenge in derselben Zeit verbrennt, wie sonst die geringere Menge. Wenn nun die Vermehrung der Production durch theilweise directe Reduction bedingt ist, und diese einen bedeutenden Mehrconsum an Brennstoff erfordert, so folgt daraus, daß diese Betriebsweise aufhört ökonomisch zu seyn, sobald der Brennstoff einen Werth hat, der die Vortheile einer Mehrproduction aufhebt, um so mehr, da diese unbedingt und unter allen Umständen das erblasene Roheisen von geringerer Qualität macht. Wenn man daher überhaupt den Brennstoffconsum beschränken will, so muß man von der directen Reduction abstrahiren und sich nach anderen Mitteln umsehen, welche geeignet sind die Production zu vermehren und gleichzeitig Brennstoffersparniß gewähren. Als ein solches Mittel habe ich auf Grund meiner Experimente schon in den „Documenten“ die partielle Elimination des Stickstoffes bezeichnet, da vermöge derselben die Production verdoppelt werden kann, ohne daß die Qualität des Productes dadurch leidet. Es gibt zwar bei dieser Betriebsmethode der Brennstoff nur halb so viel Wärme, als er ohne dieselbe zu geben vermag, und dennoch ist bei Erzen, die über 40 Proc. Eisen enthalten, noch Ersparniß an Brennstoff möglich. Wenn wir die Hälfte des Eisens durch directe Reduction zu gute machen, die andere Hälfte durch die Reductionsgase, so kostet die erste Hälfte 1,178/2 = 0,589 Kohlenstoff um die latent werdende Wärme zu ersetzen, ferner 0,500 Kohlenstoff um die Producte ½ Fe und ¼ Schlackenmaterial zu schmelzen. Die andere Hälfte kostet um die Producte zu verflüssigen 0,500 Kohlenstoff ––––––––––––––––––––– 1,589 Kohlenstoff. Wenn nun auch von diesen 1,589 Kohlenstoff vermittelst Vorwärmung des Windes 0,500 erspart werden ––––––––––––––––––––– können, so ist der Consum doch noch 1,089 Kohlenstoff. Operiren wir dagegen mit Elimination des Stickstoffes, so brauchen wir allerdings auch 2 × 0,5 = 1 Kohlenstoff, aber der größere Gehalt der Gase macht dann, daß wir in derselben Zeit dennoch eben so viel produciren als mit 1,089 Kohlenstoff bei directer Reduction. Ist auch die so ermöglichte Ersparniß an Brennstoff keine sehr erhebliche, so ist dafür ein Product erhältlich, welches nicht nur nach der Theorie als besser erkannt wird, sondern auch auf dem Markte einen höheren Preis hat. Als Mittel der Mehrproduction übertrifft die Elimination des Stickstoffes die directe Reduction bei weitem. Wir können letztere nicht weiter treiben als bis zur Verdoppelung des Productes in der Zeiteinheit, während die Bereicherung der Gase an CO eine Mehrproduction des Vierfachen gestattet, wenn wir die doppelte Brennstoffmenge daran wenden wollen, d. h. wir können mit 2 Kohlenstoff 2 Eisen produciren, während im ersteren Falle 2 Kohlenstoff nur 1,182 Eisen zu gute machen würden. Dieses beruht darauf, daß die gewöhnlichen nur 35 Volumprocente CO haltenden Gase die Reduction und Kohlung bloß um 1/5 beschleunigen, wenn sie in zweifacher Menge die Reductionszone durchstreichen, während Gase die 50 bis 52 Volumprocente CO enthalten, die Reduction und Kohlung um das Doppelte beschleunigen, wenn ihre Quantität verdoppelt wird. Die auch schon in den „Documenten“ vorgeschlagene Trennung der Vorwärmzone vom Ofenschachte und Erwärmung derselben durch Gichtgase, gehört ebenfalls unter die Mittel um Brennstoff zu ersparen und die Production zu erhöhen, obgleich auch diese mehr das Letztere als das Erstere erreicht. Doch ist dabei der Unterschied, daß die getrennte Vorwärmzone besonders bei armen Erzen brennstoffersparend ist, während die Elimination des Stickstoffes eine solche Ersparniß nur bei reichen Erzen gewährt. In allerneuester Zeit endlich ist die Siderurgie durch Ferrie noch um ein drittes Mittel der Brennstoffersparniß und Mehrproduction bereichert worden, welches darin besteht, auch den Wärmebedarf der Reductionszone ganz oder theilweise durch Gichtgase zu befriedigen. Auch dabei werden ärmere Erze mehr der Oekonomie des Brennstoffes Vorschub leisten, als reiche von hohem Eisengehalte, weil die ärmeren Erze überhaupt mehr Brennstoff brauchen, und je mehr Brennstoff in den Gichten ist, desto mehr Wärme absorbiren dieselben in den Vorwärm- und Reductionszonen. Man hat der Vergrößerung der Oefen, d. h. ihrer Schachtcapacität, nicht nur eine Mehrproduction, sondern auch eine Brennstoffersparniß zugeschrieben, und auch ich habe mich verführen lassen, dieser Ansicht beizutreten; nun muß ich aber dieser Gemeinschaft absagen, denn die Brennstoffersparniß ist nur sehr unbedeutend, da sich nun zeigt, daß die Transmission durch die Ofenwände viel kleiner ist, als früher angenommen wurde, ehe die Wärme-Statik auf den Grad der Vollkommenheit gelangt war, den sie nun durch fortgesetzte Studien erreicht hat. Aus diesen Studien ergibt sich, daß die Production der Schachtcapacität vollkommen proportional seyn muß, sobald die Windmenge auch der Capacität entsprechend ist. Diese Bedingung wird nun allerdings in der Praxis vielleicht nur selten erfüllt, weil mit der Vergrößerung der Schachtcapacität auch der Widerstand der Schmelzsäule durch Erhöhung derselben vermehrt wird, während schon ohnedem eine Vermehrung der Geschwindigkeit in den einzelnen Schichten eine höhere Pressung des Windes beansprucht. Wenn daher eine Vergrößerung der Oefen eine proportionale Vermehrung der Production bewirken soll, so muß gleichzeitig entweder die Größe und die Kraft für das Gebläse vermehrt werden, oder der Querschnitt des Ofens muß größer werden, ohne die Höhe auch zu vermehren, und dann braucht das Gebläse nur größer zu seyn, ohne viel mehr Kraft zu erfordern. Die Praxis hat das letztere Mittel als unbrauchbar (aber ohne vorherige Prüfung oder ernsthafte Ueberlegung) nicht zur Anwendung gebracht; Rachette allein hat diesem Principe gehuldigt, aber außerhalb Rußland ist meines Wissens nur ein einziger Ofen nach diesem System gebaut worden. Indem nun die Praxis das erste Mittel wählte, hat sie zwar die Production bedeutend vermehrt, aber nicht proportional der Schachtcapacität, sondern erst durch die Vermehrung der Leistungsfähigkeit der Gebläse ist es möglich geworden, die directe Reduction eines bedeutenden Theiles der Erze zur Ausführung zu bringen und daher hat man der Ofengröße und dem heißen Winde eine Wirkung zugeschrieben, welche bloß und allein der Leistungsfähigkeit des Gebläses zukommt. Wenn man also wirklich die Production der Ofengröße proportional machen will, so sind dazu drei Wege offen: nämlich eine nochmalige Vergrößerung der Leistungsfähigkeit der Gebläse und der Kraft zu ihrem Betriebe; oder ein Verlassen der directen Reduction und Ersetzung derselben durch andere Mittel der Mehrproduction; oder endlich ein Verlassen der üblichen Ofenform und Adoptirung derjenigen von Rachette. Wer den ersten Weg einschlägt, der wird erfahren, daß er nicht den guten Weg gewählt hat, denn eine Vermehrung der Betriebskraft hebt die Vortheile einer Mehrproduction wenigstens theilweise wieder auf, ohne die Nachtheile in Anschlag zu bringen, welche eine erhöhte Windpressung nach sich zieht. Die beiden anderen Wege können in einen zusammengezogen werden und die Befolgung derselben wird auch zum gewünschten Erfolge führen. Um aber so complicirte Verhältnisse in ihrem Endresultate klar und entscheidend darzustellen, genügt es nicht, in Raum-, Zeit-, Druck- und Gewichts-Maaßen zu rechnen, sondern wir müssen auch die Kosten der einzelnen Factoren in Geld in Rechnung bringen, und nur dadurch kann endgültig entschieden werden, was zum eigentlichen Endziele aller Industrie, zur möglichsten Oekonomie führt. Ich habe daher auch in dieser Richtung den Werth der vorzuführenden verschiedenen Betriebsmethoden zu bestimmen gesucht. Jede Theorie, insofern sie eine Erkenntniß des Wahren ist, hat ihren Werth, aber sie repräsentirt eine Barre edlen Metalles, welche erst dann in Circulation kommt, wenn sie gemünzt ist und wenn ihr innerer Werth durch das Münzamt controllirt und beglaubigt ist; so muß eine Theorie, um controllirt und beglaubigt zu werden, nicht bloß auf analytischem Wege erhalten seyn, sondern auch sich synthetisch bewähren, sie muß die Mittel in sich enthalten, um in die Praxis überzugehen, und diese kann sie nur enthalten, wenn sie eine Vorausbestimmung des Wirkungsgrades der einzelnen Factoren zuläßt, um zu denjenigen Resultaten zu gelangen, die man wünscht. Ich glaube, daß es mir nun gelungen sey, meine Hohofen-Theorie so weit zu verbessern und zu vervollständigen, um jenen Anforderungen zu genügen. Gewiß ist es, daß die Wahrheit immer den Stempel des Einfachen an sich trägt: ich hoffe daß dieser Stempel den einzelnen Motiven nicht fehle, wenn aber viele Wahrheiten zu einem Ziele zusammengetragen werden müssen, so gelangt man nothwendigerweise zu einem Complicirten, das liegt eben in der Natur der Sache und es nimmt die Complicirtheit mit der Vollständigkeit alles Zusammengehörenden zu. Wer sich eben mit einem solchen Zusammengehörenden befassen will, der darf die Mühe nicht scheuen sich in alle Details hineinzuarbeiten und dieselben als Bestandtheile eines Ganzen in sich aufzunehmen. Ich hoffe den Lesern dieses Aufnehmen erleichtert zu haben, indem ich so viel als möglich Berechnungen und Belege von der Begründung des Einzelnen getrennt habe und erstere besonders dem eigentlichen Text folgen lasse, wo sie dann bequem die Anwendung der gegebenen Methoden zur Uebersicht darbieten. §. 2. Die Statik der Wärme im Hohofen. Nicht aller Brennstoff welchen wir in den Gichten in den Hohofen aufgeben, producirt Wärme. Schon in der Vergasungszone wird eine gewisse Menge Brennstoff von der Feuchtigkeit des Windes, welche je nach der Witterung und der Jahreszeit wechselt, in Kohlenoxyd und Wasserstoff umgesetzt und dabei nicht Wärme erzeugt, sondern im Gegentheil solche consumirt. Von dem aufgegebenen Brennstoff haben wir also stets eine gewisse Menge für diesen Consum in Abrechnung zu bringen. Als mittleren Wassergehalt des Windes, welcher zur Verbrennung von 1 Kil. Kohlenstoff erforderlich ist, können wir 0,0495 Kil. annehmen. Diese Menge consumirt von dem vorhandenen 1 Kil. Kohlenstoff 0,033 und verwandelt diesen in 0,077 Kohlenoxyd, und 0,0055 Wasserstoff werden frei. Der Wärmeconsum ist dann: 0,0055 H à 34000 = 1870,033 C à 3200 = 105 292 W.E. welche neben den 0,033 weniger Kohlenstoff in Rechnung gebracht werden müssen, weil diese Wärmemenge derjenigen entnommen wird, welche der wirklich verbrannte Kohlenstoff producirt. In sehr vielen, ja den meisten Fällen wird noch ein viel größerer Theil des in den Gichten aufgegebenen Kohlenstoffes der Verbrennung und Wärmeproduction entzogen, nämlich dadurch, daß ein Theil der Erze nicht von den Ofengasen reducirt wird, sondern durch festen Kohlenstoff. Auch bei diesem Vorgange wird sowohl Kohlenstoff als Wärme consumirt. Ist das Eisen im Erze als FeO vorhanden, so ist der Kohlenstoffconsum pro 1 Eisen = 28 : 6 = 1 : x = 0,214 = C; ist hingegen das Eisen als Fe2O3 vorhanden, so wird dieser Consum = 56 : 18 = 1 : x = 0,321 C. Ein Gewichtstheil Eisen als FeO enthält 28 : 1 = 8 : x = 0,2857 Sauerstoff. Dieser consumirt, indem er sich zu Kohlenoxyd bildet: 8 : 6 = 0,2857 : x = 0,2143 Kohlenstoff. Der an das Eisen gebundene Sauerstoff ist in festem Zustande vorhanden und muß also latente Wärme aufnehmen um gasförmig zu werden, ebenso der zur Bildung von Kohlenoxyd nöthige Kohlenstoff; der Wärmeconsum ist also für 1 Kil. Eisen, welches als FeO durch festen Kohlenstoff direct reducirt wird = 0,2857 O à 4200 = 1200 W.E.0,2143 C à 3200 = 686 W.E. 1886 W.E. Ist dagegen das Eisen im Erze als Fe2O3 vorhanden, so haben wir: 56 : 1 = 24 : x = 0,4286 Sauerstoff und 8 : 6 = 0,4286 : x = 0,3214 Kohlenstoff und daher ist der Wärmeconsum = 0,4286 O à 4200 = 18000,3214 C à 3200 = 1028 2828 W.E. Dieser, so richtig gestellte Consum an Kohlenstoff und an Wärme hat durch directe Reduction, wie leicht zu ersehen, einen sehr bedeutenden Einfluß auf den Hohofen, und erst dadurch ist nun auch eine vollkommen befriedigende Erklärung der Wirkung des heißen Windes möglich; wir sehen daß die durch letzteren zu ersetzende Wärmemenge so bedeutend groß ist, daß selbst der heißeste Wind, welchen wir einblasen können, nicht genug Wärme enthält, um für eine hälftige directe Reduction Ersatz zu geben, und daß dieser Ersatz theilweise durch einen Ueberschuß an Brennstoff geleistet werden muß, umsomehr als schon der Consum an Kohlenstoff welcher nicht zur Verbrennung kommt, sehr bedeutend ist. Man sollte glauben, daß eine solche zweifache Vermehrung des Brennstoffconsumes jede Oekonomie durch directe Reduction unmöglich machen würde, auch widerstreitet eine solche effective Vermehrung des Brennstoffconsumes der Ansicht, daß der heiße Wind ein Mittel sey, um Brennstoff zu sparen. Allerdings würden wir ohne heißen Wind noch mehr Brennstoff verbrennen müssen, um die directe Reduction bis zur Hälfte zu treiben, und insofern bringt der heiße Wind immerhin eine Brennstoffersparniß in ihrem Gefolge. Das Räthsel, wie ein unter allen Umständen durch directe Reduction erforderter Mehraufwand an Brennstoff dennoch ökonomisch seyn könne, ist durch folgende drei Ursachen lösbar. Der Wärmebedarf um 1 Kil Eisen nebst den mitkommenden Schlacken zu schmelzen und flüssig zu erhalten, wechselt je nach dem Gehalte der Erze von 30 bis 70 Procent zwischen 1,11 und 0,6 Kohlenstoff. Sobald aber der Kohlenstoff unter 1 sinkt, wird dadurch die Kohlung und Reduction des Erzes beeinträchtigt, weil das reducirende und kohlende Kohlenoxydgas nicht mehr genügend vorhanden ist, um diese Operationen mit normaler Geschwindigkeit auszuführen, daher wird die Production in der Zeiteinheit geringer. Ist hingegen der vorhandene Kohlenstoff mehr als 1 auf 1 zu reducirendes Eisen, so wird die Kohlung und Reduction des Erzes beschleunigt, aber nur im Verhältniß von 1/5 von dem überschüssigen Kohlenstoffe. Wenn nun aber die directe Reduction für 1 Eisen 0,214 bis 0,321 Kohlenstoff beansprucht, welcher nicht durch den eingeblasenen Wind verbrannt wird, so bringen diese 0,214 bis 0,321 Kohlenstoff 0,499 bis 0,749 Kohlenoxyd in die Reductionsgase welche nicht durch Stickstoff verdünnt sind, und die also die Kohlung und Reduction mehr beschleunigen als wenn diese Kohlenstoffmenge durch den zugeführten Wind verbrannt worden wäre. Der dritte und wichtigste Umstand, welcher die directe Reduction zu einem bedeutenden Mittel der Oekonomie macht, ist folgender. Wenn keine directe Reduction stattfindet, so müssen die Reductionsgase die Erzstücke vollständig bis auf ihren innersten Kern durchdringen, um dieselben durch und durch zu reduciren und zu kohlen; findet dagegen directe Reduction statt, so ist dieses tiefere Eindringen nicht mehr nöthig, es wird dann nur das Aeußere des Erzstückes gekohlt und reducirt, der innere unreducirte Kern aber löst sich in den Schlacken auf und wird dann erst in der Schmelzzone aus diesen das metallische Eisen durch die Berührung mit festem Kohlenstoffe ausgeschieden. Dadurch wird nun zwar der Brennstoff nicht gespart, aber Zeit, denn um die Erzstücke durch und durch zu kohlen und zu reduciren, wird, wie wir zeigen werden, viel mehr Zeit in Anspruch genommen, als wenn die reducirenden Gase nur auf geringe Tiefe in die Erzstücke einzudringen brauchen, daher wird die Production in der Zeiteinheit größer, und darauf beruht hauptsächlich die Oekonomie welche die directe Reduction gewährt Um nun die Statik der Wärme im Hohofen zu berechnen, haben wir vor Allem den Kohlenstoffgehalt des auf die Gicht aufgegebenen Brennstoffes hinzusetzen; wenn directe Reduction stattfindet oder stattfinden soll, so ist dann vor Allem die dazu erforderliche Kohlenstoffmenge in Abzug zu bringen. Diese Menge berechnet sich, indem man die Qualität des Erzes berücksichtigt, ob dasselbe FeO oder Fe2O3 enthalte, und dann die für diese beiden Fälle per 1 Eisen nöthigen 0,214 und 0,321 mit dem Eisenantheile multiplicirt, welcher direct reducirt werden soll. Wenn also die directe Reduction z. B. ½ ausmachen soll und das Erz enthält Fe2O3, so ist der dazu nöthige Kohlenstoff = ½.0,321 = 0,1605. Nach Abzug dieser Quantität wird dann erst für den Rest der Kohlenstoff berechnet, welcher durch das Wasser im Winde verzehrt wird, indem man diesen Rest mit 0,033 multiplicirt. Das was nun übrig bleibt, wenn man diesen Consum für das Wasser im Winde in Abzug gebracht hat, ist dann die Kohlenstoffmenge welche durch den Wind verbrannt werden soll und die allein Wärme producirt. Wir haben also drei verschiedene Quantitäten von Kohlenstoff, nämlich die totale, die welche bis in die Schmelzzone gelangt, und die welche durch den Wind verbrannt wird. Diese drei Quantitäten müssen wohl unterschieden werden. Die totale Menge gelangt als Kohlenoxyd in die Reductionszone, und theils als Kohlensäure, theils als Kohlenoxyd in die Vorwärmzone, aus der sie dann evacuirt wird. Die Menge welche in die Schmelzzone gelangt, dient uns um die specifische Wärme der Gase aus der Vergasungszone behufs der Anfangstemperatur zu berechnen. Dagegen dient die zur Verbrennung kommende Kohlenstoffmenge erstens zur Berechnung der richtigen Windmenge, zweitens zur Berechnung des Stickstoffes in den Gasen, und drittens zur Berechnung der Wärmemenge welche im Ofen erzeugt wird. Früher habe ich die Wärmeproduction berechnet, indem ich die Hälfte des Kohlenstoffes mit 8000, die andere mit 2400 multiplicirte und letzteres Product vom ersteren abzog; dieß war nicht richtig und ich verdanke es Hrn. Lürmann, Hütteningenieur in Georgs Marienhütte bei Osnabrück, mich auf diesen Fehler aufmerksam gemacht zu haben. Die latente Wärme, welche der Kohlenstoff aufnimmt indem er aus dem festen Zustande in den gasförmigen übergeht, ist 3200 W. E.; man müßte also setzen: ½ . 8000 – ½ . 3200 = 2400 W. E. per 1 Kohlenstoff. Wir haben daher einfach den zu verbrennenden Kohlenstoff mit 2400 W. E. zu multipliciren, um die entwickelte Wärmemenge zu berechnen. Von dieser Wärmemenge kommt dann in Abzug diejenige, welche durch das Wasser im Winde consumirt wird, welche man erhält indem man den zu verbrennenden Kohlenstoff mit 292 multiplicirt. Als Wärmeproduction sind dann noch hinzuzufügen: der Wärmegehalt des Windes, insofern dieser erhitzt wird, und die Wärme welche der Brennstoff vor seiner Verbrennung aufnimmt. Die durch den Wind zugeführte Wärme ist: C . 5,747. s T, wo C = das Gewicht des verbrannten Kohlenstoffes; 5,747 das Volumen in Kubikmetern vom Wind welches für 1 C erforderlich; s = specifische Wärme der atmosphärischen Luft = 0,2377, und T = der Temperatur auf welche der Wird erhitzt wird. Um den Wärmegehalt des Brennstoffes zu berechnen, dividiren wir die Summe der durch Verbrennung und Wind zugeführten Wärme, minus der durch das Wasser verzehrten, durch die specifische Wärme der Gase welche aus der Vergasungszone kommen, letztere = w und erstere = W und setzen dann Textabbildung Bd. 201, S. 232, wo s = der specifischen Wärme des Brennstoffes bei der Temperatur W/w die wir in der Tabelle auf Seite 32 in den „Documenten,“ oder bequemer in einer neuen Tabelle finden, welche wir dieser Abhandlung in einem Anhange beifügen werden. Mit der so gefundenen Temperatur = T ist dann das Gewicht des Brennstoffes zu multipliciren, ferner mit s′ = der specifischen Wärme des Brennstoffes bei der Temperatur T. Den Werth = w, d. h. die specifische Wärme der Gase welche aus der Vergasungszone kommen, berechnet man indem man den zu verbrennenden Kohlenstoff mit 2 1/3 multiplicirt, wodurch man das diesem entsprechende Kohlenoxyd erhält, z. B. 1,233 Kohlenstoff = 1/3 . 1,233 + 2 . 1,233 = 2,877 Kohlenoxyd. Zieht man nun von diesen wieder 1,233 ab und addirt den Logarithmus des Restes dem Logarithmus 0,51987, so gibt die Summe den Logarithmus der dem Stickstoffe entspricht, welcher in der Luft den 2,877 – 1,233 = 1,644 Sauerstoff der zur Bildung des Kohlenoxydes erforderlich war, beigemischt ist. Die Gase enthalten aber ferner noch das Kohlenoxyd welches durch die Feuchtigkeit des Windes gebildet wurde, so wie den dabei frei gewordenen Wasserstoff. Die Gewichtsmengen von CO, N und H werden dann mit der ihnen zukommenden specifischen Wärme = 0,2479; 0,2440 und 3,4046 multiplicirt; die Summe dieser Producte ist dann = w. Ich will noch bemerken, daß die in den Handbüchern angegebenen Componenten der atmosphärischen Luft nicht mit einander stimmen; ich habe mich auf die Autorität Bunsen's verlassen und daher Vol O = 20,96, Gewichtsth. = 23,2 Vol N = 79,04 Gewichtsth.= 76,8 angenommen. Darnach braucht ein Gewichtstheil Kohlenstoff Kil. 5,747 oder Kub. Met. 4,442 atmosphärischer Luft zur Verbrennung. Hat man nun die Wärmemenge welche die Vorerwärmung des Brennstoffes hinzubringt, zu W addirt = W′, so ist dann die Anfangstemperatur der Gase welche aus der Vergasungszone in die Schmelzzone übertreten = W′/w = T′. Wir können annehmen, daß auch das Eisen und die Schlacken diese Temperatur T′ annehmen, ehe sie in die Vergasungszone gelangen, wenn keine directe Reduction stattfindet; findet aber solche statt, so wird dadurch die Schmelzzone dermaßen abgekühlt, daß das Eisen und die Schlacken unmöglich mehr diese Temperatur annehmen können. Durch diesen bedeutenden Wärmeconsum in der Schmelzzone muß auch die Transmission der Ofenwände beeinflußt werden, so daß wir nicht die Temperatur T′ für dieselbe in Rechnung bringen können. Es wird daher die in Rechnung zu bringende Temperatur, als diejenige der Schmelzzone und als diejenige welche Eisen und Schlacken in letzterer annehmen, der Wirklichkeit entsprechender seyn, wenn wir sie bei stattfindender directer Reduction durch W′ — W″/ w berechnen, wo dann W″ die Wärmemenge ist, welche durch die directe Reduction consumirt wird. Dagegen ist nicht anzunehmen, daß Eisen und Schlacken bei der Temperatur stehen bleiben, welche sie in der Schmelzzone annehmen, denn je weniger heiß sie in den Herd des Ofens gelangen und sich daselbst ansammeln, um so mehr werden sie dort noch freie Wärme aufnehmen, da namentlich die Schlackendecke gerade mit dem heißesten Punkte im Gestelle, da wo die Kohlensäure auftritt, in unmittelbarer Berührung ist; auch wird da eine nachträgliche Wärmeaufnahme am größten seyn, wo die Temperaturdifferenz zwischen dem wärmeaufnehmenden und wärmeabgebenden Körper am größten ist. Wie können wir nun aber bestimmen, wie groß diese Wärmeaufnahme im Herde seyn werde? Es haben Dulait und Boulanger, und de Vathaire durch die calorische Methode den Wärmegehalt von Affinir- und Gießerei-Schlacken und von Affinir- und Gießerei-Eisen bestimmt. Erstere fanden per 1 Kil. 433 W.E. 492 W.E. 309 W.E. 337 W.E.; letztere fanden: 550 W.E. 330 W.E.; Diese Quantitäten sind also die Gesammtmenge an Wärme, welche diese Schmelzproducte von der Gicht bis in den Herd empfangen haben. Können diese Quantitäten irgendwie constant seyn? Diese Frage muß verneinend beantwortet werden, denn diese Summen von Wärme müssen nothwendig mit der Ofentemperatur wechseln. Das Einzige was uns diese Bestimmungen zeigen, das ist daß die Schlacken stets eine größere Menge von Wärme aufnehmen als das Roheisen, trotzdem daß die specifische Wärme der Schlacken doppelt so groß ist als diejenige des Roheisens, wornach das umgekehrte Verhältniß stattfinden müßte. Es liefern also diese Bestimmungen den Beweis, daß die Schlacken im Herde weit mehr Wärme empfangen als das Roheisen. Wir können auch aus denselben schließen, daß die Ofentemperatur bei Darstellung von Gießerei-Eisen größer gewesen sey als bei Darstellung von Affinireisen; wenn man aber mit den Autoren dieser Bestimmungen, wie ich es in den „Documenten“ gethan habe, weiter geht und schließt, daß Gießerei-Eisen und Schlacken als solche eine größere Wärmecapacität haben als Affinireisen und Schlacken, so gelangt man auf den Weg des Irrthumes. Denn wenn auch Dulait und Boulanger, und de Vathaire zu ähnlichen Resultaten gelangt sind, so kommt das nur daher, daß die Empirie stets einen Ueberschuß von Brennstoff verwendet, wenn sie Gießerei-Eisen darstellen will und gleichzeitig das Windquantum so beschränkt, daß die directe Reduction beschränkt wird, wodurch dann allerdings das Endresultat das ist, daß der Ofen heißer wird beim Betrieb auf Gießerei-Eisen als beim Betrieb auf Affinireisen. Vollkommen richtig ist es, daß die Ofentemperatur zur Darstellung von Gießerei-Eisen eine höhere seyn soll und muß, als zur Darstellung von Affinireisen nöthig ist; aber Affinireisen kann auch bei höherer Temperatur dargestellt werden und dann wird der Wärmegehalt von Eisen und Schlacken auch ein größerer werden, sowie Gießerei-Eisen darin sich sehr verschieden verhalten wird, je nach der effectiven Temperatur welche bei möglichst kleinem Brennstoffconsum den höchsten Grad erreichte, nicht bei Ueberschuß desselben. Es ist daher ganz unzulässig, die latente Wärme für Gießerei- und Affinireisen verschieden anzunehmen, eine sichere Bestimmung derselben ist wenigstens jetzt nicht möglich; wenn wir solche aber zu 140 W. E. für Roheisen und 80 W. E. für die Schlacken annehmen, so werden wir jedenfalls von der Wahrheit nicht allzu entfernt seyn und unter keinen Umständen in der Wärme-Statik einen Fehler machen der von Belang wäre, da 140 W. E. das Aequivalent von 0,058 und 80 das von 0,033 Kohlenstoff sind. Auch die Wärmeaufnahme der Schmelzproducte im Herde können wir nur ungefähr bestimmen, indem wir annehmen daß die von Dulait und Boulanger erhaltenen Resultate sich auf Ofentemperaturen von 1250° für Affinireisen und von 1500° für Gießerei-Eisen stützten. Textabbildung Bd. 201, S. 235 Dann sind;minus im; Ofen aufgenommene; u. die im Herde; aufgenommene Wärmemenge; folglich ist das; Verhältniß der im Herde; empfangenen Wärmemenge; Ferner sind; minus im; Ofen aufgenommene; u. die im Herde; aufgenommene Wärmemenge; folglich ist das; Verhältniß de im Herde; empfangenen Wärmemenge Diesen proportional wäre dann die Wärmeaufnahme bei den Ofentemperaturen: 1600° 1500° 1400° 1300° 1200° 1100° für das Roheisen 0,64 0,60 0,56 0,52 0,48 0,44 für die Schlacken 1,22 1,14 1,06 0,99 0,91 0,83 Somit Wird die von den Schmelzmaterialien im Herde aufgenommene Wärmemenge gefunden, indem man die in der Schmelzzone empfangenen Wärmemengen mit vorstehenden Zahlen multiplicirt. Wenn wir nun im Herde einen Wärmeconsum haben, so sollte eigentlich dieser, wie der Wärmeconsum für directe Reduction, von dem Wärmevorrath in der Vergasungszone in Abzug kommen, denn was schon im Herde consumirt wird, ist für die höheren Zonen verloren. Wir haben dieß aber unterlassen, weil bei niedrigen Ofentemperaturen der Consum im Herde so klein ist, daß es nicht der Mühe lohnt ihn in Rechnung zu bringen; ist aber der Consum groß, so ist auch die Temperatur des Ofens eine hohe, so daß keine Gefahr vorhanden ist, daß das Schmelzmaterial sich nicht in der Schmelzzone vollständig verflüssige, daher auch in diesem Falle eine Correction behufs der Statik ohne Nachtheil unterbleiben kann. Uebrigens kann ja im speciellen Falle leicht durch das angedeutete Mittel ein abnormes Verhältniß einer genaueren Untersuchung unterworfen werden. So ist bei dem Betrieb in Tab. G (siehe Anhang) für Erz à 70 Proc. die im Gestelle absorbirte Wärmemenge = 231 W. E.; zieht man nun diese von dem Wärmevorrathe in der Vergasungszone ab, so wird die Ofentemperatur statt 1626° nur noch 1368°, dadurch die Absorption in der Schmelzzone 334 W. E. gegen 434 W. E., und das Verhältniß der Reductionszone = 0,293 statt 0,330, wodurch dann die berechnete Production von Kil. 185,6 Fe sich auf Kil. 174,7 reducirt. Ueberhaupt werden ja solche Betriebsberechnungen nicht gemacht, um alle möglichen Verhältnisse und Resultate zum Betriebe zu bringen, sondern um zu untersuchen auf welche Weise der Betrieb technisch und ökonomisch am vortheilhaftesten werde. §. 3. Zweck und Nutzen der Statik der Wärme. Der Zweck der Wärme-Statik ist ein dreifacher. In erster Linie gewährt sie uns eine Controlle über die Verwendung der Wärme im Hohofen, in zweiter Linie gestattet sie uns das nöthige Brennstoffquantum zu bestimmen um einem a priori zu berechnenden Betriebe zu genügen und drittens können wir mit Hülfe der Wärme-Statik das Zonenverhältniß bestimmen, welches bei jeder Art des Betriebes auftritt und das sowohl für deren Bolumen als für die Durchsetzzeiten gilt. Die Wärme-Statik ist daher das Fundament und der Ausgangspunkt der Theorie des Hohofens; mit ihrer Hü fe können wir den Vorgang bei verschiedenen Betriebsverhältnissen erkennen und dann durch diese Erkenntniß auch umgekehrt diese Verhältnisse a priori bestimmen, indem sie die Gesammtwirkung sämmtlicher Factoren darstellt. Wenn wir auch in der vorhergehenden Anleitung zur Berechnung der Statik der Wärme das Allgemeine mitgetheilt haben, so bleibt uns doch noch übrig, die Wärmeverhältnisse etwas näher zu beleuchten. Immer und immer wieder wird die Frage aufgeworfen: ob die durch Reduction und Kohlung frei werdende Kohlensäure nicht wenigstens theilweise durch den glühenden Brennstoff zu Kohlenoxyd zurückgeführt werde? Um diese Frage zu beantworten, müssen wir etwas weit ausholen. Ist das zu reducirende Erz = FeO, so sind darin auf 1 Fe = 0,286 O enthalten und zwar im festen Zustande; dieser Sauerstoff muß also latente Wärme aufnehmen, um sich mit CO zu CO2 vereinigen zu können; es wird daher Wärme gebunden, aber diese Wärme wird nicht von derjenigen geliefert welche durch Verbrennung entstanden ist, sondern von dem CO welches zu CO2 verbrennt. 0,286 O verbrennen 0,5004 CO zu 0,7886 CO2 ohne Aenderung des Volumens, aber die CO2 ist beinahe zweimal so dicht als das verbrannte CO; wenn aber eine solche Aenderung der Dichte stattfindet, so muß nothwendigerweise Wärme frei werden. In der That, wenn 0,5004 CO zu CO2 verbrennen, so werden 0,5004 . 2400 = 1200,9 W. E. frei; statt daß sie nun aber frei werden, machen sie den festen Sauerstoff gasförmig. Diese 1200,9 W. E. entsprechen aber (da die latente Vergasungswärme des Sauerstoffes 4200 ist) 0,286 = dem Sauerstoffe welcher Gasform angenommen hat, so geben 4200 . 0,286 = 1201 W. E. Es ist also absolut falsch, wenn man wie de Vathaire annimmt (und ihm Bell abgeschrieben hat) daß die durch Reduction entstandene CO2 wieder reducirt werde und daß auf 1 FeO = 106 W. E., auf 1 Fe2O3 = 1027 W. E. latent, d. h. consumirt werden, wodurch der Wärmeconsum im Hohofen um 36 Proc. zu hoch würde. Wir haben daher für die Reduction der Erze durch Gichtgase keinen Consum von Wärme in Rechnung zu bringen, dagegen ist solche zu berücksichtigen, wenn wir die specifische Wärme der Gichtgase berechnen, indem wir pro 1 Fe = 1 FeO = 0,5 CO zu 0,786 CO2 und für 1 Fe = Fe2O3 = 0,75 CO zu 1,178 CO2 verbrannt in Rechnung bringen. Ganz anders verhält es sich bei der Kohlung des Eisens; die Hälfte des Kohlenstoffes im CO scheidet sich aus, wird fest und es bleibt CO2; es findet also eine doppelte Verdichtung statt, die des Kohlenstoffes welche pro 1 Gewichtseinheit 3200 W. E. gibt, und die der CO2 welche (da 1 C der sich ausscheidet 1,333 O entspricht) 1 1/3 . 4200 = 5600 W. E. frei macht. Wenn daher 0,04 C pro 1 Fe fest werden, so werden dabei (3200 + 5600) 0,04 = 352 W. E. frei. Da 1 C = 3,666 CO2 bildet, so haben wir behufs der Berechnung der specifischen Wärme der Gichtgase den pro 1 Fe fest gewordenen, d. h. zur Kohlung verwendeten C einfach mit 3,666 zu multipliciren. Textabbildung Bd. 201, S. 237 In dem Hohofen von Clerval von 1848, dessen Gichtgase Ebelmen analysirte, ist der Kohlenstoff im Brennstoffe pro 1 Fe = 1,126;; diesen entsprechen CO = 2,627; movon durch Reduction; (Erz = Fe2O3) verbrennenzu CO2 1,178Kohlung 0,016 . 3,666 = 0,058; 1236 = CO = 0,786 = CO 1,841 =; aus Ralkstein empfangen die Gase 0,073 = CO2 1,309 =; –––; Stickstoff wie in Bergasungszone N 4,806 =; Wasserstoff ebenso H 0,006 =; –––; Kil. 7962; = CO Kub.Met. 1,471 = 24,295 Volumproc.; = CO2 Kub.Met. 0,666 = 10,99 Volumproc.; = N Kub.Met. 3,851 = 63,601 Volumproc.; = H Kub.Met. 0,067 = 1,166 Volumproc.; –––––; Kub.Met. 6,055 = 100,000 Volumproc. Der Wassergehalt wurde nicht in Rechnung gebracht, um die Synthese mit der Analyse vergleichbar zu machen. Diese gab: CO = 28,61 Volumproc. CO 2 = 11,39 Volumproc. N = 57,06 Volumproc. CH 2 = 0,20 Volumproc. H = 2,74 Volumproc. Die Differenzen zwischen Synthese und Analyse rühren vor Allem von dem höheren Wasserstoffgehalte her den letztere zeigt, und dann von dem Gehalte an CH2. Vernachlässigen wir die kleine Menge Kohlenstoff im CH2 und setzen für H2 = 0,16, so daß der ganze Wasserstoffgehalt = 2,90 Volumproc. wird (die Holzkohlen enthalten, wie Ebelmen nachgewiesen hat, freien H), so haben wir: CO 24,293 = 23,865 Volumproc. CO 2 10,999 = 10,806 Volumproc. N 63,601 = 62,480 Volumproc. H 2,900 = 2,849 Volumproc. ––––––––––––––––––––– 101,793 = 100,000 Volumproc. Die Analyse zeigt also noch einen Ueberschuß von 28,61 — 23,865 = 4,745 Volumproc. CO und 11,39 — 10,806 = 0,584 Volumproc. CO2. Diese Ueberschüsse enthalten zusammen 2,567 Volumproc. Kohlenstoff und 2,965 Volumproc. Sauerstoff, während die angewandte Holzkohle Gewichtsproc. C = 3,729 und O = 4,195 enthielt, welche durch bloße Erwärmung frei wurden, was also vollkommen die Ueberschüsse der Analyse erklärt, da sogar noch Ueberschüsse von 3,729 – 2,567 = 1,162 C und 4,195 – 2,965 = 1,230 O bleiben. Aus Allem diesem geht hervor, daß von der durch Reduction und Kohlung gebildeten Kohlensäure, sowie von der aus Zuschlag entstandenen, auch keine Spur wieder in Kohlenoxyd zurückgeführt wurde, so daß daher kein Wärmeconsum stattfinden konnte, daß hingegen die Kohlung eine nicht ganz unbedeutende Wärmeproduction veranlaßt, je nach dem Grade der Kohlung. Diese Wärmeproduction in der Reductionszone haben wir in der Wärme-Statik nicht in Rechnung gebracht, da sie in den meisten Fällen zu unbedeutend ist um eine solche weitere Complication zu rechtfertigen, und da diese Production hauptsächlich die Quantität der evacuirten Wärme vermehrt, so ist es leicht, derselben in den Fällen Rechnung zu tragen wo dieß erforderlich seyn möchte. In der Praxis wird die Brennstoffmenge welche zu irgend einem Betriebe erforderlich ist, stets auf dem Wege des Versuches gefunden und bestimmt, indem man auf ein gewisses Quantum Brennstoff nach und nach mehr Erz nimmt, bis das fallende Product der beabsichtigten Qualität entspricht, insofern diese überhaupt erreichbar ist. Dieß ist aber weit entfernt rationell zu seyn, da auf diese Weise oft mehr Brennstoff consumirt wird als nöthig wäre und als die Oekonomie erfordert, wie wir zu zeigen Anlaß haben werden. Namentlich ist die Meinung daß man zur Darstellung von stark gekohltem Gießerei-Eisen mehr Brennstoff nöthig habe als für Affinireisen, eine ganz unbegründete, trotz der Behauptung der Empiriker daß dieß Sache der Erfahrung sey. Die Statik der Wärme dient daher um die Rothwendigen Brennstoffquantitäten mit Rücksicht auf möglichste Oekonomie a priori zu bestimmen. Zu diesem Ende hat man nur, wie wir dieß in den im Anhang mitgetheilten Rechnungsresultaten gethan haben, mehrere Statiken der Wärme neben einander zu setzen, in denen das Brennstoffquantum pro 1 Fe successive erhöht ist. Es zeigt sich dann in der Reihe eine Brennstoffquantität welche in der Zeiteinheit die größte Menge von Product gewährt. Um hier ein Beispiel zu geben, wollen wir die Resultate einer solchen Reihe angeben. Die Brennstoffmengen sind pro 1 Fe = Kohks = 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 die Production per Stunde ist Roheisen, Kil. 209,1 230,0 246,7 266,3 277,6 272,6 269,1 265 269 In diesem Falle wären also 1,1 Kohks pro 1 Fe die vortheilhafteste Brennstoffmenge, wenn wenigstens dieser Brennstoff nicht einen übermäßig hohen Preis hat, was sich dann übrigens leicht näher bestimmen läßt, wie wir zu zeigen haben werden. Die Volum- und Durchsetzzeit-Verhältnisse der verschiedenen Zonen sind sehr wechselnde Werthe, welche die Reduction und den Kohlungsgrad mit bestimmen und daher von großer Wichtigkeit sind. Auch diese Verhältnisse sind nur durch die Wärme-Statik bestimmbar. In den „Documenten“ haben wir diese Verhältnisse bestimmt, indem wir die Zonen-Volumina der Wärmemenge proportional setzten welche in denselben vom Brennstoffe und von den Schmelzmaterialien absorbirt wird. Dieses ist aber unrichtig; es ist die Wärmecapacitat der einzelnen Zonen, welche dem Volumen und den Durchsetzzeiten in denselben proportional ist. Die Wärmecapacität wird berechnet, indem man die absorbirte Wärme durch die Temperatur dividirt um welche die Materialien in der Zone erhoben werden. Die Zonen-Verhältnisse ergeben sich dann einfach durch S:s = V:x, wo S = der Summe der Wärmecapacitäten von Vorwärm-, Reductions- und Schmelzzone ist, s = die Capacität der einzelnen Zone und V = dem Volumen des Schachtes. Man erhält also drei Bruchzahlen welche zusammen = 1 sind. Diese Bruchzahlen mit V multiplicirt, sind dann gleich dem Volumen der Zone und mit der Durchsetzzeit multiplicirt gleich der Durchsetzzeit in der Zone. Je größer Volumen und Durchsetzzeit der Reductionszone ausfallen, desto günstiger wird im Allgemeinen der Betrieb seyn. (Die Fortsetzung folgt im nächsten Heft.)