XIV. Ueber die Verwendung des gebrannten Kalkes als Zuschlag beim Hohofenbetriebe; von L. Gruner, Professor der Metallurgie an der Pariser Bergschule. Aus den Annales des Mines, 1871, t. XX x. 325. Gruner, über Anwendung gebrannten Zuschlagskalkes beim Hohofenbetrieb. Die Anwendung von gebranntem Kalke anstatt rohen Kalksteines als Zuschlag beim Hohofenbetriebe ist nicht neu. In den Jahren 1850 bis 1855 benutzte man gebrannten Zuschlagskalk auf Königshütte in Oberschlesien,„Ueber die Anwendung des gebrannten Kalkes statt des rohen Kalksteines beim Betriebe der Kohkshohöfen auf der Königshütte in Oberschlesien, von dem k. Hütteninspector Eck,“ im polytechn. Journal, 1853, Bd. CXXX S. 349. Ougrée in Belgien,„Ueber die Anwendung von gebranntem Kalk anstatt Kalksteines in den Hohöfen, von G. Montefiore-Levi und E. Schmidt;“ im polytechn. Journal. 1851, Bd. CXIX S. 353. und auf mehreren englischen Eisenhüttenwerken; noch jetzt macht man von gebranntem Zuschlagskalk auf einigen Hohöfen in Nordengland, zu Wear und auf den Clarencewerken Gebrauch. Die Verwendung von gebranntem Kalke in den Eisenhütten hat jedoch nur wenig Eingang gefunden. Die durch dieselbe erzielte Ersparniß ist erfahrungsmäßig gering, wenn man dem zum Brennen des Kalksteines benutzten Brennstoff (Kleinkohlen) einen gewissen Werth zuzuschreiben hat. Nun rührt aber dieses Resultat, wie sich leicht nachweisen läßt, zum Theil von den ungünstigen Umständen her, unter denen die betreffenden Versuche abgeführt wurden. Man hat die Bedigungen welche zu erfüllen sind, um die Anwendung des gebrannten Kalkes wahrhaft nutzbringend zu machen, nicht gehörig berücksichtigt, und doch sind dieselben sehr einfacher Natur, nämlich: billige Darstellung des gebrannten Kalkes, und Verhütung der Wiederaufnahme von Kohlensäure und Wasser im Hohofen von Seite dieses gebrannten Kalkes. Der ersten dieser Bedingungen läßt sich jetzt mittelst des Hoffmann'schen Ringofens entsprechen. Dieser sinnreiche Apparat sollte in den Eisenhütten nicht nur zum Brennen des Zuschlagskalkes, sondern auch zum Zubrennen und Rösten der Wasser- und kohlensäurehaltigen Erze und zum Brennen der feuerfesten Mauersteine benutzt werden. Die zweite der angegebenen Bedingungen betreffend, so kann man, wenn es auch nicht möglich ist die momentane Wiederaufnahme von Kohlensäure und Wasserdampf gänzlich zu vermeiden, dieselbe wenigstens auf geringere Verhältnisse reduciren und dadurch das vorhergehende Brennen des Kalksteines wirksamer machen. Nach Favre und Silbermann ist die durch die Zersetzung des kohlensauren Kalkes in Aetzkalk und Kohlensäure absorbirte Wärme 373,5 Wärmeeinheiten per Gewichtseinheit des kohlensauren Kalkes. Nun wird in den gewöhnlichen Kalköfen, hauptsächlich aber im Ringofen, das Brennmaterial, welches ich als reinen Kohlenstoff annehme, gänzlich in Kohlensäure umgewandelt; dasselbe wird folglich 8080 W. E. entwickeln; um 100 Kilogrm. kohlensauren Kalt zu zersetzen, genügt es daher zu verbrennen: 37350/8080 = 4,6 Kilogrm. reinen Kohlenstoff. In den Hohöfen hingegen wird der Kohlenstoff in Kohlenoxyd umgewandelt und entwickelt dabei per Kilogrm. nur 2473 W. E.; folglich muß man, um dieselbe Wirkung hervorzubringen, verbrennen: 37350/2473 = 15,1 Kilogrm. reinen Kohlenstoff. In beiden Fällen muß man noch die freie Wärme welche die Kohlensäure aus dem Ofen mit sich führt, hinzuaddiren. Wir wollen bei beiderlei Oefen die Temperatur der abziehenden Gase zu 300° C. annehmen, während sie in Wirklichkeit beim Ringofen niedriger ist, als beim Hohofen. Wir haben für 100 Kilogrm. kohlensauren Kalk 44 Kilogrm. Kohlensäure, welche entführen werden: 300 × 44 × 0,22 = 2904 W. E.0,22 ist die specifische Wärme der Kohlensäure. und für den Kalkofen erfordern: 2904/8080 = 0,36 Kilogrm. Kohlenstoff, wogegen im Hohofen zum Hervorbringen desselben Effectes consumirt werden: 2904/2473 = 1,17 Kilogrm. Kohlenstoff. Wir erhalten demnach für beide Wirkungen zusammen, nämlich für die Zersetzung des kohlensauren Kalkes und die Erhitzung der Kohlensäure:   4,96 Kilogrm. Kohlenstoff im Kalkofen; 16,27 Kilogrm. Kohlenstoff im Hohofen. Bei dieser Vergleichung können wir die vom Aetzkalke aufgenommene Wärme vernachlässigen, weil dieselbe in den Kalköfen nahezu Null ist; denn der gebrannte Stein gibt, bevor er aus dem Ofen kommt, den größten Theil seiner freien Wärme an die angesaugte Luft ab, welche zur Verbrennung in den höheren Zonen dient. Nehmen wir nun an, was bei den mit Kohks betriebenen Hohöfen gewöhnlich der Fall ist, daß der Verbrauch an Zuschlagskalk per Tonne Roheisen 600 Kil. betrage. Wir erhalten alsdann, wenn der Kalkstein besonders gebrannt wird, einen Aufwand an reinem Kohlenstoff von: 6 × 4,96 Kilogrm. = 29,76 Kilogrm., dagegen von 6 × 16,27 Kilogrm. = 97,62 Kilogrm. wenn der Kalk im Hohofen selbst gebrannt wird. Die Anwendung von rohem Kalkstein kann diesen Verbrauch aber in indirecter Weise noch erhöhen. Bekanntlich wird die Kohlensäure, sie mag von der Reduction des Erzes oder von der Zersetzung des Kalksteines herrühren, durch die vom glühenden Kohlenstoffe auf sie ausgeübte reducirende Wirkung theilweise von Neuem in Kohlenoxyd umgewandelt. Nun ergibt sich aus der durchschnittlichen Zusammensetzung der Hohofengase, daß bei einem normalen Ofengange nahezu ein Drittel der gesammten Kohlensäure auf diese Weise zu Kohlenoxyd reducirt wird. In Folge eines zu scharfen Ganges oder einer bloßen Störung kann selbst der Fall eintreten, daß das Verhältniß der wieder in Kohlenoxyd umgewandelten Kohlensäure bis zur Hälfte der ursprünglichen Menge steigt. Wir wollen dieselbe jedoch, um die Vortheile eines vorläufigen Brennens des Zuschlagskalkes nicht zu hoch zu schätzen, nur zu einem Drittel annehmen. Diese Zersetzung der Kohlensäure findet hauptsächlich in den unteren (sehr heißen) Zonen des Hohofens statt, wo die Reduction des Eisenoxydes vollendet wird, während nach Ebelmen's Untersuchungen die Zersetzung des kohlensauren Kalkes mehr in den oberen oder mittleren Ofenzonen erfolgt. Es ist demnach vielmehr die von der Reduction der Erze herrührende, als die aus dem Kalkstein abstammende Kohlensäure, welche sich in Berührung mit den glühenden Kohks in Kohlenoxyd umwandelt. Dessenungeachtet scheint es mir wahrscheinlich, daß mindestens der vierte Theil des gesammten Kohlensäuregehaltes des Zuschlagskalkes auf diese Weise zu Kohlenoxyd reducirt wird.Ich kann unmöglich mit Hrn. L. Bell (Chemical Phenomena of iron smelting, 1871, p. 111) annehmen, daß die gesammte Menge der im Zuschlagskalk enthaltenen Kohlensäure in Form von Kohlenoxyd aus dem Hohofen entweicht. Gruner. Wir wollen dieses Verhältnis welches man als Minimum betrachten kann, annehmen, und sehen was sich in thermischer Beziehung daraus ergibt. Die von den 100 Kil. kohlensaurem Kalk herrührenden 44 Kil. Kohlensäure erfordern zu ihrer Umwandlung in Kohlenoxyd 3/11 × 44 Kilogrm. = 12 Kilogrm. reinen Kohlenstoff, was, wenn Wir annehmen daß nur der vierte Theil der Kohlensäure diese Reduction erleidet, 3 Kil. ausmacht. Dadurch erhalten wir für die Tonne Roheisen oder 600 Kil. Kalkstein einen neuen Verbrauch von: 6 × 3 = 18 Kilogrm. reinem Kohlenstoff. Der Erfolg der Reduction der Kohlensäure zu Kohlenoxyd beschränkt sich aber nicht hierauf. Nußer dem Kohlenstoffverbrauche findet auch noch eine Wärmeabsorption statt, ein Verlust welchen man dem Hohofen zurückerstatten muß, wenn er denselben Gang beibehalten soll. Dieser Wärmeverlust ist leicht zu schätzen: 1 Kil. Kohlenstoff verbunden mit 8/3 Kil. Sauerstoff liefert 11/3 Kil.         Kohlensäure und entwickelt 8080 W. E. 2 Kil. Kohlenstoff, verbunden mit demselben Gewicht Sauerstoff, erzeugen         14/3 Kil. Kohlenoxyd und entwickeln dabei nur 2 × 2473 = 4946 W. E. ––––––––– Das Hinzukommen von 1 Kil. Kohlenstoff zu 11/3 Kil. Kohlensäure         entspricht also einem Wärmeverlust von 3134 W. E. woraus folgt daß die durch die Reduction von jedem Kilogrm. Kohlensäure zu Kohlenoxyd absorbirte Wärme seyn wird 3/11 × 3134 = 855 W. E. oder für jedes Kilogrm. kohlensauren Kalkes 0,44 × 855 = 376 W. E. und wenn wir annehmen daß nur ein Viertel der Kohlensäure in Kohlenoxyd umgewandelt wird, so erhalten wir für jedes Kilogrm. Zuschlagskalkstein einen Wärmeverlust von 376/4 = 94 W. E.; für jede Tonne Roheisen also von 600 × 94 = 56400 W. E. deren Aequivalent an Kohlenstoff, im Niveau der Gebläseformen zu Kohlenoxyd verbrannt, seyn wird: 56400/2473 = 22 Kil. Addiren wir diese 22 Kil. Kohlenstoff zu den vorher gefundenen 18 Kil., so finden wir eine Verbrauchserhöhung von 40 Kil. Kohlenstoff für jede Tonne Roheisen, in der Voraussetzung daß nur der vierte Theil der Kohlensäure des Zuschlagskalkes zu Kohlenoxyd reducirt wird. Es ergibt sich also per Tonne Roheisen, bei einem Verbrauche von 600 Kil. Zuschlagskalkstein, ein Mehrverbrand von 97,62 Kil. + 40 Kil. = 137,62 Kil. Kohlenstoff, wenn anstatt gebrannten Kalkes roher Kalkstein aufgegeben wird; oder vielmehr von 137,62 – 29,76 = 107,86 Kil., weil wir davon den im Kalkofen verbrannten Kohlenstoff abziehen müssen; wir wollen aber sofort bemerken, daß diese Zahl in der Wirklichkeit ein Minimum ist, weil in der Regel mehr als ein Viertel der gesammten Kohlensäure des Kalksteines zu Kohlenoxyd reducirt wird. Die Anwendung von gebranntem Kalk müßte demnach eine Verminderung des verbrauchten Brennstoffgewichtes um beiläufig 10 Proc. herbeiführen. In Wirklichkeit haben sich aber die erzielten Vortheile bisher als viel geringer herausgestellt. L. Bell Auf S. 168 seiner citirten Schrift: Chemical Phenomena of iron smelting. schätzt die Brennmaterialersparniß auf 3/4 Ctr. engl. per Tonne Roheisen, also 38 Kilogrm. Kohks auf einen Gesammtverbrauch von 1100 Kilogrm. = 3,4 Proc., also nur zu einem Drittel der theoretischen Ersparnis Diese Differenz wird durch zwei Ursachen veranlaßt: durch das unvollständige Brennen des Kalksteines, besonders aber durch die Gegenwart von Kohlensäure und Wasserdampf in den oberen Zonen der Hohöfen. Dort nimmt der Kalk wieder Kohlensäure und Wasser auf, welche in den untern Ofenzonen neuerdings ausgetrieben werden müssen. Dem Anscheine nach sollte hierbei eine Art von Ausgleichung stattfinden. Wenn die Austreibung des Wassers und der Kohlensäure Wärme erfordert, so wird durch deren Absorption ebenso viel Wärme geliefert. Diese in den oberen Ofentheilen entwickelte Wärme kann aber nur die Temperatur der Gase erhöhen, während die durch das Austreiben der Kohlensäure und des Wassers veranlaßte Abkühlung die Reduction des Eisenerzes benachtheiligt, wenn man nicht durch stärkere Brennmaterialgichten abhilft. Will man also die Vortheile welche die Anwendung von gebranntem Zuschlagskalk anstatt rohen Kalksteines gewährt, möglichst ausnutzen, so muß man nicht nur den Kalk vollständig brennen, sondern darf auch nur vollkommen trockenes Brennmaterial und zugebrannte oder geröstete Erze, welche von Wasser und Kohlensäure vollständig befreit sind, aufgeben. Wir haben im Vorstehenden die Wirkungen der Kohlensäure erörtert, und gehen nun auf diejenigen des Wassers über. Wenn sich im oberen Theile des Hohofens Kalthydrat gebildet hat, so kann die Zersetzung dieses Hydrates wie diejenige des Carbonates in zweierlei Weise erfolgen: das Wasser kann sich nämlich als solches, in Dampfform, verflüchtigen, oder es kann in Berührung mit dem Kohlenstoffe zersetzt, also in Wasserstoff und Kohlenoxyd umgewandelt werden. Da nun zur Zersetzung des Kalkhydrates eine höhere Temperatur erforderlich zu seyn scheint, als zu derjenigen des kohlensauren Kalkes, so läßt sich daraus schließen, daß der Wasserdampf durch den Kohlenstoff auch vollständiger reducirt werden wird, als die Kohlensäure. Nach Favre und Silbermann werden bei der Umwandlung von 1 Kilogrm. gebranntem Kalk in Hydrat 143,9 Wärmeeinheiten entwickelt; dieß gibt für die durch die Zersetzung von 1 Kil. Kalkmonohydrat absorbirte Wärme 109 W. E. Wir legen unserer Berechnung die auf Wasserstoff als Einheit bezogenen Aequivalentgewichte zu Grunde. Das Aequivalent des Calciums ist = 20; das des Kalkhydrates CaO, HO = 28 + 9 = 37 folglich wird das Hydrat zu seiner Zersetzung absorbiren: 37 × 109 = 4033 W. E. Nehmen wir ferner an, daß das Wasser vollständig reducirt wird, so ist zu seiner Zersetzung diejenige Wärmemenge erforderlich welche der Verbrennung eines Aequivalentes Wasserstoff entspricht, minus derjenigen welche das auf Kosten des Sauerstoffes des Wassers in Kohlenoxyd umgewandelte Aequivalent Kohlenstoff liefert; somit: 1 Aequiv. Wasserstoff gibt 34467 W. E. 1 Aequiv. Kohlenstoff 6 × 2473 = 14838 W. E. –––––––––– bleiben für die Umwandlung des Wassers in Wasserstoff und Kohlenoxyd 19629 W. E. folglich für die Zersetzung des Kalkhydrates in Kalk, Wasserstoff und Kohlenoxyd: 19629 + 4033 = 23662 W. E. Vergleichen wir mit dieser letzteren Zahl die für die Zersetzung des kohlensauren Kalkes geltende Ziffer. Wir haben nachstehende Aequivalentzahlen: CaO = 28 CO² = 22 –––––––––––– CaO, CO² = 50 Die bloße Zersetzung von 1 Aequivalent kohlensaurem Kalk erfordert          50 × 373,5 = 18675 W. E. Nehmen wir aber außerdem die vollständige Reduction der CO²          zu 2CO an, so erhalten wir per Aequiv. Kohlenstoff 6 × 3134 = 18804 W. E. –––––––––– Dieß gibt für die vollständige Umwandlung des kohlensauren Kalkes          in CaO + 2CO 37479 W. E. Es folgt daraus, daß die Zersetzung des Hydrates eine geringere Wärmemenge erfordert, als die des Carbonates, sobald man auf beiden Seiten eine gleiche Absorption von festem Kohlenstoff annimmt; da aber der Kohlenstoff kräftiger auf den Wasserdampf als auf die Kohlensäure zu wirken scheint, in Folge der höheren Temperatur, bei welcher das Hydrat sein Wasser abgibt, so ist möglicherweise zur Zersetzung des Hydrates nicht weniger Kohlenstoff erforderlich, als zu der des Carbonates. Jedenfalls würde es widersinnig seyn, anstatt des rohen Zuschlagskalksteines gebrannten Kalk anzuwenden, wenn man nicht gleichzeitig alle zur Beseitigung des Wasserdampfes aus dem Gasstrome der Hohöfen erforderlichen Maßregeln treffen wollte. In Wahrheit wäre es ebenso wichtig, den gebrannten Kalk vor der Einwirkung von Kohlensäure zu schützen; dieß ist aber eine materielle Unmöglichkeit. Die Hohofengase werden stets Kohlensäure enthalten; überdieß ist der Betrieb eines Hohofens, selbst wenn man von der Benutzung gebrannten Kalkes absieht, unter sonst gleichen Umständen bekanntlich um so ökonomischer, je mehr die Kohlensäure über das Kohlenoxyd vorwaltet. Man kann jedoch, wenn es unmöglich ist, den gebrannten Kalk vor dieser continuirlichen Einwirkung der Kohlensäure zu schützen, dieselbe wenigstens bis zu einem gewissen Grade abschwächen, indem man den Kalk in Form großer Stücke anwendet, hauptsächlich aber indem man ihn sehr stark brennt, so daß er etwas frittet. Von diesem Gesichtspunkte aus würden etwas mergelige und magnesiahaltige Kalksteine den ganz reinen vorzuziehen seyn, und der Ringofen wäre hier von großem Nutzen, weil er ein kräftiges und gleichmäßiges, dabei ökonomisches Brennen gestattet. Wir haben im Vorstehenden gesehen, daß in den Hohöfen, in Folge der constanten und unabwendbaren Gegenwart von Kohlensäure, die Brennmaterialersparniß von mindestens 10 Procent, welche die Theorie bei Anwendung von gebranntem Kalk anstatt des rohen Zuschlagskalksteines zu versprechen scheint, niemals zu erreichen seyn wird, daß man aber dieser Ersparniß um so näher zu kommen vermag, je mehr man sich befleißigt, den gebrannten Kalk gegen die Einwirkung der Kohlensäure und der Wasserdämpfe im Hohofen zu schützen; man muß daher den Kalkstein sehr stark brennen, ihn nicht zu kleinen Stückchen zerschlagen, auch die Erze welche Wasser und Kohlensäure enthalten, zubrennen, endlich die Kohks niemals in feuchtem Zustande aufgeben. Daß das Zubrennen der Wasser- und kohlensäurehaltigen Erze stets größere Vortheile gewährt hat, als das Brennen des Zuschlagskalkes, beruht einzig und allein auf dem Umstande daß das Eisenoxyd nicht, wie der gebrannte Kalk, das Bestreben hat, im Hohofen wieder Wasser und Kohlensäure aufzunehmen. Ich schließe mit einigen Bemerkungen über die Anwendbarkeit des Hoffmann'schen Ringofens auf den Eisenhütten. Nach den auf den Ziegeleien (besonders in Deutschland) gemachten Erfahrungen ist es überflüssig, die Vortheile hervorzuheben welche dieser Ofen beim Brennen von feuerfesten Steinen gewährt; ich muß aber darauf aufmerksam machen, wie nutzbringend seine Anwendung zum Brennen des Zuschlagskalkes und zum Zubrennen der Erze seyn würde. Der Gang der gewöhnlichen Röstöfen ist ein sehr unregelmäßiger. Oft fällt die Röstung an einer Stelle zu stark, an anderen Stellen hingegen ungenügend aus; man kann sie nicht nach Belieben reguliren. Bei den Ringöfen ist dieß ganz anders. Man kann nicht nur den Zug und den Gang des Apparates im Allgemeinen mit Hülfe der Klappen der Rauchcanäle nach Belieben regeln, sondern auch das Feuer reguliren und es auf allen Punkten gleichförmig machen, indem man durch die verschiedenen Einschüröffnungen mehr oder weniger Steinkohle aufgibt. Auf diese Weise ist man leicht im Stande, den eingesetzten Kalkstein vollständig und kräftig durchzubrennen, und verbraucht dazu nur 6 bis 7 Procent gewöhnlicher Kleinkohle. (Für große Hoffmann'sche Oefen ist die ovale Form der Kreisform vorzuziehen, weil bei jener die Construction weniger kostspielig ist.) Wählen wir als Beispiel einen Hohofen welcher täglich 40 Tonnen Roheisen producirt, so verbraucht derselbe 25 Tonnen Zuschlagskalk; ein Ringofen welcher täglich die zum Betriebe dieses Hohofens erforderliche Kalkmenge liefert, kommt höchstens auf 25,000 Francs zu stehen. Nun erzielt man bei den englischen Hohofen durch Anwendung von gebranntem Kalk als Zuschlag eine Ersparniß von 38 Kilogrm. Kohks per Tonne Roheisen, und Bell, welcher diese Ziffer nach seiner eigenen Erfahrung anführt, bemerkt, daß der benutzte Kalk gewöhnlich unvollkommen gebrannt ist. Brennt man denselben daher vollständig, und beobachtet man die oben angegebenen Vorsichtsmaßregeln (Anwendung von trockenem Brennstoff, von geröstetem Erze etc.), so wird man eine Ersparniß von mindestens 50 Kilogrm. Kohks per Tonne, also von 2000 Kilogrm. per Tag bei dem in Rede stehenden Hohofen erzielen. Dieß würde, die Tonne Kohks zu 20 Francs gerechnet, täglich einer Minimalersparniß von 40 Francs, also voll 1 Franc per Tonne Roheisen entsprechen. Beim Zubrennen der wasser- und kohlensäurehaltigen Erze wird, wenn man dazu einen Ringofen benutzt, ebenfalls eine gewisse Ersparung erzielt werden, und dieses Zubrennen ist, ich wiederhole es, durchaus nothwendig, wenn man aus dem vorläufigen Brennen des Zuschlagskalkes den größtmöglichen Vortheil ziehen will. In dieser Hinsicht muß ich aber noch eine Bemerkung machen. Indem man den Zuschlagskalk und die Erze für sich brennt, beläßt man eben hierdurch den Hohofengasen eine höhere Temperatur. Man muß daher, um nicht durch die freie Wärme der Gase zu verlieren, was man durch das vorläufige Brennen gewinnt, die Hohöfen erhöhen oder erweitern, wenigstens wenn die bloße Vermehrung des Gewichtes der Beschickung nicht hinreichen sollte um die Temperatur der Gichtgase auf die Maximalgrenze von 250 bis 300° C. herabzudrücken. Diese bloße Erhöhung der Hohöfen hat dadurch daß sie die Reduction der Erze in den oberen Zonen begünstigt, für sich allein eine beträchtliche Ersparniß in den nordenglischen Eisenhütten veranlaßt.