Ueber Gasgebläse für Glüh- und Schmelzzwecke. Von R. Schwirkus in Charlottenburg. Mit Abbildungen. Ueber Gasgebläse für Glüh- und Schmelzzwecke. Das Bestreben, das Leuchtgas für die Technik in noch höherem Grade als bisher nutzbar zu machen, findet seine Berechtigung in dem hohen Nutzeffect, der Zeitersparniss und Bequemlichkeit, welche die Anwendung von Gas an Stelle der Kohle bietet. In Uebereinstimmung damit sind nicht bloss in hüttenmännischen Betrieben, sondern auch in vielen Werkstätten und besonders in Waffen- und Werkzeugfabriken kleine Gasgebläseöfen zum Härten von Stahl und zu ähnlichen Processen eingeführt, die meist mit Leuchtgas, seltener mit Benzin- oder Erdöldampf gespeist werden, sich einer grossen Beliebtheit erfreuen und ihrem Zweck vollständig entsprechen. Ihre Einführung bedeutet einen grossen Fortschritt in der Metallindustrie, und speciell die Härtetechnik des Stahls ist dadurch zu grosser Vollkommenheit gelangt. Es erscheint daher wohl angezeigt, weitere Kreise auf Neuerungen und Verbesserungen in diesem Gebiete aufmerksam zu machen. Während bei den Regenerativöfen wegen der unter Atmosphären druck erfolgenden Verbrennung des Gases und der erst hinter dem Regenerator stattfindenden Zuführung der Verbrennungsluft Raum für freie Flammenentfaltung gegeben sein muss, ist es beim Gasgebläseofen von höchster Wichtigkeit, den Verbrennungsraum bis zur äussersten Grenze zusammenzudrängen. Hieraus ergibt sich, dass solche Oefen an kleine Abmessungen gebunden sind. Dies ist für die Raum frage von Bedeutung, da die Gebläseöfen auch für grosse Muffeln oder Schmelztiegel verhältnissmässig klein sein müssen. Sie können deshalb in jeder kleinen Werkstatt aufgestellt werden und brauchen nicht unbedingt an einen Schornstein angeschlossen zu sein. Es genügt, wenn die Abgase mittels eines Blechtrichters aufgefangen und durch ein Abzugsrohr ins Freie geleitet werden. Die Gasgebläseflammen können dabei in zweierlei Art erzeugt werden. In der Regel wird die zur Verbrennung nöthige Luft den Flammen so zugeführt, dass sich das Zuleitungsrohr im Inneren des Gasrohres befindet und in der Ausblasöffnung oder kurz vorher endigt. Das Gas umspült den Luftstrom, von dessen grösserer oder geringerer Geschwindigkeit die Höhe der Temperatur in der Flamme abhängt. Die Mischung von Gas und Luft geschieht hierbei erst in der Flamme selbst. Dieses Princip ist allbekannt. Es findet Anwendung unter anderem bei dem Löthrohr des Goldarbeiters und Mineralogen, der Lampe des Glasbläsers, der Löthpistole des Kupferschmiedes und dem Fletcher'schen Schmelzofen der chemischen Laboratorien. – Eine vollkommenere Verbrennung bezieh. eine höhere Temperatur wird aber dadurch erzielt, wenn Leuchtgas und Luft bereits innig gemischt zur Verbrennung gelangen. Textabbildung Bd. 304, S. 201 Fig. 1 und 2: Ventilator-Gasgebläse älterer Construction von MunscheidFig. 3 und 4: Anordnung der Ausblasrohre am Schober'schen Gasgebläse. Die ältere, von dem früheren königl. Münzinspector P. Munscheid herrührende Einrichtung der letzteren Verbrennungsart (vgl. Fig. 1 und 2) besteht in dem eigentlichen Ofen und einem Mischventilator, der durch Schnurlauf oder Druckwasser angetrieben wird. Für das letztere sitzt dann auf der Welle des Flügelrades ein Stossrädchen in einem besonderen Gehäuse. Ein dünner Wasserstrahl trifft auf die Schaufeln des Rädchens unter einem Druck von etwa 3 at, wodurch das Flügelrad des Ventilators in schnelle Rotation versetzt wird. Der letztere ist wegen seiner nothwendigen hohen Geschwindigkeit nur klein und in seiner Grösse dem jeweiligen Zweck des Ofens angepasst. Das Flügelrad hat sechs Flügel, welche bei grösseren Ventilatoren der besseren Durchmischung halber siebartig durchbohrt, oder bei kleineren aus Drahtgaze angefertigt sind. In letzterem Fall trägt jeder Flügel an seinem Ende einen kleinen Blechstreifen zur Erhöhung der Blaswirkung. Der Ventilator saugt Gas und Luft zugleich an, die durch das Flügelrad mit einander innig gemischt dem Brenner zugeführt werden. Diese Anordnung ermöglicht, der Flamme zweckentsprechende Formen zu geben. Bei den Muffelöfen, die durch eine lange, schmale Flamme erwärmt werden, hat der Brenner eine beilförmige Gestalt (Fig. 1); seine schmale Seite endigt in einem der Länge der Muffel entsprechenden langen Schlitz und ist dem Boden der letzteren zugekehrt. Die Flamme, für deren Durchtritt sich eine Oeffnung im Mantel des Ofens befindet, trifft die Muffel direct. Die Verbrennungsgase entweichen über derselben durch ein Loch in der Ofendecke. Bei den Schmelzöfen (Fig. 2) besteht der Brenner aus einem um den cylindrischen Ofen gelagerten Ring aus Gasrohr, von welchem drei wagerecht angebrachte Ausblasrohre von entsprechend kleinerem Querschnitt radial in viereckige, in dem Ofenmantel vorgesehene Oeffnungen hineinreichen. Die Flammen treffen den Tiegel gleichfalls direct. Wenn die Ausblasrohre ohne genügenden Spielraum in der Ofenwand angebracht werden, erlöschen die Flammen, weil bei richtigem Functioniren des Brenners die von dem Ventilator dem Gas beigemengte Luft zu dessen vollständiger Verbrennung nicht genügt. Es muss also neben den Ausblasrohren so viel Raum vorhanden sein, dass von aussen her eine ausreichende Menge Luft in den Ofen nachströmen kann. Dies wird durch die Oeffnungen im Ofenmantel erreicht, führt aber zu einem höheren Gasverbrauch, da die in den Ofen stetig mitgerissene Luft mit erwärmt werden muss. Der letztere Umstand ist auch ein Grund, weshalb die Temperatur in den Schmelzöfen die theoretisch mögliche Grenze nicht erreichen kann. Führt man aber mittels des Ventilators die zur vollständigen Verbrennung nothwendige Luft zu, so reissen die Flammen von den Ausblasöffnungen ab und brennen, durch den nachströmenden, sehr luftreichen Gas-Luftstrom stark abgekühlt, im Innern des Ofens weiter, unter Umständen erlöschen sie auch sofort. Es ist erfahrungsgemäss als Maximalleistung für gewöhnlichen Betrieb mit dieser älteren Einrichtung eine Temperatur von 1200 bis 1250° C. anzusehen. Allerdings ist es bei sehr hohem Gasconsum und grosser Geschwindigkeit des Ventilators möglich, die Temperatur in den Schmelzöfen unter Umständen bis 1500° C. zu steigern, aber es gelingt dies nur dann, wenn der Verbrennungsraum klein ist und wenn man auf Oekonomie beim Betriebe nicht zu achten hat. Bei Glühöfen überschreitet die Temperatur in der Muffel im Allgemeinen nicht 1000° C. Beim Härten von Stahl z.B. darf sie nur 750 bis 850° C. betragen. Solche Temperaturen werden mit der älteren Einrichtung zweckmässig mit Hilfe theilweise leuchtender Flammen erzeugt, weil die durch Zuführung einer grösseren Menge Luft mittels des Ventilators erreichte energischere Verbrennung höhere Temperaturen ergibt. Werden solche Flammen verkleinert, um mit der Abnahme des Gas-Luftquantums auch die Temperatur im Ofen zu erniedrigen, so erfolgt häufig unter Detonation ein Zurückschlagen der Flamme in den Ventilator hinein. Die Wahrscheinlichkeit dieses Vorkommens hängt von der Explosionsfähigkeit des Gasgemisches ab. Bei den Schmelzöfen wird dieser Uebelstand besonders dadurch begünstigt, dass die Enden der Ausblasrohre theils durch Strahlung, theils durch die aus den Oeffnungen entweichenden Abgase erwärmt und die hindurchgehenden Gase nicht kühl genug gehalten werden. Dieser letztere Umstand ist deshalb auch der Erreichung hoher Temperaturen in den genannten Oefen hinderlich, weil sich das Gasgemisch, welches bei sehr heiss eingestellten Flammen immer mehr oder weniger explosiv ist, im Innern der ins Glühen gerathenden Ausblasrohre entzündet und so von einem gewissen Punkt an durch fortgesetzte heftige Explosionen der Steigerung der Temperatur ein Ziel setzt. In solchem Fall kann das Gasgemisch im Innern des Brenners, diesen ins Glühen bringend, weiter brennen oder, wie dies häufiger vorkommt, es erlischt mit der Explosion, entzündet sich wieder am glühenden Tiegel und explodirt aufs Neue. Dieser Vorgang wiederholt sich mehrere Male hinter einander, und zwar so lange, bis sich die Ausblasrohre unter die Entzündungstemperatur des Gasgemisches abgekühlt haben. In beiden Fällen ist ein rasches Sinken der Temperatur im Ofen die Folge. – Bei den beilförmigen Brennern ist die Explosionsgefahr geringer, weil hohe Temperaturen in den Muffelöfen wegen der Grösse des Verbrennungsraumes überhaupt nicht erreicht werden und die grossen Seitenflächen, sowie die senkrechte Lage des Brenners die Abkühlung des letzteren begünstigen. Bei regelrechtem Betrieb beginnen die Störungen durch Zurückschlagen bei einer Ofentemperatur von etwa 1300° C. Man begegnet ihnen durch Erhöhung der Ventilatorgeschwindigkeit oder Veränderung der Zusammensetzung des Gasgemisches. Von 1500° C. an hört jedoch die regelmässige Function des Gasgebläses der älteren Construction auch unter den günstigsten Verhältnissen auf. Das Ventilator-Gasgebläse reicht im Allgemeinen für die kleinen Oefen der Technik aus. Aber es gibt doch viele Fälle, bei denen die Erzeugung höherer Temperaturen nothwendig ist, z.B. beim Schmieden und Schweissen von Platin, Schmelzen von Stahl und Nickel oder Versuchsglassätzen, Herstellung von Legirungen aus schwer schmelzbarem Material, zur Untersuchung von Erzen im Bergbau und Hüttenbetrieb u.a.m. Die angeführten Verrichtungen erfordern aber so hohe Temperaturen, wie sie mittels des Ventilator-Gasgebläses kaum erreichbar sind. Schon die Wirkungsweise des vorher erwähnten Fletcher'schen Ofens lässt erkennen, dass nur durch höheren Druck der Verbrennungsluft alle Fehler des Ventilator-Gasgebläses beseitigt werden. Bei diesem kleinen Ofen deckt der Brenner das Einströmungsloch in der Ofenwand fast ganz zu, es kann deshalb nur eine ganz geringe Menge der äusseren Luft nachströmen. Das Oefchen ist bis auf eine Oeffnung im Deckel für die Abgase allseitig geschlossen. Trotzdem erlischt die Flamme nicht und man erreicht wegen der Kleinheit des Verbrennungsraumes die überhaupt erreichbaren höchsten Temperaturen in verhältnissmässigkurzer Zeit. Dieses Princip hat Otto Schober in Berlin neuerdings sowohl bei Muffel- als auch bei Schmelzöfen (Fig. 3 bis 5) erfolgreich angewandt. Zu diesem neueren System gehört ein rotirendes Schiebergebläse, welches Pressluft mit etwa 0,5 at Ueberdruck in ausreichender Menge erzeugt. Dasselbe wird durch Riemen angetrieben und läuft mit einer Geschwindigkeit von 400 Touren in der Minute. Die zusammengepresste Luft strömt zunächst in einen wagerecht in dem eisernen Untergestell des Ofens gelagerten Windkessel (Fig. 5), von welchem sie durch ein aufsteigendes Rohr zum Brenner geleitet wird. Auf dem Windkessel sitzt ein Ventil, welches dem sich bei der Regulirung ergebenden Luftüberschuss den Austritt ohne Druckverlust gestattet. Der Brenner (Fig. 3) hat bei den Muffel- und bei den Schmelzöfen die gleiche Form; seine Grösse bestimmt der Zweck. Er besteht aus einem wagerecht um den unteren cylindrischen Theil des Ofens liegenden Ring, welcher durch ein tangentiales Ansatzrohr mit dem Luftrohr verbunden ist. Die Verbindungsstelle, in welcher die Vermischung beider Stoffe vor sich geht, hat einen etwas grösseren Querschnitt als der Brennerring selbst. Kurz davor sitzen in den Zuführungsleitungen die Hähne zur Regulirung (Fig. 3 und 4). Das Gasgemisch strömt unter kräftigem Druck durch das tangentiale Ansatzrohr und entweicht durch drei wagerecht und dichtschliessend in den Ofen eingeführte Ausblasrohre, die aber nicht radial, sondern schräg in den Verbrennungsraum hineinreichen und an der inneren Ofenwand endigen (Fig. 4). Durch diese Anordnung der Ausblasrohre wird erreicht, dass das brennende Gasgemisch mit grosser Geschwindigkeit im Kreise wirbelt. Hierdurch wird eine nochmalige Vermischung der Heizgase und ein Ausgleich der Temperatur in denselben herbeigeführt. Der Verbrennungsraum bildet bei den Muffelöfen (Fig. 3) einen kurzen, unten geschlossenen runden Schacht, über dessen Boden die Ausblasrohre einmünden. Die stark rotirenden Heizgase breiten sich vermöge der ihnen ertheilten Geschwindigkeit beim Austritt aus dem Schacht flach trichterförmig aus und umspülen in heftiger Bewegung die darüber befindliche Muffel von allen Seiten gleichmässig. Ein Springen derselben gehört daher zu den Seltenheiten. Am Anfang der Erhitzung glüht die Stelle des Muffelbodens, die über dem Schacht liegt, etwas mehr. Aber bald gleicht sich die Temperatur so aus, dass ein Unterschied derselben an den glühenden Muffel wänden nicht mehr wahrzunehmen ist. – In einer Seite des Ofenmantels befindet sich eine mit einem Chamottekörper verschliessbare Oeffnung, welche zum Entzünden des Gasgemisches dient und während des Betriebes geschlossen gehalten werden rnuss. – Bei den Härteöfen ist der Brenner so klein eingerichtet, dass die Härtetemperatur des Stahls nicht überschritten wird. Bei den Schmelzöfen (Fig. 5) ist die Gebläseeinrichtung etwas grösser. Der Verbrennungsraum setzt sich hierbei in den cylindrischen Schmelzraum fort. Die Flammen befinden sich in gleicher Höhe wie der Boden des Tiegels und streifen letzteren von der Seite. Liesse man die Flammen direct einwirken, so müsste der Tiegel aus sehr feuerfestem Material hergestellt sein, da alle bekannteren Thonarten, wie hessischer, Chamotte- oder Graphitthon, stark angegriffen werden, während bei der schrägen Anordnung der Ausblasrohre Tiegel aus diesen Thonen mehrere Schmelzen aushalten. Der Schmelzraum ist nur wenig grösser als der Tiegel selbst. Der Raum zwischen dem letzteren und der inneren Ofenwand beträgt bei einem Ofen für 5 k Schmelzgut nur 3 bis 5 cm. Durch diesen engen Raum bewegen sich die herum wirbelnden Heizgase aufwärts, geben dabei den grössten Theil ihrer Wärme an den Tiegel ab und entweichen durch ein Loch im Deckel des Ofens, welches für hohe Temperaturen durch eine besondere Auflage verkleinert werden kann. Der Tiegel steht auf einem feuerfesten Untersatz, der sich vom Boden des Verbrennungsraumes erhebt. In letzterem befinden sich drei Löcher, durch welche das flüssige Metall abfliessen kann, wenn der Tiegel etwa springen oder beim Herausheben zerbrechen sollte. Das Metall fliesst in diesem Fall in einen zweiten Tiegel, der durch Strahlung durch die Löcher etwas vorgewärmt wird. Derselbe wird mittels einer in einem Hängebock gehenden Schraube von aussen an die Unterseite des Bodens angedrückt und schliesst somit ziemlich dicht an. Der Zutritt kalter Luft zum Verbrennungsraum ist bei beiden Oefen so gut wie ganz ausgeschlossen. Zurückschlagen der Flammen oder Explosionen kommen wegen des starken Druckes in den Ausblasöffnungen niemals vor. Textabbildung Bd. 304, S. 203 Fig. 5.Schmelzofen von Schober. Der mit diesem System dem älteren Verfahren gegenüber erreichte Vortheil besteht vor allem darin, dass durch Zuführung von Pressluft eine energischere Verbrennung des Leuchtgases in einem kleinen Feuerraum stattfindet. Man ist in der Lage, Flammen verschiedener Grösse erzeugen zu können, bei denen jedesmal das Gas ganz verbrennt, ohne Explosionen befürchten zu müssen. Der Verbrennungsraum ist so angeordnet, dass nur die sehr gemischten Heizgase von annähernd gleicher Temperatur zur Wirkung gelangen. Grössere Räume wird man daher mit den Heizgasen kleiner Flammen auf mittlere oder niedrige Temperatur bringen können, während man bei dem älteren Verfahren gezwungen war, für den gleichen Zweck gerade sehr gasreiche Gemische anzuwenden. – Die Temperatur kann dadurch gemässigt werden, dass den klein eingestellten Flammen Luftüberschuss zugeführt wird, welcher dieselben bis auf einen gewissen Grad abkühlt. Hierbei reissen dieselben zwar auch von den Ausblasöffnungen ab, aber ehe sie erlöschen, trifft jede auf die ihr gegenüberliegende Oeffnung (Fig. 4), den dort austretenden Gas-Luftstrom fortwährend in Brand haltend; ein Verlöschen kann daher nur dann eintreten, wenn die Gasmischung so luftreich wird, dass sie an und für sich nicht brennt. Für das Anwärmen der Tiegel ist die oben erwähnte Einstellung der Flammen erforderlich. Das brennende Gasgemisch erfüllt dabei den Schmelzraum als blauer Nebel, in welchem der Tiegel nach und nach tief dunkelroth erglüht. – Werden die Flammen aber gasreich eingestellt, so erlöschen sie im Ofen und brennen aus der Oeffnung im Deckel weiter. Erst die normale Zufuhr von Luft bedingt das Brennen des Gasgemisches im Innern des Verbrennungsraumes. Während mit dem Ventilator-Gasgebläse die Erzielung hoher Temperaturen schwierig ist, gelingt diese bei der mit Pressluft betriebenen Verbrennung sehr leicht. In einem Schober'schen Schmelzofen für 3 k Schmelzgut schmelzen bei richtiger Flammeneinstellung 3 k Kupfer in 13 Minuten, vom Anzünden an gerechnet; eine Leistung, die man mit dem Gasgebläse älterer Construction unter gleichen Verhältnissen nicht erreichen würde, Gusstahl (1350° C.) Atlasstahl (1400° C.), Nickel (1484° C.), rheinisches Stabeisen (etwa 1550° C.) schmelzen in verhältnissmässig kurzer Zeit. Nur ist bei diesen hohen Temperaturen der Ofen fast ganz zu bedecken und die Regulirung der Flammen sehr sorgsam auszuführen, namentlich ist der geringste Luftüberschuss zu vermeiden. Als Maximaltemperatur der Flammen darf 1570° C. angenommen werden und es ist noch nicht geglückt, höhere Temperaturen durch die Verbrennung von Leuchtgas mit Anwendung kalter Gebläseluft zu erzeugen. Die rotirenden Schiebergebläse arbeiten wegen ihrer geringen Tourenzahl sehr ruhig, und es ist schon als ein Gewinn zu betrachten, dass das lästige, weithin vernehmbare Geräusch eines schnell laufenden Ventilators beseitigt wird. Sie eignen sich für den experimentellen Gebrauch in Laboratorien vorzüglich und werden für diesen Zweck so klein angefertigt, dass ein 1/10- bis ⅕pferdiger Elektromotor zu ihrem Betrieb ausreicht. Es erübrigt nur noch, die grosse Ueberlegenheit des mit Pressluft betriebenen Gasgebläses den bisher gebräuchlichen Ventilator-Gasgebläsen gegenüber durch ein Beispiel aus der Technik zu illustriren. Im letzten Herbst wurde in Berlin eine Anlage zur Herstellung von farbigen Glassätzen errichtet. Der Schmelzraum des Ofens hatte bei einer Höhe von 1 m etwa 1,5 m Durchmesser. Die Decke bestand aus einem Gewölbe ohne Oeffnung. Im Innern des Ofens waren mit grosser Raumverschwendung vier Tiegel mit je etwa 25 k Schmelzgut aufgestellt. Jedes der vier Gaszuführungsrohre vereinigte sich etwa 0,75 in vor der inneren Ofen wand mit dem dazugehörigen Luftrohr. An den Verbindungsstellen waren in geeigneter Weise die Ventile angebracht. Das Gasgemisch musste zunächst eine konische Erweiterung, in der die Mischung vor sich gehen sollte, passiren und strömte von hier aus durch die sich wieder verengende Fortsetzung in den Ofen. Die Ausblasöffnungen befanden sich 20 cm über dem Boden des Ofens und waren etwa 40 mm weit. Die Luft wurde durch einen mittels eines 1pferdigen Gasmotors betriebenen Ventilator von etwa 50 cm Durchmesser unter einem Ueberdruck von 20 cm Wassersäule dem Ofen zugeführt. Obwohl man nun den Gasmotor mit grösstmöglichster Belastung laufen liess, um eine energische Verbrennung zu erzielen, gelang es nicht, die Temperatur in 9 stündigem ununterbrochenem Betrieb über 850° C. (Kirschrothglut) hinaus zu bringen und die Glassätze zu schmelzen. Die Flammen schlugen bei jedem Versuch, sie heisser einzustellen, in die Mischapparate zurück. Um den Betrieb aufrecht zu erhalten, war man gezwungen, ein gasreicheres Gemisch anzuwenden, dessen Verbrennung nicht die nothwendige Temperatur erzeugte. Die Menge des verbrauchten Leuchtgases war aber so unverhältnissmässig gross, dass dadurch die Lebensfähigkeit der ganzen Anlage in Frage gestellt erschien. Um nun vor allen Dingen den Gasverbrauch zu reduciren, wurde der Ventilator durch ein rotirendes Schiebergebläse ersetzt und mittels Reductionsmuffen die Ausblasöffnungen bis auf 13 mm Durchmesser verkleinert. Die damit erhaltenen Stichflammen waren zwar sehr heiss, aber für den grossen Ofen zu klein. Trotzdem wurde mit einem stündlichen Verbrauch von 33 cbm Leuchtgas die Kirschrothhitze in viel kürzerer Zeit erreicht, aber es war nicht möglich, die Temperatur auf die nothwendige Höhe zu bringen. Nunmehr wurden während des Betriebes drei der Mischapparate nach einander herausgenommen und die Blasöffnungen auf 19 mm Durchmesser gebracht, für die vierte fehlte die Reductionsmuffe. Diese Manipulation dauerte etwa 40 Minuten, während welcher Zeit die Temperatur im Ofen erheblich sank. Nach weiterem Verlauf von 3 Stunden konnte die vorher noch fast feste Glasmasse ausgearbeitet werden. Die nothwendige Temperatur betrug etwa 1200° C. (Gelbglut). Der Gasverbrauch war zwar wieder gestiegen, erreichte aber nicht entfernt die anfängliche Höhe. Dieser Erfolg ist um so bemerkenswerther, als der Ofen viel zu gross angelegt war, das Schiebergebläse wegen des zu schwachen Motors nicht genügend Luft gab und die vierte Flamme viel kleiner brannte. Ausserdem befand sich die Oeffnung für die Abgase im Boden des Ofens, unter welchem ein Kanal zu einem niedrigen, engen Schornstein führte. Letzterer ventilirte in Folge dessen verkehrt, so dass eine grosse Menge kalter Luft in den Ofen strömte, welche die Temperatur wesentlich herabdrückte. Auch waren die Tiegel in der ungünstigsten Weise ohne Untersätze direct auf den Boden des Ofens gestellt, so dass eine Wärmeaufnahme von unten her nicht stattfinden konnte. Nach dem Umbau des Ofens, welcher lediglich eine Verkleinerung des Verbrennungsraumes und das Schliessen des Loches im Boden bezweckte, stellte sich der Betrieb noch viel ökonomischer, weil nunmehr die höheren Temperaturen in noch kürzerer Zeit mit derselben Gasmenge erreicht wurden.