XLVIII. Ueber einen nach dem Princip der Wärme-Regeneration construirten und mit Hohofen-Gichtgasen geheizten Winderhitzungs-Ofen; von E. A. Cowper, Civilingenieur in London. Vorgetragen in der Institution of Mechanical Engineers am 25. April 1860. – Aus dem Civil Engineer and Architect's Journal, October 1860, S. 297. Mit Abbildungen auf Tab. III. Cowper, über einen nach dem Princip der Wärme-Regeneration construirten Winderhitzungs-Ofen. Nachdem wir (im vorhergehenden Heft S. 104) den ersten Theil von Cowper's Abhandlung mitgetheilt haben, worin er seine Winderhitzungsöfen beschreibt, deren Regeneratoren durch ein Steinkohlenfeuer geheizt werden, lassen wir den zweiten Theil seiner Abhandlung folgen, betreffend die Construction seiner Winderhitzungsöfen, welche durch brennbare Gase geheizt werden. Fig. 3 ist ein Längenaufriß, Fig. 4 ein senkrechter Durchschnitt, Fig. 5 ein horizontaler Durchschnitt eines mit Hohofen-Gichtgasen geheizten Winderhitzungsofens; Fig. 6 ist ein Grundriß von einem Paar verbundener Oefen. Zwei Paare solcher Oefen werden nun auf einem Eisenwerke im nördlichen England errichtet, um den heißen Wind für einen großen Hohofen zu liefern; sie sollen 6000 Kubikfuß Luft per Minute auf 1300 bis 1400° F. (705 bis 760° C.) erhitzen und mit vierstündigem Wechsel der Regeneratoren betrieben werden. Der ganze Winderhitzungsofen ist mit einem luftdichten schmiedeeisernen Gehäuse versehen und dasselbe zum Schutz gegen die Hitze mit feuerfesten Steinen gefüttert. Die Abbildungen zeigen den Ofen während des Heizens des Regenerators, wo sowohl das Gasventil K, als das unmittelbar hinter demselben befindliche Luftventil L offen ist, um Gichtgase und Luft zuzulassen, welche in dem Ofen bei A verbrannt werden. Das Gas zieht als Strahl in der Mitte des Ofens bei A ein und trifft an dieser Stelle mit der Luft zusammen, welche durch den dasselbe umgebenden ringförmigen Raum M eintritt; es bildet nach dem Anzünden eine große Flamme, welche in dem senkrechten Canal N aufsteigt, sich dann oben unter der Kuppel abbiegt und auf allen Seiten durch den Regenerator hinabzieht, welcher den Canal N gänzlich umgibt; auf diese Weise wird der Regenerator von Oben nach Unten geheizt, daher sein oberer Theil sehr heiß, der untere aber kühl ist. Der Rest der Wärme zieht durch den Boden des Regenerators in die kreisförmigen Canäle O, O ab und von da durch das Ventil C in die Esse P. Ein großes Sicherheitsventil R ist unmittelbar unter dem Gasstrahl A angebracht, als Vorsichtsmaßregel im Falle einer Explosion. Dieses Verfahren, den Regenerator von Oben nach Unten zu heizen, eignet sich besonders um die möglich höchste Temperatur zu erzielen, weil die der größten Hitze ausgesetzten (feuerfesten) Steine keinen Druck auszuhalten haben, während die Steine am untern Theil des Regenerators, welche dem Druck ausgesetzt sind, keiner hohen Temperatur widerstehen zu können brauchen. Ein anderer Vortheil dieser Anordnung besteht darin, daß selbst wenn die leeren Räume der Steine des Regenerators ziemlich groß sind, die Verbrennungsproducte nicht das Bestreben haben können, sich im Regenerator mit einander zu vermischen, so daß kältere Portionen mit heißeren gemischt werden; denn sollte ein Theil der Gase langsamer niedersteigen als die übrigen, so würde er gerade deßhalb mehr von seiner Wärme abgeben und folglich schwerer werden; und würde im Gegentheil ein Theil schneller niedersteigen als die übrigen, so könnte er seine Wärme nicht so rasch verlieren, er würde daher etwas leichter bleiben und dadurch sein Niedersinken verzögert werden. Dasselbe ist der Fall, wenn die Umstände die umgekehrten sind, nämlich wenn die kalte Gebläseluft erhitzt wird und schneller oder langsamer in die Höhe steigt; es wird daher bei dieser Anordnung, die Ströme mögen so langsam als möglich seyn, oder der Regenerator so groß als möglich, doch kein Vermischen zwischen den verschiedenen Temperaturschichten stattfinden. Das heiße Ende des Regenerators erlangt natürlich nahezu die Temperatur des Feuers, während das kalte Ende die Temperatur des Essenfuchses hat; und die Temperatur jedes Endes ändert sich selbst nach mehrstündigem Heizen nur wenig, denn das fortwährende Zuströmen von Hitze am heißen Ende hat bei dem großen Volum der Steinfüllung nur den Erfolg, daß die Länge des heißen Theils am obern Ende größer und diejenige des kalten Theils am untern Ende kürzer wird. Nachdem der Ofen zwei, vier, oder sechs Stunden lang geheizt worden ist, schließt man sowohl das Gasventil K als das Luftventil L, und auch das Essenventil C; dann öffnet man das Ventil für die kalte Gebläseluft E und dasjenige für die erhitzte Gebläseluft F, wornach der Gebläsewind durch den Regenerator hinaufzuziehen beginnt und sich erhitzt; indem der kalte Gebläsewind von jeder der über einander befindlichen Steinschichten Wärme aufnimmt, hat endlich der durchaus erhitzte Theil der Füllung am obern Ende nur noch eine kurze Länge, hingegen der abgekühlte Theil am Boden des Regenerators eine größere Länge, wornach es Zeit ist die Ventile wieder zu wechseln. Beim Wechseln der Winderhitzungsöfen läßt man natürlich die Gebläseluft in den frischen Ofen einziehen, bevor man sie von dem ersten absperrt, daher einige Secunden lang die Hälfte des Windes durch jeden Ofen geht. Bei den hier beschriebenen Oefen muß das Wechseln nach zwei Stunden vorgenommen werden, aber mit Oefen von solcher Größe, daß sie eine hinreichende Menge feuerfester Steine fassen, wird es wahrscheinlich erst nach vier bis sechs Stunden erforderlich seyn. Die Gebläseluft findet bei ihrem Durchgang durch die Regeneratoren in Folge der Reibung keinen größern Widerstand als in den gewöhnlichen Winderhitzungsapparaten, indem der Druck des Windes nur um 1/10 Pfd. per Quadratzoll vermindert wird. Wie vortheilhaft die erzeugte Wärme zum Erhitzen des Windes in den neuen Oefen im Vergleich mit den gewöhnlichen benutzt wird, zeigt sich am auffallendsten bei Anwendung der Gichtgase als Heizmaterial; man fand nämlich durch einen directen Versuch, daß die aus den gewöhnlichen Winderhitzungsapparaten abziehende Wärme über 1250° F. (677° C.) beträgt, und da die durch die Verbrennung der Gichtgase erzeugte Temperatur beiläufig 2000° F. (1093° C.) ist, so beträgt die Differenz, welche von den gewöhnlichen gußeisernen Röhren aufgenommen wird, nur beiläufig 750° F. (416° C.); aus den nach dem Regenerationsprincip construirten Oefen ziehen hingegen die Verbrennungsproducte mit keiner größeren Wärme als beiläufig 200° F. (93°,33 C.) ab, und da die erzeugte Temperatur beiläufig 2000° F. ist, so wird die Differenz, nämlich 1800° F. (1000° C.) benutzt, anstatt nur ungefähr 750° F. (416°C.). Hinsichtlich der Benutzung der Hohofen-Gichtgase haben neue Versuche, welche sowohl in England als im Ausland angestellt wurden, vollkommen bewiesen, daß dieselbe mit keiner wesentlichen Schwierigkeit verbunden ist; man kann sich dazu z.B. der auf dem Ebbw Vale Eisenwerke angewendeten VorrichtungBeschrieben im polytechn. Journal Bd. CXXVII S. 265. mit bestem Erfolge bedienen. Die nach dem Regenerationsprincip construirten Winderhitzungsöfen eignen sich besonders gut zum Heizen mittelst Gichtgasen, weil darin keine gußeisernen Röhren durch die Gasflamme zerstört werden. Man könnte glauben, daß, weil jeder Hohofen mehr Gichtgase erzeugt, als zum Erhitzen seines Windes erforderlich sind, es unnöthig sey an eine ökonomische Verwendung derselben zu denken; dagegen bemerke ich, daß wenn einmal der Brennmaterialverbrauch im Hohofen durch Anwendung sehr stark erhitzten Windes auf ein Minimum reducirt worden ist, er wahrscheinlich nicht mehr Gichtgase liefern wird, als gerade hinreichend sind, um einerseits den Wind auf die erforderliche Temperatur zu erhitzen, andererseits die verschiedenen Dampfkessel zum Betrieb des Gebläses und Gichtaufzugs, für Gießereizwecke etc. zu heizen; in diesem Falle wird die per Tonne ausgebrachten Roheisens verbrauchte Brennmaterialmenge außerordentlich gering seyn, denn außer der zum Schmelzen des Eisens und der Schlacke erforderlichen Wärme wird nur durch Ausstrahlung solche verloren gehen. Aber auch noch andere Vortheile werden die nach dem Regenerationsprincip construirten Winderhitzungsöfen den Hohofenbesitzern gewähren: mit einem Ofen von gegebener Größe wird man ohne Zweifel ein größeres Ausbringen erzielen; gewisse schwer schmelzbare Eisenerze werden sich viel leichter verarbeiten lassen; endlich wird in Folge des verminderten Brennmaterialverbrauchs im Hohofen ein geringeres Quantum von Unreinigkeiten, wie Schwefel, Phosphor etc. in denselben eingeführt und daher ein besseres Roheisen gewonnen werden. Nachtrag. Nachdem E. Cowper in der Institution of Mechanical Engineers seinen Vortrag über die neuen Winderhitzungsöfen beendigt hatte, fand über dieselben eine Besprechung folgenden wesentlichen Inhalts statt: C. W. Siemens bemerkte: „Ich halte den beschriebenen Winderhitzungsofen für eine der vollkommensten und befriedigendsten Anwendungen, welche bis jetzt vom Regenerationssystem gemacht worden sind; die dadurch erzielte vollkommene Regulirung der Temperatur des Windes und der chemischen Operationen im Hohofen ist ein sehr bedeutender Vortheil im Vergleich mit den bisherigen Winderhitzungsapparaten. Ich war seit vielen Jahren mit der Einführung des Regenerationsprincips beschäftigt, um die sämmtliche bei der Verbrennung von Brennmaterial abgegebene Wärme zu benutzen, und habe dieses Princip schon bei Puddel- und Schweißöfen, sowie bei Glasschmelzöfen angewandt, in einigen Fällen mit großem Erfolg. Die Schwierigkeit bei Anwendung dieses Princips bestand niemals im Regenerator selbst, sondern in der Ausführungsweise der speciellen Anwendung, um es den besonderen Erfordernissen jeder Fabrication anzupassen. Zum Heizen des Regenerators ist es entschieden vortheilhafter, brennbare Gase als Steinkohlen anzuwenden; denn ein Steinkohlenfeuer gibt eine sehr große und unnöthige Hitze in der Feuerstelle durch Strahlung ab, daher man diesen Theil besonders gegen Zerstörung schützen muß; wogegen das brennbare Gas weniger Hitze an der Entzündungsstelle erzeugt, aber eine vollkommen hinreichende Temperatur bei seiner Verbrennung hervorbringt. Man muß gestehen, daß in Cowper's Winderhitzungsöfen das Regenerationssystem sehr gut ausgeführt ist, und besonders in dem mit Steinkohlen geheizten Ofen, wenn man die Schwierigkeit berücksichtigt, in diesem das Feuer einzuschließen während das Gebläse in Gang ist;Man befürchtete anfangs, es möchte sich beim abwechselnden Betrieb des mit Steinkohlen geheizten Paares von Winderhitzungsöfen die Schwierigkeit einstellen, daß während der Zeit wo der Ofen geschlossen ist und die Gebläseluft durch ihn zieht, das Feuer wegbrennt; bei der getroffenen Anordnung der Feuerstelle zieht aber die Gebläseluft nicht über das Brennmaterial, daher das Feuer während dieser Periode in einer Atmosphäre von kohlensaurem Gase erstickt und bis zum nächsten Wechsel rauchend liegen bleibt, denn die durch die Oeffnung des Feuercanals strömende Gebläseluft kann, während die Feuerthür geschlossen ist, keinen Zug durch das Feuer hervorbringen. Wird der Gebläsewind wieder abgesperrt und die Feuerthür geöffnet, so befinden sich die Kohlen auf dunkler Rothgluth; wenn man dann frische Kohlen auflegt, so kommen sie sogleich in Brand und beginnen wieder den Regenerator zu heizen. beim Heizen mit Gasen verschwindet aber diese Schwierigkeit, denn man braucht nur zur Zeit des Wechselns das Gasventil zu schließen, die Flamme geht dann ganz aus und wird das nächstemal, wo der Regenerator geheizt werden soll, wieder angezündet. In den Regeneratoren eine viel höhere Temperatur zu erzeugen, als der Gebläseluft ertheilt werden muß, ist nach meiner Ansicht nicht rathsam, um das Material der Oefen nicht einer unnöthig hohen Hitze auszusetzen, und aus diesem Grunde ist die Gasheizung der Steinkohlenheizung vorzuziehen; denn das Gas gibt beim Verbrennen eine Temperatur von beiläufig 2000° F. (1093° C.) und bringt das heißeste Ende des Regenerators auf diesen Grad, welche Temperatur dann auch nahezu der Gebläseluft mitgetheilt wird, eine höhere kann man aber gegenwärtig nicht benutzen. Ich bin so von den Vorzügen des Gases zum Heizen der Regeneratoren überzeugt, daß ich in einigen Fällen, wo ich keine Hohofen-Gichtgase benutzen konnte, Gaserzeuger herstellte, um Gas aus dem Brennmaterial zu erhalten, anstatt dasselbe direct zu verbrennen. Hierzu wurde eine große Quantität Steinkohlen auf einen Rost in einer sehr dicken Schicht, von beiläufig 3 Fuß Höhe gelegt und von Unten angezündet, indem man einen langsamen Luftstrom durch dieselben hinaufziehen ließ; während die am untern Ende der Steinkohlenschicht gebildete Kohlensäure durch das übrige Brennmaterial hinaufzog, bildete sie Kohlenoxyd, welches auf einer mäßigen Temperatur, von beiläufig 300° F. (149° C.), gemischt mit den aus den Steinkohlen destillirten Kohlenwasserstoffen, abzog, in den zu heizenden Ofen geleitet und darin durch Zulassen des erforderlichen Verhältnisses von atmosphärischer Luft verbrannt wurde.“ J. B. Neilson erörterte die Vortheile der Anwendung heißer Gebläseluft zum Hohofenbetrieb; er sagte: „Der Hauptvortheil der Anwendung heißen Windes besteht darin, daß die Temperatur im Hohofen stets hinreichend über den Schmelzpunkt des Eisenerzes erhöht wird, um eine Regelmäßigkeit im Ausbringen des Eisens zu sichern; denn in den mit kaltem Winde betriebenen Hohöfen kann die Hitze gerade nur bis zum Schmelzpunkt des Erzes gesteigert werden, und der geringste eintretende Mangel an Brennmaterial oder eine schwache Zunahme der Feuchtigkeit im Winde (an einem heißen Tage), erniedrigt die Temperatur im Ofen unter den Schmelzpunkt und hat einen nachtheiligen Einfluß auf den Gang des Ofens. Bei Anwendung heißen Windes hat man dagegen den Gang des Ofens ganz in seiner Gewalt, weil die Temperatur so viel über den Schmelzpunkt erhöht wird, daß sie durch keine Schwankungen weit genug herabgebracht werden kann, um Nachtheile zu veranlassen. Der große Vortheil des heißen Windes in dieser Beziehung zeigte sich schon bei meiner ersten Anwendung desselben im J. 1829, obgleich damals seine Temperatur nur um 50 bis 100° F. (28 bis 55° C.) erhöht wurde; durch die sehr große Temperaturerhöhung des Windes, welche man jetzt mittelst der nach dem Regenerationsprincip construirten Oefen erzielt, läßt sich ein viel größeres Ausbringen an Roheisen und überdieß eine bessere Qualität desselben erwarten, weil eine regelmäßigere Temperatur im Hohofen unterhalten wird. – Mittelst Anwendung heißen Windes konnte man bisher schon den Schmelzpunkt auf beiläufig 8 Zoll Höhe über den Formen herabbringen; bei der jetzt möglichen Erhitzung des Windes auf 1300 bis 1500° F. (705 bis 816° C.) wird er wahrscheinlich nur 2 bis 3 Zoll über die Formen hinaufreichen, daher das geschmolzene Eisen nicht mehr so lang der oxydirenden Einwirkung des Windes ausgesetzt bleibt und folglich weniger Eisenverlust im Hohofen stattfindet. – Die Ersparniß an Brennmaterial, welche durch die neuen Winderhitzungsöfen erzielt wird, ist eine zweifache: einerseits ist weniger Brennmaterial zum Erhitzen des Windes erforderlich, weil alle Wärme benutzt wird; andererseits wird wegen der höheren Temperatur des Windes weniger Brennmaterial und Kalkstein im Hohofen verzehrt, während in derselben Zeit mehr Eisen und zwar von gleichförmigerer Qualität ausgebracht wird. Bezüglich der von Neilson ausgesprochenen Ansicht, daß es, wenn ein hinreichend heißer Wind angewendet werden könnte, möglich seyn dürfte das Eisen bloß mit Kalkstein zu schmelzen, ohne mehr Kohlen anzuwenden als erforderlich sind um das Erz zu reduciren und an das Eisen den erforderlichen Kohlenstoff abzugeben, vorausgesetzt daß die Hitze im Hohofen nicht groß genug wird um diesen selbst niederzuschmelzen, bemerkte C. Cochrane: bei Benutzung auf 1300° F. (705° C.) erhitzten Windes ließ sich ohne Anstand der Kernschacht in der Nähe der Form in ganz gutem Zustande erhalten, und es ist nicht zu befürchten, daß durch eine erhöhte Temperatur des Windes der Ofen beschädigt wird, weil ein heißerer Wind bloß das Verhältniß des im Hohofen erforderlichen Brennmaterials vermindert und die wirkliche Temperatur im Hohofen nicht über diejenige der jetzt mit heißem Winde betriebenen erhöht zu werden braucht. Die Frage von J. B. Neilson, welchen Kubikinhalt die Steinfüllung des Regenerators der beschriebenen Winderhitzungsöfen hatte, und welches Steinkohlenquantum zum Erhitzen einer gegebenen Windmenge in einer bestimmten Zeit erforderlich war, beantwortete C. Cochrane folgendermaßen: „Jeder der neuen Winderhitzungsöfen auf meinem Eisenwerk ist 9 Fuß hoch, hat 5 Fuß 10 Zoll Durchmesser, enthält 250 Kubikfuß feuerfester Steine, und erhitzt 1000 Kubikfuß Luft per Minute auf 1200–1300° F. (649–705° C.), wobei die Temperatur am Ende jedes Wechsels nur auf 1150° F. (621° C.) sinkt; die Oefen wurden abwechselnd betrieben, indem man sie stets nach zwei Stunden wechselte. Bei achtwöchentlichem Betriebe der neuen Oefen ergab sich zum Erhitzen des Windes ein Verbrauch von 6 Ctr. Steinkohlen per Tonne ausgebrachten Eisens, anstatt 5 1/2 Ctr. mit den gewöhnlichen Winderhitzungsöfen; aber mit 1/2 Ctr. mehr Kohlen wurde der Wind in den neuen Oefen um 350° F. (195° C.) höher erhitzt. Bisher wurden jedoch die neuen Oefen unter sehr ungünstigen Umständen betrieben, wegen einiger Fehler in ihrer Construction, welche man bei den in der Folge nach diesem Princip herzustellenden Oefen vermeiden wird. Das schmiedeeiserne Gehäuse der Oefen (welches dieselben luftdicht macht) war nämlich nur mit einem 9 Zoll dicken Futter von feuerfesten Steinen versehen, während dasselbe wie man nachher fand, wenigstens 14 Zoll Dicke haben sollte; überdieß war die Feuerstelle 3 Fuß weiter als erforderlich vom Ofen entfernt.Damit die Tragstäbe des Feuerrostes während der zwei Stunden, welche sie der hohen Temperatur der Gebläseluft ausgesetzt bleiben, sich nicht bogen, bestanden sie aus Röhren, die durch einen ununterbrochenen Strom kalten Wassers gekühlt wurden. Die Seiten der Feuerstelle wurden in ähnlicher Weise durch Wasserkästen geschützt. Der hohlen, mit Wasser gefüllten Feuerthür wurde durch eine Kautschukröhre das Kühlwasser zugeführt, während es durch eine andere Kautschukröhre wieder abfloß, welche beide lang genug waren, um das Verschieben der Thür zu gestatten. Wenn die neuen Oefen unter geeigneten Umständen, ohne jene Fehler und in großem statt in kleinem Maaßstab ausgeführt, probirt werden, bin ich überzeugt, daß sich eine bedeutende Brennmaterialersparniß herausstellen wird.“ Hinsichtlich des größeren Ausbringens von RoheisenIn England werden gegenwärtig im Durchschnitt 20 Ctr. Roheisen mit 6 bis 7 Ctr. Staubkohlen ausgebracht. bei Anwendung dieser Winderhitzungsöfen bemerkte C. Cochrane: „Das Eisenausbringen war am größten während die neuen Winderhitzungsöfen benutzt wurden, aber nicht so auffallend größer daß ich zu behaupten vermöchte, es sey bloß der Benutzung eines heißeren Windes zuzuschreiben. Die neuen Oefen waren hergestellt worden, um die Anwendbarkeit des Regenerationsprincips zu erproben, und speisten nur eine von den fünf Formen des Hohofens mit Wind, daher die Erhöhung der Temperatur des Windes um 350° F. (195° C.) an einer Form, nur einer Steigerung von 70° F. (39° C.) an jeder Form entsprach, was wenig mehr ist als die Temperaturschwankungen, welchen der Hohofen schon mit den gewöhnlichen Winderhitzungsapparaten ausgesetzt war, und nicht hinreichte, um entscheidende Resultate zu liefern. Gegenwärtig werden aber mit Gichtgasen nach dem Regenerationsprincip geheizte Winderhitzungsöfen bei einem großen Hohofen im nördlichen England eingeführt, welche verläßliche Resultate über das größere Eisenausbringen liefern müssen. Bereits haben sich auch mehrere bedeutende Firmen an verschiedenen Orten zur sofortigen Einführung der neuen Winderhitzungsöfen in großem Maaßstabe entschlossen.“