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Luftzuführung etc. Als Typus für einen hierher gehörigen Ofen, welcher eine große Leistungsfähigkeit bei leichter Bedienung besitzt, mag ein Siegener Ofen [* 1] (Fig. 1) gelten. Der mit feuerfesten Steinen ausgefütterte Eisenmantel wird von vier Trägern gestützt. Man röstet in einem solchen Ofen täglich 20,000 kg Erz mit 0,329-0,439 cbm Brennmaterial (Cinder und Kokslösch). Bedarf es bei der Röstung zur Zerlegung von Schwefelmetallen einer kräftigen Oxydation, so bringt man besser innerhalb als außerhalb des Ofenschachtes eine Flammenfeuerung an (Flammschachtröstöfen) und läßt das Erz bei beliebig zu regelndem Luftzutritt nur durch die Feuergase erhitzen, wobei freilich die Hitze weniger vollständig ausgenutzt wird als bei der Schichtung des Brennmaterials mit dem Erz. Am vorteilhaftesten hinsichtlich der Kosten und der Qualität des gerösteten Erzes hat sich die Anwendung der aus Eisenhochöfen abgeleiteten, brennbares Kohlenoxydgas enthaltenden Gichtgase (Gasröstöfen) erwiesen.
Derartige Öfen, [* 2] zuerst in großen Dimensionen in Schweden [* 3] und Norwegen ausgeführt, sind neuerdings durch Anwendung von Gebläseluft zur Verbrennung der Gichtgase von Westman in Schweden sehr vervollkommt worden. Westmans Ofen [* 1] (Fig. 1 u. 2 auf Tafel I) hat nachstehende Einrichtung: a Ofenschacht, 7 m hoch;
b Chargierkanal, mit einer Klappe verschließbar, durch welchen das Erz in den durch eine Stange von außen beweglichen Trichter c gleitet und aus diesem in die Mitte des Ofens gelangt, in dessen Achse dann, was zur Auflockerung dient, die dickern Erzstücke liegen bleiben;
d zur Ofengicht a' b' führende Öffnung;
e Gasrohr, aus welchem die Gichtgase durch die kleinen Ansätze g und die Kanäle r in 12 Gasdüsen k strömt und aus diesen in den Ofen gelangt;
f hohles, kranzförmiges Trageisen für den Kernschacht des Ofens, in welches aus dem Rohr h der Wind ein- und dann durch 24 kleine Düsenöffnungen aus dem Kranzeisen ausströmt, um sich mit den brennbaren Gasen innig zu mischen;
i sechs Ausziehöffnungen;
l und m Raumkanäle zum Einbringen von Brechstangen bei etwa stattgehabten Versetzungen;
o Schaulöcher;
n Schornstein. Ein Ofen von 6,59 m Höhe röstet in 24 Stunden 45-60,000 kg Erz durch;
bei vollem Betrieb zieht man alle 1-1½ Stunden das Erz aus.
Seltener wendet man liegende Flammöfen mit horizontaler oder besser schräger Sohle an.
Die Zuschläge bezwecken hauptsächlich die Herstellung einer in der Temperatur des Hochofens schmelzbaren und flüssigen Verbindung aus den Beimengungen (Gangarten) des Erzes. Während die einzelnen in den Gangarten enthaltenen Bestandteile (Kalkerde, Thonerde, Kieselsäure) für sich unschmelzbar sind, geben sie eine schmelzbare Verbindung (Schlacke), wenn die genannten drei Stoffe in gewissen Verhältnissen gleichzeitig anwesend sind. Zuweilen ist dies in den Erzen bereits der Fall (selbstgehende Erze); meist waltet aber der eine oder andre Bestandteil vor (gewöhnlich Quarz oder Thon), und der fehlende (in der Regel Kalk) muß durch einen geeigneten Zuschlag ergänzt werden, damit das erzeugte Roheisen im Herde des Hochofens gegen die oxydierende Einwirkung der Gebläseluft eine schützende Schlackendecke erhält.
Durch Änderung der Qualität oder Quantität eines Zuschlags hat man es in der Gewalt, das Erz strengflüssiger (z. B. durch Kalk) oder leichtflüssiger (z. B. durch manganhaltige Stoffe) zu machen und dadurch auf die Bildung von grauem oder weißem Roheisen hinzuwirken. Die Operation der Mischung von Erz und Zuschlag nennt man Möllerung (oft auch Beschickung). Zuweilen gelingt es auch ohne Zuschläge, durch Mengung verschiedener Erzsorten (Gattierung) eine schmelzbare Schlacke zu erzielen. In allen Fällen bestehen die Schlacken im wesentlichen aus Kalkthonerdesilikaten. Zweckmäßig breitet man beim Gattieren und Beschicken die verschiedenen Substanzen in horizontalen Lagen übereinander aus und sticht von dem oblongen Haufen (Möller) gerade nieder die Charge ab. Bei Kokshochöfen, namentlich den neuern kolossalen, stürzt man Erze und Zuschläge hintereinander in den Ofen.
Als Brennmaterial für den Hochofenbetrieb kommen in erster Linie Koks (speziell bei der Massenproduktion), in zweiter Linie Holzkohlen in Betracht; seltener wird Anthracit oder anthracitartige Steinkohle angewandt. Holz, [* 4] Braunkohle und Torf werden an und für sich gar nicht benutzt, liefern aber durch Vergasung in Generatoren ein kohlenoxydreiches, wohl verwendbares Brennmaterial. Holzkohlen haben vor den Koks den Vorzug einer konstanten Zusammensetzung, eines geringern Aschengehalts (etwa 3 Proz.) und der Gutartigkeit der Asche, welche nur sehr geringe Mengen von Schwefel und Phosphor und Leichtflüssigkeit herbeiführende Alkalien enthält.
Obgleich das dabei erfolgende Eisen [* 5] bei reinen Erzen sich eines hohen Rufs erfreut, so werden doch die Holzkohlen immer teurer und weichen immer mehr den billigern Koks, trotzdem letztere variable Mengen (bis 15 Proz.) einer sehr strengflüssigen, kieselsäurereichen Asche und stets mehr oder weniger Schwefel enthalten. Man muß dann durch passende Zuschläge, namentlich Kalk, und eine höhere Temperatur, die allerdings zu einem größern Brennmaterialaufwand führen, die obigen Übelstände zu beseitigen suchen.
Von wesentlichem Einfluß sind noch die Dichtigkeit und Festigkeit [* 6] der Brennstoffe. Je größer dieselbe, um so höher kann man bei besserer Ausnutzung der Wärme [* 7] den Ofen nehmen, ohne ein Zerdrücken des Brennstoffs durch die Erzsäule befürchten zu müssen; deshalb sind die Hochöfen bei Anwendung von Koks höher, als wenn Holzkohlen das Brennmaterial bilden; in letzterm Fall beträgt die Höhe gewöhnlich nur 7-10 m. -
Während man früher kalten Gebläsewind anwandte, zeigte 1828 J. B. ^[James Beaumont] Neilson, daß es viel vorteilhafter sei, den Wind vor dem Eintritt in den Hochofen zu erhitzen (s. Winderhitzung), weil dadurch eine intensivere Verbrennung und ein höherer Temperaturgrad erzeugt werden. Während diese Steigerung der Hitze vor der Form zu einer beträchtlichen Brennstoffersparung und Erhöhung der Produktion, auch zur Entfernung eines Schwefelgehalts in die Schlacke beiträgt, begünstigt sie eine Reduktion der Kieselsäure und führt mehr Silicium ins Roheisen, wenn man einer solchen Reduktion nicht durch stärkere Kalkzuschläge entgegenwirkt, welche die Kieselsäure binden.
Während man früher Windtemperaturen von höchstens 300-400° C. anwandte und dabei an 15-30 Proz. Brennmaterial gegen kalte Luft sparte, wendet man neuerdings meist eine Erhitzung auf 700-800° C. an und erzielt dadurch eine noch weitere Ersparung von etwa 20 Proz. Brennstoff. Die Erhitzung des Windes geschieht entweder in eisernen Röhrenapparaten oder in Kammern (Regeneratoren), welche mit feuerfesten Steinen ausgesetzt sind, und in welchen die kohlenoxydhaltigen Gichtgase des Hochofens verbrannt werden. Man verbraucht unter normalen Verhältnissen, wenn der Eisengehalt der Beschickung nicht unter 35 Proz. beträgt, zur Herstellung von 100 kg grauem Roheisen ca. 100 kg Fichtenkohle, 115 kg Laubholzkohle und 120-130 kg ¶
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Koks; zur Darstellung von Weißeisen kann der 0,7 fache Betrag der Kohle genügen, während bei ungünstigen Verhältnissen (arme, schwer reduzierbare Erze, kalter Wind) die doppelte Menge von Kohle verbraucht werden kann.
Das Verschmelzen der Eisenerze geschieht in Gebläseschachtöfen, den sogen. Eisenhochöfen, indem man die Beschickung und das Brennmaterial schichtenweise von oben aus in den Ofen einträgt. Ein älterer rheinischer Kokshochofen mit frei stehendem Gestell und mäßig starkem Außen- oder Rauhgemäuer hat nachstehende Konstruktion (Tafel I, [* 8] Fig. 3). Der innere Ofenraum B von der ungefähren Gestalt einer Tonne ist durch den feuerfesten Kernschacht E begrenzt, welcher auf einem Ring a und vier Säulen [* 9] v ruht und von dem Rauhgemäuer G so umschlossen ist, daß zwischen beiden ein mit schlechten Wärmeleitern lose auszufüllender Zwischenraum (Füllung) bleibt. (Statt dieses Gemäuers G ist bei der sogen. schottischen Ofenkonstruktion ein aus Eisenblechplatten zusammengenieteter Mantel vorhanden.) Man teilt das Ofeninnere gewöhnlich in vier Räume, welche bei ältern Öfen scharf abgegrenzt sind, bei neuern mehr ineinander verlaufen.
Der Teil von der Ofenmündung (Gichtöffnung, Gicht) A bis zur weitesten Stelle (Kohlensack, Bauch) [* 10] B heißt Schachtraum, von da bis zu der stark zusammengezogenen Partie C Rast; dann folgt nach unten von C bis D der Schmelzraum (Gestell), und der unterste Raum bei D heißt Herd (Eisenkasten). Das Gestell ist entweder aus Steinen aufgeführt, oder aus Thon (Masse) aufgestampft (Massengestell) und entweder ringsum bis auf eine kleine Öffnung zum Schlackenabschluß und eine darunterliegende zum zeitweiligen Ablassen des flüssigen Roheisens geschlossen (Öfen mit geschlossener Brust, Blauöfen), oder der Herd ist an einer Stelle nur teilweise durch einen dicken Stein g (Wall- oder Dammstein) geschlossen, dem man durch eine Eisenplatte (Wallsteinplatte), welche durch einen davor angebrachten Luftkanal h gekühlt wird, größere Festigkeit gibt.
Der Tümpelstein n, an der Vorderseite durch das Tümpelblech geschützt und auf einem Eisen (Tümpeleisen) ruhend, geht nicht bis zum Boden- oder Sohlstein e nieder. Die so zwischen g und n bleibende Öffnung nennt man Vorherd und mit einem solchen versehene Öfen Sumpföfen oder Öfen mit offener Brust im Gegensatz zu den oben erwähnten Blauöfen. Durch den Vorherd kann man behufs Ausräumung von Ansätzen in den Innenherd gelangen, und über den Dammstein g fließt die Schlacke auf der aus Thon und Kohlenlösche gebildeten Schlackentrifft M ab, die durch eine Gußeisenplatte F (Schlackenleiste) seitlich begrenzt ist.
Man zieht neuerdings Öfen mit geschlossener Brust immer mehr denen mit offener vor, weil darin die Hitze im Gestell besser zusammengehalten wird, weniger leicht Ansätze im Herd entstehen und das Schmelzen weniger gestört wird. Der Sohlstein e ruht auf einem sichern Fundament, in welchem sich früher stets ein Kreuzkanal (Andreaskreuz) zur Abführung der Feuchtigkeit befand. Neuerdings werden diese Kanäle meist vermieden, weil leicht Eisen in dieselben eindringt und verloren geht, und sie kommen besonders nur noch da vor, wo beim Verschmelzen bleihaltiger Erze Bleidampf darin kondensiert und flüssiges Blei [* 11] daraus abgestoßen werden soll (Oberschlesien).
Meist besteht das Fundament aus einem Kreuzgewölbe, wenn kein fester Felsgrund vorhanden. Zuweilen bringt man unter dem Hüttensohlenniveau eine Feuerung L an und führt die Feuergase behufs Austrocknung des Gemäuers unter dem Sohlstein hin in vertikale, in dem Rauhgemäuer ausgesparte Kanäle. Die obere Mündung des Ofens (Gicht) umgibt zur Ableitung entweichender Gase [* 12] ein Gichtmantel N, in welchem Öffnungen zum Einstürzen der Schmelzmaterialien in den Ofen gelassen sind.
Das Gichtplateau ist mit einer Galerie umgeben, die Gichtmündung entweder offen oder durch eine Vorrichtung verschlossen, welche ein bequemes Chargieren und ein Auffangen und Ableiten der nach obenhin gelangenden und noch brennbare Bestandteile enthaltenden Gase (Gichtgase) gestatten (Gichtverschlüsse, Gasfänger). Nach Ausweis der Zeichnung ist hier in die Gicht ein Cylinder O eingehängt, durch welchen die Schmelzmassen eingetragen werden, während die Gichtgase sich hinter dem Cylinder ansammeln, in den rings um den Ofen herumgehenden Kanal [* 13] p entweichen und aus diesem durch das Rohr p' nach dem zu erhitzenden Raum abgeleitet werden. Im untern Teil des Rauhgemäuers sind Arbeitsgewölbe K und Formgewölbe I ausgespart, nach obenhin durch Trageisen b begrenzt.
Von den Formgewölben aus gehen Öffnungen f (Formöffnungen) in den Herd, welche einen hohlen Eisenkonus mit Wasserzirkulation (Wasserform) aufnehmen, in welchem das Ende der Windleitungsröhre m, die Düse, ruht. Der Raum zwischen Düse und Form läßt sich verschließen (geschlossene Form), um ein Entweichen von Wind durch dieselbe zu verhüten. Textfig. 2 stellt diese Einrichtung näher dar. w Wasserform, in deren Zwischenraum durch ein Rohr unten Wasser eingeführt und solches erwärmt oben abgelassen wird. d Düse. n Ring, welcher, mittels eines Bügels a an der Stange s befestigt, durch die Zahnstange z, das Getriebe [* 14] r und das Laufrad i hin und her bewegt werden kann. Das nicht von Mauerwerk eingeschlossene, frei stehende Gestell wird durch Luft und auch wohl durch Berieselung mit Wasser, Ansetzen von Wasserkasten etc. gekühlt und dadurch vor dem raschen Wegschmelzen geschützt. Entstehende Schäden lassen sich leicht verbessern.
Eine neuere, vielfach in Aufnahme gekommene Ofenkonstruktion von Büttgenbach [* 8] (Fig. 4 u. 5 der Tafel II) hat das Abweichende von der vorstehend beschriebenen, daß der Ofen nur einen Kernschacht ohne Rauhgemäuer hat (s. oben) und die Gichtgasableitungsröhren gleichzeitig als Träger [* 15] für das Gichtplateau dienen. In die Gicht ist ein Eisenkonus eingehängt, durch welchen chargiert wird. Die Gichtgase werden teils hinter dem Konus durch seitliche Kanäle in die vertikalen Ableitungsröhren abgeführt, teils gelangen sie durch ein stehendes Rohr mitten im Konus ebenfalls in die Ableitungsröhren und aus diesen zur Reinigung von Staub in ein rings um den Ofen herumgehendes, teilweise mit Wasser gefülltes Waschreservoir. Als Nebenapparate für Eisenhochöfen sind noch anzuführen: Cylinder-