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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, [* 1] 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 [* 2] 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 [* 3] scharf abgegrenzt sind, bei neuern mehr ineinander verlaufen.
Der Teil von der Ofenmündung (Gichtöffnung, Gicht) A bis zur weitesten Stelle (Kohlensack, Bauch) [* 4] 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 [* 5] gibt.
Der Tümpelstein n, an der Vorderseite durch das Tümpelblech geschützt und auf einem Eisen [* 6] (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 [* 7] 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 [* 8] 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 [* 9] 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 [* 10] 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 [* 1] (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 [* 11] 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-
[* 1] ^[Abb.: Fig. 2. Düse mit Form.] ¶
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gebläse (s. Gebläse), [* 13] Winderhitzungsapparate (s. Winderhitzung) und Gichtaufzüge (s. d.), letztere zum Emporschaffen der Schmelzmaterialien von der Hüttensohle bis zur Gicht bestimmt, wenn der Ofen nicht an einem Bergabhang liegt, von welchem aus er bedient werden kann. - Das Chargieren (Aufgeben) geschieht bei Holzkohlenöfen mit engerer Gicht aus Körben, Kasten, Schubkarren etc., bei Koksöfen [* 14] in auf Schienen gehenden Gichtwagen, häufig mittels der Gichtaufzüge.
Man sucht beim Aufgeben die Beschickung im allgemeinen so zu verteilen, daß die dickern Stücke mehr nach der Mitte, das Klein mehr an die Peripherie kommt und den aufsteigenden Gasen hier ein zu rapider Abzug verwehrt wird. Man erreicht dieses bei kleinern Öfen dadurch, daß man die Beschickung in mehreren Häufchen hart an die Peripherie stürzt, wo dann die dicken Stücke nach der Mitte rollen, das Klein aber an seiner Stelle liegen bleibt. Bei Öfen mit weiterer Gicht hat man besondere Verteilungsvorrichtungen, deren bekannteste und am häufigsten angewandte der Parrysche Trichter (Tafel I, [* 12] Fig. 6) ist. B ist ein in die Gichtmündung eingehängter Trichter, in welchem ein Eisenkegel A an dem bei H durch die Scheibe F auf und nieder zu bewegenden Balancier [* 15] G H gehoben und gesenkt werden kann. Wird bei der gewählten Kegelstellung der Trichter B mit Beschickung gefüllt, dann A gesenkt, so rutscht dieselbe durch die ringförmige Öffnung II nach der Peripherie D hin; hier bleibt das Klein liegen, während die größern Stücke nach der Mitte E hinrollen. Die Gichtgase ziehen durch seitliche Kanäle unter dem Trichter ab.
Was die Ofendimensionen betrifft, so richtet sich die Höhe hauptsächlich nach der Festigkeit des Brennmaterials und der im Gestell entwickelten Hitze. Die Höhe der Koksöfen beträgt meist 15-20 m und nur selten über 20 m (z. B. 30 m bei Öfen im Clevelanddistrikt); Holzkohlenöfen nimmt man meist niedriger, 7,85-9,98 m; jedoch kommen bei sehr festen Kohlen auch Höhen bis zu 16 m vor (Rußland). Die Weite der Öfen ist neuerdings sehr gestiegen, und man hat dadurch große Produktionen erreicht.
Besonders maßgebend für letztere ist die Weite in der Formgegend. Mit zunehmender Weite ist die Windmenge, Anzahl der Formen, Stärke [* 16] des Gebläses etc. gewachsen. Die größten Dimensionen dürften 3,14 m im Gestell, 9,41 m im Kohlensack und 6,28 m an der Gicht sein. Durch Herstellung tonnenförmiger und cylindrischer Schachtformen ist die Ofenkapazität ebenfalls erhöht worden. Die tägliche Produktion eines Hochofens variiert beträchtlich, je nach der Beschaffenheit der Erze und je nach der Größe der Hochöfen; die Menge des erzeugten Roheisens beträgt bei Anwendung von Koks 15-100,000 kg und zwar bei den neuern Hochofenanlagen meist 50-70,000 kg, auch wohl bis 90,000 kg. Beim Holzkohlenofenbetrieb ist die tägliche Produktion geringer und beträgt 10-40,000 kg. Beim Bau der Eisenhochöfen verfährt man im allgemeinen in der Art, daß auf dem Fundament zuerst das Rauhgemäuer oder der Mantel errichtet und dann erst der Kernschacht eingebaut wird. Das Schließen der Arbeitsseite des Herdes durch den Tümpel erfolgt zuletzt. Bevor der Ofen in Betrieb gesetzt wird, bedarf es eines sorgfältigen Anwärmens desselben, gewöhnlich in der Weise ausgeführt, daß unter dem Arbeitsgewölbe ein Flammofen erbaut wird und die Feuergase aus demselben so lange durch die offene Brust in den lose bedeckten Hochofen eingeleitet werden, bis etwa nach 2-3 Wochen keine Wasserdämpfe oben mehr ausziehen.
Behufs Inbetriebsetzens eines Koksofens (Anblasens) füllt man den Herd bis zur Rasthöhe mit Holz, [* 17] verteilt darauf Koks und etwas Kalkstein zur Bindung der Koksasche, dann wieder Koks, gare Eisenhochofenschlacke und etwas leichtflüssige Beschickung. Nachdem der übrige Schachtraum noch mit abwechselnden Schichten von Koks und Beschickung, der man immer mehr und mehr an Schlackenzusatz abbricht, bis etwas unter die Gicht gefüllt worden, zündet man das Holz bei offener Gicht und geschlossenen Formen am Eisenabstich an, läßt den Wind schwach an, wenn das Feuer die Formen erreicht, und steigert allmählich die Windpressung, bis sich Schlacke am Eisenabstich zeigt, worauf man letztern mit Sand schließt und bei verstärktem Wind und vermehrter Beschickungsmenge zu einem normalen Satz, d. h. zu einem Verhältnis zwischen Brennmaterial und Beschickung, zu gelangen sucht, bei welchem ohne Eisenverschlackung dasjenige Roheisen erfolgt, welches man andauernd zu erhalten wünscht (Gargang, normaler Gang). [* 18]
Setzt man auf dieselbe gleichbleibende Menge Brennmaterial (Brennmaterialgicht) zu viel Beschickung (Satz), so tritt Abkühlung vor den Formen ein, und das unvollständig reduzierte Eisen geht in die Schlacke (Rohgang). Bei zu wenig Erz auf dieselbe Brennmaterialmenge steigt die Temperatur zu hoch, und es bilden sich graphitreiche schwarzgraue Roheisensorten (übergarer Gang). Sobald der Ofen in normalen Gang gekommen, das Anblasen beendigt ist, setzt man das regelmäßige Chargieren von vorher abgewogenen Beschickungs- und Brennmaterialmengen fort. Gewöhnlich nimmt man die Brennstoffquantität (Brennmaterialgicht) konstant an und ändert das Gewicht des jedesmaligen Beschickungssatzes nach dem dermaligen Ofengang.
Die chemischen Vorgänge, welche die Massen beim allmählichen Niedergehen im Ofen in verschiedenen Teilen erleiden, sind im wesentlichen die folgenden. Kommt das Brennmaterial mit einem Überschuß von Luft vor den Formen zusammen, so verbrennt dasselbe zu Kohlensäure, welche beim Aufsteigen in Berührung mit glühenden Kohlen Sauerstoff an dieselben abgibt und in Kohlenoxyd übergeht. Das in den Ofen gestürzte Erz verliert im obern Ofenteil (Vorbereitungszone) flüchtige Bestandteile, lockert sich auf und gestattet beim weitern Niedergang dem aufsteigenden Kohlenoxydgas Eintritt in seine Poren; das Eisenoxyd wird dadurch allmählich in der Reduktionszone bei 600-900° zu metallischem schwammförmigen Eisen reduziert, welches in den noch nicht geschmolzenen erdigen Bestandteilen verteilt bleibt.
Gelangt das Erz in die Nähe des Kohlensackes, so nimmt das fein zerteilte Eisen bei 1000° Kohlenstoff auf und sättigt sich damit bei ca. 1400° in einem etwas tiefer gelegenen Teil des Ofens (Kohlungszone). Dadurch wird das Eisen schmelzbar und geht in dem heißesten Teil des Gestells, wo der erhitzte Wind eintritt, samt den beigemengten schlackebildenden Substanzen in den flüssigen Zustand über (Schmelzungszone). Im Herd schwimmt die spezifisch leichtere Schlacke auf dem Roheisen und schützt dasselbe vor der Oxydation durch den Gebläsewind. Je nach der Temperatur und der Schmelzbarkeit der Beschickung entstehen graue, halbierte oder weiße Roheisensorten (s. oben). Bei der hohen Temperatur im untern Ofenraum reduziert sich auch Silicium, namentlich aus der Kieselsäure der Asche durch Kohle und Eisen, und geht in das Roheisen. Durch größere Kalkzuschläge bindet man die Kieselsäure schon, bevor sie in den Schmelzraum kommt, großenteils an Kalk, ¶