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Regenerativkoksofen. Die Erfindung bezieht sich auf Zugumkehrkolcsöfen
mit liegenden Kammern, Einzelregeneratoren für diese sowie senkrechten Heizzügen,
in denen abwechselnd das Heizgas verbrannt wird bzw. das verbrannte Gas zur Regeneration
abströmt.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Heizwände paarweise samt den
zugehörigen Einzelregeneratoren für die Wände zu selbständigen Einheiten für den
Zugwechsel zusammengefaßt sind, indem die beiden Heizwände jedes solchen Paares
nur über die dazwischenliegende Kokskammer hinweg miteinander so verbunden sind,
daß der Übertritt der Gase aus den beflammten Heizzügen der einen Wand zur Abwärtsströmung`
in den Heizzügen der mit ihr gepaarten anderen Wand möglichst stauungsfrei erfolgt,
wobei, wenn nicht in der ganzen Wandfläche, so doch mindestens in größeren Wandpartien,
stets gleiche Zugrichtung herrscht.
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Infolge dieser Anordnung werden alle durch die Verbrennung in der
Heizwand auf einer Seite jeder von den miteinander gepaarten Heizwänden (z. B. t,
3, 5 usw.) eingeschlossenen Kokskammer erhaltenen Gase nur durch die zum gleichen
Paare gehörige Heizwand auf der anderen Seite dieser Kammer abgezogen, wobei- die
Heizgase gleichzeitig die von den einander zugekehrten Heizwänden der aufeinanderfolgenden
Heizwandpaare flankierten Kammern (z. B. a, 4, 6 usw.) beheizen bzw. bei Abwärtsströmung
auf Hitze halten.
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Die Erfindung ist insbesondere auf Ofenbatterien nach der bekannten
Bauart von Koppers anwendbar, bei denen die Regeneratoren oder Regeneratorpaare
unterhalb der Kammern und Heizwände parallel zu diesen angeordnet sind. Die Erfindung
kann aber auch bei Ofenbatterien anderer Bauart mit den eingangs angegebenen Hauptmerkmalen
benutzt werden. Als Brennstoffe können entweder reiche Gase, wie Koksofengas, oder
arme Gase, wie Generatorgas, dienen.
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Wenn bei dem Ofen gemäß der Erfindung aber auch alle Heizzüge jeder
Heizwand so mit den Regeneratoren verbunden sein können, daß die Strömungsrichtung
der Heizgase auf der ganzen Länge der Kammer die gleiche ist, so können die Heizzüge
auch in diesem Fall, ebenso wie bei nicht durchgängig gleichsinniger Gasströmung
in der Heizwand, in zwei oder mehr Gruppen zusammengefaßt werden. Diese Gruppen
korrespondieren in den Heizwandpaaren und werden zweckmäßig über je einen Sammelkanal
durch je einem Querkanal über die dazwischenliegende Kammer hinweg miteinander verbunden.
Es
empfiehlt sich, diese Sammelkanäle in der an sich bekannten Weise von der Mitte
nach den Enden zu verengen. Die Querkanäle werden dann jeweils am weitesten Querschnitt
der Sammelkanäle verlegt.
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Für Verbundöfen ergibt sich gemäß der Erfindung die wichtige Anordnung,
daß jedes Regeneratorpaar aus gleichsinnig durchströmten Einzelregeneratoren nur
mit ein und derselben Heizwand so zusammenarbeitet, daß die jeweils angestellten
Starkgasleitungen nur von Luftströmen bzw. von Luft einerseits und einströmendem
Verdünnungsgas für das Starkgas andererseits flankiert werden. Es findet also niemals
Gegenstrom zwischen Starkgas und Abgas statt. Es kann daher kein Eindringen von
Starkgas in Abgasregeneratoren stattfinden, selbst wenn der Ofen alt ist, was bekanntlich
wegen des Gehaltes der Abgase an überschüssiger Luft und der infolgedessen auftreffenden,
örtlichen Flammenbildungen nachteilig Urerden kann.
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In den Zeichnungen ist beispielsweise eine vorzugsweise benutzte Ausführungsform
der Erfindung dargestellt, ohne daß letztere auf, dieses Beispiel beschränkt sein
soll.
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Abb. 1 ist ein senkrechter Schnitt durch eine Ofenkammer und die Regeneratoren
nach der Linie A-A in Abb. 2.
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Abb.2 zeigt einen zusammengesetzten senkrechten Schnitt durch eine
Koksofenbatterie nach den Linien D-D, E-E und F-F in Abb. i.
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Abb.3 ist ein zusammengesetzter senkrechter Schnitt durch eine Heizwand
nach den Linien B-B und C-C in Abb. 2.
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Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Erfindung auf eine Verbundkoksofenbatterie
angewendet, d. h. eine Batterie, die unter entsprechender Luftzufuhr entweder mit
Generatorgas betrieben werden kann oder mit Koksofengas oder auch mit Koksofengas,
dem außer der Luft ein indifferentes gasförmiges Verdünnungsmittel beigemischt wird.
Der Einfachheit halber soll die Beschreibung auf die dargestellte Ausführungsform
der Erfindung in ihrer Anwendung auf eine solche Verbundofenbatterie beschränkt
werden. Der Umfang der Erfindung ist also nicht auf die besondere Anwendung und
Ausführungsform beschränkt, die hier beispielsweise beschrieben ist.
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In den Zeichnungen ist eine Koksofenbatterie mit Nebenproduktengewinnung
dargestellt, die die oben angegebenen Merkmale hat. Die Heizwände 1 z werden, wie
besonders in Abb. 2 ersichtlich,' von den Pfeilern 13 getragen. Diese Pfeiler bilden
zusammen mit anderen noch zu beschreibenden Wänden den Unterbau der gesamten Ofenbatterie
und werden ihrerseits von einer Platte getragen, die das Fundament der ganzen Batterie
bildet, Die Heizzüge jeder Heizwand sind derart zusammengefaßt, daß in allen gemeinsam
ent-«reder eine Aufwärts- oder eine Abwärtsströmung der Heizgase stattfindet, wie
noch näher beschrieben werden wird. Wenn in den Heizzügen auf einer Seite der Verkokungskammer
eine Verbrennung stattfindet, d. h. die Gase darin aufwärts strömen, so findet in
den Heizzügen auf der entgegengesetzten Seite derselben Verkokungskammer eine Abwärtsströmung
statt, um die Abgase abzuführen.
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Unterhalb der Verkokungskammern liegen zwischen je zwei benachbarten
Pfeilern 13 Tragwände 22. Dadurch ergeben sich zwei Regeneratoren G und H, die je
auf entgegengesetzten Seiten der Wände 22 und zwischen den benachbarten Pfeiler
13 liegen.
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In dem vorliegenden Beispiel findet die Strömung durch die Regeneratoren
G und IL zwischen zwei benachbarten Pfeilern 13 gleichzeitig in entgegengesetzter
Richtung statt. Jeder Regenerator ist in üblicher Weise mit Ableitungen 23 versehen,
deren jede zu einem bestimmten Heizzug 17 derselben Heizwand führt. Bei dieser Bauart
steht also jeder Heizzug 17 durch ein Paar Ableitungsöffnungen 23 mit benachbarten
getrennten Regeneratoren H, G in Verbindung, und die Strömung durch die Regeneratoren
II, G, die auf entgegengesetzten Seiten eines Pfeilers 13 liegen, findet
gleichzeitig in gleicher Richtung statt, d. h. in beiden Regeneratoren findet entweder
Einströmung oder Ausströmung statt.
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Bei der, dargestellten Ausführungsform der Erfindung findet in allen
Heizzügen 17 jeder Heizwand z 1 entweder Verbrennung oder Durchfluß nach unten zur
Abführung der Abgase zu den darunterliegenden Regeneratoren statt, und infolgedessen
findet in den Regeneratoren, die auf entgegengesetzten Seiten der mittleren Querwand
19 hintereinanderliegen, gleichzeitig Durchströmung in gleicher Richtung, und gleicher
Weise statt. Die Umsteuerung des Ofens geschieht mit Hilfe irgendeiner bekannten
Umsteuerungsvorrichtung. Die Wirkungsweise ist dabei folgende. In den Regenexatoren,
in denen vor der Umsteuerung eine Einströmung stattfand, findet nunmehr eine Ausströmung
statt und umgekehrt. Die Reihen von Heizzügen, in denen eine Verbrennung nach oben
hin stattfand, vertauschen ihre Wirkung mit der Reihe von Kanälen der nächst benachbarten
Heizwand, in denen eine nach unten gerichtete Verbrennung sattfand, und die Gaszufuhr
findet, anstatt zu den vorher in der Richtung
nach oben wirkenden
Kanälen, zu denjenigen statt, in denen vorher eine Strömung nach unten erfolgte.
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Die Heizzüge 17 haben oben öffnungen 2:1, die in üblicher Weise in
wagerechte Sammelkanäle 25 für die Verbrennungsgase münden. In jeder Heizwand liegen
mehrere, im vorliegenden Beispiel zwei, solcher wagerechten Kanäle 25 hintereinander,
die durch eine in Mittellinie L liegende Wand getrennt sind.
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Wie aus Abb. 3 ersichtlich, verengen sich die wagerechten Kanäle von
der Mitte jeder Heizwandhälfte nach ihren beiden Enden, wo sie also den geringsten
Querschnitt haben. Diese Querschnittsv erengerung der Kanäle dient dazu, den Durchfluß
gleichmäßig durch die verschiedenen senkrechten Heizzüge 17 zu verteilen, mit denen
der Kanal in Verbindung steht. Wie dargestellt, sind die zwei wagerechten Kanäle
25 jeder Heizwand durch je einen Verbindungskanal 26 je mit den entsprechenden
wagerechten Kanälen einer der benachbarten Heizwände verbunden. Diese Kanäle 26
liegen vorzugsweise etwa in der Mitte der zugehörigen Kanäle 25, wie aus Abb. 3
ersichtlich. Auf diese Weise geht die gesamte Strömung aus einer Heizwand, in deren
Zügen eine Verbrennung stattfindet, nach unten durch alle Heizzüge der nächsten
Heizwand, und bei jeder Umkehrung der Strömungsrichtung erfolgt eine Umkehrung der
Strömungsrichtung in allen Kanälen jeder Heizwand.
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In dem Kopf jedes Pfeilers 13 liegen unterhalb der darüber befindlichen
Heizwand i i ein Paar Gaszuführungskanäle 29 und 3o. Der Kanal 29 steht mit den
einzelnen Heizzügen 17 auf der gleichen Seite der Linie T_ durch Öffnungen 31 in
Verbindung. Der Kanal 30, der die Heizkanäle auf der entgegengesetzten Seite.
der Mittellinie L speist, steht mit diesen durch entsprechende Öffnungen in Verbindung.
In den verschiedenen Öffnungen, sind die üblichen Düsen 32 angeordnet. Die Zufuhr
von Kol;sofengas zu den Kanälen 29 und 3o erfolgt aus Leitungen üblicher Art, die
je auf entgegengesetzten Seiten der Batterie liegen. Um die Batterie z. B. mit Generatorgas
als Brennstoff betreiben zu können, wird die Zufuhr von Koksofengas zu allen Gaskanälen
29, 3o abgesperrt. Man läßt Generatorgas in jeden zweiten Regenerator H eintreten,
so daß es beim Durchgang durch diese Regeneratoren vorgewärmt wird, bevor es zur
Verbrennung in die Heizzüge eintritt. Während der Einströmung von Generatorgas durch
jeden zweiten Regenerator H tritt Abgas aus den Heizzügen mit nach unten gerichteter
Verbrennung durch die anderen Regeneratoren G und durch diejenigen Regeneratoren
H, die zwischen den vorher erwähnten liegen. In den zwischenliegenden Regeneratoren
G findet Eintritt von Luft statt, die nach oben durch diese Regeneratoren strömt
und schließlich in die Heizzüge eintritt, in denen eine Verbrennung stattfindet,
wo sie die Verbrennung des aus jedem zweiten Regenerator H eintretenden Generatorgases
bewirkt. Bei Umkehrung der Strömungsrichtung findet in den Regeneratoren, bei denen
bisher Einströmung stattfand, nunmehr Ausströmung statt und umgekehrt.
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Eine weitere Betriebsweise ist diejenige mit Koksofengas als Brennstoff
in Verbin-(lung mit einer Zufuhr indifferenter gasförmiger Verdünnungsmittel zu
den Kanälen, in denen eine Verbrennung nach oben stattfinden soll. Bei dieser Betriebsweise
wird die Zufuhr von Koksofengas angestellt. Anstatt jedoch Luft in jeden zweiten
Regenerator der Reihe H, der zur Zuführung von Generatorgas gedient hat, eintreten
zu lassen, läßt man bei dieser Arbeitsweise Abgase in diese Regerieratoren eintreten
und von dort in die Heizkanäle gelangen, in denen eine aufwärts gerichtete Verbrennung
stattfinden soll. Die Zufuhr indifferenter gasförmiger Verdünnungsmittel zu diesen
Heizkanälen hat bekanntlich die Wirkung, daß die Flammen innerhalb dieser Kanäle
sehr verlängert werden und die örtliche Wirkung der höchsten Flammentemperatur in
den untersten Teilen der Heizkanäle verhindert wird.
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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um die Fortentwicklung
des modernen Z ugumkehrofens mit liegenden Kammern und Einzelgeneratoren für die
senkrechtzügigen Heizwände zur Massenherstellung von Hüttenkoks unter Gewinnung
der Nebenprodukte, und zwar nicht etwa nur mit Bezug auf Einzelverbesserungen, sondern
vielmehr in erster Linie in dem beherrschenden Prinzip des allgemeinen Verbesserungsbestrebens,
nämlich den Drucksatz ohne Einbuße an bisherigen Errungenschaften erheblich zu steigern.
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Wie sich zum Teil bereits aus Vorstehendem ergibt, nachstehend aber
noch weiter erläutert wird, ist durch die Erfindung ein Weg gewiesen, dieses Ziel
zu erreichen und sogar darüber hinaus Hand in Hand mit der Steigerung des Durchsatzes
der Komplexität der zahlreichen Faktoren des Kokereibetriebes noch in solcher Weise
Rechnung zu tragen, daß eine allgemeine Verbesserung der Anlage und des Betriebes
eintritt.
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Bei dem Versuch, eine größere Leitung der neueren Regenerativöfen
zu erzielen, wurde bald eine Höchstgrenze iür die Größe des Ofens erreicht, über
die man nicht hinausgehen konnte. Eine Vermehrung der Ofenhöhe um etwa 6o cm ergab
nicht die erwartete höhere Leistung. Die Gleichförmigkeit
cles Kokses
war erheblich geringer als bei Anwendung kleinerer Ofen. Untersuchungen ergaben,
daß die Temperatur in der Kohlenbeschickung in der Höhe der wagerechten Kanäle erheblich
niedriger war als die Temperatur am Boden der Beschickung. Je größer das beabsichtigte
Fassungsvermögen des Ofens ist,- desto größer werden die wagerechten Kanäle, um
die großen Gasmengen fassen iu können; die Verkokung bleibt daher im oberen Teil
der Beschickung noch mehr zurück, und der Koks wird nicht an allen Stellengleichzeitig
fertig.
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Infolgedessen konnten durch einfache Vermehrung der Ofenhöhe keine
weiteren Fortschritte erzielt werden. Der Erfinder hat nun bei seinem neuen Ofen
diese Schwierigkeit überwunden und die Aufgabe gelöst, noch größere tägliche Ofenleistungen
bei gleichförmiger Beschaffenheit des Kokses zu erzielen. Er hat gezeigt, wie der
schädliche Einflüß der-wagerechten Kanäle beseitigt werden kann, und hat so den
Weg freigemacht, ,um Ofen von praktisch beliebiger Größe und beliebigem Fassungsvermögen
zu bauen und trotzdem gleichförmigen, für metallurgische Zwecke geeigneten Koks
zu erhalten.
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Denn auch dann, wenn bei dem Ofen gemäß. der Erfindung@wagerechte
Sammelkanäle vorgesehen werden, so fallen diese infolge der Gruppierung der Heizzüge
zu Einheiten für den Überkammerzügwechsel nur eng. aus. Ein wichtiges Merkmal des
Erfindungsgegenstandes ist, daß der größte Querschnitt jedes wagerechten Kanals
nur die Gase aufzunehmen braucht, die aus einem Bruchteil (der Hälfte oder weniger)
der Gesamtzahl der mit gleicher Strömungsrichtung arbeitenden senkrechten, mit dem
Kanal verbundenen Züge herkommen oder dort hingehen. Dagegen muß der wagerechte
Kanal bei den bisherigen Öfen- so . weit- sein;- daß er die Gasströmung sämtlicher.
in 'gleicher- Weise arbeitenden senkrechten Züge einer Wandung aufnehmen kann, wenn
nicht gerade die Nachteile der #Zwillingsiuganordnung in Kauf. genommen werden sollen.
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Dem Zuzwechsel in derselben Wand gegenüber wird durch die Erfindung
aber nicht nur allgemein ein engerer Sammelkanal erzielt, sondern auch die Staüunz
der Gase beseitigt, mindestens aber sehr erheblich verringert, was wiederum auf
die Zugverhältnisse günstig einwirkt.
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Die Verbindungen über Kokskammern hinweg sind das Hauptmittel, um
diese Wirkurigen zu erzielen.. Die wagerechten Kanäle können so gelegt werden, daß
eine Überhitzung des Gasraums und eine Zersetzung der Nebenprodukte vermieden wird,
was dadurch unterstützt wird; däß - die geringere Weite der wagerechten Kanäle eine
Verstärkung der Ofenwand an dieser Stelle ermöglicht.
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Es sind zahlreiche Anlagen gemäß der Erfiildung gebaut und in Betrieb
gesetzt worden, und sie haben sehr bemerkenswerte Leistungen aufgewiesen. Die Garungsdauer
ist bis auf i i Stunden und 30 Minuten herabgesetzt worden, und die tägliche
Ofenleistung betrug 3o Tonnen verkokter Kohle. Der erhaltene Koks war von durchweg
gleich guter Beschaffenheit; die Stückgröße, die Porosität und die Dichte sind im
oberen Teil und am Boden des Ofens gleich.
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Es werden also unter Erhöhung der Heizfläche und der Gleichförmigkeit
der Beheizung und ohne Beeinträchtigung der Festigkeit des - Bauwerkes erzielt:
eine kurze Garungsdauer bei großem Fassungsvermögen; gleichförmigeBeschaffenheit
des Kokses, die Möglichkeit, Kohlen der verschiedensten Beschaffenheit zu verkoken,
und geringe Druckunterschiede, und zwar unter Vermeidung einer Zerstörung der Nebenprodukte
und ohne schädliche Gegenströmungen in den Ofenkanälen. Die einströmenden Gase jeder
Wandzone werden mit den Verbrennungsprodukten derselben Wandzone regeneriert. Hierdurch
ist auf die Verengerung des Koksofens in der Längsrichtung und die daraus folgende
größere Menge zur Regeneration dienender. Abgase auf der Koksseite im Verhältnis
zur Stempelseite Rücksicht genommen. In der Praxis braucht man in der Regel zo bis
15 oder sogar 2o Prozent mehr Gasvolumen, um die Koksseite des Ofens gleichmäßig
zu erhitzen, weil die Kammer auf dieser Seite im Vergleich zur Stempelseite breiter
ist, so daß an beiden Stellen verschiedene Mengen von Kohle verkokt werden müssen.
Außerdem kann bei dem neuen Ofen _ mit verhältnismäßig niedrigen Heiztemperaturen
gearbeitet werden.
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Der Vorschlag, bei liegenden- Regenerativkoksöfen mit Zugumkehr im
Ofen den Zugwechsel über die Kokskammern stattfinden zu lassen, ist an sich nicht
neu. Dieser Vorschlag stammt aber aus einer längst überholten -Entwicklungsstufe
der Kokereitechnik, sieht keine geschlossenen Beheizungs- und Zugwechseleinheiten
-vor und rechnet nicht mit den Nachteilen der abwechselnden Umkehrung der Strömungsrichtung
zwischen Zug und Zug, abgesehen von dem verwickelten Kanalsystem der betreffenden
alten Ofenkonstruktion.
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In dem dargelegten Zusammenhang gewinnt demgegenüber die- Wiederaufnahme
der "alten Röchlingschen- Überfahrung der Kamern in wesentlich -anderer Gestalt
die Bedeutung einer wertvollen Bereicherung der heutigen-Technik.
Auch
bei Rekuperativgasö`en ist die überfahrung der Schrägkammern durch die Heizzüge
bekannt. Ein Ersatz der Regeneratoren durch Rekuperatoren würde jedoch den hier
in Frage stehenden modernen Koksofen betriebsunfähig machen. Denn notwendigerweise
müssen hohe Temperaturen in die nächste Nähe der gesamten Kohlenbeschikkung gebracht
werden, d. h. es ist eine möglichst große, durch Verbrennung in Zügen erhitzte Fläche
der Heizwände anzuwenden. Man muß auch umsteuerbare Regeneratoren benutzen, weil
diese das höchste Maß von Gas- und Luftzufuhr in der Zeiteinheit während der Verbrennungsperiode
ermöglichen und die höchste Flammenentwicklung in den Heizwänden ergeben. Damit
sind alle Rekuperativ sy steure ausgeschlossen. Ebenso ist auch die Anwendung aller
Maßnahmen aus der Gasretortentechnik u. dgl. ausgeschlossen, da bei diesen keine
Möglichkeit besteht, der Beschickung die nötige Anzahl von Wärmeeinheiten zuzuführen,
um diese in möglichst geringer Zeit zu verkoken, weil die Verteilung der Wärme bei
diesen Einrichtungen nicht genügend geregelt ist. Die unbedingte Notwendigkeit der
Zugumkehr ergibt sich nicht nur aus der damit verbundenen höheren Wärmeersparnis,
sondern auch weil die Anwendung hoher Temperaturen in den Heizzügen und Verbindungsleitungen
des Koksofens weniger schädlich ist, wenn diese hohen Temperaturen nur mit Pausen
zur Einwirkung kommen, so daß die Wärme Zeit hat, sich in der Kohlenbeschickung
zu verteilen, wie es bei Zugumkehr der Fall ist, als wenn derartige Temperaturen
wie bei der Rekuperativheizung ununterbrochen zur Einwirkung kommen.