1877.

Klasse 24.

L. HAARMANN in HANNOVER. Gas feuer u ng.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 4. Juli 1877 ab. Längste Dauer: 31. August 1891.

Bei den bisher gebräuchlichen Constructionen der S ie men s'sehen Regenerativ - Gasöfen . war es nicht möglich, auf dem Herdraume nach Belieben eine absolut reducirende oder oxydirende Flamme zu erhalten, wie solches für manche Heizprocesse äufserst nothwendig ist. Wollte man eine reducirende Flamme herstellen, so mufste man mit wenig Luft und Ueberschufs an Gas arbeiten; dabei verlor selbstverständlich die Temperatur des Schmelz- bezw. Glühraums, weil der Ueberschufs an Gas, das nicht zur Verbrennung kam, einen grofsen Theil der Hitze sowohl in der Kammer, wie auch in dem Herdraume absorbirte, dann aber unbenutzt fortging.

Durch die in beiliegender Zeichnung veranschaulichte Construction glaubt Erfinder dieses Uebel gehoben zu haben und den Ofen sowohl bei vollständig reducirender, wie oxydirender Flamme für höchste Temperaturen erzeugungsfahig gemacht zu haben.

Die Zusammenstellung der Apparate und der ganze Gang des Processes ist folgender:

a. Wenn absolut reducirende Wirkung der Flamme erzielt werden soll: Aus dem in GrundrifsFig. ι der Zeichnung unter β verzeichneten, mit Unterwind zu betreibenden Generator wird das Gas durch die Leitung b nach dem Reversir-Apparat c gebracht. Je nach der Klappen— Stellung fällt es in den Kanal d oder d,.

Angenommen, dafs, wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet, das Gas in den Kanal d fällt, so bringt es dieser in die unter dem Ofen befindliche Kammer e, die durch Scheidewände in der Weise in drei Abtheilungen getheilt ist, dafs das Gas gezwungen ist (nach Andeutung der Pfeile im Längenschnitt Fig. 2) zu steigen, zu fallen und dann wieder zu steigen, kurz, einen möglichst langen Weg zurückzulegen und dadurch möglichst lange und heftig in Berührung mit den das Gitterwerk bildenden Steinen zu kommen.

Das Gitterwerk ist der Anschaulichkeit wegen nur auf einer Seite gezeichnet.

Nachdem das Gas die drei Abtheilungen der Kammer e passirt hat, tritt es durch den Kanal / in den Herd m, wo sich die zu reducirenden bezw. einfach unter Reductionsflamme zu erhitzenden Gegenstände befinden.

Der Austritt des Gases erfolgt durch den Kanal /,, der es in den obersten Theil der ersten Abtheilung der Kammer e_t führt, wo durch Zuführung von Luft die Verbrennung des Gases verursacht wird.

Die Luft wird in folgender Weise zugeleitet: die Rohrleitung g führt die mittelst einer Gebläsevorrichtung gewonnene, geprefste Luft durch das Röhrensystem des Winderhitzungs-Apparats/. Der Winderhitzungs-Apparat ist hier beispielsweise ein einfacher Wasseralfmger, wie solcher auf vielen Hohofenwerken noch jetzt zum Betriebe verwendet wird. Die Windleitung g führt die Luft am oberen Theile des Apparates den erhitzenden Gasen entgegen und läfst sie am unteren Theile des Apparates austreten. Gleich nach ihrem Austritt gelangt sie in die Drosselklappe u. Diese Drosselklappe bringt, wie in dem angebenen Falle, wenn das Gas nach der Kammer e geführt wird, die Luft durch die Leitung A₁ nach der Seite der Kammer e_x. Aus der Rohrleitung A₁ tritt die Luft in den Windkasten I₁, in welchem sich der Schieber V₁ befindet. Dieser Schieber ist mit Schlitzen versehen, welche in dem angegebenen Falle auf den Oeffnungen k_y stehen, so dafs die Luft in die Kammer e, gelangen kann. Hier trifft sie nun, wie schon vorhin bemerkt, mit den durch die Leitung /, aus dem Ofen ausströmenden Gasen zusammen, wodurch eine Verbrennung der letzteren bewirkt wird. Die Verbrennungsgase durchstreifen dann die drei Abtheilungen der Kammer ^₁ und geben an das darin befindliche Gitter noch den gröfsten Theil ihrer-Temperatur ab, gelangen durch .den ebenfalls noch -mit Gitterwerk ausgesetzten Kanal d_t nach dem Reversir-Apparat c, wo sie durch die Stellung der Klappe gezwungen sind, in den nach dem Winderhitzungs · Apparate führenden Kanal η zu gehen.

In dem Winderhitzungs-Apparate wird die noch in den Gasen vorhandene Temperatur zur Erwärmung des Windes ausgenutzt.

Oben auf dem Winderhitzungs-Apparate befindet sich der Schornstein o, durch welchen die Gase ins Freie abziehen. Hat man in beschriebener Weise Gas und Luft in der einen Richtung durch Ofen und Kammern streichen lassen, so wird durch Umstellen der Reversirklappe c, der Drosselklappe u, durch Schliefsen des Schiebers V₁ und durch Oeffnen des Schiebers ν eine umgekehrte Richtung für Luft und Gas hergestellt, so dafs das Gas in der Richtung di e_t I₁ m I nach der Kammer e, die Luft

aber durch u h i ν k nach e gelangt. Selbstverständlich findet dann die Verbrennung in dem oberen Theile von e statt. Die bei den beiden oben auseinandergesetzten Richtungen des Gases und der Luft sich ergebenden Temperatur-Erscheinungen sind folgende:

Angenommen, das Gas, es sei reines Kohlenoxydgas und Stickstoff, trete aus dem Generator mit einer ganz geringen Temperatnr von vielleicht 50⁰C aus, durch die Gasleitung b in den Klappen-Apparat c und durch den Kanal d in die Kammer e, von dieser durch den Kanal / auf den Herd in, dann durch den Kanal Z₁ nach dem Verbrennungspunkt in e_t. Ferner angenommen, dafs der ganze Apparat, Ofen, Kammern, Leitungen nach vorhergegangener richtiger Austrocknung eine Lufttemperatur von 12⁰C habe, so wird das Gas, nachdem es den gröfsten Theil seiner Temperatur auf seinem Wege abgegeben hat, mit einer Temperatur von 20⁰C nach ^₁ gelangen; dort verbrennt es durch die ebenfalls unter geringer Temperatur zugeleitete Luft. Die aus dieser Verbrennung herrührende Temperaturerhöhung der aus der ursprünglich 20⁰C warmen Luft und Gas entstandenen Verbrennungsgase betrage 400⁰C, so werden diese Gase 400 -(-20^420⁰C Wärme haben. Bei ihrem Durchstreichen durch die Kammer geben sie an das Gitterwerk derselben, wie auch nachher im Winderhitzungs-Apparate an die Windleitungen einen Theil ihrer Temperatur ab; das Gitterwerk in ^₁ und der Winderhitzungs - Apparat werden dadurch auf eine Temperatur von circa durchschnittlich 250⁰C gebracht, so dafs am Verbrennungspunkt die Steine circa 400 ° C haben, die austretenden Gase am oberen Ende des Winderhitzungs-Apparates noch 60⁰C.

Jetzt wird Gas und Luft in entgegengesetzter Richtung durchgeleitet. Beide nehmen, die Luft im Winderhitzungs-Apparate, das Gas im Gitterwerk der Kammer e, eine höhere Temperatur an, so das vielleicht das Gas bei seinem Eintritt in den Ofen durch I₁ schon 100⁰C hat. Nachdem es auf dem Herde vielleicht die Hälfte seiner Wärme abgegeben hat, gelangt es mit 50⁰C nach c, kommt dort mit der vielleicht auf 100⁰C erhitzten Luft zusammen, so dafs die Durchschnittstemperatur der verbrennenden Gase vielleicht 70° bis 75⁰C beträgt; dazu die durch die Verbrennung hervorgebrachte Temperaturerhöhung von 400⁰C giebt eine Temperatur der Verbrennungsproducte von 475⁰C. Das Gitterwerk in e, durch welches diese Verbrennungsgase hindurchgehen, wird natürlich schon bedeutend mehr erhitzt werden, wie das Gitterwerk in <?,, weil eben die Gase heifser sind; aus demselben Grunde wird auch im Winderhitzungs-Apparate eine gröfsere Temperatur der abziehenden Gase zur Wirkung kommen, so dafs auch die Luft auf eine höhere Temperatur gebracht wird.

Nimmt man nach diesem an, dafs das Gitterwerk in e und der Winderhitzungs-Apparat auf durchschnittlich 300⁰C gebracht sind, so hat das Gitterwerk in ^₁ am oberen Theile vielleicht 450⁰ C, der Winderhitzungs-Apparat am Ausgange vielleicht 80⁰C.

Beim abermaligen Wechseln von Reversir-Apparat und Drosselklappe wird das wieder durch die Kammer e streichende Gas jetzt eine Temperatur von vielleicht 150⁰C annehmen, wird auf seinem Wege durch den Ofen vielleicht 75⁰C verlieren, diesen letzteren dadurch aber auch wieder in seiner Temperatur erhöhen und auf der anderen Seite in ^₁ mit 75⁰C ankommen, also wieder mit einer 25⁰C höheren Temperatur zur Verbrennung gelangen. Auch der Wind wird wieder mit höherer Temperatur zuströmen, die Steine werden wiederum eine höhere Temperatur annehmen, ebenso der Winderhitzungs-Apparat. Beim nächsten Wechseln wird das Gas wieder 50⁰C gewonnen haben und werden vielleicht 25⁰C im Ofen zur Wirkung kommen, kurz, es wird eine fortwährende Erhöhung der Temperatur des in den Ofen einströmenden Gases stattfinden. Nimmt man an, dafs bei jedesmaligem Wechseln 25⁰C gewonnen werden, so wird nach 40 - maligem Wechseln im Ofen eine Temperatur von 1000 ° C, nach 80 - maligem Wechseln eine Temperatur von 2000⁰C sein. Wechselt man alle halbe Stunde, so hat man den Ofen nach 40 Stunden auf 2000⁰C gebracht, genügend zur Reduction von Eisenstein und Manganoxyden und zur Flüssigerhaltung von Stahl. Theoretisch kann (man) das Gas auf eine unendlich hohe Temperatur gebracht werden, wie sich die Praxis dazu stellt, müssen die Versuche ergeben.

Fest steht es, dafs bei den Whit well-Apparaten der Wind auf 800⁰C und mehr erhitzt worden ist. Nimmt man dabei an, dafs ein Wh it well-Apparat durch Gase geheizt wird, welche durch einfach kalte Luft zum Verbrennen gebracht werden, so mufs man unbedingt zugestehen, dafs in dem vom Erfinder zusammengestellten Apparate bedeutend höhere Temperaturen erzeugt werden können. Bis dahin ist der Apparat nur erklärt in der Voraussetzung, dafs man eine reine, reducirende Flamme erzeugen will.

b. Will man auf der anderen Seite eine neutrale bezw. oxydirende Flamme erzeugen, so wird die Drosselklappe ^₁ oder das Ventil in der Luftrohrleitung so gestellt, dafs die Luft nach ihrem Austritt aus dem Winderhitzungs-' Apparate nicht nach unten geht, sondern durch /z₂ u L· auf den Fuchs einströmt, dann natürlich auf derselben Seite, an welcher das Gas einströmt. Man wird dann dieselben Wirkungen haben, wie bei den S ie me ns'sehen Regenerativöfen und wird nur insofern günstiger arbeiten können, als man die Richtung der Windführung durch die Stellung der Schlitze k₂ vollständig beeinflussen und dadurch das durch die Stichflamme bei dem Siemens'sehen Ofen oft verursachte Wegschmelzen des Gewölbes vermeiden kann.

c. Es ist mit dem Apparate sogar möglich, dafs man, um augenblicklich sehr hohe Tem-

peraturen* bei doch noch reducirender Flamme auf dem Herdraume zu haben, einen Theil des Gases auf der Feuerbrücke verbrennt, während der Ueberschufs nachher in der an der anderen Seite liegenden Kammer oder im Winderhitzungs-Apparate durch Zutritt der Luft verbrannt wird. Will man dies veranlassen, so braucht man nur beim Wechseln der Drosselklappe u dieselbe nicht vollständig zu schliefsen, so dafs die Luft in beide Arme der- Windleitung nach e e_t dringen ■ kann. Durch Stellung der Drosselklappe kann man die Vertheilung sehr leicht reguliren. Man schliefst dann, wenn an der Seite der Kammer e das Gas eintritt, die in der Windleitung liegende Drosselklappe U₁ so, dafs die Luft nicht nach der Kammer e, sondern durch h₂ in k₂ auf den Herd eintreten mufs; es wird dann ein Theil des Gases verbrannt, während der andere Theil des Gases in *, oder im Winderhitzungs - Apparat verbrennt, wohin der andere Theil der nöthigen Luft geleitet wird.

Nachdem der Erfinder so das Princip des von ihm zusammengestellten Gasfeuerungs-Apparates genügend erläutert zu haben glaubt, wendet er sich zu einigen Einzelheiten, welche durch Zeichnung und Beschreibung vielleicht noch nicht genügend motivirt sind.

Die durchbrochenen Schieber vv\ v₂v₃ sind dazu da, um das Austreten des Gases aus der Kammer in die Rohrleitungen zu verhindern; sie sind mit Schlitzen versehen, durch welche, wenn nöthig, das Gas in die Ausströmungs-Oeffnungen k ^₁ k₂ k₃ gelangt und von hier in die Kammer bezw. auf den Herd.

Die Ventile oder Drosselklappen U₁U₂ sind natürlich so eingerichtet, dafs sie bei vollständiger Oeffnung der nach den Kammern gehenden Windleitung die nach der Feuerbrücke führende Abzweigung vollständig schliefsen, und umgekehrt. Der Erfinder hat in der Zeichnung einen Siemens-Martin-Stahlschmelzofen als Beispiel angenommen, in welchem seine Einrichtung angebracht ist. Es läfst sich dieselbe aber an allen Oefen, an Glüh-, Reductions-, Rost-, Oxydations- und Schmelzofen anbringen.

Auf der Zeichnung ist gleich Rücksicht genommen auf Abstich, Giefstrichter, Coquilles und Drehscheibe, eben weil ein Stahlschmelzofen zu Grunde gelegt ist.

Hat man, wozu der Erfinder seine Ofeneinrichtung am vorteilhaftesten verwendbar hält, den Ofen zu reducirendem Schmelzen verwendet, so setzt man den Abstich und den Giefstrichter in eine Atmosphäre von denselben gleichen, reducirenden Gasen, welche im Ofen thätig sind, und verhindert auf diese Weise jede Oxydation.

Schliefslich darf die ganze Anlage, wie sie auf der Zeichnung sichtbar gemacht ist, nicht vom streng constructiven Standpunkte aus beurtheilt werden. Jede einzelne, auf dem Principe des vorgelegten Apparates beruhende Anlage wird sich nach ihrem Zwecke und nach localen Verhältnissen entwickeln. Der Erfinder

hat sich nur bemühen wollen, in der Zeichnung seinen Gedanken vollständig zum Ausdruck zu bringen.

Es gilt dasselbe auch von den Dimensionen, welche den Regenerativ-Kammern und dem Winderhitzungs-Apparate gegeben sind, Dimensionen, welche, wie alle anderen Einrichtungen, von localen Verhältnissen und dem gewünschten Hitzgrade abhängig sind.

Dafs das Gas sowohl, wie auch die Luft durch Gebläsedruck zugeführt werden, ist bereits erwähnt, auch aus der ganzen Anlage ersichtlich; der Luft- und Gasdruck unterliegt localen Verhältnissen und in allen Fällen dem Zweck der Anlage.

Der Vortheil der vorherbeschriebenen, vom Erfinder zusammengestellten Gasfeuerung liegt, wie Erfinder nochmals resumirt, in folgenden Punkten:

1. Die Hitze der Verbrennungsgase wird langer und vollständiger ausgenutzt, wie bei der Siemens'schen Regenerativ-Gasfeuerung.

2. Mit absoluter Sicherheit kann eine reducirende, wie oxydirende Flamme auf dem Herdraum erzeugt werden.

3. Die reducirenden Flammen können erzeugt werden ohne Gasverlust, wie bei den Siemens'schen Oefen.

4. Bei der Stellung der Drosselklappe in der Weise, dafs ein Theil der Luft auf der einen Seite im Herdraum, ein anderer aber erst auf der anderen Seite in der Kammer zur Wirkung kommt, kann die höchste Temperatur ohne Gefahr der Oxydation gegeben werden. Man braucht nur anzunehmen, dafs das auf 2000⁰ C erhitzte Gas zum Theil noch auf dem Herde verbrannt werde, und wird sich dann leicht ein Bild machen können, wie hoch die dadurch zu erreichende Temperatur ist.

5. Die Construction des. Ofens wird insofern vereinfacht, als unter demselben nur eine Kammer an jeder Seite liegt, und die complicirten Zuleitungen von Gas und Luft aus den Kammern wegfallen werden.

6. Viele Oefen, welche früher gebaut wurden, litten an dem Fehler, dafs die Kammern zu klein waren; durch die oben beschriebene Einrichtung kann diesem Fehler ohne gröfseren Umbau Abhülfe geschafft werden, auch bei älteren Anlagen.

7. Die Gefahr des Wegschmelzens des Gewölbes ist, weil man durch die Richtung des einströmenden Windes die Richtung der ganzen Flamme im Ofen beeinflussen kann, auf ein Minimum reducirt. Nach gegebener Beschreibung der Einrichtung des Apparates, des Betriebes in demselben und seiner Vortheile, fafst der Erfinder die dem Patente zu Grunde liegende Idee, auf welcher Einrichtung, Betrieb und Vortheile beruhen, kurz darin zusammen: daß statt der bei der Siemens'schen Regenerativ - Gasfeuerung unter dem Ofen befindlichen zwei Gitterkammern ein Winderhitzungs-Apparat zur Erwärmung der Lift verwendet wird, während das Gas in Regenerativ-Kammern erwärmt wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.