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Verfahren zum Betriebe von Drehrohröfen Aus der Benutzung von Drehrohröfen
für die Durchführung metallurgischer und chemischer Reaktionen, z. B. Röstverfahren,
egtsteht der Vorteil, daß große Leistungen mit einem einzigen Ofen erreichbar sind.
Die modernen Bestrebungen gehen dahin, die Leistung der Drehrohröfen noch weiter
zu steigern. Die Schwierigkeiten, die dem entgegenstehen, liegen nicht so sehr darin,
daß der Ablauf der metallurgischen oder chemischen Reaktionen unvollkommen wird
(z. B. die Abbrände bei der Schwefelkieserzröstung noch zu viel Schwefel enthalten),
sondern es treten bei Steigerung der Ofenleistung über ein gewisses Maß zu hohe
Temperaturen in bestimmten Ofenzonen auf, die die Bildung von Ansätzen und sonstige
Sintererscheinungen zur Folge haben. Es sind schon verschiedene Vorschläge gemacht
worden, die der Erhöhung der Durchsatzleistung von Drehrohr-3fen entgegenstehenden
Schwierigkeiten zu beseitigen.
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S,o hat man sich bemüht, die der Ofenatmosphäre ausgesetzte Oberfläche
des Gutes so groß wie möglich im Verhältnis zum Gesicht des im Ofen befindlichen
Gutes zu machen. Man hat demgemäß Wender in den Ofen eingebaut und die Schicht des
im Ofen vorhandenen Erzbettes möglichst niedrig gehalten. Die Wender hatten den
Zweck; das Gut immer wieder in die Ofenatmosphäre einzustreuen, und die zweckmäßigste
Stärke der Gutschicht glaubte man gefunden zu haben, wenn man die Neigung des Ofens,
die Höhe der im Ofen vorhandenen Stauringe und die Drehzahl des Ofens so einstellte,
daß das Gut in etwa 4. bis & Stunden durch den Ofen hindurchgelangte. Mit derartigen
Öfen sind auch tatsächlich schon gute Erfolge erzielt worden.
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Erfindungsgemäß gelingt es jedoch noch, sowohl die Durchsatzleistung
als auch die Betriebssicherheit des Drehrohrofens dadurch zu erhöhen, daß die Menge
der Beschickung, die sich während der Reaktion im Ofen befindet, mindestens etwa
gleich der Hälfte der täglich in diesem Ofen zu behandelnden Rohstoffmenge gemacht
wird, wobei die Gutmenge in den Zonen des Ofens, in denen die Reaktion langsamer
verläuft, wesentlich größer bemessen wird als in den Zonen mit schnellerem Reaktionsverlauf,
so daß in bezug auf die Ofentemperatur der langsamere Reaktionsverlauf durch die
Erhöhung der Gutmenge annähernd ausgeglichen wird.
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Überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, daß die Leistung des
Ofens auf ein Maximum gesteigert werden kann, wenn man die Durchgangsgeschwindigkeit
des Gutes durch den Ofen so bemißt, daß im Drehrohrofen mindestens etwa die Hälfte
des täglich durchgesetzten Gutes vorhanden ist. Derartig große Gutmengen stören
die Vollständigkeit . des Verlaufs der beabsichtigten metallurgischen oder chemischen
Reaktionen in keiner Weise, andererseits ermöglichen sie einen vorzüglichen Wärmeausgleich
zwischen den einzelnen Abteilungen des Ofens. -Bei der Röstung sulfidischer Erze
z. B. hat man im Drehrohrofen Zonen, in denen die
Reaktionen schnell
verlaufen, neben anderen, in denen der Reaktionsverlauf erheblich träger ist. Die
letzten liegen hauptsächlich am unteren Ende des Ofens. Erfindungs-; gemäß werden
deshalb bei der Verarbeitung. derartigen Gutes die Gutmengen in denn unteren Abteilungen
des Ofens so groß ge macht, daß die Menge der in der Zeiteinheit in Reaktion tretenden
.Bestandteile der Beschickung in allen Abteilungen gleich ist. Hat man z. B. festgestellt,
daß bei der Röstung von Kies in den Abteilungen am unteren Ofenende in der Zeiteinheit
nur noch halb so viel Schwefel verbrennt wie in vorhergehenden Abteilungen, so wird
z. B. durch entsprechende Erhöhung der Stauringe in den Abteilungen mit trägerem
Reaktionsverlauf <las Gewicht des in diesen Abteilungen befindlichen Gutes etwa
auf das Doppelte gegenüber dem Gutgewicht in den Abteilungen mit normalem Reaktionsverlauf
erhöht. Damit wird auch die Gewichtsmenge der in der Zeiteinheit reagierenden Stoffe
entsprechend erhöht, denn an der Reaktionsgeschwindigkeit wird durch die Erhöhung
der Gutmenge in diesen Abteilungen nicht viel geändert. Es verbrennt also in diesen
Abteilungen in der Zeiteinheit die gleiche Schwefelmenge wie in den anderen Abteilungen,
und demgemäß stellt sich auch die Arbeitstemperatur in diesen Abteilungen etwa gleich
hoch wie in den übrigen ein.
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Geht man davon aus, daß in einem mit Wendern ausgestatteten Drehrohrofen
die Reaktionen in der Hauptsache dadurch beschleunigt werden, daß das Gut immer
wieder durch den Gasraum des Ofens fällt, so lä I't sich der erfindungsgemäß erreichte
gute Temperaturausgleich zum Teil dadurch erklären, ,Maß das durch den Ofenraum
niederfallende Gut sich bei dein Verfahren gemäß der Erfindung mit verhältnismäßig
großen Gutmengen mischt, sobald es wieder auf das im Ofen befindliche Erzbett gelangt.
Die reaktionsbeschleunigende Wirkung, die die Bewegung des Gutes durch den freien
Ofenraum verursacht, wird also auf eine größere Gutmenge übertragen, innerhalb der
die Möglichkeiten für einen guten Temperaturausgleich größer sind als in dünneren
Gutschichten, in denen das Gut inniger mit den Ofengasen in Berührung kommen kann.
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Die für das Verfahren gemäß der Erfin-<'ung erforderlichen großen
Beschickungsmengen können auf verschiedene Weise ini Ofen zurückgehalten werden.
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Zweckmäßig werden unter Beibehaltung oder Änderung (Verringerung oder
Erhöhung) der bisherigen Neigung des Drehrohrofens die Höhen der an sich bekannten
.;auringe, durch die der Ofen in verschiedene Abteilungen eingeteilt wird, verschieden
groß gewählt. Dies empfiehlt sich insbesondere bei der Röstung von sulfidischen
Erzen,` z. B. Pyriten. Hierbei kann die Einrichtung so getroffen werden, daß vom/oberen
Ofenende oder von der Hauptreaktionszone nach dein unteren Ofenende zu die Höhen
der Stauringe gleichmäßig oder nach einer Kurve zunehmen.
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Im allgemeinen ist es zweckmäßig, in Drehrohröfen bestimmte Gasgeschwindigkeiten
einzuhalten. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird nun die Leistung des Drehrohrofens
wesentlich gesteigert. Das bedingt aber, daß jeder Ofenabteilung auch ein gegenüber
dein früheren Betrieb erhöhter Bedarf an reagierenden Gasen zugeführt werden muß.
Dieser Forderung kann man in manchen Fällen nur gerecht werden, wenn man die Gasgeschwindigkeit
im Drehrohrofen über das im früheren Betrieb als .am günstigsten befundene Maß hinaus
steigert. Um diesen Nachteil zu vermeiden und trotzdem für ausreichende Gaszufuhr
zu allen Teilen des Ofens zu sorgen, wird erfindungsgemäß ein Teil der Gase aus
dem Ofen durch Offnungen im Mantel des Ofens und an diese öffnungen anschließende,
außerhalb des Ofens liegende Leitungen in an sich bekannter Weise abgeführt. Die
Menge der auf diese Weise abgezogenen Gase kann dann immer so eingestellt werden,
daß im Ofen die günstigste Gasgeschwindigkeit stets vorhanden ist.
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Wichtig ist es dabei oft. mit einer einzigen Vorrichtung für die Förderung
der Gase durch den Ofen auszukommen. Dieses Ziel wird mit Sicherheit erreicht, ohne
daß die 'Möglichkeit zur Regelung der einzelnen dein Ofen entnommenen Gasströme
beeinträchtigt wird, dadurch, daß ein besonderer Ofenkopf vorgesehen wird. Dieser
Ofenkopf besteht aus einem zentralen und einem diesen umgebenden ringförmigen Kanal.
Durch den zentralen Kanal dieser vor der einen Stirnseite des Ofens liegenden Einrichtung
werden die Gase dem Ofen unmittelbar entnominen. An den ringförmigen Kanal werden
in bekannter Weise die Leitungen angeschlossen, durch die Gase aus den einzelnen
Ofenzönen abgezapft werden. Regelorgane sind in dem zentralen Kanal des Ofenkopfes
und gegebenenfalls in den Leitungen vorgesehen. Der ringförmige Kanal und der zentrale
Kanal im Ofenkopf münden dann in dieselbe Gasableitung, in der die Gasfördervorrichtung
vorgesehen ist. Auf diese Weise wird die Möglichkeit geschaffen, jeden Gasteilstrom
für sich genau einzustellen. Man kann derartige Ofenköpfe natürlich auch an beiden
Stirnseinen des Ofens vorsehen und hat dann
die Möglichkeit, die
Gase in einem Teil des Ofens im Gleichstrom, im anderen im Gegenstrom zu dem Gut
zu führen und außerdem auch noch durch Gasabzüge durch die Öffnungen im Ofenmantel
die Gasströmung und damit die Temperaturen in den mittleren Abteilungen des Ofens
in beliebiger Weise zu beeinflussen. In vielen Fällen kommt man aber mit einem Ofenkopf
aus. Auch hier besteht die Möglichkeit, den Ofen nicht -nur nach dem Gleichstromprinzip
oder dem Gegenstromprinzip zu betreiben, sondern außerdem durch Gasableitung durch
den Ofenmantel die Gasströmung in den einzelnen Abteilungen des Ofens zu regeln.
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Die Zuführung. der Gase zu dem Ofen geschieht in bekannter Weise durch
Öffnungen in einer oder beiden Stirnseiten des Ofens. An Stelle dieser oder außer
diesen Öffnungen können natürlich auch, wie an sich bekannt, Gaszuführungen vorgesehen
werden, die auf den Umfang des Ofens gleichmäßig oder nach anderen Gesichtspunkten
verteilt sind.
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Die Zeichnung diene zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
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In den Abb. i bis .4 sind verschiedene für das Verfahren gemäß der
Erfindung geeignete Drehrohröfen schematisch im Längsschnitt beispielsweise dargestellt.
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Bei sämtlichen Öfen ist mit i der Mantel, mit a das Mauerwerk, mit
3 die Laufringe, mit 4. der Antrieb, mit 5 die Beschickungseinrichtung und mit 6
die Austragseinrichtung bezeichnet. 7 sind Düsen, durch die Luft oder andere Gase,
die für die Reaktion jeweils benötigt werden, in den Ofen eingeführt werden. 81,
8., 83, 84 USW. sind die Stauringe.
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Man kann die Anordnung natürlich auch so treffen, daß der Abstand
der Stauringe voneinander von dem einen nach dem anderen Ende des Ofens oder z.
B, von der Mitte nach beiden Enden gleichmäßig oder in einem bestimmten Verhältnis
zunimmt.
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Die Gase werden aus dem Ofen durch den Ofenkopf 9 abgezogen. Am unteren
Ende ist der Ofen z. B. durch den Deckel io geschlossen, indessen können in diesem
Deckel noch Düsen für die Einführung von Luft oder anderen Reaktionsgasen vorgesehen
sein.
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Bei dem Ofen nach Abb. i nimmt die Höhe der Stauringe vom oberen Ende
des Ofens nach dem unteren Ende zu. Die Stauringe 8"
83, 8, . . . sind noch
verhältnismäßig niedrig, während die Stauringe 81, 8., 83 ... erheblich höher
bemessen sind. Dadurch wird erreicht, daß in iden Abteilungen 11, 12, 13 wesentlich
größere Gutmengen zurückgehalten werden als in den Abteilungen 1q., 15, 16.
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Dieser Ofen ist insbesondere geeignet für die Abröstung von Schwefelkies,
Zinkblende und anderem Gut, bei dem die Reaktion zunächst sehr schnell und später
langsamer verläuft. Dadurch, daß die letzten Abteilungen des Ofens wesentlich mehr
Gut fassen als die ersten, wird trotz nach dem unteren Ende des Ofens abnehmender
Reaktionsgeschwindigkeit » erreicht, daß die Menge der in jeder Ofenabteilung in
der Zeiteinheit umgesetzten Stoffe und damit die Wärmeentwicklung ungefähr die gleichen
bleiben.
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Ähnliche Wirkungen werden mit dem Ofen nach Abb. q. erreicht. Bei
diesem 'ist der Durchmesser des freien Ofenraumes an beiden Ofenenden größer als
in der Mitte. Dieses erreicht man z. B. dadurch, daß das Mauerwerk an beiden Ofenenden
dünner gehalten wird als in dem mittleren Teil des Ofens, oder dadurch, daß bei
gleicher Mauercverksstärke der Durchmesser des Blechmantels von der Mitte nach einem
oder beiden Ofenenden vergrößert wird, oder durch geeignete Kombinationen beider
Mittel. Die Höhe der Stauringe g ist irn oberen Ofenteil kleiner als im unteren.
In letztem sind die Stauringe mindestens so hoch, daß die gedachte Verbindungslinie
ihrer Oberkanten ungefähr parallel zur Ofenachse und etwa in der Höhe der Oberkante
der Stauringe der mittleren Zone oder noch höher liegt. Auch auf diese Weise gelingt
es, die Bewegungsgeschwindigkeit des Gutes durch die einzelnen Zonen des Ofens und
den Inhalt der einzelnen Abteilungen des Ofens in gewünschtem Sinne zu regeln und
verschieden zu gestalten. Dieser Ofen ist mit Vorteil verwendbar z. B. für die Reduktion
von oxydischern Gut mit festen oder gasförmigen Reduktionsmitteln oder beiden Mitteln,
z. B. .Kohlenstoff. Durch den oberen Ofenteil wandert das Gut verhältnismäßig langsam
hindurch, so daß hier eine gute Vorwärmung stattfindet. Im mittleren Teil bewegt
es-sich schnell und in dünner Schicht. Dadurch wird eine starke Einwirkung der Ofengase
auf das Guterzielt, denn es ist auch die Gasgeschwindigkeit in diesem Teil des Ofens
größer. Demgemäß wird das umgesetzte Gas schnell von dei% einzelnen Gutteilchen
weggenommen. Im unteren Teil des Ofens bleiben die Gutteilchen möglichst lange mit
dem Reduktionsmittel in Berührung, so daß die Reduktion sehr vollständig verläuft.
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Weitere Mittel zur Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit in den
einzelnen Abteilungen des Ofens zeigen die Einrichtungen nach Abb. a und 3, und
zwar wird diese Regelung durch geeignete Einstellung der Gasströmung,' der Gasgeschwindigkeit
und der Mengen der Gase im Ofen erreicht: 17 und 18 sind zwei Gasabzüge, die in
einen den Ofenmantel konzentrisch umgebenden Raum münden.
Dieser
besteht aus den finit dein Ofen drehbaren Teilen ii, und dein feststehenden Teil
2o, an dem die Gasabführung 21. und eine Entnalunevorrichtung 22 für aus den Gasen
abgeschiedenen Staub angeordnet sind. Außerdem hat der Ofen zwei Ofenköpfe 2,; und
24.. Bei diesem Ofen besteht -lie Möglichkeit, Gas an mehreren verschiedenen Stellen
zu entnehmen, nämlich durch die beiden Ofenköpfe -23 und 24. und die Gasabzüge 1
7 und 18. Die Zahl der letzten kann noch vermehrt «erden, z. B. können auch noch
in anderen durch zwei Stauringe begrenzten Ofenkammern derartige den Ofenmantel
durchbrechende Gasabzüge vorgesehen sein. Dabei kann die Einrichtung durch Regelung
der Gaszufuhr durch die Düsen ; und entsprechende Einstellung der Regelorgane an
den drei (oder mehreren) Gasabführungen des Ofens so getroffen werden, daß entweder
durch sämtliche Gasabführungen gleich große Gasmengen von annähernd der gleichen
Zusammensetzung. dein Ofen entnommen werden oder daß die Menge und die Zusammensetzung
der Gase an jeder Entnahmestelle anders sind. ':Natürlich kann man die einzeliien
Gasströme außerhalb des Ofens wieder vereinigen. In der gleichen Weise besteht die
Möglichkeit, dal@ jeder Gasstrom getrennt weiterverwendet bzw. weiterbehandelt wird
oder daß man einen, zwei oder mehrere bzw. alle Gasströme verlorengibt. Bekannte
Entstaubungsvorrichtungen können dazu dienen, die den Ofen verlassenden Gasströme
-jeden für sich oder alle zusammen in derselben Einrichtung - zu entstauben. Gewisse
Mengen Staub werden aus den Gasen schon in dem konzentrischen Raum niedergeschlagen,
der von den Teilen 19 und -2o gebildet wird. Uni hier Betriebsstörungen zu
vermeiden, ist deshalb die verschließbare Staubausfallöffnung 22 vorgesehen.
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Auch der Drehrohrofen nach Abb. 3 ist mit einer oder mehreren Öffnungen
25 im Ofenmantel versehen, durch die Gase aus dein Ofen abgeführt werden. Die Öffnungen
können in mehreren Abteilungen des Ofens vorgesehen sein. Aus diesen Öffnungen gelangen
die aus dein Ofen abströmenden Gase durch Leitungen 26 nach dem Ofenkopf 2;, in
dein sie sich dann -wieder mit den Gasen vereinigen, die aus dein oberen Ende des
Ofens unmittelbar in den Ofenkopf 2; abströmen. Für die Gasentnahme an einzelnen
Stellen des Ofens ist dann nur noch ein einziges Gebläse erforderlich, das in der
an den Ofenkopf 2; anschließenden Gasableitung vorgesehen sein kann.
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Bei allen Ausführungsformen ist jede Zuführung, z. B. Düse 7, durch
die Gase in den Ofen gelangen, sowie jede Abzapfeinrichtung für die Ofengase, z.
B.Ableitangen 26, zweckmäßig finit Regel- oder Absperrorganen ausgestattet. Dadurch
wird es möglich, jede Gaszuleitung bzw. Gasentnahmeeinrichtung beliebig zu drosseln
oder völlig abzustellen.
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Der Drehrohrofen gemäß der Erfindung wird zweckmäßig mit an sich bekannten
(nicht gezeichneten) Wendern ausgestattet, durch die das Gut mitgenommen und in
den Gasraurn des Ofens eingestreut wird. Diese Wender können in allen durch die
Stauringe gebildeten Abteilungen oller, auch nur in einem Teil dieser Abteilungen
vorgesehen sein.
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'Münden <Mir Leitungen, aus denen Gase durch ini Zlaritel des Ofens
liegende Öffnungen entnommen werden, in einen Ofenkopf, so empfiehlt es sich, auch
noch ein Regelorgan in der Öffnung vorzusehen. durch die Ofengase unmittelbar aus
dem Ofen in diesen Ofenkopf übertreten können.
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Bei der Abröstung von Zinkblende in einem bekannten Prehrohrofen von
= m -0' rnld 2.4 in Länge zwar die Anordnung der Stauringe wie folgt: Im ersten
Ofendrittel befanden sich drei Stauringe von 15o mm Höhe, im mittleren fünf Stauringe
von der gleichen Höhe und im letzten Drittel vier Stauringe, ebenfalls 15o mm hoch,
die alle ungefähr den gleichen Abstand voneinander hatten. Die dadurch entstehenden
Kammern faßten je etwa 625 kg Blende. so daß sich im Ofen also rund 7,5 t befanden.
Da der Ofen einen Durchsatz von 30 t Blende mit 30 °/o S hatte, war der Ofeninhalt
ein Viertel des täglichen Durchsatzes. Bei der Abröstung bildete sich irrt oberen
Ofenteil eine Temperaturspitze von etwa iooo° C, bei welcher Temperatur die Gefahr,
daß Anbackungen entstanden, sehr groß war. In der mittleren Zone bewegte sich die
Temperatur uni 8oo° Cd im letzten Drittel unter 6oo° C. Bei dieser Temperatur war
eine Totröstung der Zinkblende naturgemäß nicht durchführbar. Die Gasmenge ist zu
8oooo cbm mit 6 °f, SO-, errechnet worden, woraus sich eine
effektive maximale Gasgeschwindigkeit von i,5 in pro Sekunde bei 8oo=' C@ im Ofen
ergibt.
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Zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist der Ofeninhalt
auf 20 t durch M?rhöhung der Stauringe vergrößert worden, welche 1Ienge zwei Drittel
des früheren Durchsatzes voll 30 t täglich entspricht. Die Zahl der Stauringe
ist beibehalten worden. Der erste Stauring im bersten Teil des Ofens hat eine Höhe
von @o mm. Die Höhe der Stauringe nimmt vorn ersten Stauring von 5o mm Höhe an gleichmäßig
uni je 5o mm zu, so daß der letzte (unterste) Stauring 6oo mm ist. Bei der Röstung
stellen
sich überraschenderweise die Ofentemperaturen überall gleichmäßig
ein, und zwar betragen sie in der ersten Zone 8oo°, in der mittleren 85o° und in
der Endzone 8oo° C. Die abgeröstete Blende hat einen Schwefelgehalt von o,8 °/o.
Da die Temperaturen ohne Zweifel noch eine gewisse Erhöhung zuließen, wurde der
Durchsatz auf 36 t täglich erhöht. Die Temperaturen stiegen dann auf 92o bzw. 98o
bzw. 9oo° C in den einzelnen Ofenzonen. Natürlich maß entsprechend mehr Röstluft
zugeführt werden. Die Gasgeschwindigkeit im Ofen hätte dann von 1,5 m pro
Sekunde auf etwa a,2 m pro Sekunde ansteigen müssen. Da diese Geschwindigkeit ohne
Zweifel für die Abröstung zu hoch gewesen wäre, wurde ein Teil, und zwar ein Drittel
der Gasmenge, aus dem Ofen, etwa am Ende des ersten (obersten) Drittels der Ofenlänge,
abgezogen und durch Rohrleitungen zum Ofenkopf geführt, wo diese Gase mit dem Hauptgasstrom
sich vereinigten.