XXII. Ueber einen nach dem Princip der Wärme-Regeneration construirten, mit Steinkohlen geheizten Winderhitzungs-Ofen; von E. A. Cowper, Civilingenieur in London. Vorgetragen in der Institution of Mechanical Engineers am 25. April 1860. – Aus dem Civil Engineer and Architect's Journal, Sept. 1860, S. 277. Mit Abbildungen auf Tab. II. Cowper, über einen nach dem Princip der Wärme-Regeneration construirten, mit Steinkohlen geheizten Winderhitzungs-Ofen. Der praktische Nutzen der zuerst von Neilson im J. 1829 bei den Hohöfen angewandten heißen Gebläseluft ist jetzt nach sorgfältigen Beobachtungen von den Eisenhüttenmännern allgemein anerkannt. In Folge her mittelst des heißen Windes erzielten bedeutend günstigeren Resultate hat man oft versucht, wie weit sich die Temperatur desselben steigern läßt, wobei sich natürlich in Folge der eintretenden Zerstörung der gußeisernen Röhren der gewöhnlichen Winderhitzungsapparate bald eine Grenze herausstellte; auch ist es einleuchtend, daß immer eine große Temperatur-Differenz zwischen der innerhalb einer gußeisernen Röhre erhitzten Luft und dem die Röhre außerhalb erhitzenden Feuer stattfinden muß, wozu noch eine Temperatur-Differenz einerseits zwischen dem Feuer und der Röhre, andererseits zwischen der Röhre und der durch dieselbe ziehenden Luft kommt. Diese Differenzen müssen beträchtlich seyn, um eine hinreichend rasche Wärmeleitung zu erzielen; es kann daher in keinem Falle die heiße Gebläseluft nahezu die Temperatur des Feuers erlangen, welcher überdieß das Gußeisen nicht zu widerstehen vermöchte. Die Temperatur, mit welcher die Verbrennungsproducte aus gewöhnlichen Winderhitzungsöfen abziehen, beträgt 1250 bis 1500° Fahr. (676 bis 815° C.), während der Wind nur auf beiläufig 700° F. (371° C.) erhitzt wird. Der Nutzeffect des Brennmaterials kann also nur ein sehr niedriger seyn, da die Verbrennungsproducte mit beiläufig einer zweimal so hohen Temperatur als sie der Wind erlangte, entweichen müssen; indem man versuchte an Brennmaterial im Hohofen dadurch zu ersparen, daß man die Temperatur des Windes erhöhte, opferte man wieder mehr Brennmaterial in den bisherigen Lufterhitzungsapparaten auf. Bei dem hier zu beschreibenden Winderhitzungsofen wurde Siemens' Regenerationsprincip für Puddel- und Schweißöfen, überhaupt für Oefen in welchen eine starke Hitze hervorgebracht werden mußPolytechn. Journal Bd. CXLVII S. 273., speciell zum Erhitzen der Gebläseluft angewandt. Der Regenerator besteht aus einer mit schmiedeeisernem Mantel versehenen Kammer, in welcher eine große Anzahl von Stücken eines feuerfesten Materials (feuerfeste Ziegelsteine) in geringer Entfernung von einander sich befinden, so daß die aus der mit Steinkohlen geheizten Feuerstelle in die Kammer ziehende Feuerluft dieselben umspielen kann; sie werden dadurch erhitzt, aber nicht in gleichem Grade, denn die dem Feuer zunächst befindlichen absorbiren am meisten Hitze, dann die diesen Stücken zunächst befindlichen etwas weniger, die folgenden noch weniger, und so fort, bis endlich in der durchziehenden Feuerluft keine nutzbare Wärme zurückbleibt. So lange nämlich die Stücke feuerfesten Materials eine niedrigere Temperatur haben als die Feuerluft, werden sie fortfahren etwas Wärme aufzunehmen, weßhalb keine Wärme entweichen kann, es müßte denn der Heizproceß so lange fortgesetzt werden, daß der ganze Regenerator vom Boden bis zum oberen Ende vollständig heiß würde, was jedoch nur in vielen Stunden bewerkstelligt werden könnte. Die nächste Operation besteht darin, dem Regenerator die aufgenommene Wärme wieder zu entziehen, um sie zu benutzen; dieß geschieht dadurch, daß man die aus dem Heizofen einströmende Feuerluft absperrt und die zu erhitzende Gebläseluft durch den Regenerator in der entgegengesetzten Richtung ziehen läßt, so daß sie zuerst mit dem kalten oberen Ende desselben in Berührung kommt und daher nur ein wenig Wärme aufzunehmen beginnt; indem sie dann mit dem nächsten Satz von Materialstücken in dem Regenerator in Berührung kommt, nimmt sie ein wenig mehr Wärme auf, weil dieselben ein wenig wärmer als die ersten sind; und auf ihrem weiteren Wege abwärts nimmt sie immer mehr Wärme auf, da sie mit jeder Schicht von erwärmtem Material in Berührung kommt, bis die Luft, welche fortwährend in kleine Ströme zertheilt wurde, am unteren heißen Ende des Regenerators nahezu mit der dort herrschenden Temperatur austritt; die Wärme welche vorher allmählich in dem Regenerator abgesetzt wurde, wird ihm also durch die Luft, wenn diese in der entgegengesetzten Richtung hindurchströmt, allmählich wieder entzogen. Die specifische Wärme der gewöhnlichen feuerfesten Ziegelsteine ist sehr groß, denn ihre Wärmecapacität ist beiläufig derjenigen des Kupfers, dem Volum nach, gleich, und daher vielmal größer als diejenige des Kupfers dem Gewichte nach. Im Vergleich mit Wasser, dem Volum nach, ist ihre specifische Wärme auch nahezu die gleiche; da nun die Temperatur der feuerfesten Ziegel am unteren heißen Ende des Regenerators beiläufig zehnmal so hoch als der Siedepunkt des Wassers ist, so ist die Gesammtcapacität des Regenerators in der Nähe des heißen Endes nahezu zehnmal so groß als diejenige eines gleichen Volums siedenden Wassers. Die specifische Wärme der Luft ist aber gering und beträgt nur ein Viertel von derjenigen des Wassers, dem Gewichte nach, daher eine kleine Quantität erhitzter feuerfester Steine hinreichen wird, um ein sehr großes Luftvolum zu erhitzen. Dieß wird durch die Erfahrung mit den Winderhitzungsöfen bestätigt, denn obgleich deren Regeneratoren nur ein mäßiges Quantum von feuerfesten Steinen enthalten, so braucht man doch die Ströme von heißer Feuerluft und kalter Gebläseluft nur einmal in zwei Stunden zu wechseln, um heißen Wind von sehr regelmäßiger Temperatur zu erzielen. Da die feuerfesten Ziegelsteine sehr strengflüssig und auch wohlfeil sind, so sind sie ein ganz geeignetes Füllungsmaterial für die Regeneratoren. Fig. 12 ist ein verticaler Durchschnitt und Fig. 13 ein horizontaler Durchschnitt von einem derartigen Winderhitzungsofen; ein Paar solcher nebeneinander stehender Oefen, welches Fig. 15 im Grundriß zeigt, wurde auf den Eisenwerken der HHrn. Cochrane zu Ormesby, bei Middlesborough, zur Anstellung von Versuchen errichtet und erhitzte während eines zweimonatlichen regelmäßigen Betriebes per Minute nahezu 1000 Kubikfuß Luft auf 1200 bis 1300° F. (649 bis 704° C.). Ein solcher Ofen wird vom Boden aus durch ein Steinkohlenfeuer A geheizt, und die Hitze zieht durch den Regenerator B hinauf; dieser absorbirt den größten Theil derselben und der Rest entweicht dann am oberen Ende durch das Ventil C in den zur Esse führenden Fuchs. Die Feuerstelle A ist mit einer hohlen, durch Wasser gekühlten Thür D versehen, welche auf Rollen verschoben werden kann, und wenn sie geschlossen ist, das Feuer gänzlich sowie auch den Aschenraum gegen den Luftzutritt absperrt; da die Thür an ihren Rahmen passend abgerichtet ist, so wird sie beim Einziehen des kalten Gebläsewindes in den Regenerator sofort gegen den Rahmen gepreßt und luftdicht gemacht. – Das Ventil E für den kalten Gebläsewind am oberen Ende des Ofens ist ein gewöhnliches Kegelventil; das Ventil F für die erhitzte Gebläseluft ist hingegen ein gußeisernes von halbkugelförmiger Gestalt, damit es der Hitze, welcher es ausgesetzt ist, besser widerstehen kann, und wird bloß aufgezogen und niedergelassen, wornach es mit seinem flachen Rande auf einem kreisförmigen Sitz ruht. Dieses Ventil erfüllt seinen Zweck sehr gut; für höhere Temperaturen, nämlich 1400 bis 1800° F. (760 bis 982° C.), welche man zu erreichen beabsichtigt, wird man aber ein Ventil anwenden, welches aus zwei schmiedeeisernen Halbkugeln besteht, die am Rande zusammengeschweißt und abgedreht sind, und deren Hohlraum wie eine Hohofenform durch einen Wasserstrom gekühlt wird; ein solches Ventil ist in Fig. 14 in größerem Maaßstabe im senkrechten Durchschnitt abgebildet. – So lange als der Regenerator geheizt wird, bleiben die verschiebbare Feuerthür D und das Essenventil C offen; nach zwei Stunden werden diese geschlossen und die Gebläseluft-Ventile E und F geöffnet, wornach man den kalten Gebläsewind durch den Regenerator B zwei Stunden lang in absteigender Richtung ziehen läßt, während welcher Zeit der zweite, zur Seite des ersteren befindliche Regenerator-Ofen (s. Fig. 15, den Grundriß des Ofen-Paares) geheizt wird. Der Regenerator B ist eine Masse von feuerfesten Ziegelsteinen, welche in der Art zusammengefügt sind, daß sie durchbrochene Mauern bilden, wie Fig. 16, 17 und 18 in größerem Maaßstabe zeigen. Die Temperatur welche durch das Feuer erzeugt wird, beträgt wahrscheinlich ungefähr 4000° F. (2204° C.), genaue Versuche wurden hierüber aus Mangel eines genügenden Instruments nicht angestellt; und die Wirkung des Regenerators ist so vollkommen, daß die durch das Essenventil abziehende Luft nur eine Wärme von 150 bis 250° F. (52 bis 121° C.) hat, daher man auch die Hand ohne die geringste Beschädigung in den Fuchs stecken kann. Die kalte Gebläseluft, welche mit der Temperatur der Atmosphäre einströmt, oder doch nur mit einer um ein Paar Grade höheren, da die Pressung derselben 3 Pfd. per Quadratzoll beträgt, wird, indem sie durch den Regenerator hinabzieht, auf 1300° F. (704° C.) erhitzt, und während zweistündigen Betriebes mit einem Ofen variirt die Temperatur der erhitzten Luft nur um 100 bis 150° F. (56 bis 83° C.). Bei dem besprochenen Ofen-Paar bestand das Gehäuse für die Ziegelsteinmasse jedes Regenerators aus einem schmiedeeisernen Cylinder von 7 1/2 Fuß Durchmesser. Diese Oefen sind seit mehr als zwei Monaten mit der Temperatur von 1300° F. (704° C.) im Betriebe; sie speisen eine dreizöllige Form eines großen Hohofens und liefern nahezu 1000 Kubikfuß Luft per Minute. – Als Probirmittel für die Temperatur der Gebläseluft in gewöhnlichen Winderhitzungsöfen dient bekanntlich das Schmelzen des Bleies durch die Gebläseluft, und für heißere Gebläseluft wird Zink als Probirmittel angewandt; für die erhitzte Gebläseluft, welche die nach dem Regenerations-Princip construirten Oefen liefern, muß man aber ein Metall benutzen, welches bei einer viel höheren Temperatur schmilzt, und wendet daher Antimon an, welches in sechs bis sieben und oft sogar in vier bis fünf Secunden geschmolzen ist. – Die ganze Röhrenfahrt, welche die erhitzte Gebläseluft aus dem Ofen zu dem Kugelrohr in der Nähe des Hohofens führt, ist mit feuerfesten Steinen gefüttert; das Kugelrohr und die Düse, welche nicht so gefüttert sind, bleiben rothglühend. Es wurden mit diesen Oefen im verflossenen Jahre mehrere Versuche gemacht, aber wegen der großen Entfernung derselben vom Hohofen, welche die erhitzte Gebläseluft durch gußeiserne Röhren zurücklegen mußte, die nicht hinreichend mit feuerfesten Steinen gefüttert waren, giengen mehrere hundert Wärmegrade auf ihrem Wege verloren, denn es wurden über 65 Fuß Röhrenlänge von der durchziehenden Gebläseluft auf guter Rothglühhitze erhalten. Die Gebläseluft hatte bei diesen Versuchen an der Düse oft eine Temperatur von 1250° F. (676° C.), während sie am Erhitzungsofen 1500 bis 1600° F. (815 bis 871° C.) betrug. – Welche Ersparniß an Brennmaterial die besprochenen Winderhitzungsöfen gewähren, läßt sich nach der Thatsache beurtheilen, daß die bei den gewöhnlichen Winderhitzungsöfen in die Esse abziehende Feuerluft eine Temperatur von beiläufig 1250° F. (676° C.) hat, hingegen bei den nach dem Regenerationsprincip construirten Oefen nur eine Temperatur von 200° F. (75° C.) oder sogar weniger. Zum Messen der erhaltenen Temperaturen diente ein genaues, nach dem Princip desjenigen von John Wilson construirtes Pyrometer. Dasselbe ist in Fig. 19 und 20 abgebildet, und besteht aus einem kupfernen Gefäß G, in welches eine Pinte (1 1/4 Pfd. Avdp.) Wasser gefüllt werden kann; dasselbe ist, um die Wärme-Ausstrahlung genügend zu verhüten, mit zwei Gehäusen umgeben, wovon das innere Luft enthält und das äußere mit Filz gefüllt ist. In diesem Gefäß ist ein gutes Quecksilber-Thermometer H befestigt, welches nebst der gewöhnlichen Scala eine kleine verschiebbare Scala I hat, die mit 50 Graden auf 1 Grad der Thermometer-Scala graduirt ist. Zu dem Instrument gehört auch ein cylindrisches Kupferstück J, dessen Größe genau so adjustirt ist, daß seine Wärmecapacität ein Fünfzigstel von derjenigen einer Pinte Wasser beträgt. Beim Gebrauch des Pyrometers gießt man eine Pinte Wasser in das kupferne Gefäß G und schiebt 0° der Pyrometerscala I an den Temperaturgrad des Wassers, welchen das Quecksilberthermometer H anzeigt; man bringt dann das Kupferstück J in den Strom heißer Gebläseluft, deren Temperatur bestimmt werden soll, und läßt es darin beiläufig zwei Minuten lang sich erhitzen, wornach man es schnell in das in dem kupfernen Gefäß G enthaltene Wasser einsenkt, dessen Temperatur es im Verhältniß von 1 Grad auf je 50 Wärmegrade im Kupferstück steigert; die Temperatur-Erhöhung kann unmittelbar an der Pyrometerscala I abgelassen werden, und wenn man zu dieser die wirkliche Temperatur des Wassers addirt, welche die Scala des Quecksilberthermometers anzeigt, so erhält man die genaue Temperatur der Gebläseluft. Durch die neuen Winderhitzungsöfen erzielt man 1) eine sehr hohe Temperatur des Gebläsewindes für Hohöfen, 2) eine große Ersparniß an Brennmaterial im Lufterhitzungsapparat und im Hohofen, und 3) fallen die Kosten gänzlich weg, welche durch die Abnutzung der bisher in den Lufterhitzungsapparaten gebräuchlich gewesenen gußeisernen Röhren veranlaßt wurden, sowie auch der durch das Leckwerden derselben verursachte Windverlust. Die Hohofen-Gichtgase eignen sich ganz besonders zum Heizen dieser Oefen und können als das wohlfeilste Brennmaterial mit dem größten Vortheil dazu benutzt werden.Im nächsten Heft theilen wir die Beschreibung des Cowper'schen Winderhitzungsofens mit, dessen Regenerator mit Hohofen-Gichtgasen geheizt wird.A. d. Red.