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Oefen [3]

[734] Oefen für technische Zwecke dienen zum Erhitzen von Körpern von gewöhnlichen auf höhere Temperaturen (Wärmöfen), selten zur (langsamen) Abkühlung erhitzter Gegenstände auf gewöhnliche Temperatur (Kühlöfen). Im folgenden handelt es sich nur um die Oefen der ersteren Art.

A. Allgemeines.

Als Wärmequellen der Oefen für technische Zwecke kommen 1. die Brennstoffe (s.d. und Feuerungsanlagen) und 2. der elektrische Strom in Betracht.

Zu 1.: Durch Verbrennung von festen, flüssigen (kalten oder erhitzten), gasförmigen Brennstoffen mit (kalter oder erhitzter) Luft oder (festen) stickstoffhaltigem oder reinem Sauerstoff entstehen heiße gasförmige Produkte, deren Wärme zur Erhitzung des in Betracht kommenden Materials verwendet (übertragen) wird.

Wärmeerzeugung und Wärmeübertragung können in zeitlicher Hinsicht erfolgen:

a) gleichzeitig, wobei zwischen unmittelbarer Wärmeübertragung infolge direkter Berührung der heißen gasförmigen Produkte mit dem zu erhitzenden Material und mittelbarer Wärmeübertragung durch ein (bisweilen auch zwei) Zwischenmittel hindurch zu unterscheiden ist. Die erstere Anordnung ist nicht brauchbar, wenn ein schädlicher Einfluß der heißen Gase auf das zu erhitzende Gut vermieden werden muß. Bei festen Brennstoffen kann sich Brennstoff und zu erhitzendes Material in direkter Berührung miteinander befinden; es ist aber hierbei der Beeinflussung des zu erhitzenden Materials durch den Brennstoff Beachtung zu schenken; für Fälle, in denen eine solche nicht stattfinden darf, ist diese Anordnung ausgeschlossen;

b) nacheinander, wobei die Wärmeübertragung in der ersten Periode an einen festen Körper (Mauerwerk) und in der zweiten von diesem auf das zu erhitzende Material erfolgt. – Beispiele hierfür s. Brotfabrikation, Bd. 2, S. 317; steinerne Winderhitzer s. Roheisen, Regeneratoren der Siemens-Martinöfen, s. Feuerungsanlagen, Bd. 4, S. 15.

Zu 2.: Bei der Umwandlung der elektrischen Energie in Wärme kommen folgende Verfahren in Betracht:

a) in einem Leiter von hohem Widerstand wird durch den elektrischen Strom Wärme erzeugt und diese unmittelbar oder mittelbar an das zu erhitzende Material übergeleitet;

b) das zu erhitzende Material verursacht durch seinen Widerstand, welchen es dem Durchgang des Stroms entgegensetzt, seine Erwärmung (Widerstandserhitzung);

c) das zu erhitzende Material bildet den kurzgeschlossenen Leiter für Induktionsströme (Induktionserhitzung);

d) zwischen zwei Elektroden, die nebeneinander oder horizontal oder vertikal einander gegenüberstehen, wird ein Lichtbogen gebildet, dessen Wärme zur Erhitzung benutzt wird. Da der Strom hierbei durch das zu erhitzende Metall hindurchgeht, findet gleichzeitig auch Erhitzung infolge des Widerstands, welchen es dem Durchgang des Stromes entgegensetzt, statt (Lichtbogen- und Widerstandserhitzung).

B. Uebersicht über die Oefen für technische Zwecke.

Nach dem Zweck kann man die Oefen einteilen in:

1. Oefen zur Darstellung von Metallen (metallurgische Oefen) vgl. die Art. über die einzelnen Metalle (für Eisen s. Flußeisen, Roheisen, Schweißeisen, Stahl, Temperguß);

2. Oefen zum Glühen und Schmelzen von Metallen und Legierungen (Glüh-, Wärm-, Schmelzöfen); diese Oefen sind im Anschluß an diese Uebersicht behandelt;

3. Oefen zum Rösten von Erzen (s. Rösten, Röstöfen);

4. Oefen zur Herstellung von Koks (s. Koksöfen);

5. Oefen zur Gasherstellung (s. Gasfabrik, Kraftgas, Leuchtgas, Retortenöfen; vgl. a. Brennstoffe, Bd. 2, S. 293);

6. Oefen zur Erhitzung von Verbrennungsluft (Wind) und Gasen (Winderhitzer, s. Roheisen);

7. Oefen zum Trocknen (s. Eisengießerei, Bd. 3, S. 363, und Trockenöfen);

8. Oefen für Glasfabrikation (s. Glas, Bd. 4, S. 542);

9. Oefen der keramischen Industrie (s. Oefen zum Brennen von Ziegeln, Tonwaren, Kalk und Zement);

10. Oefen zur Brotfabrikation (s. Brotfabrikation, Bd. 2, S. 317 ff.).

C. Oefen zum Glühen und Schmelzen von Metallen und Legierungen (Glüh-, Wärm- und Schmelzöfen).

I. Glüh(Wärm-)öfen. Ihre Größe und Einrichtung hängt u.a. von der Art der in ihnen zu erhitzenden Arbeitsstücke ab. Nach den Betrieben, in denen diese hergestellt oder verarbeitet werden, und nach gewissen Arbeiten ist die nachfolgende Einteilung gewählt.

a) Feuer für Schmiedewerkstätten. Man unterscheidet feststehende und fahrbare Schmiedefeuer; letztere werden auch als Feldschmieden (s.d.) bezeichnet. Fig. 1 zeigt ein gewöhnliches Schmiedefeuer (Esse) mit gemauertem Herde. Darin bezeichnet a die Feuergrube, b den Rauchfang, c den Kohlenraum, d den mit Wasser gefüllten Löschtrog zum Ablöschen der geschmiedeten Gegenstände und zu andern Zwecken, in welchen ein Löschwedel, eiserner Spieß[734] mit einem Büschel Reiser, oder ein Löschspieß, Spieß mit großem faltigem Lappen, eintaucht, e einen senkrechten Schacht für aus dem Feuer gezogene Schlacken, f die gußeiserne Windform (Eßeisen) für das konische Mundstück der Windleitung h, g eine Harke gußeiserne Platte (Fig. 2) zur Beteiligung der Windform f in der Brandmauer i. Zum Schütze des Mauerwerkes gegen Beschädigung ist die obere Fläche des Herdes mit gußeisernen Platten abgedeckt. Ist die Platte g an der Windform ausgebrannt, so wird sie umgedreht, so daß die Windform in einen andern Ausschnitt eingreift. Zum Schutz gegen Hitze wird die Windform zuweilen hohl hergestellt und ähnlich wie bei Hochofenformen durch umlaufendes Wasser gekühlt. Zur Erhöhung der Hitze wird dem Feuer Wind durch die Windleitung h von einem Balgengebläse, Ventilator oder Kapselrädergebläse zugeführt. Werden zwei Schmiedefeuer nebeneinander aufgestellt, so erhalten sie einen gemeinschaftlichen Rauchfang, ebenso wenn sie Rücken an Rücken liegen. Häufig werden auch mehrere Schmiedefeuer im Kreise um den Schornstein herum angeordnet. Die durch Fig. 1 veranschaulichte Zuführung des Windes von der Seite her bewirkt keine gleichmäßige Erhitzung des Arbeitsstücks und bedingt eine Kohlenverschwendung. Es ist besser, nach Fig. 4 unter der gußeisernen Feuergrube a einen Windkasten k mit der als Deckel dienenden Windform (Eßeisen) f anzuordnen und ihn durch Ansatz l mit der Windleitung zu verbinden. Etwaige in den Windkasten fallende Schlacken werden durch den Schieber m abgelassen. Um ein Verstopfen der Windform f zu vermeiden, versteht man sie auch mit einer großen Oeffnung und setzt in diese das konische Ende einer senkrechten Stange ein, welche letztere durch einen Hebel axial verschoben wird. Die Abführung der Gase erfolgt auch vielfach nach abwärts in einen unter Flur befindlichen Kanal und von da zum Schornstein. – Um eine vollständige Absaugung der Gase zu erzielen, wird nach D.R.P.

Nr. 160079 der Uebertritt der Rauchgase über den Rand der Rauchhaube in die Schmiedewerkstätte durch Anbringen einer Innenhaube und Absaugen der durch das Hauptabzugsrohr nicht abziehenden Gase mittels natürlicher oder künstlicher Zugwirkung nach aufwärts oder abwärts durch den Spalt zwischen Innen- und Außenhaube verhindert (Fig. 5). – An Stelle der offenen Feuer, welche einen geringen Wirkungsgrad haben, wendet man auch vielfach die mit einem Gewölbe überdeckten und auch seitwärts geschlossenen Schmiedeherde (Anwärmöfen) Fig. 6 (De Fries & Co., Düsseldorf) an. Der Boden des Feuerkastens wird durch einen Roll gebildet, welcher ein leichtes Abschlacken durch Kippen nach unten ermöglicht. Schlacke und Asche fallen in den Windkasten unterhalb des Rosts.

b) Oefen für Maschinenfabriken, Schmiedewerkstätten, Werkzeugmachereien u. dergl. (Glüh-, Härte-, Einsatzöfen).

α) Schachtglühöfen (Fig. 7). Der Brennstoff (Holzkohle, Koks oder flammende Brennstoffe) verbrennt auf dem Rost R, das zu erhitzende Material liegt auf den Stäben S; s sind Regulierschieber. Will man das Heizgut vor der Einwirkung der Stichflamme schützen, so wird über die Stäbe ein Blech gelegt oder über die Feuerung eine Decke aus feuerfestem Material eingebaut; die Heizgase treten durch seitliche Schlitze in der Decke in den Raum über der Feuerung [9], [10].

ß) Herdglühöfen (Flammöfen). Sie werden an Stelle einer größeren Anzahl von Schmiedefeuern bei kontinuierlichen Schmiedearbeiten an Arbeitsstücken gleicher Art angewendet. Fig. 8 und 9 zeigen einen mit Stein- oder Braunkohle und Unterwind zu betreibenden Schmiedeflammofen mit vier Arbeitstüren. Bei Raummangel und Kleinschmiedearbeiten werden auch zwei Herde übereinander angeordnet, welche die Heizgase nacheinander durchstreichen. Der obere Herd dient zum Vorwärmen der Arbeitsstücke [10].

γ) Muffelöfen (Fig. 10, doppelter Muffelofen, Albert Baumann, Aue i. Erzgebirge) Die Muffel schützt das zu glühende Material vor der direkten Einwirkung der Flamme und gestattet gleichmäßige, allmähliche Erhitzung der Werkstücke, wie dies beim Härten von guten[735] Werkzeuggußstahl notwendig ist. – Die Beheizung der Muffelöfen erfolgt mit festen, flüssigen und gasförmigen Brennstoffen ohne oder mit Zuführung von Preßluft. Besonders die Gasmuffelöfen werden wegen der leichten Regulierbarkeit und des reinlichen Betriebs häufig angewendet. Weitere Muffelöfen sind auf S. 753 und in [9]. [10], [22] angegeben. Ueber elektrisch geheizte Muffelöfen s. unter ε). Für die Härtung gleichartiger Stücke in Massen werden auch Oefen mit henkel- bezw. sattelförmiger Muffel gebaut (Fig. 11, D.R.P, Nr. 164431, Gebr. Hannemann & Co., Düren) [22]. Die Arbeitsstücke gleiten hierbei selbsttätig von der Einsatzöffnung nach der Entnahmestelle und ermöglichen einen kontinuierlichen Betrieb.

δ) Schmelzbadhärteöfen. Die unter α)–γ) erwähnten Oefen erwärmen die Arbeitsstücke vollständig, während bisweilen nur die Erwärmung eines Teils (z.B. der Klinge bei Tischmessern) erwünscht ist, was man durch mehr oder weniger tiefes Eintauchen in ein feuerflüssiges Bad erzielen kann, womit gleichzeitig noch der Vorteil der Vermeidung jeder Oxydation verbunden ist. Als Schmelzbäder werden Blei oder Kochsalz mit Zusatz von Soda und Borax und eventuell gelbem Blutlaugensalz und Kalisalpeter angewendet. Da die Gegenstände in hängender Lage erhitzt werden, so wird einseitiges Erwärmen oder Verziehen verhindert; man hat diese Anordnung auch für gewöhnliche Härteöfen getroffen. Fig. 12 stellt einen Bleibadhärteofen für Feilen (Gebr. Hannemann & Co., Düren) dar [22]. Für hohe Temperaturen, wie sie beim Härten von Schnellschnittstahl notwendig sind, bestehen die Tiegel anstatt aus Stahlguß aus Ton oder Graphit.

ε) Elektrisch geheizte Glühöfen. Für die Umsetzung der elektrischen Energie in Wärme kommt bei diesen Oefen das oben unter 2 a angegebene Verfahren in Anwendung, wobei dann entweder die Heizung einer Muffel oder eines Schmelzbades [31] erfolgt. S.a. unten, II, e.

c) Glüh- und Wärmöfen für Hüttenwerke, Brückenbauanstalten, Schiffswerften, Kesselschmieden, Hammer- und Preßwerke, Stahlgießereien u. dergl. Die Feuerungen dieser Oefen sind in der Regel Rost-, Halbgas- oder (Generator-, seltener Wasser-) Gasfeuerungen. Die Abhitze wird häufig zur Erhitzung der Verbrennungsluft und der Gase (bei den Gasfeuerungen) zwecks Erzielung hoher Verbrennungstemperatur und niedrigen Brennstoffverbrauchs in Rekuperatoren oder Regeneratoren oder auch durch Anfügen von Dampfkesseln zur Dampferzeugung ausgenutzt. Feuerungen mit Regenerierung der Abgase (s. Brennstoffe, Bd. 2, S. 294) werden gleichfalls (aber selten) angewendet. Nach der Form der Arbeitsstücke unterscheidet man:[736]

α) Wärmöfen für Flußeisenblöcke (Ingots). Sie dienen zur Aufnahme der bis zu 4000 kg schweren Ingots nach dem Gießen und nach dem Abziehen der Kokillen zwecks vollständiger Erstarrung und Ausgleichung ihrer Temperatur. Hierfür werden verwendet:

1. Rollöfen. Sie besitzen einen geneigten (1 : 8 bis 1 : 9) Herd. Die Blöcke werden an der (kältesten) oberen Stelle des Ofens eingesetzt und den Heizgasen mit Hilfe von Brechstangen, welche durch die in großer Zahl an den Längsseiten des Ofens angebrachten Oeffnungen hindurchgesteckt werden, entgegengerollt. Herdlänge bis zu 12 m, Kohlenverbrauch bis herab zu 4% des Gewichts der warm eingesetzten Blöcke. Am häufigsten wird Planrostfeuerung mit Unterwind angeordnet. Fig. 13 und 14 zeigen einen Rollofen mit Gasfeuerung [21]. Die Gaserzeuger A A sind direkt an den Ofen angebaut. Die Vorwärmung des Verbrennungswindes W erfolgt in den beiden Rekuperatorsystemen R R, durch welche er hindurchströmt, während sie von außen durch die aus dem Ofen abziehenden Gase S erwärmt werden.

2. Tieföfen. Diese sind aus den Gjersschen (ungeheizten) Ausgleichsgruben hervorgegangen. Fig. 15 und 16 zeigen einen Tieföfen mit Siemensscher Regenerativgasfeuerung für 12 Blöcke. Die Blöcke befinden sich in den durch abhebbare Deckel verschlossenen Räumen A A. Die seitwärts angeordneten Wärmespeicher (Regeneratoren) für Gas sind mit G₁ G₂, die für Luft mit L₁ L₂ bezeichnet.

ß) Wärmöfen für Blöcke, vorgewalztes Material, Schweißeisenpakete u.s.w. (Schweißöfen). Sie besitzen einen ebenen Herd, dem man eine leichte Neigung in der Regel nach dem Fuchs zu gibt, wo[737] durch ein Abstichloch die sich bildende Schweißschlacke abfließen kann. Im folgenden sind die wesentlichen Ofentypen angegeben. Fig. 17–19 zeigen einen Schweißofen mit direkter Feuerung. Die Feuerung (ohne oder mit Unterwind) besitzt Plan- oder Treppenrost, je nachdem bessere Steinkohle oder Braunkohle zur Verfügung steht. Der Herd besteht aus einer Sandschüttung auf Gußeisenplatten. – Ein Schweißofen mit Halbgasfeuerung, System Bicheroux, ist in Fig. 20 und 21 dargestellt. In dem Gaserzeuger G wird die Verbrennung derart durchgeführt, daß die Kohle nur zum Teil vollständig verbrannt wird. Die Gase treten mit niedrigerer Temperatur als bei vollständiger Verbrennung in den Verbrennungsraum ein, in den sie unter Zuführung sogenannter sekundärer Luft, die in den Kanälen unter dem Ofenherd erhitzt wird, verbrannt werden. Zum Betrieb ist ein Gebläse notwendig, das sowohl die zur Halbgasbildung nötige, als auch die sekundäre Luft liefert.

Von den Gaswärmöfen nach dem Rekuperativsystem zeigen Fig. 22–24 einen Schweißofen mit Weardale-Feuerung D.R.P. Nr. 93484 [19]. Das Gas tritt durch das Ventil a ein und gelangt durch den Kanal b über das Gewölbe in die oberen Düsen c. Die Verbrennungsluft tritt durch das Ventil d ein, durchstreicht die von den Abgasen umspülten Kanäle d₁ und d₂ steigt in die in den Wandungen ausgesparten Zwischenräume e₁ und e₂ und von da in den zwischen den Gewölben befindlichen Raum f, um mit dem aus c zuströmenden Gase innig gemischt durch die Düsen g in den Ofenraum h einzutreten. Die Luft umspült so den ganzen Herdraum und bringt die ausgestrahlte Wärme in den Ofen zurück. Die Verteilung der Düsen gestattet, eine sehr gleichmäßige Hitze zu erzeugen; die Regulierung von Gas und Luft gestattet, den Druck so einzustellen, daß Stichflammen nicht auftreten. Die Abgase ziehen durch die Fuchsöffnungen k in die Kanäle l und entweichen, nachdem sie die erste Vorwärmung der Luft bewirkt haben, in den Schornstein.

Um bei den Oefen mit gleichbleibender Flammenrichtung die beim Stapfschen Ofen (s. unten) angegebene Arbeitsweise zu ermöglichen, hat Pietzka den Herd des Ofens, der auf einem hydraulischen [738] Stempel zum Heben und Senken gelagert ist, drehbar eingerichtet, Fig. 25. Die Anordnung der Gaserzeuger und Rekuperatoren dieses Ofens ist dieselbe wie in Fig. 13 und 14.

Einen kontinuierlichen Betrieb und eine wegen des Gegenstromprinzips gute Brennstoffausnutzung ergeben die aus kleineren Rollofen (mit etwa nur 5 m Herdlänge) hervorgegangenen Stoßofen oder kontinuierlichen Blockwärmöfen Fig. 26–28. Die Blöcke werden durch den hydraulisch (oder elektrisch) bewegten Stempel C in den Ofen geschoben und gleiten auf einer Bahn, die aus wassergekühlten Rohren auf kleinen feuerfesten Pfeilern besteht [21], [32]. Die Verbrennungsluft tritt bei A ein, bei B gelangen die abgekühlten Gase in den Schornstein. Am Ende des Ofens sind die Rohre abgebogen, die Blöcke rutschen auf der geneigten Ebene herunter, öffnen die Klappe K und gleiten auf dem geneigten Tisch D noch so weit vor, daß sie in den Haken E gelangen, der sie aufhebt und auf den Rollgang des Blockwalzwerks legt. Im unteren Teil des Ofens, in dem die Blöcke auf Schweißhitze gelangen, erhält die Sohle eine Vertiefung, in der sich die Schweißschlacke ansammelt, um durch eine seitliche Türe entfernt zu werden.

Ein Schweißofen mit Siemensscher Regenerativgasfeuerung ist in Fig. 29 und 30 dargestellt. Die Wärmespeicher sind unter oder neben dem Ofen angeordnet.

Der Gasofen von Stapf, D.R.P. Nr. 129911, Fig. 31 und 32, besitzt einen durch eine Zwischenfeuerbrücke a in zwei Räume b b geteilten langen Herd. Das Arbeitsverfahren besteht zwecks Erzielung guter Brennstoffausnutzung und geringen Abbrands darin, daß das zu erhitzende Material in zwei Hälften räumlich und zeitlich gesondert, und zwar die erste Hälfte des Materials auf jene Herdhälfte eingesetzt wird, wo die Verbrennungsprodukte abziehen. Nach erfolgter Vorwärmung wird die Flamme umgesteuert und die zweite Hälfte des Materials auf die andre Herdhälfte eingetragen, über welche die Abgase aus der ersten Herdhälfte streichen. Die einzelnen Stücke der ersten Hälfte werden alsdann der Reihe nach an die heißeste Stelle des Herdes gezogen und unmittelbar, nachdem sie die erforderliche Temperatur erreicht haben, aus dem Ofen genommen. Nach erfolgter Entleerung dieser Ofenhälfte wird die Flammenrichtung umgesteuert und die Ofenhälfte von neuem beschickt. Die zum Herd führenden Gas- und Lufteintrittskanäle werden bei zweckentsprechender Dimensionierung ihrer Querschnitte an der Vereinigungsstelle mit solcher Neigung gegen die Herdsohle angeordnet und das Ofengewölbe[739] so gegen die Zwischenfeuerbrücke herabgezogen, daß die Flamme sowie die vom Gewölbe reflektierten Wärmestrahlen hauptsächlich gegen eine bestimmte Stelle f jedes der beiden Räume hinter den Arbeitstüren geleitet werden, um daselbst die höchste Temperatur hervorzurufen [20]. Ueber Brennstoffaufwand, Leistungsfähigkeit, Wirkungsgrad und Eisenabbrand gibt folgende Tabelle [20] Auskunft:

γ) Wärmöfen für Kessel, Schiffsbleche, Panzerplatten u.s.w. Diese Oefen zeichnen sich durch einen großen, möglichst gleichmäßig zu beheizenden Herd aus.

Fig. 33 und 34 zeigen einen Glühofen für Kesselbleche (Elsässische Maschinenbaugesellschaft, Grafenstaden) mit seitwärts liegender doppelter Feuerung, Vorwärmung der Verbrennungsluft und drei Arbeitsöffnungen. Der Eintritt der Feuergase erfolgt in der Mitte der einen Längsseite, der Abzug durch eine größere Anzahl regulierbarer, in der Nähe der Arbeitstüren in der Herdsohle angeordneter Oeffnungen.

Die Wärmöfen für Panzerplatten besitzen in der Regel einen fahrbaren Herd, Fig. 35, so daß das Ein- und Ausbringen der Platte bequem erfolgen kann [18]. – Ein Panzerplattenglühofen mit drehbarem Herd, System Pietzka, entsprechend der Anordnung Fig. 25, ist in [21] beschrieben.

δ) Glühöfen für Drähte, Bänder, Feinbleche u.s.w. Beim Glühen dieser Materialien muß eine Oxydation der Oberfläche vermieden werden. Es erfolgt deshalb das Glühen entweder in der Art, daß das Material in eisernen Glühkästen oder Glühtöpfen unter Luftabschluß eingepackt wird oder, wie dies bei Drähten und Bändern auch der Fall, in großen Muffelöfen, in denen eine sauerstofffreie Atmosphäre (z.B. durch Einleitung von Wasserstoffgas) gebildet wird.[740]

II. Schmelzöfen. In der nachstehenden Aufzählung und Besprechung sind die verschiedenen Ofensysteme in folgender Anordnung behandelt: a) Kupolöfen, b) Herd(flamm)öfen, c) Tiegelöfen, d) Schmelzkessel, e) Elektrische Schmelzöfen.

a) Kupolöfen (Fig. 36–41). Sie werden vorzugsweise zum Umschmelzen von Roheisen in Eisengießereien und Stahlwerken gebraucht. Vorteile große Leistungsfähigkeit bei geringem Brennstoffverbrauch. Der Schacht des Ofens wird durch die obere Oeffnung (Gicht) mit abwechselnden Lagen von Brennstoff und Schmelzgut angefüllt; im unteren Teil (Herd) findet die Verbrennung der Brennstoffe durch eingeblasene oder angesaugte Luft und die Schmelzung des Metalls statt. Das geschmolzene Metall sammelt sich unterhalb der Windeinströmungsöffnungen im Herd selbst (Fig. 36) oder in einem besonderen Sammelraum, dem Vorherd, der in der Regel seitwärts vom eigentlichen Ofen angeordnet und mit diesem durch einen Kanal verbunden ist (Fig. 37 und 38). – Das Abstechen des Metalls findet am tiefsten Punkt des Herds oder Vorherds durch das Stichloch statt. Zur leichteren Reinigung und Ausbesserung des Ofens wird er gewöhnlich auf Säulen geilem und mit einer Bodenklappe versehen.

Das Schmelzgut wird nach Menge und Zusammensetzung infolge der Berührung mit dem Brennstoff durch Aufnahme von Schwefel (durch gleichzeitiges Aufgeben von Kalkstein oder [selten] Manganerzen beschränkbar) und Kohlenstoff (Umschmelzen von schmiedbarem Eisen deshalb im Kupolofen nicht möglich) sowie durch den Sauerstoff der Verbrennungsluft (Verlust an Silicium, Mangan und Eisen) verändert. Der Kalksteinzuschlag ist auch zur Bildung einer leicht schmelzbaren Schlacke aus der Koksasche und dem am Roheisen haftenden Sand notwendig; sie wird durch das Schlackenstichloch entfernt. Die verschiedenen Kupolofensysteme unterscheiden sich in folgendem:

α) Ohne oder mit Vorherd (Vorteile des Vorherds: Ansammlung größerer Eisenmengen möglich, Schmelzvorgang wird nicht beeinflußt, das Eisen wird der Einwirkung des Brennstoffs und des [kalten] Windes entzogen. Nachteil: Abkühlung des Schmelzguts; es ist deshalb für dünnwandigen Guß ein Vorherd nicht empfehlenswert).

β) Nach der Art der Windzuführung (durch Düsen in einer Ebene oder in zwei bis drei übereinander liegenden Ebenen oder durch einen ringförmigen Schlitz oder durch Hauptdüsen in einer Ebene und Hilfsdüsen, welche in einer Schraubenlinie angeordnet sind [Greiner & Erpf] oder durch Hauptdüsen in einer Ebene und einer mittleren Düse [Wests Kupolofen, Fig. 39, mit innerer Windzuführung]).[741]

γ) Nach der Form des inneren Ofenprofils (zylindrischer Schacht oder Einschnürung in der Schmelzzone [Zweck: Vermeidung von Ansätzen in der Ofenmitte; bei engen Oefen wegen der Möglichkeit des Hängenbleibens der Beschickung nicht empfehlenswert] mit eventueller Erweiterung im Herd zwecks Ansammlung größerer Eisenmengen).

δ) Nach der Zuführung und Bewegung des Windes (Gebläsekupolöfen [weitaus vorherrschend]: der Wind wird mit Hilfe eines Gebläses in den Ofen eingeblasen; Saugkupolöfen: die Abgase werden durch ein Dampfstrahlgebläse aus dem an der Gicht verschließbaren Ofen abgesaugt und dementsprechend der Wind in den Verbrennungsraum eingesaugt [Saugkupolofen von Herbertz, Fig. 40, Vorteile: kein Auswerfen von Funken, bequeme Reinigung des Luftschlitzes von Ansätzen während des Betriebs; Nachteile: Beschränkung im Ofendurchmesser und in der Leistung wegen des Aufsteigens des Winds vorzugsweise an den Wänden]).

Hauptabmessungen von Gebläsekupolöfen nach Angaben der Badischen Maschinenfabrik Durlach:

F.W. Lürmann gibt folgende Tabelle [28]:

Bei der Beurteilung von Kupolöfen ist neben der Größe des Brennstoffverbrauchs insbesondere auch die Größe des Abbrands in Berücksichtigung zu ziehen. Rasche Schmelzung vermindert den Abbrand, erhöht aber den Brennstoffverbrauch. Der Brennstoffverbrauch schwankt von etwa 6,5 bis 20% und mehr, der Abbrand von 2,5 bis 10% und mehr.

Einzelheiten der Kupolöfen: An die Gicht der Oefen schließt sich entweder ein zylindrischer Abzugsschacht oder eine Funkenkammer an; in der letzteren findet infolge der Ablenkung der Gichtgase eine Ausscheidung der mitgeführten Funken und Aschenteile statt, welche durch ein Rohr abgeführt werden. Fig. 41 zeigt zwei Kupolöfen mit gemeinsamer Funkenkammer (Badische Maschinenfabrik Durlach). Zwischen Mantel und Mauerwerk muß ein Spielraum von etwa 1 cm für die Ausdehnung der feuerfesten Steine gelassen werden. Die oberen Schichten der Ausmauerung, gegen welche die Schmelzmaterialien geworfen werden, stellt man häufig aus gußeisernen Hohlblöcken her. Die Höhenlage des Stichlochs über der Gießereisohle hängt davon ab, in welcher Weise das abgestochene Eisen aufgefangen wird, d.h. von der Art und Größe der Pfannen.

b) Herdflammöfen (Fig. 42–46). Bei den Herdflammöfen findet das Einschmelzen des Schmelzguts auf einem Herd statt, der mit einem Gewölbe überspannt ist. Da nur die Feuergase mit dem Schmelzgut in Berührung kommen, so eignet er sich für alle in größeren Mengen einzuschmelzenden Metalle und Legierungen, also auch für Bronze, Zinn, Blei u.s.w. Die Flammöfen haben im allgemeinen Rostfeuerung, mit Ausnahme der Stahlschmelzöfen, da Gasfeuerung nur bei kontinuierlichem Betrieb vorteilhaft ist. In Eisengießereien tritt der Flammofen bisweilen an die Stelle des Kupolofens, die sich darin voneinander unterscheiden, daß die Flammöfen mit jedem Abstich eine (von der Größe des Ofens abhängige) Menge vollkommen gleichmäßigen Eisens ergeben, dessen[742] Schwefelgehalt beim Einschmelzen nur in unbedeutendem Maß zunimmt, daß ferner während und nach dem Einschmelzen das Eisen durch Zusätze beliebig in seiner Zusammensetzung verändert werden kann, daß schwere Gußbruchstücke bequem eingeschmolzen werden können, daß die Flamme reduzierend oder oxydierend gehalten werden und in letzterem Fall ein kohlenstoff- und siliciumarmes Roheisen erzielt werden kann. Das Schmelzen im Flammofen ist für alle Gußstücke empfehlenswert, an die hohe Anforderungen gestellt werden. Als Nachteile des Flammofens sind die Notwendigkeit viel sorgfältigerer Bedienung, größere Kosten an Arbeitslöhnen, feuerfestem Material und Brennstoff und größerer Abbrand zu erwähnen.

Man unterscheidet Flammöfen mit gestrecktem Herd (Fig. 42, für 14 t Einsatz mit Einsatztüre am Ende des rechteckigen Herdes und seitwärts vom Ofen angeordneter Esse) und Flammöfen mit Sumpf (Fig. 43 und 44, für 7 t Einsatz mit über dem Stichloch eingezogenem Gewölbe). Die Größe der Oefen ist sehr wechselnd; sie beträgt im Maximum bis zu 45 t [23]. Der Kohlenverbrauch wird mit 25–29% des Einsatzes angegeben. – Flammöfen für Oelfeuerung sind in Fig. 45 (Ofen von Charlier) und Fig. 46 (Ofen von Rockwell) dargestellt. Diese Oefen sind zum Zweck des Ausgießens des geschmolzenen Metalls um ihre Längsachse drehbar eingerichtet. Der Rockwellsche Ofen besitzt zwei Herde, von denen abwechselnd der eine zum Schmelzen, der andre zum Vorwärmen des Schmelzguts durch die Abhitze dient. Die Flammenrichtung kann dementsprechend gewechselt werden. Ein weiterer hierhergehöriger Ofen ist der von Schwartz, der einer kleinen Bessemerbirne gleicht [24].

c) Tiegelöfen (Fig. 47–51). Bei den Tiegelöfen erfolgt das Schmelzen des Metalls in einem Tiegel, der rings von Brennmaterial oder einer Flamme umgeben ist. Der Tiegeloten eignet sich besonders für das Schmelzen kleinerer Mengen (aller Metalle und Legierungen). Eine Einwirkung des Brennstoffs oder der Feuergase auf das Schmelzgut ist nicht vorhanden, dagegen ist der Brennstoffverbrauch wegen der ungünstigen Wärmeübertragung ein hoher und im Hinblick hierauf und auf die nicht unbeträchtlichen Ausgaben für Tiegel ist der Tiegelofenbetrieb kostspielig.

α) Tiegelschachtöfen. Sie werden mit festem Brennstoff (Koks) geheizt. Bei den Zugtiegel(schacht)öfen (Fig. 47) erfolgt die Zuführung der Verbrennungsluft durch Ansaugen mittels Schornsteins (Esse), bei den leistungsfähigeren Gebläsetiegel(schacht)öfen durch ein Gebläse. Man unterscheidet ferner feststehende (Fig. 47) und kippbare (Fig. 48–50) Schachttiegelöfen. Bei den feststehenden Tiegelöfen wird der Tiegel zum Ausgießen des Metalls aus dem Ofen genommen, bei den[743] kippbaren verbleibt er dagegen im Ofen, da der ganze Schacht entweder um die Schwerpunktsachse (Fig. 48 und 49, D.R.P. Nr. 143143, Badische Maschinenfabrik Durlach) oder um die Ausgußschnauze (Fig. 50, Baumann-Oerlikon) gekippt wird. Ein weiterer hierhergehöriger Tiegelofen ist unter Münze, Münzenherstellung (S. 528, Fig. 2) abgebildet. In der Regel findet das Kippen des Ofens um seine Tragzapfen an der Stelle statt, wo das Schmelzen erfolgt; bisweilen wird aber auch der ganze Ofen, in einer Traggabel hängend, an einem Kran an die Stelle gebracht, wo durch Kippen das Ausleeren des Tiegelinhalts erfolgen soll. Die kippbaren Tiegelöfen ergeben größere Haltbarkeit der Tiegel, geringeren Brennstoffverbrauch sowie Abkürzung der Schmelzdauer und Möglichkeit der Anwendung größerer Einsätze (bei den gewöhnlichen Tiegelöfen höchstens 100 kg wegen der Schwierigkeit des Aushebens der Tiegel). Um das Schmelzgut vorzuwärmen und die Schmelzung zu beschleunigen, wendet man Vorwärmer über den Tiegeln an (s. V, Fig. 48 und 50), in welchen das lose aufgehäufte Schmelzgut von den abziehenden Heizgasen durchströmt und vorgewärmt wird. – Ein kleiner Tiegelofen für Leuchtgasheizung ist in Fig. 51 (Deutsche Gold- und Silberscheideanstalt in Frankfurt a. M.) dargestellt.

β) Tiegelflammöfen, s. Stahl, Stahlherstellung.

d) Schmelzkessel. Sie dienen zum Schmelzen leicht schmelzbarer Metalle, wie Blei, Zinn, Zink, Legierungen des Zinns mit Blei, Antimon und Wismut. Der Schmelzkessel ist gewöhnlich halbkugelförmig und die Feuerung eine einfache Rostfeuerung, vgl. a. Fig. 12.

e) Elektrische Schmelzöfen. Entsprechend dem in der Einleitung Ausgeführten unterscheiden wir:

α) Elektrische Tiegel- oder Muffelschmelzöfen. Der zu erhitzende Raum (Tiegel u.s.w.) ist mit gekörnter Kohle K (Fig. 52 und 53) umgeben, durch die der Strom geführt und die elektrische Energie so in Wärme umgesetzt wird. An Stelle von gekörnter Kohle wird auch Kryptol (s. Bd. 2, S. 423) verwendet, das aus Kohle, Carborundum und Silikaten besteht. Der hohe Heizeffekt dieser Massen ist nicht durch den Leitungs-, sondern durch den Uebergangswiderstand bedingt. Die Anordnung der Elektroden AA kann in der durch die Fig. 52 und 53 angegebenen Weise erfolgen. Untersuchungen über diese besonders für Laboratoriumszwecke bei Temperaturen von 1600–1700° mit einer Genauigkeit von 10–15° regulierbaren Oefen vgl. [11]. Ueber den auf dem gleichen Prinzip beruhenden Tiegelofen von Girod s.[8], [34].

β) Elektrische direkte Widerstandsöfen (ohne Induktion). Beim Ofen von Gin bildet das Metall, das sich in engen Kanälen befindet (Fig. 54), selbst den Erhitzungswiderstand [29].

γ) Elektrische Induktionsöfen. Der aus dem Ofen von Kjellin [29], [34] hervorgegangene Ofen von Röchling-Rodenhauser ist in Fig. 55–57 dargestellt [30]. Der Ofen faßt 5 t und wird mit Einphasenstrom von 3000 Volt und 15 Perioden in der Sekunde betrieben. Abweichend vom Kjellinschen Ofen haben die Transformatorschenkel außer der Primärwicklung A auch eine Sekundärwicklung B. Ferner sind zwei Schmelzrinnen vorhanden, die in der Mitte des Joches zu einer breiten Rinne zusammenfließen. Hierdurch sind zwei verschiedene Heizarten erzielt worden, indem nicht nur in den schmalen, in sich kurzgeschlossenen Rinnen ein[744] Induktionsstrom erzeugt wird, sondern auch der breiten Rinne durch die kupferne Sekundärwicklung, die Metallplatten E und die in die Ofenzustellung eingelassenen Uebertragungsmassen G starke Ströme von niedriger Spannung zugeführt werden. Die Platten E sind so hoch, daß der Strom durch das Eisenbad und auch durch die Schlacke geht. Die Wicklungen sind gegen die hohe Wärme durch einen kupfernen Zylinder abgeschlossen und werden ebenso wie die Eisenkerne durch Gebläsewind aus den Rohren N₁ und N₂ gekühlt. Der ganze Ofen ruht auf Rollen und wird durch ein Druckwasserkippwerk zum Schlackenabziehen nach hinten, für den Abstich nach vorn geneigt. Eine ausführliche Abhandlung über Induktionsöfen ist in [26] und ein Auszug daraus in [27] enthalten.

δ) Elektrische Schmelzöfen mit Lichtbogenerhitzung bezw. Kohlenelektroden. Der Ofen von Héroult (Fig. 58) besitzt zwei Kohlenelektroden. Die Schlackenmenge zwischen Elektroden und Metall wird so dünn gehalten, daß die Hauptstrommenge von der ersten Elektrode durch die Schlacke zum Metall und von hier aus am andern Ende des Bades aus dem Metall durch die Schlacke wieder zur Elektrode geht. Ueber Betriebsergebnisse mit dem Héroult-Ofen s. [33]. Weitere hierhergehörige Oefen sind der Ofen von Keller, Härmet, Stassano, s. [17] und [34]. Beim Ofen von Girod (D.R.P. a.) geht der Strom von einer oberen Elektrode aus durch Schlacke und Metallbad hindurch zu den unter dem Schmelzbad befindlichen, aus demselben Metall wie das Schmelzbad bestehenden Elektroden, die vertieft im Herd sitzen und eventuell durch Wasser gekühlt sind. S.a. [17].

Ueber das zu Oefen für technische Zwecke verwendete feuerfeste Material, dessen Beschaffenheit von der Temperatur der Oefen, der Widerstandsfähigkeit gegen rasche Temperaturwechsel, gegen die lösende und zerstörende Wirkung von Gasen, Schlacken und der zu erhitzenden Materialien selbst abhängig und dementsprechend zu wählen ist, vgl. Steine feuerfeste. An solchen Stellen der Oefen, an denen infolge hoher Temperaturen eine rasche Zerstörung des feuerfesten Materials auftritt, begegnet man dieser durch Anwendung von Luftkühlung (vgl. Fig. 22–24, 29, 30) oder auch von Wasserkühlung, wobei das Wasser in Röhren oder Platten, die in der Regel in das Mauerwerk eingelassen sind, strömt (vgl. Fig. 17 und 18) oder das Mauerwerk oder der Mantel von außen mit Wasser berieselt wird (letzteres bei Hochöfen [s. Roheisenherstellung] und bisweilen bei großen Kupolöfen angewendet).[745]

Literatur: [1] Ledebur, A., Handb. d. Eisenhüttenkunde, Bd. 1, 5. Aufl., Leipzig 1906; Bd. 3, 4. Aufl., 1903. – [2] Ders., Die Gasfeuerungen für metallurgische Zwecke, Leipzig 1891. – [3] Ders., Eisen- und Stahlgießerei, 3. Aufl., Leipzig 1901. – [4] Steinmann, Ferd., Compendium der Gasfeuerung in ihrer Anwendung auf die Hüttenindustrie, Leipzig 1900. – [5] Toldt-Wilcke, Regenerativgasöfen, 3. Aufl., Leipzig 1907. – [6] Häußermann, C., Industrielle Feuerungsanlagen, Stuttgart 1897. – [7] Beckert, Th., Leitfaden der Eisenhüttenkunde, 1. Teil, Berlin 1898, 3. Teil, 1900. – [8] Guillet, L., Etude industrielle des alliages métalliques, Paris 1906. – [9] Reiser, Fried., Das Härten des Stahls in Theorie und Praxis, Leipzig 1906 (enthält Härteöfen). – [10] Thallner, Otto, Werkzeugstahl, 2. Aufl., Freiberg 1904; Ders., Konstruktionsstahl, Freiberg 1904 (enthalten Härte- und Einsatzöfen). – [11] Harkort, H., Beitrag zum Studium des Systems Eisen-Wolfram, Halle a. S. 1907. – [12] Borchers, W., Die Leistungen metallurgischer Oefen, Halle 1905. – [13] Dürre, E.F., Handbuch des Eisengießereibetriebs, Leipzig 1890,96. – [14] Messerschmitt, A., Kalkulation und Technik der Eisengießerei, Essen 1903. – [15] »Schiffbau«, Berlin, Jahrg. 190607 (Wärmöfen in Schiffbaubetrieben). – [16] Schmatolla, E., Die Gaserzeuger und Gasfeuerungen, Hannover 1901. – [17] Borchers, W., Die elektrischen Oefen, Halle 1907. – [18] Engineering, Bd. 64, S. 592. – [19] »Stahl und Eisen« 1905, S. 753, 814, 949 (Fortschritte im Bau von Gasöfen für Eisenhüttenwerke). – [20] Ebend., 1903, S. 1378 (Stapf, Gas-, Schweiß- und Wärmöfen). – [21] Ebend., 1898, Nr. 21 und 22. – [22] Ebend., 1907, Nr. 22 (Ueber Härteöfen). – [23] Ebend., 1906, Nr. 19 (Flammofenbetrieb in amerikanischen Eisengießereien). – [24] Ebend., 1902, Nr. 10, S. 550. – [25] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1902, S. 1138 (Herdwärmofen); S. 1140 (Tieföfen). – [26] Elektrotechn. Zeitschr. 1907. – [27] »Stahl und Eisen« 1907, S. 1878. – [28] Ebend., 1908, S. 304. – [29] Ebend., 1905, S. 631 ff. – [30] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1908. – [31] »Stahl und Eisen« 1907, S. 469; »Glückauf« 1907, S. 1540 (Härteöfen mit elektrisch geheiztem Schmelzbad der Allgem. Elektrizitätsgesellschaft, Berlin). – [32] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ing. 1900, S. 791. – [33] Ebend., 1907, S. 73. – [34] »Stahl und Eisen« 1904 (Neumann, Elektrische Eisendarstellung). – Verzeichnis über Einzelartikel s.a. Jahrbücher für das Eisenhüttenwesen 1900/05 und die vierteljährliche Zeitschriftenschau in »Stahl und Eisen«.

A. Widmaier.