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Elektrowiderstandsofen.
Die Erfindung betrifft einen direkten elektrischen Widerstandsofen, der es ermöglicht, ohne Ver- wendung von Kohlenelektroden Schmelz-und metallurgische Prozesse durchzuführen, die bisher nur in Öfen mit Kohlenelektroden oder in Induktions-und Hochfrequenzöfen vorgenommen werden konnten.
Die direkte Widerstandsheizung für den Elektrostahlofen zu verwerten, wurde bisher nur in den soge- nannten Rinnenöfen von Rombacher oder Gin versucht.
Ein weiterer Fortschritt in der Verwirklichung der direkten Widerstandsheizung wurde erst erzielt, als nicht Metalle, sondern Erze oder sonstige Leiter zweiter Klasse als elektrische Widerstände in die
Stromführung eingeschaltet wurden. Da nämlich die entwickelte Wärme bei einer bestimmten Strom- stärke dem Widerstand proportional ist, können die Leiter zweiter Klasse mit ihrem viel höheren Wider- stand leichter auf hohe Temperatur gebracht und gehalten werden als Metalle.
Wird der Strom statt z. B. durch Eisen durch flüssiges Erz oder sonst einen auf Schmelztemperatur gebrachten Leiter zweiter Klasse geführt, so kann die metallische Stromzuleitung schon einen kleineren
Querschnitt aufweisen, weil der Widerstand des flüssigen Erzes viel höher ist als der des Metalls, so dass selbst bei recht ungleichen äusseren Widerstandsverhältnissen (Querschnitt und Länge des Metalles zu
Querschnitt und Länge des flüssigen Erzbades) bei einem bestimmten Stromdurchfluss das Erzbad noch auf Schmelztemperatur gehalten wird, während die metallische Stromzuleitung auf Grund der Widerstandsverhältnisse, theoretisch wenigstens, kühl bleibt.
Der Gedanke, durch Zwischenschaltung eines im Schmelzfluss befindlichen und zur eigentlichen Charge gehörigen Leiters zweiter Klasse den inneren Widerstand des Sehmelzbades zu erhöhen und einen solchen Ofen zur praktischen Verwendung zu entwickeln, findet sieh schon beim Ofen des Dr. Carl
Gustav Patrik vor. Das wesentliche Kennzeichen dieses Ofens besteht darin, dass die Elektroden aus geschmolzenem Metall bestehen und die Stromführung so bewirkt wird, dass sie unmittelbar zum Metallbad erfolgt. Es ist begreiflieh, dass dabei auch der metallische Stromschluss zum Schmelzen kommt und an dieser Stromzuleitungsstelle das Eisenbad zum Durchbruch gelangt.
Nach vorliegender Erfindung wird nun in einer besonderen Ofenkonstruktion die direkte Widerstandserhitzung der Leiter zweiter Klasse so durchgeführt und ausgenutzt, dass 1. die Erhitzung und das Warmhalten des Leiters zweiter Klasse mittels Elektroden erfolgen können, die im Betriebe eine niedrigere Temperatur haben als die höchste Temperatur im Ofen beträgt, und 2. dass der Stromweg nicht wie beim Ofen nach der deutschen Patentschrift Nr. 80462 von Patrik durch Elektrode-Metallbad-Leiter zweiter Klasse-Metallbad-Elektrode verläuft, sondern von der Elektrode durch den im Schmelzfluss befindlichen und zur Charge gehörigen Leiter zweiter Klasse zum Metallbad und von diesem wieder durch den Leiter zweiter Klasse zur andern Elektrode.
Dadurch wird die Stromzuführungselektrode in der gleichen Weise eine niedere Temperatur haben, wie bei einer Hintereinanderschaltung von Kupfer-und Eisenleitern, wobei der Kupferleiter kühler bleibt als das Eisen, und weiters wird der Leiter zweiter Klasse gewissermassen als Elektrode selbst verwendet, durch die es möglich ist, elektrische Energie und Wärme den unteren Ofenpartien zuzuführen, die Metall enthalten, welches metallurgisch im Ofen aus den Erzen erschmolzen wurde oder das, roh eingesetzt, im Ofen veredelt werden soll.
Die Ausführbarkeit dieser zwei Forderungen setzt die vollkommene Beherrschung der Stromführung von der Elektrode zum Metallbad voraus. Diese Beherrschung der Stromführung im elektrischen
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Ofen ist unter normalen Verhältnissen nicht möglich, da der elektrische Strom den kÜrzesten Weg geht und es kein keramisches Material gibt, das bei den im Ofen herrschenden Temperaturen in der Lage wäre, eine andere als die kürzeste Stromführung zu erzwingen. Die Tatsachen aber, dass der elektrische Strom nicht nur den kürzesten Weg, sondern auch den Weg des kleinsten Widerstandes einschlägt und dass gekühlte Leiter zweiter Klasse praktisch Isolatoren sind, während im Schmelzfluss befindliche Leiter zweiter Klasse den Strom gut leiten, ermöglichen die angestrebte sichere Stromführung. So ist z.
B. der spezifische Widerstand einer bestimmten Erzsorte mit 54% Eisen bei 170 C im festen Zustande 25. 106 Ohm, während er, sobald das Erz flüssig ist, nur mehr 0'4 Ohm beträgt.
Das Wesen der Erfindung besteht also darin, dass der Stromverlauf zwischen den Elektroden
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zwischen den Elektroden und dem Metallbad eingeschaltet sind und die Stromführung übernehmen, u. zw. durch Kühlung der Leiter zweiter Klasse.
Es ist bereits bekannt, die Variierung der elektrischen Leitfähigkeit von Leitern zweiter Klasse durch Kühlung zu bewirken. Die Variierung der elektrischen Leitfähigkeit hat aber beim bekannten Verfahren nur den Zweck, durch gleichmässige Erhöhung des Ohmschen Widerstandes des Beschickungsgutes die Stromaufnahme des Ofens zu regeln, während nach der Erfindung der Strom dadurch gezwungen wird, einen ganz bestimmten Weg innerhalb der Charge einzuschlagen, was eine ungleichmässige Verteilung des Ohmsehen Widerstandes innerhalb des Bades zur Voraussetzung hat. Nur muss die Kühlung so angeordnet werden, dass sie isoliert ist.
Bei dem in Fig. 1 für Gleich-oder einphasigen Wechselstrom und in Fig. 2 und 3 für Drehstrom in beispielsweisen Ausführungsformen dargestellten Ofen wird erfindungsgemäss der den Elektroden 1 zugeführte Strom so geführt, dass er über die Kühlung 2 weg über einen im Betrieb im Schmelzfluss befindlichen Leiter zweiter Klasse zum Metallbad 3 fliesst und von diesem wieder über den im Schmelzfluss befindlichen Leiter zweiter Klasse zur andern Elektrode 1 zurückgeht. Dadurch kann die Stromführungselektrode kühler gehalten werden als die Leiter zweiter Klasse, mithin aus Metall bestehen, und bleibt die Badoberfläche immer flüssig, was für die praktische Durchführung aller metallurgischen Prozesse natürlich von allergrösster Wichtigkeit ist.
Durch die stark verschiedene Leitfähigkeit von gekühlten und ungekühlten Leitern zweiter Klasse wird nun nicht nur eine gewollte Stromführung erzwungen, sondern auch wieder die Haltbarkeit der metallischen Kühlkörper gewährleistet.
Um die Wichtigkeit der gesicherten Stromführung noch besser zu zeigen, sei darauf hingewiesen, was ohne Variierung der Leitfähigkeit der Leiter zweiter Klasse, also im besonderen Falle ohne Kühlung, geschehen würde.
1. Würde in kürzester Zeit das Mauerwerk so abgefressen sein, wie es die strichlierten und punktierten Linien zeigen, d. h. der elektrische Strom würde ohne Kühlung 4 (s. Fig. 2 und 3) den kürzesten Weg nach der punktierten Linie von Elektrode zu Elektrode nehmen und olme Kühlung 2 (s. Fig. 1. 2 und 3) von der Elektrode nach der strichlierten Linie über das Metallbad zur andern Elektrode zurückfliessen.
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form, weil es kein keramisches Material gibt, das, nicht erhitzt, den elektrischen Strom leiten würde.
Die erfindungsgemässe Kühlung hat aber in erster Linie nicht den Zweck, eine durch die hohe Temperatur des zu erhitzenden Körpers hervorgerufene Abnutzung zu verhindern, sondern sie soll bewirken-und darin liegt die Erfindung-, dass das gekühlte Material ein schlechter elektrischer
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durch die Badoberfläche geht, sondern sich auf dem kürzesten Wege (strichlierte und punktierte Linie) kurzschliesst.
Auch beim Drehstromofen nach Fig. 2 und 3 sind die Kühlungen 2 und 4 so angeordnet, dass die Herdform erhalten bleibt und nicht in der Richtung der striehlierten und punktierten Linien zerstört wird. Die Kühlungen 2 und 4 zwingen den Strom, von den Elektroden 1 vermittels eines im Schmelz-
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diesem wieder vermittels eines gleichen Leiters zweiter Klasse über die Kühlungen weg zu den ändern Elektroden zu gehen, und bewirken damit gleichfalls eine flüssige Badoberfläehe. Die isolierte Anordnung der Kühlungen 2 und 4 ist bei diesem Ofen von besonderer Bedeutung.
Wäre nämlich z. B. 2 ein ge- schlossener Kühlring, so würde durch ihn der Strom kurzgeschlossen werden, was nicht nur seine Zerstörung, sondern auch ein Nichtfun1. -tionieren des ganzen Ofens zur Folge hätte.
Es ist für die praktische Ausgestaltung der Erfindung wichtig, dass auch die Massen der Stromzuführungselektroden 1 in ein bestimmtes Verhältnis zur Ofenleistung gesetzt werden, weil bei zu kleinen Massen das erforderliche Kühlerhalten der Elektroden 1 nicht erreicht werden kann. Weiters darf auch das flüssige Metall des Ofeninhaltes unter keinen Umständen (z. B. durch Ausmessung der Ofenauskleidung nach längerem Betriebe) mit der Kühlung in Berührung kommen, weil sonst der Kühlring in analoger Weise zerstört würde, wie die wassergekühlte Windform beim Hochofen, sobald Eisen an die Form herankommt.