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Liehtbogenofen mit elektromagnetischer Lichtbogenverblasung.
Lichtbogenöfen mit Metallelektroden sind an sich für die Durchführung von Gasreaktionen, beispielsweise für die Grossgewinnung von Luftstickstoff bereits vorgeschlagen worden, wobei man zwecks Vermeidung einer fberhitzung der Brennstelle von der Massnahme Gebrauch gemacht hat, den Brennfleck, sei es durch Bewegung (z. B. Drehung) der Elektrode oder durch entsprechendes Ver- blasen des Lichtbogens durch einen Gasstrom oder auf magnetischem Weg auf der Elektrode wandern zu lassen.
Von einer Anwendung dieser Arbeitsweise auf die Durchführung von Reaktionen im geschlossenen elektrischen Ofen, also bei Sehmelzvorgängen und Reaktionen zwischen flüssigen bzw. festen Körpern, ist jedoch bisher Abstand genommen worden, offenbar in der Erwägung, dass eine Bewegung der Elektroden bei geschlossenen elektrischen Öfen unüberwindliche Schwierigkeiten bereitet, während anderseits das magnetische Verblasen des Lichtbogens durch in seiner Nähe angeordnete Elektromagnete aus praktischen Erwägungen nicht angängig erschien.
Die Schwierigkeiten dieser Übertragung werden auch noch weiter dadurch erhöht, dass es bei Gasreaktionen genügt, in der unmittelbaren Umgebung des Lichtbogens, die die eigentliche Reaktionzone darstellt, die hohen durch den letzteren erzeugten Temperaturen aufrecht zu erhalten, während der übrige Teil des Ofens, insbesondere also die Ofenwandungen, gekühlt werden können. Bei Reaktionen, an denen feste bzw. flüssige Körper beteiligt sind, ist es aber notwendig, möglichst im ganzen Ofenraum eine gleichmässig hohe Temperatur zu erzeugen. Dies bedingt also weiter, dass auch das Verblasen des Lichtbogens durch einen Gasstrom, das bei Gasreaktionen bereits vorgeschlagen wurde, wegen der entstehenden Wärmeverluste ausscheidet.
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrischer Ofen für die Durchführung von Reaktionen zwischen
Stoffen in flüssigem oder festem Zustande mit Metallelektroden, bei denen das Verblasen des Licht- bogens durch ein ausserhalb des Ofenmantels erzeugtes Magnetfeld erfolgt.
Eine Ausführungsform eines Ofens gemäss Erfindung ist in der Zeichnung Fig. 1 wiedergegeben.
Dabei bedeutet A das Ofengehäuse, durch dessen Mantel die wassergekühlten Elektroden Bi und B2 eingeführt sind. Die Erzeugung des Blasfeldes erfolgt durch eine ausserhalb des Ofens angeordnete um den Ofenmantel gelegte zweiteilige Zylinderspule Oi und C,. Uni die elektromagnetisch vorteil- hafte Anordnung der Spulenhälften mit geringem Abstand voneinander bei Zündung des Ofens durch
Hochfrequenzstrom zu ermöglichen, sind für die Einführung der Elektroden in das Ofengehäuse metallisierte keramische Durchführungen und D2 angeordnet, deren innerer Mantelbelag mit der
Elektrode, und deren äusserer mit dem Ofengehäuse verbunden wird.
Auf diese Weise lässt sich das Überschlagen des hochfrequenten Zündstroms auf das Gehäuse und das Glimmen der Durchführungen vermeiden.
Die bei Gasreaktionsöfen übliche feste Anordnung der Elektroden ist bei Ofen für die Behandlung von festen oder flüssigen Stoffen nicht brauchbar, da mit Rücksicht auf das Anfahren bei kaltem Ofen der Elektrodenabstand klein gehalten werden müsste : Denn, da sowohl die aus dem Ofenraum in die
Elektrode eingestrahlte Wärme als auch die Wärme, die von dem hocherhitzte Brennfleek auf die Elektrode übergeht, durch das Kühlmittel als Wärmeverluste abgeführt werden, würde sich bei kurzer Bogenlänge und entsprechend grosser Erstreckung der Elektroden innerhalb des Ofenraumes eine ausserordentlich ungünstige Wärmeausnutzung ergeben.
Zur Behebung dieser Nachteile hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Elektroden längsbeweglich anzuordnen, derart, dass sie bei Inbetriebnahme des Ofens einander bis auf einen Abstand genähert werden, bei dem die Zündung erfolgt bzw.
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der Lichtbogen auch bei verhältnismässig kaltem Ofen übergeht, während mit fortschreitender Steigerung der Temperatur der Abstand zwischen ihnen weitgehend vergrössert wird. Versuche haben ergeben, dass es möglich ist, die Elektroden beim arbeitenden Ofen soweit herauszuziehen, dass ihr Abstand ein Vielfaches des zum Anfahren notwendigen Abstandes beträgt und dadurch insbesondere die Ein- strahlungsverluste zu verringern, ohne die Ausbildung der Lichtbogensonne zu stören.
Dabei wird auch das Verhältnis von Brennfleckenergie zu Liehtbogenergie weitgehend zugunsten der letzteren verschoben.
Eine weitere Verringerung der Wärmeverluste, die, wie sieh gezeigt hat, überwiegend durch die vom Brennfleck abgeführte Wärme bedingt werden, kann dadurch erreicht werden, dass man als
Werkstoff für die Elektroden Metalle mit möglichst schlechter Wärmeleitfähigkeit verwendet bzw. auf den Elektroden eine die Wärme schlecht leitende Schicht von Oxyden od. dgl. aufbringt. Dabei genügt es, wenn diese Schicht nur im Dauerbetrieb, also bei herausgezogenen Elektroden, noch in den Ofen hineinragenden Teil -derselben bedeckt.
Es ist bekannt, dass sich bei Lichtbogenöfen für Gasreaktion, Eisen und Eisenlegierungen als Werkstoff für die Elektroden nicht bewährt haben. Wie sich nunmehr ergeben hat, ist dies darauf zurückzuführen, dass bei der damals verwendeten Anordnung der Blasmagnetpole in unmittelbarer
Nähe des Lichtbogens ein stark inhomogene Magnetfeld erzeugt wurde, das durch die Eisenelektroden in einer die Blaswirkung in der Nähe der Elektrodenspitzen nachteilig beeinflussenden Weise verzerrt wurde.
Durch die erfindungsgemässe Erzeugung des Blasfeldes ausserhalb des Ofens wird aber ein sehr homogenes Magnetfeld bedingt, bei dem die Verwendung von Eisen und Eisenlegierungen als Werkstoff für die Elektroden sich als besonders vorteilhaft erweist, da die Kühlverluste bei Eisenelektroden nur etwa die Hälfte der Verluste bei Kupferelektroden betragen.
Die Zündung des Lichtbogens bei Inbetriebnahme des Ofens erfolgt zweckmässig durch die an sieh bekannte Hoehfrequenzzündung, da nur sie es gestattet, die Zündung so lange wirken zu lassen, bis die Ofentemperatur für die Selbstzündung des Lichtbogens mit der Betriebsspannung ausreicht.
Bei der einfachsten Form der Hoehfrequenzzündung mit stark gedämpften Schwingungen ist es zweckmässig, den Primärstrom dem Betriebsstrom zu entnehmen. Dabei hat sich jedoch gezeigt, dass trotz an sieh genügender Stärke des Stroms die Zündung dann unterbleibt, wenn die gegenseitige Phasenlage zwischen der am Lichtbogen liegenden Netzspannung und den gedämpften Hochfrequenzwellen- zügen ungünstig ist, wenn z. B. die Höchstwerte der Hoehfrequenzspannung gerade mit dem Null- punktsdurchgang der Betriebsspannung zusammenfallen. Erfindungsgemäss wird daher die zur Erregung der Stossfunkenstrecke dienende Spannung, beispielsweise mit Hilfe eines Drehtransformators, in der Phasenlage verdrehbar gegen die Lichtbogenspannung angeordnet.
Bei der Anordnung gemäss Fig. 1 verhindert im allgemeinen die Kapazität der Durchführungen D, und D2 die Bildung des Zündfunken zwischen den Elektroden, da sie die Hochfrequenzspannung über das Ofengehäuse kurz schliesst, und es ist in der Regel auch nicht möglich, die Zündfrequenz so weit herabzusetzen, dass der Einfluss der Durchführungskapazitäten verschwindet.
Erfindungsgemäss gelingt es jedoch (vgl. Fig. 2), diesen Einfluss durch Parallelschalten der abgestimmten Drosseln Ei und E2 zu beseitigen, welche mit den Durchführungskapazitäten Ci und ('2 Sperrkreise für die hochfrequente Spannung bilden. Damit durch diese Drosseln nicht der Betriebsstrom kurz geschlossen wird, werden sie über grosse Sperrkapazitäten Fi und F, mit dem Ofengehäuse, 1 verbunden. Die Drosseln werden gleichzeitig zur Absperrung des hochfrequenten Zündkreises gegen das Netz verwendet. Mit S ist die Sekundärspule des zur Zündung des Lichtbogens dienenden TeslaTransformators angedeutet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Lichtbogenofen für die Durchführung von Schmelzvorgängen und Umsetzungen von festen bzw. flüssigen Stoffen mit elektromagnetischer Lichtbogenverblasung vermittels einer ausserhalb des Reaktionsraumes angeordneten Spule, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenebene parallel zu den längsbewegliehen Metallelektroden liegt.