<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum Brennen von Kunstkohlenkörpern in elektrischen Widerstandsöfen und Ofen zur Ausführung des Verfahrens
Kunstkohlenkörper für elektrische und elektro- metallurgische Zwecke werden aus kohlenstoff- haltigen Rohstoffen, z. B. aus einer Mischung von zerkleinertem Koks und Steinkohlenteer, hergestellt, die bei hohen Temperaturen gebrannt (gebacken) werden. Hiefür werden langgestreckte, gasbeheizte oder elektrische Widerstandsöfen benützt. Bei letzteren wird der Widerstand durch die zu brennenden Kohlenkörper gebildet ; man verwendet meist Gleich-, in gewissen Fällen jedoch auch Wechselstrom. Da die noch unge- backene Kunstkohlenmasse den elektrischen
Strom nur schlecht leitet, erzeugt man zu Beginn des Brennens die Wärme in besonderen Heizleitern oder im Füllpulver, mit welchem die
Kunstkohlenkörper umgeben werden.
Wenn die noch ungebrannten Kunstkohlenkörper im elektrischen Ofen eine genügende Höhe einnehmen, was z. B. bei grossen Elektroden der Fall ist, werden beim elektrischen Brennen mit anfänglicher Wärmeerzeugung im Füllpulver unter Anwendung von Gleichstrom die unteren Lagen der Beschickung wesentlich wärmer als die oberen, weil sie mehr zusammengepresst sind und daher mehr Strom aufnehmen, und weil die Wärmeverluste oben grösser sind, wenn man nicht einen besonders gut wärmeisolierenden Deckel aufsetzt. Infolgedessen geht das Backen von unten nach oben vor sich und es findet ein Setzen der Masse während des Backvorganges statt, was sich in einer grösseren Dichte des gebrannten Körpers sehr günstig auswirkt und ausserdem das Entstehen von Lunkern verhindert.
Diese Erhitzung mit Hilfe von Gleichstrom ist aber mit einem Nachteil verknüpft ; das Backen schreitet wohl von unten nach oben vor, was vorteilhaft ist, aber es kann im unteren Teil von Kunstkohlenkörpern verhältnismässig grosser Höhe infolge der Zunahme der Leitfähigkeit des Kohlenstoffes mit der Erhöhung der Temperatur eine ungewollte Überhitzung stattfinden, die mit einer Energieverschwendung verbunden ist und unter Umständen zur Unbrauchbarkeit der Kunstkohlenkörper führen kann.
Durch das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung wird der geschilderte Nachteil beim elektrischen Brennen von Kunstkohlenkörpern vermieden. Das Verfahren besteht darin, dass man für das Brennen Wechselstrom benützt und die
Rückleitung des Stromes in geringem Abstand über die zu brennenden Kunstkohlenkörper legt, indem man die metallischen Stromleiter, die den
Stromkreis um den Ofen schliessen (üblicherweise
Stromschienen) möglichst nahe über den zu brennenden Kunstkohlenkörpern anordnet. Dadurch wird während des Backvorganges eine allmähliche Verlagerung des Weges der Hauptstrommenge in den Kunstkohlenkörpern von unten nach oben herbeigeführt.
Die Zeichnung veranschaulicht eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung.
Den Brennofen, der teilweise im Schnitt dargestellt ist, hat die Form eines Kanals und ist aus Schamottesteinen 1 gemauert, welche durch Eisenrahmen 2 zusammengehalten werden. Im Ofen befinden sich die zu brennenden Kunstkohlenkörper 3, z. B. Anoden für die Aluminiumelektrolyse, in einer Reihe angeordnet. Sie sind in ein Füllpulver eingebettet. Der Wechselstrom wird durch die Schienen 4 und die Anschlüsse 5 zugeführt. Die Schienen 4 liegen nahe über der Reihe der Kunstkohlenkörper.
Die Anordnung der Schienen über dem Ofen widerspricht bei erster Betrachtung den gesunden Grundsätzen beim Bau solcher Öfen, da die Schienen beim Beschicken und Entleeren im Wege sind und daher für die Ausführung dieser Arbeitsgänge entfernt werden müssen ; normalerweise legt man diese Schienen unter den Ofen.
Vom elektrischen Standpunkt aus kann man jedoch folgende Überlegungen machen :
Der Wechselstromwiderstand Rw einer Anordnung, die den Ohmschen Widerstand Ro und eine gewisse Selbstinduktion L hat, lässt sich aus folgender Gleichung berechnen :
EMI1.1
wobei 00 die Kreisfrequenz des Wechselstromes bedeutet. Wenn nun Ro einen gewissen Wert unterschreitet, wird das Glied L massgebend im Ausdruck unter der Wurzel, und Rw hängt in erster Linie von L ab. Wenn die metallischen Stromleiter nahe über den Kunstkohlenkörpern liegen, wird der Selbstinduktionskoeffizient L der ganzen Anordnung am kleinsten, wenn der Strom möglichst nahe an der oberen Fläche der Kunst-
<Desc/Clms Page number 2>
kohlenkörper fliesst.
Da jedoch die Selbstinduktion für den Wechselstrom erst massgebend wird, wenn der Ohmsche Widerstand Ro nicht mehr gross ist, tritt die Verlagerung der hauptsächlichen
Strombahn erst während des Brennvorganges ein, womit man gerade die gewünschte Wirkung erzielt. Der Vorgang wird auch durch den Skin- effekt unterstützt.
Es ist vorteilhaft, die Stromleiter über den Kunstkohlenkörpem so anzuordnen, dass sie seit- lich (quer zur Längsachse des Ofens) weggefahren werden können, wenn der Ofen beschickt oder entleert wird. Wenn mehrere langgestreckte
Brennöfen parallel nebeneinander aufgestellt sind, was in baulicher und wärmetechnischer Hinsicht günstig ist, hat die seitliche Bewegbarkeit der
Stromleiter (Stromschienen) den weiteren Vorteil, dass nicht für jeden Ofen ein Leiterstrang vorgesehen werden muss, denn normalerweise befinden sich mehrere Öfen im Zustand der Abkühlung oder der Vorwärmung unter Wärmerückgewinnung und sind nicht unter Strom ; sobald die Kunstkohlenkörper in einem Ofen fertiggebacken sind, schiebt man den Leiterstrang über den folgenden Ofen.
Es kann ferner vorteilhaft sein, die metallischen Stromleiter, die den Stromkreis um den Ofen schliessen, auch in senkrechter Richtung beweglich anzuordnen, damit man es in der Hand hat, ihre Höhe über dem Ofen nach Belieben einzustellen. Mit zunehmendem Abstand zwischen den Kohlenkörpern und dem Leiterstrang wird die Verlagerung des Stromes nach oben vermindert, während die Selbstinduktion L der Anordnung grösser wird. Die Beweglichkeit der metallischen Stromleiter ermöglicht es, die Temperaturverteilung nach Wunsch zu beeinflussen. Selbstverständlich muss man dabei die Wirtschaftlichkeit berücksichtigen und die Höhe nicht zu gross wählen.
Der Strom wird zweckmässigerweise von einem Transformator entnommen, der an einer Stirnseite des Brennofens angeordnet ist ; die Länge der metallischen Stromleiter, die den Stromkreis um den Ofen schliessen und erfindungsgemäss möglichst nahe über den Kunstkohlenkörpern geführt sind, entspricht in diesem Falle ungefähr der Länge des Ofens. Wenn mehrere Brennöfen parallel nebeneinander aufgestellt sind, ist es vorteilhaft, einen fahrbaren Umformer zu be- nützen, der jeweils gegenüber der Stirnseite des aufzuheizenden Ofens geschoben werden kann.
Es ist theoretisch möglich, den Strom, statt an einer Stirnseite, an einer anderen Stelle des langgestreckten Ofens zuzuführen, z. B. über der
Mitte des Ofens. Aber auch in einem solchen Fall lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren an- wenden, indem die metallischen Leiter, die beiderseits der Stromzuführungsstelle zu den
Ofenenden führen und den Stromkreis schliessen, nahe über den Kunstkohlenkörpern befestigt werden. In diesem Falle entspricht die Summe der Längen der beiden Stränge ungefähr der
Länge des Ofens.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Brennen von Kunstkohlen- körpern in elektrischen Widerstandsöfen, in denen der elektrische Strom mindestens zum Teil durch die zu brennenden Kunstkohlenkörper geschickt wird, dadurch gekennzeichnet, dass man Wechselstrom benützt und die Rückleitung des Stromes in geringem Abstand über die zu brennenden Kunstkohlenkörper legt.