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Verfahren zur Herstellung von Acetylen sowie Elektrodenhalter für -ein solches Verfahren
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch die Pyrolyse von
Kohlenwasserstoffen in einem Lichtoogenelektroofen sowie auf einen Elektrodenhalter, und sie betrifft insbesondere eine Ausführungsform dieses Verfahrens, bei welcher die unerwünschte Ansammlung von Koh- lenstoff vermieden wird, so dass der Ofen beträchtliche Zeit kontinuierlich betrieben werden kann sowie einen Elektrodenhalter, der eine in dem Ofen verwendete Kohlenstoffelektrode stützt, schützt und kühlt.
In der USA-Patentschrift Nr. l, 013, 996 wird ein Verfahren zur Herstellung von Acetylen beschrieben, bei dem ein Kohlenwasserstoffgas durch einen elektrischen Lichtbogen geleitet wird, der zwischen einer festen, stabähnlichen Kathode, die in eine koaxial angeordnete, hohle, zylindrische Anode hineinreicht, geoildet wird. Die USA-Patentschrift Nr. 2, 074, 530 beschreibt die Herstellung von Acetylen, indem ein Kohlenwasserstoffgas durch einen magnetisch rotierenden elektrischen Lichtbogen geleitet wird. Bei diesen Verfahren bilden sich jedoch gleichzeitig grosse Mengen an Kohlenstoff.
Besonders in einem Offer des in der USA-Patentschrift Nr. 2, 013, 996 beschriebenen Typs bilden sich auf den Elektroden Kohlenstoffabscheidungen und wachsen in kurzer Zeit so an, dass sie den Abstand zwischen den Elektroden zuerst verkleinern und bald ganz schliessen. Die Kohlenstoffaoscheidung auf der Anode ist lose und brüchig und kann mechanisch entfernt werden. Auf der Kathode bildet sich jedoch eine starke, fest haftende Abscheidung, die nur schwer entfernt werden kann.
Es wurde gefunden, dass, selbst wenn die in der USA-Patentschrift Nr. 2, 013, 996 beschriebene Vorrichtung mit einem magnetisch rotierenden Lichtoogen verwendet wird, die Bildung der starken, fest haftenden Kohlenstoffabscheidungen an der Kathode nicht für längere Zeit verhindert werden kann, so dass das Verfahren mehrmals unterbrochen werden muss, um das vergrosserte Ende der Kathode zu entfernen oder die ganze Kathode zu ersetzen.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von Acetylen durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen in einem LichtDogenelektroofen, bei dem die oben beschriebenen Schwierigkeiten vermieden werden. Weiterhin soll ein. Verfahren geschaffen werden, bei dem die starke Ansammlung von Kohlenstoffabscheidungen auf der Kathode verhindert wird und das längere Zeit kontinuierlich durchgeführt werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Acetylen durch Pyrolyse eines Kohlenwasserstoffes in einem Lichtbogenelektroofen, der mit einer Kohlenstoffkathode in Form eines runden Stabes, einer damit ausgerichteten, koaxial angeordneten, länglichen zylindrischen Metallanode, die über das Ende der Kathode hinausreicht und einen grösseren inneren Durchmesser als die Kathode besitzt, und einem rotierenden Lichtoogen, der durch die Spitze der Kathode gebildet wird, und die Anode an einem Punkt jenseits der Spitze der Kathode berührt, versehen ist, ist nun dadurch gekennzeichnet, dass man den Kohlenwasserstoff in inern gasförmigen Strom unter einem absoluten Druck von mindestens 50 Torr entlang der Kathodenspitze durch den rotierenden Lichtbogen durch den Ofen führt, ein Endstück der Kathode,
das etwa dem 2-bis 5-fachen ihres Durchmessers entspricht, dem Gasstrom aussetzt, den Schaft der Kathode oberhalb des ausgesetzten Endstückes auf eine Temperatur unter etwa llfjuu stark abkühlt, den abgekühlten Kathodenschaft unter Gleichstrom setzt, um den Lichtbogen zu bilden und aufrechtzuerhalten, die Stär-
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ke des Stromes in Übereinstimmung mit dem Gasdruck und dem Kathodendurchmesser innerhalb der Si- cherheits-Strom-Kapazität der Kathode einstellt, so dass ein Strom von wenigstens etwa 1400 A je 2, 5 cm
Kathodendurchmesser vorhanden ist, bei dem die Spitze der Kathode mit einer Geschwindigkeit von we- nigstens etwa 5 cm (bezogen auf die Länge) pro Stunde gleichmässig abbrennt und der Kathodendurchmes- i ser praktisch konstant gehalten wird,
und die Kathode mit der gleichen Geschwindigkeit in den Ofen ein- geführt, in der sie verbraucht wird, so dass ständig ein dem etwa 2-bis 5-fachen des Kathodendurchmessers entsprechendes Ende der Kathode dem Gasstrom ausgesetzt ist.
Es wurde gefunden, dass es, wenn man einen Lichtbogenofen der oben beschriebenen Bauweise mit- dem gleichfalls oben beschriebenen Lichtbogen verwendet und den Kathodenschaft gleichzeitig stark auf eine Temperatur unter etwa 11000 abkühlt sowie nur ein kurzes Stück der Kathode dem Gasstrom aussetzt, möglich ist, die Stärke des elektrischen Stromes so einzustellen, dass die Kohlenstoffabscheidung auf der
Kathode geregelt wird, so dass sich auf dem exponierten Ende der Kathode nur eine dünne Kohlenstoff- schicht ablagert und diese Abscheidung zusammen mit einer dünnen Schicht der Kathodenspitze konti- nuierlich entfernt wird ; auf diese Weise werden starke Kohlenstoffabscheidungen auf der Kathode vermie- den.
Oder anders ausgedrückt : dadurch, dass der Kathodenschaft abgekühlt, nur ein kurzes Stück der Ka- thode dem Gasstrom ausgesetzt und der Strom in Übereinstimmung mit dem Kathodendurchmesser und dem Druck des Gases in dem Ofen geregelt wird, kann die Verflüchtigungsgeschwindigkeit oder Verbren- nung des Kohlenstoffes so geregelt werden, dass die Dicke der Kathodenspitze nicht zunimmt, nachdem die dünne Kohlenstoffschicht an den Seiten der Kathode abgeschieden worden ist.
Wird der Kathodenschaft nicht stark abgekühlt oder wird ein Stück der Kathode, das wesentlich län- ger als das etwa 5-fache des Kathodendurchmessers ist, dem Gasstrom ausgesetzt, so bilden sich auf den
Seiten und der Spitze der Kathode immer grössere Kohlenstoffablagerungen, und diese Bildung kann nicht ohne weiteres verhindert werden. Diese Abscheidungen sind an der Kathodenspitze am stärksten und wach- sen von dort aus, so dass die Spitze der Kathode ein tulpen- oder pilzförmiges Gebilde aus hartem festen
Kohlenstoff aufweist, das wesentlich grösser ist als die ursprüngliche Spitze. Diese Abscheidungen erfordern beim Fortsetzen des Verfahrens mehr Strom und wachsen immer rascher, bis das Verfahren unterbrochen werden muss, um die Kathode auszuwechseln.
Sobald sich eine solche Kohlenstoffabscheidung gebildet hat, ist es praktisch unmöglich, sie durch die Verflilchtigungswirkung des Stromes zu entfernen, da der hiezu erforderliche, wesentlich verstärkte Strom durch den verhältnismässig kleinen Kathodenschaft flie- ssen muss und den Schaft so stark erhitzt, dass sich der Kohlenstoff in dessen Mitte verflüchtigt und die Ka- thode-dadurch explodiert.
Die Verwendung fester zylindrischer Kohlenstoffelektroden zur Herstellung und Verwendung von Licht- bögen ist bekannt. Im allgemeinen werden diese Elektroden vorzugsweise abgekühlt, indem der Elektro- denschaft, d. h. der grösste Teil der Elektrode hinter einem verhältnismässig kurzen Stück der Elektrodenspitze, einem Kühlmittel ausgesetzt wird. Häufig wird auch der Elektrodenschaft vor Oxydation durch die
Atmosphäre und vor Berührung mit andern reaktionsfähigen Gasen geschützt, oder es werden die Gase vor deren Behandlung mit dem Lichtbogen in eine m Lichtbogenofen vor einer Berührung mit dem heissen Elek- trodenschaft geschützt.
Die bisher verwendeten Elektrodenhalter besassen verschiedene Nachteile. Im allgemeinen liefern sie keine ausreichende Kuhlung. Viele sind so konstruiert, dass sie nur mit einer Elektrode einer bestimmten
Grösse (Durchmesser) verwendet werden können : soll eine Elektrode mit anderem Durchmesser verwendet werden, so muss der Halter durch einen andern ersetzt werden, der zur Aufnahme dieser Elektrode bestimmt ist. In andern Elektrodenhaltern können verschieden grosse Elektroden verwendet werden. Diese Halter sind jedoch unerwünscht sperrig, und ihre Kontaktschuhe und Regelvorrichtungen sind der Atmosphäre und andern oxydierenden oder korrodierenden Gasen und Bedingungen ausgesetzt.
Bei der Behandlung organischer Verbindungen in einem Lichtbogenofen, wie z. B. bei der Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen zu Acetylen, führt eine Berührung der organischen Verbindungen mit dem heissen Elektrodenschaft (oder heissen Kontaktschuhen, Federn usw.) zu vorzeitiger Zersetzung der organischen Verbindungen und zu Abscheidung von grossen Mengen Kohlenstoff auf den berührten Teilen.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung eines neuen und verbesserten Elektrodenhalters für Kohlenstoffelektroden. Weiterhin soll ein Elektrodenhalter geschaffen werden, der besonders zum Kühlen der Elektroden und zur Verwendung in einem Lichtbogenofen geeignet ist. Schliesslich sollen ein Elektrodenhalter sowie Kühlvorrichtungen geschaffen werden, die mit Elektroden verschiedener Durchmesser verwendet werden können und gleichzeitig eine wirksame Kühlung sowie einen guten Schutz der Elektroden liefern.
Der erfindungsgemässe Halter sowie Kühlvorrichtung für eine feste zylindrische Kohlenstoffelektrode
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besteht nun aus mindestens zwei von innen gekühlten Kontaktschuhen aus elektrisch leitfähigem Metall in Form von Sektoren eines ringförmigen Zylinders die den Elektrodenschaft umgeben und diesem gut an- gepasst sind (fest umschliessen), einem von innen gekühlten Aussengehäuse aus wärmeleitendem Metall, das die Kontaktschuhe umschliesst und eine von den Aussenflächen der Kontaktschuhe abstehende innere zylindrische Wand besitzt, wärmeleitenden Metallfedern zwischen den Aussenflächen der Kontaktschuhe und der Innenwand des Aussengehäuses, die die Kontaktschuhe gegen den Elektrodenschaft pressen, und elektrischen Zuführungsleitungen,
die jeden der Kontaktschuhe mit einer Stromquelle verbinden.
Es wurde gefunden, dass zur Erzielung der wirksamsten Abkühlung der Elektrode und insbesondere zur
Erzielung der in einem Lichtbogenofen des nachstehend beschriebenen Typs erforderlichen Kühlung, sowohl die Kontaktschuhe als auch das diese Kontaktschuhe umgebende Gehäuse von innen gekühlt werden müssen. In Anwesenheit einer solchen kombinierten Kühlung tritt häufig eine unzureichende Kühlung der
Kontaktschuhe und der Federelemente ein, was zu einer Schädigung der Federn und Kontaktschuhe und manchmal sogar zum Schmelzen der Kontaktschuhe führt.
Werden mehrere Kontaktschuhe verwendet und diese und die Federelemente in ein innen gekühltes Gehäuse eingeschlossen, dessen Innenwand etwas von der Aussenwand der Kontaktschuhe absteht, so können im Halter Elektroden verschiedener Grösse (Durch- messer) untergebracht werden, während gleichzeitig, die Elektrode, die Kontaktschuhe und die Federn vor der Hitze des Ofens und insbesondere vor der Berührung mit der Atmosphäre und andern Gasen innerhalb des Ofens, durch die sie geschädigt werden könnten, geschützt werden. Der erfindungsgemässe Elektro- denhalter und die. Kühlmittel eignen sich besonders zur Verwendung in einem Lichtbogenofen des nach- stehend beschriebenen Typs und für das erfindungsgemässe Verfahren.
Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung der Erfindung, u. zw. zeigt Fig. 1 einen schematischen Längs- schnitt durch einen erfindungsgemäss verwendeten Lichtoogenofen, Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt durch den Endteil der Kathode 12 mit der Kohlenstoffabscheidung IS, die gebildet wird, wenn die erfin- dungsgenid. ssen Bedingungen nicht angewendet werden, Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt durchden
Endteil der Kathode 12 mit der Kohlenstoffabscheidung 13, die bei Anwendung der erfindungsgemässen
Bedingungen gebildet wird ; Fig. 4 die Seitenansicht eines bevorzugten Kathodenhalters (mit benachbarten
Teilen des Ofens), wobei die linke Hälfte des Halters im Längsschnitt dargestellt ist ;
Fig. 5 eine Seiten- ansicht der Kontaktschuhe, die'einen Teil des Kathodenhalters gemäss Fig. 4 bilden ; Fig. 6 einen schema- tischen Längsschnitt durch einen andern Kathodenhalter, und Fig. 7 eine Seitenansicht des ausdehnbaren
Kontaktschuhes, der einen Teil des Kathodenhalters gemäss Fig. 6 bildet.
Der in Fig. 1 dargestellte LichtDogenelektroofen besteht aus einem Metallgehäuse 10 mit einem ver- grösserten Oberteil zur Aufnahme des Kathodenhalters und zur Zuführung der Kohlenwasserstoff-Beschickung sowie einem unteren, längsförmigen, zylindrischen Anodenteil, der mit Hilfe eines Wassermantels 11 von aussen gekühlt wird. Die Kathode 12 besteht aus Kohlenstoff und besitzt die Form eines runden Stabes, der durch den Kopf des Ofens nach unten führt und mit dem zylindrischen Anodenteil des Ofens koaxial ausgerichtet ist. Der Anodenteil reicht wesentlich weiter nach unten als die Spitze der Kathode, und sein
Innendurchmesser ist grösser als der Durchmesser der Kathode, so dass ein Zwischenraum zur Bildung des
Lichtbogens vorhanden ist.
Die Grösse des Ofens, insoesondere die Grösse der Kathode, der Anode und des Lichtbogen-Zwischen- raumes variieren in Abhängigkeit von der Grösse Jes Betriebes, in dem er verwendet werden soll und insbe- sondere ion dem Volumen des zu behandelnden Kohlenwasserstoffgas-Stromes, der verfügbaren Spannung und ändern wirtschaftlichen Erwägungen. Die Bauweise und der Betrieb des Lichtbogenofens sind an sich bekannt (vgl. z. B. USA-Patentschrift Nr. 2, 929, 771).
Der Kathodenschaft 12 wird durch Reibung in einem Kathodenhalter 14 gehalten, der innen so stark gekühlt wird, dass er eine ausreichende Kühlung des Kathodenschaftes bewirkt. Der Halter 14 enthält ausserdem elektrische Anschlussstellen, um den Kathodenschaft 12 mit einer Gleichstromquelle (nicht ge- zeigt) zu verbinden.
Ein vertikal regulierbarer, ringförmiger Elektromagnet 16, der mit Gleichstrom Detrieben wird, wird konzentrisch um den zylindrischen Anodenteil des Ofens gelegt. Derartige Elektromagneten sind geeignet, den Lichtbogen zwischen der Kathode und der Anode je nach verwendeter Feldstärke mit etwa 2000 bis etwa 20000 Drehungen pro Sekunde in Rotation zu versetzen (vgl. USA-Patentschrift Nr. 2, 074, 530). Der Lichtbogen wird ausgezogen oder nach unten abgelenkt, so dass er-teilweise durch Einwirkung des Gas-
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gebildet wird und die Anode an einem Punkt, der jenseits der Kathodenspitze liegt, trifft (s. dazu USAPatentschrift Nr. 2, 929, 771).
Dadurch bewegt sich der Punkt, an dem der Lichtbogen mit der Kathode in Berührung steht (der Kathodenpunkt), unter dem Einfluss des magnetischen Feldes in kreisförmigen oder
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zykloidischen Bahnen, die deren gesamte Oberfläche bedecken, und die Kathodenspitze"verbrennt"gleich- mässig und behält eine praktisch flache Oberfläche. Ausserdem berührt der Lichtbogen während des Ver- fahrens die Anode nicht in einer einzigen Umgrenzungslinie, sondern fluktuiert über eine gewisse Zone.
Die Zone, in der der Lichtbogen die Anode berührt, kann vertikal geregelt werden, indem die Stellung des Elektromagneten entlang der Anode und/oder die Feldstärke des Elektromagneten auf bekannte Weise verändert wird.
Im allgemeinen beträgt der Winkel des Lichtbogens (die Linie vom Mittelpunkt der Ka- thodenspitze zur Mittellinie der Zone, in der der Lichtbogen die Anode berührt) etwa 450 oder weniger, bezogen auf die Achse der Kathode, vorzugsweise etwa 15 bis etwa 230, kann jedoch auch bis annähernd
90 betragen.
Die Einlassöffnung 18. im vergrösserten Oberteil des Ofens dient zur Einführung der Kohlenwasserstoff- beschickung, so dass diese entlang der Kathodenspitze 12 nach unten durch den rotierenden Lichtbogen fliesst, in dem sie zu Acytelen, Wasserstoff und Nebenprodukten pyrolysiert wird. Die gasförmige Reak- tionsmischung fliesst dann zum Boden des zylindrischen Teiles des Ofens und wird auf diesem Wege mit
Wasser besprüht, das durch die an ihrem oberen Ende mit Sprühdüsen versehene Leitung 20 zugeführt wird ; dann fliesst die Reaktionsmischung in den Behälter 22, in dem das Wasser von dem Gas abgetrennt wird.
Die gasförmigen Reaktionsprodukte werden durch die Leitung 24 in einen Lagerbehälter oder eine Vorrich- tung zur Gewinnung von Acetylen und andern wertvollen Produkten geführt. Das abgetrennte Wasser wird durch Leitung 26 abgezogen.
Der zylindrische Anodenteil des Ofens ist im allgemeinen mit einem Schaber 28 versehen, der die Form eines ringförmigen, an der Innenwand des Anodenteils dicht anliegenden Messers besitzt und ver- tikal innerhalb des zylindrischen Anodenteils bewegt werden kann, um die auf der Innenseite der Anode haftenden Kohlenstoffabscheidungen zu entfernen.
Der Ofen ist ausserdem mit einem oder mehreren Schaugläsern (nicht gezeigt) versehen, die so an- geordnet sind, dass die Kathodenspitze, der Lichtbogen und andere Teile des Ofens ständig überwacht und der Betrieb des Ofens entsprechend geregelt werden kann. Im allgemeinen finden als Schaugläser übliche T-Röhren Verwendung, die in die Wände des Ofens eingesetzt und durch ein Glas und Lichtfilter geschlos- sen werden.
Wie aus den Fig. 4 und 5 der Zeichnungen ersichtlich, umgibt, stützt und kühlt der Elektrodenhalter
14 eine feste zylindrische Kohlenstoffelektrode 12 (in Form eines runden Stabes) und ist selbst an der Deck- platte 15 eines Lichtbogenofens angebracht. Der Elektrodenhalter besteht aus einem zylindrischen Gehäu- se 30, das innen durch eine zirkulierende Flüssigkeit gekühlt wird und aus einem wärmeleitenden Metall hergestellt wurde, das vorzugsweise auch elektrisch leitfähig ist. Ein solches Gehäuse kann aus Kupfer, Sil- ber, keramischen oder andern Materialien bestehen, wird jedoch vorzugsweise aus Stahl hergestellt, da dieser oesonders fest und hart ist. Das Gehäuse 30 kann auch mit einem Überzug aus einem elektrisch iso- lierenden Material, wie z. B. einem keramischen Material, und/oder einem wärmeisolierenden Material versehen sein.
Das Gehäuse 30 enthält mehrere Kontaktschuhe 32 aus einem Metall mit guter elektrischer Leitfähig- keit, vorzugsweise Kupfer. Die Kontaktschuhe besitzen zweckmässigerweise die Form von Sektoren eines ringförmigen Zylinders, der den Elektrodenschaft umgibt und an diesen angepasst ist. Die Zahl der Kon- taktschuhe kann zwischen 2 und 6 liegen. Vorzugsweise werden drei Kontaktschuhe verwendet, die eine gute
Stützung und Berührung mit der Elektrode ergeben. Zwei Kontaktschuhe ergeben im allgemeinen eine weniger gute Stütze und Berührung mit der Elektrode. Bei mehr als drei Kontaktschuhen wird der Halter unnötig kompliziert und kostspielig. Die inneren gebogenen Oberflächen der Kontaktschuhe besitzen im allgemeinen einen Radius, der dem Radius der grössten, durch den Halter aufzunehmenden Elektrode ent- spricht.
Ausserdem soll die Summe der Sektoren der Kontaktschuhe bei der grössten verwendbaren Elektro- de nicht ausreichen, um einen vollständigen Ring zu bilden, und sie sollen am Umfang mit gleichmässigen
Zwischenräumen angebracht sein, so dass sie sich, wenn die kleinste Elektrode verwendet wird, nicht be- rühren.
Jeder der Kontaktschuhe ist mit einem länglichen U-förmigen Durchfluss 33 versehen, der vom oberen
Ende des Schuhes bis fast zum unteren Ende reicht und durch den eine Kühlflüssigkeit, im allgemeinen
Wasser, geleitet wird. Weiterhin besitzt jeder Schuh zwei Röhren 40 aus elektrisch leitfähigem Metall, vorzugsweise Kupfer, die Verlängerungen der Enden dieser U-förmigen Durchflüsse bilden und diese mit
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lich, wird eine biegsame elektrische Leitung 38, vorzugsweise ein geflochtener Kupferdraht auf die Rohrverlängerungen 40 geklemmt und verbindet diese und diekontaktschuhe mit einer Stromquelle (nicht ge- zeigt).
Selbstverständlich können die Durchflüsse 33 auch eine andere bekannte Form aufweisen, d. h. die
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Kontaktschuhe können hohl sein, in Form von Wasserummantelungen, und können Prallwände enthalten, damit eine ausreichende Zirkulation del Kuhlflüssigkeit gewährleistet ist.
Jeder der Kontaktschuhe ist ausserdem mit einem Ausschnitt versehen, in den der gebogene Teil einer
Blattfeder 34 eingreift, die zwischen den Schuhen und der Innenwand des Gehäuses 30 angebracht ist und die auf die gezeigte Weise von den Aussenflächen der Schuhe absteht. Dadurch werden die Schuhe federnd gegen den Elektrodenschaft 12 gepresst, so dass die Elektrode durch Reibung gehalten und gestützt wird, während gleichzeitig eine gute Berührung zum Durchleiten des elektrischen Stroms und zur Kühlung der
Elektrode gewährleistet ist. An Stelle der Blattfedern können auch andere bekannte Federn oder Federele- mente verwendet werden.
Der Abstand zwischen der Innenwand des Gehäuses 30 und den Aussenflächen der Kontaktschuhe muss so gross sein, dass er die Federelemente aufnimmt und gleichzeitig eine radiale
Bewegung der Kontaktschuhe erlaubt, die notwendig ist, wenn Elektroden der gewünschten Grösse unter- gebracht werden sollen. Weiterhin hängt der Abstand von der Grösse des Halters und von der Vorrichtung, in der der Halter verwendet werden soll sowie von den Grössen der darin verwendeten Elektroden und der
Art der Bauweise der angewendeten Federn ab.
Im allgemeinen wird bei Verwendung einer Kohlenstoffelektrode zur Bildung eines Lichtbogens die
Elektrode allmählich durch Verflüchtigung des Kohlenstoffs von ihrer Spitze verbraucht, so dass die Elek- trode in dem Masse, in dem sie verbraucht oder"angebrannt"wird, weiter in die Lichtbogenzone hinein- geschobenwerden muss. Die federnde Reibungshaftung der Kontaktschuhe an der Elektrode istbesondersdann erwünscht, wenn die Elektrode durch den Halter nach vorne geschoben werden soll. Es gibt eine Vielzahl bekannter Vorrichtungen zum Vorschieben von Kohlenstoffelektroden. Eine derartige Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und Desteht aus zwei gegenüDerliegenden eingekerbten Rädern oder Scheiben 36, die ausserhalb des Ofens liegen, die Elektrode fest ergreifen und mit einer Vorrichtung (nicht gezeigt), wie z.
B. einem Reduktionsgetriebe, und einem Motor mit regelbarer Geschwindigkeit verbunden sind, so dass die Elektrode mit der gewünschten Geschwindigkeit in den Ofen geschoben werden kann.
Das Gehäuse 30 des Elektrodenhalters reicht wesentlich über den oreren sowie unteren Rand der Kon- taktschuhe und die Federelemente 34 hinaus. Es besteht zweckmässigerweise aus zwei Teilen, einer Aussen- wand (äussere Hülse) 42 und einer Innenwand (innere Hülse) 44. Die Innenwand 44 ist auf ihrer Aussen- seite mit Durchflüssen (Kanälen) 46 versehen, die zusammen mit der Innenfläche der Wand 42 Durch- flüsse bilden, durch die das Kühlwasser oder eine andere Kühlflüssigkeit zirkulieren kann. Die"0"-Ringe 48, vorzugsweise aus Kautschuk, verschliessen die VerDindungsstelle zwischen den Wanden 4 und 44 und ver- hindern ein Auslaufen der Kühlflüssigkeit.
Die Kanäle 46 besitzen die Form einer doppelten Spirale, wo- durch die dadurch gebildeten Durchflüsse spiralförmig vom Kopf des Kontaktschuhes bis zu seinem unte- ren Ende laufen, dort ihre Richtung ändern und spiralförmig und parallel zu den nach unten führenden
Durchflüssen zum Kopf des Kontaktschuhes zurückkehren. Zum Einführen Dzw. Ablassen der Kühlflüssig- keit aus dem Durchfluss 46 sind eine Einlassöffnung 50 und eine Auslassöffnung 52 vorgesehen.
Die Kühlflüssigkeit kann auch auf andere bekannte Weise in dem Gehäuse 30 zirkulieren. So kann z. B. der Durchfluss (Kanal) 46 nur eine einfache Spirale bilden, wobei die Einlassöffnung am oberen Ende und die Austrittsöffnung am unteren Ende vorgesehen ist. Ausserdem kann ein aus Wellen oder Schleifen bestehender Durchfluss, der zwischen den Wänden auf-und abläuft, oder eine übliche Wasserummante- lung angewendet werden.
Wie aus der Zeichnung eDenfalls ersichtlich, besitzt die äussere Wand 42 an ihrem unteren Ende nach innen ragende Vorsprünge oder Flansche, auf denen die Innen% and 44 ruht. Die Innenwand 44 besitzt wieder einen ringförmigen Vorsprung an ihrem unteren Ende, durch den die unteren Enden der Federn 34 gestützt werden. Diese Vorsprünge an den Wänden 42 und 44 ragen vorzugsweise so nahe wie möglich nach innen an die Aussenfläche der Elektrode 12 heran, um zu verhindern, dass übermässig grosse Mengen an Luft oder andern Gasen in den Halter eindringen. Die Wände 42 und 44 können auf beliebige Weise aneinander befestigt werden, werden jedoch vorzugsweise verschrauDt oder mit andern entfernbaren oder zu öffnenden Haltevorrichtungen verbunden, so dass die Wände zu Reparatur-oder Reinigungszwecken auseinandergenommen werden können.
Bei der beschrieoenen Vorrichtung werden der Elektrodenschaft, die Kontaktschuhe und die Feder- elemente in ein für Gas nicht durchdringbares Gehäuse eingeschlossen, wodurch sie gut gekühlt und wirk- sam vor Berührung mit Luft oder andern oxydierenden oder korrodierenden Gasen, die in einem Lichtbo- genofen auftreten können, geschützt werden. Ausserdem werden sie vor Berührung mit organischen Gasen, wie z. B. den zur Herstellung von Acetylen erforderlichen Kohlenwasserstoffen, und dadurch auch vor Koh- lenwasserstoffabscheidungen geschützt.
Die Gase fliessen praktisch nicht durch den kleinen Zwischenraum zwischen dem Ende des Gehäuses 30 und der Elektrode 12.
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eine Temperatur von mehr als 35000, d. h. die Temperatur, bei welcher Kohlenstoff verdampft oder su- blimiert, aufweist. Daher muss der Strom ausreichen, um eine Kathodenpunkttemperatur von mehr als
35000, annähernd 4000 , zu liefern.
Die maximale Stromstärke, die angewendet werden kann, ist die maximale sichere Stromkapazität der Kathode, d. h. der höchstmögliche Strom, den die verwendete Kathode ertragen kann, ohne durch die
Wärmebelastung zu zersplittern oder durch die innere Verflüchtigung des Kohlenstoffes zu exploderen.
Diese sichere Stromkapazität der Kohlenstoffkathoden variiert mit der Struktur und dem Herstellungsver- fahren der Kathode und kann mittels bekannter Massnahmen durch Versuche ermittelt werden. Im allge- meinen wird eine solche Stromstärke angewendet, die etwas grösser als das erforderliche Minimum ist, d. h. eine solche, bei der die Kathodenspitze mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 cm/h gleichmässig verbrennt. Reicht der Strom für die obgenannte Verbrennungsgeschwindigkeit der Kathodenspitze nicht aus, so bilden sich am Ende der Kathode die in Fig. 2 dargestellten Kohlenstoffabscheidungen 13 selbst dann, wenn die Kathodenspitze nur in der genannten Länge vorgeschoben und der Kathodenschaft erfin- dungsgemäss gekühlt wird.
Die Verbrennung der Kathodenspitze und/oder die Kohlenstoffabscheidung auf der Kathode kann während des Betriebes des Ofens leicht beobachtet und der Strom entsprechend einge- stellt werden.
Der in Fig. l gezeigte Ofen wurde zusammen mit den in Fig. 4-7 dargestellten Kathodenhaltern ver- wendet. In diesem Ofen besass der zylindrische Anodenteil einen inneren Durchmesser von etwa 8, 89 cm und der Elektromagnet wurde so angebracht, dass sein oberer Rand variierbar zwischen etwa 5 und etwa
25 cm unterhalb der Kathodenspitze lag. Es wurden Kathoden verschiedener Grösse mit Durchmesser von etwa 0, 48 bis etwa l, 25 cm verwendet, und die ausgesetzten Enden der Kathoden lagen zwischen dem 2- bis 5-fachen des Kathodendurchmessers.
Der Ofen wurde ohne starke Kohlenstoffabscheidungen auf der
Kathode oei Gasdrucken zwischen 50-670 Torr und Stromstärken von etwa 1480 Dis etwa 3200 A pro
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wendet, wobei der zylindrische Anodenteil einen Innendurchmesser von etwa 8, 89 cm und die Kathode einen Durchmesser von 1, 25 cm besass. Der Ofen wurde unter einem Druck von 239 Torr und mit einer
Stromstärke von 1000 A bei einer Spannung von 335 V betrieben. Das Verhältnis von Stromstärke zum Durchmesser der Kathode betrug somit 2000 A pro 2, 5 cm Durchmesser. Unter diesen Bedingungen lag die Temperatur am Kathodenpunkt nahe bei 40000, und der Kohlenstoff verdampfte.
Der Elektromagnet wurde so angeordnet, dass der Lichtbogen die Anode etwa 10 cm unterhalb der Kathodenspitze berührt, wobei die Linie vom Mittelpunkt der Kathodenspitze zur Mittellinie der Zone, in der der Lichtbogen die Anode trifft, gegen die Achse der Kathode einen Winkel von etwa 230 aufwies. Der Lichtbogen rotierte mit einer Geschwindigkeit von 8000 Umdr/sec. Als Beschickung wurde Methan in einer Menge von 54,4 kg/h verwendet und lieferte ein Produktgas, das etwa 18 Vol. -'10 Acetylen enthielt.
Die Kathode, die etwa 5 cm über das Ende des Kathodenhalters hinausragte, wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 15 cm/h in den Ofen eingeschoben, so dass stets 5 cm der Kathode überstanden und frei von Kohlenstoffabscheidungen blieben, abgesehen von einer dünnen Schicht, die sich am heissen Schaft der Kathode nahe der Spitze bildete und durch die Berührung des Beschickungsgases mit der heissen Oberfläche verursacht wurde. Wenn das Ende der Kathode verdampfte, wurde auch der anliegende Teil der Abscheidung"abge- brannt". Sobald daher der Lichtbogen kurze Zeit aufrechterhalten worden war und sich die dünne Kohlenstoffschicht auf der Seite der Kathode gebildet hatte, nahm die Dicke dieser Schicht bzw. der Kathode nicht mehr zu. War dieser Gleichgewichtszustand erreicht, so wies die Kathode den in Fig. 3 dargestellten Querschnitt auf.
Der Kathodenpunkt wanderte über die gesamte Kathodenspitze und verbrauchte diese gleichmässig. Die losen Kohlenstoffabscheidungen auf der Anode wurden periodisch mit Hilfe des Schabers entfernt. Unter diesen Bedingungen konnte der Ofen kontinuierlich ohne Ansammlung von Kohlenstoffabscheidungen betrieben werden.
Reicht anderseits der Strom nicht aus, um die zur Verdampfung des Kohlenstoffs erforderliche Temperatur zu liefern, z. B. 800 A oder ein Strom : Durchmesser-Verhältnis von 1600 A, so scheidet sich der Kohlenstoff (durch Pyrolyse des Beschickungsgases gebildet) in harter kompakter Form am Ende und den benachbarten Teilen der Kathode ab und wächst rasch in Längs- und Querrichtung, wobei diese Abscheidung üblicherweise nahe der Kante der Kathodenspitze beginnt und in einer geschwungenen Linie nach aussen und unten wächst, so dass sich die in Fig. 2 dargestellten "Tulpen" bilden. Diese Abscheidungen vermindern zuerst die Länge des Lichtbogens und schliessen ihn nach kurzer Zeit kurz. Diese dicken Ab-
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