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Elektrischer Lichtbogenofen.
In der englischen Patentschrift Nr. 20003 A. D. 1904 ist ein zur Oxydation oder Reduktion von festen Stoffen, z. B. von Erzen in Pulver-oder Mehlform, dienender elektrischer Lichtbogenofen beschrieben, bei welchem der Lichtbogen zwischen zwei nahe aneinander angeordneten Wänden zum Entstehen gebracht und durch die Wirkung eines kräftigen magnetischen Feldes in Scheibenform ausgebreitet wird.
Dieser ausgebreitete, in der Technik unter dem Namen #Birkelandsche Flamme" bekannte Scheibenbogen, der im praktischen Betriebe einen Durchmesser von 1 m und darüber erhält, entsteht dadurch, dass der zwischen zwei nahe aneinander gestellten Elektrodenspitzen entstehende Lichtbogen von einem so starken Felde beeinflusst wird, dass der Bogen bis zum Ausblasen von den Elektrodenspitzen hinweggetrieben wird, u. zw. derart, dass hiebei die Fusspunkte des Bogens von den Spitzen bis gegen die Basis der Elektroden wandern. Wenn der Bogen auf diese Weise eine gewisse Lange erhalten hat, steigt dadurch die Spannung so sehr, dass ein neuer Bogen an den Spitzen entsteht, wodurch der vorher gebildete Bogen zum verlöschen gebracht wird.
Die Geschwindigkeit der Bewegung des Bogens ist so gross (etwa 100 111 in der Sekunde), dass z. B. bei Wechselstrom in jeder Stromwelle mehrere Bögen gebildet und in der angegebenen Weise ausgeblasen werden können. Hiedurch entsteht die Birke- landsche Schoibenflamme, deren Spannungskurve völlig verschieden ist von jener irgendeines anderen Lichtbogens und deren Entstehen von drei Faktoren, nämlich hohe Spannung, nahe aneinander gestellte Elektrodenspitzen und starkes Magnetfeld, bedingt ist.
Vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf elektrische Lichtbogenöfen für metallurgische und ähnliche Zwecke, wie beispielsweise zur Verhüttung von Erzen oder zum Schmelzen von Glas, bei welchen eine solche Birkelandsche Scheibenflamme in besonderer Weise zur Anwendung gelangt. Die Erfindung bezweckt, den elektrischen Lichtbogen in solcher Weise anzuordnen, dass eine grosse Menge von Material selbst bei Anwendung eines einzigen Elektrodenpaares wirksam beeinflusst und in ähnlicher Weise erhitzt werden kann wie in Flammöfen.
Zu diesem Zwecke sind die beiden Elektroden gegen den Mittelpunkt des zentralen Herdes hin gerichtet und überdies so angeordnet, dass die Elektrodenspitxen ausserhalb der eigentlichen Schmelzzone möglichst weit entfernt von der Beschickung gehalten werden können und demgemäss bei der Behandlung des Materiales nicht zerstört worden. Zufolge dieser Anordnung und aus dem Grunde, weil die Birkelandsche Scheiben-
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einzigen Elektrodenpaares wesentlich höher als bei den bisher gebräuchlichen Licht- bogenüfen.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine eigenartige Anordnung des magnetischen Feldes, wodurch die Gestalt der Scheibenflamme derart abgeändert werden kann, dass sie eine mehr oder weniger sphärische, gewölbte Gestalt annimmt, welche für den Zweck dieser Erfindung vorteilhaft ist. Diese sphärische Gestalt der Flamme wird mittels eines
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als die auf dar anderen Seite derselben oder in anderer Weise gru@piert werden, wie nachstehend erörtert werden soll. Weitere Toilo der Erfindung sind im nachstehenden an dor Hand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Fig. 1 ist ein senkrechter und Fig. 2 ein wagerechtor Schnitt durch einen Flammofen nach vorliegender Erfindung ; Fig. 3, 4 und 5 stellen senkrechte Querschnitte durch drei verschiedene Ausführungsformen des Ofens dar, welche besonders zum Schmelzen von Glas u. dgl. bestimmt sind. In Fig. l und 2 ist A ein durch ein gewölbtes Dach geschlossener Ofen. C ist ein ringförmiger Herd oder eine Schmelzwanne. Oberhalb der Schmelzwanno sind zwei Elektroden D diametral einander gegenüber im Ofen vorgesehen.
In der Mitte der Ofensohle befindet sich der eine Pol E eines kräftigen Magneten. F ist ein in der Decke des Ofens angebrachter Magnet von geringerer Grösse. G ist ein Beschickungstrichter und H eine Abstichöffnung. Es können mehrere Beschickungstrichter und Abstichöffnungen vorgesehen werden. Im Mauerwerk des Ofens kann ein Eiseoring Fl (stricllliert gezeichnet) eingebaut werden, welcher mit dem Hauptmagneten magnetisch verbunden sein kann, so dass die magnetische Wirkung in den peripherische Teilen des Ofens verstärkt wird.
Wenn der Strom durch die Elektroden sowohl als durch die Magnetwindungen zweckmässig geregelt wird, kann der Flamme die durch strichlierte Linien angedeutete Gestalt erteilt werden, so dass dieselbe nahezu über den ganzen ringförmigen Herd und in unmittelbarer Nähe des Materiales spielt ; der ringförmige Herd kann einen ununterbrochenen Kreis bilden oder aus zwei durch Drücken getrennten Hälften bestehen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist ein schräger, terrassenförmiger, kreis- förmiger Herd K ausserhalb des ringförmigen Sumpfes L angeordnet. Das Material wird durch mehrere Öffnungen M auf die oberste Stufe der Terrasse eingebracht, worauf das Material in schmelzflüssigem Zustande von Stufe zu Stufe l1inabfliesst, bis es den Sumpf L erreicht und ist dabei der Einwirkung der Flamme ausgesetzt. In diesem Falle kann ein pulsierendes magnetisches Feld in Anwendung gebracht werden, wodurch die Flamme zum
Vibrieren oder Auf-und Abwärtsschwingen veranlasst wird, wie durch strichlierte Linien dargestellt ist.
Die Flamme oder der peripherische Teil derselben wird dadurch dicht an das Material gebracht, welches in dünnen Schichten an den Terrassenstufen hinabfliesst, so dass eine sehr energische Wirkung erzielt wird. N ist ein Raum, in welchen die schmelz-
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eine Konzentration der magnetischen Kraftlinien erzielt wird.
In der Ausführungsform nach Fig. 4 sind die Elektroden und das magnetische System in ähnlicher Weise angeordnet, wie in den schon beschriebenen Figuren, aber der Herd ist auf solche Weise angeordnet, dass der ringförmige Sumpf den peripherischen Teil des Ofens bildet, während sich der treppenfönuige Teil der Sohle innerhalb des ringförmigen Sumpfes befindet. Das Material wird durch einen den oberen Magnet umschliessenden Trichter l'auf den Herd gebracht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird das Material bei dieser Anordnung des Herdes von der gewölbten Flamme vollständig gedeckt und demzufolge eine energische Beheizung erzielt.
In Fig. 5 ist eine Anordnung dargestellt, die sich gegenüber der in Fig. 3 dargestellten dadurch kennzeichnet, dass der kräftigere Magnet oben angebracht ist, so dass die Flamme ihre konvexe Seite nach abwärts richtet.
Es können zweckmässig in den beschriebenen Öfen die Elektroden unter einem Winkel
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nächcn zu liegen kommen.
In Fig. 6 und 7 ist ein Ofen dargestellt, bei welchem die Flamme in Form von zwei IlalbkreisSammen auf zwei Paar Elektroden zur Entwicklung kommt, u. zw. in senkrechter Richtung. Fig. (i stellt einen Querschnitt und Fig. 7 einen Liingenschnitt dar.
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das zu behandelnde Material in den Ofen eingebracht wird, und in dem gegenüberliegenden
Ende ist eine Abstichöffnung T vorgesehen. Auf den beiden Seiten des Herdes ist ein freier Raum f, in welchem je ein Paar Elektroden l'angebracht sind, so dass eine senk- rechte oder nahezu senkrechte Flamme entsteht, wie mit strichlierten Linien angedeutet ist.
Das Magnetsystem besteht ans dem hufeisenförmigen Elektromagneten IF und einem unterhalb des Herdes angeordneten Eisenkörper X. Der Strom durch die Elektroden sowie durch die Magnetwindungeu wird derart gewählt, dass die Flamme nur auf der oberen Seite der Elektroden gebildet wird. Die Flamme wird zum Teil unmittelbar die Seiten des Herdes erwärmen, zum Teil durch Strahlung Wärme an das auf dem Herde befind- liche Material abgeben und zum Teil einen aufsteigenden heissen Luftstrom bilden, welcher
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wurde.
Der der grössten Hitze des Lichtbogens ausgesetzte Teil des Schmelzherdes wird in dieser Weise sehr beschränkt und in den Fällen, wo man genötigt war, um Überhaupt die angestrebte Wirkung zu erzielen, einen Herd von grösserer Ausdehnung, z. B. einen Treppen- herd, zu benutzen, musste man eine Reihe von Elektroden im Ofen anordnen, welche nach und nach das unter den Elektroden abfliessende Gut erhitzen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Elektrischer Lichtbogenofen mit einer Einrichtung zur Erzeugung der Birkeland- schen Scheibenflamme, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden gegen den
Mittelpunkt des zentralen Herdes gerichtet oberhalb des Schmelzraumes angeordnet sind, wodurch es ermöglicht wird, die Elektrodenspitzen möglichst weit entfernt von der Be- schickung zu halten und auch eine grössere Menge der Beschickung mit einem Elektroden- paar zu erhitzen.