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Verfahren und Einrichtung zur Bearbeitung geschmolzener Metalle im elektrischen
Schmelzofen.
Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf elektrische Sdimelzöfen, in denen der Widerstand aus einer oder mehreren Säulen aus geschmolzenem Material besteht, denen der Strom durch Elektroden zugeführt wird. Die Wärme wird von dem säulenförmigen Widerstand auf die Hauptmenge der geschmolzenen oder in sonstigem Zustand befindlichen Masse, die zu behandeln ist, durch Überleitung übertragen, und zwar vorzugsweise unter lebhafter Bewegung der Masse und schnellem Umlauf derselben.
Ein besonderes Merkmal der Erfindung ist die Anordnung der Widerstl1ndssäulen in der Weise, dass der sogenaunte "Pincheffekt" nutzbar gemacht wird, um einen mehr oder weniger heftigen Umlauf und eine lebhafte Bewegung des erhitzten Materiales voll der Widerstandssäule aus in die Teilchen des geschmolzenen, unter Behandlung befindlichen Materiales hinein herbeizuführen.
Hiebei kann der Ofen mit zwei oder mehreren Abteilungen ausgeführt werden, von denen die eine z. B. zur Reduktion der Erze zu dem bei-reffenden Metall und die andere zur Raffinierung des reduzier. n Metalles verwendet wird. wobei die Abteilungen so miteinander kombiniert sind, dass die beiden Prozesse in einem einheitlichen Arbeitsgang ohne dazwischwnliegende Abkühlung und Wiedererhitzung des Materiales vor sich gehen.
Die Elektroden des vorliegenden Ofens sind so angeordnet, dass sie erheblich kleiner und billiger a) s bei den bisher bekannten Ofen ausgeführt werden können. Dabei werden die Elektrodenverluste bedeutend vermindert und infolgedessen der Wirkungsgrad des Ofens merkbar erhöht. Auch die Art und Weise der elektrischen Behandlung der Materialien bildet einen Teil der Erfindung.
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Fig. l ist ein senkrechter Schnitt eines elektrischen Ofens, bei dem der Widerstand aus einer oder mehreren Säulen aus geschmolzenem Material besteht, das in leitender Verbindung einerseits mit den Elektroden und andererseits mit der Hauptmasse des zu behandelnden Materiales steht : Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch einen ähnlichen Ofen, bei dem die Widerstandssäule sich in geneigter Lage befindet.
Hiebei wird der hydrostatische Druck in der Widerstandssäule geringer ; Fig. 3 ist ein Horizontalschnitt durch einen Ofen nach Fig. 1, der für Dreiphasenstrom eingerichtet ist : Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Ofen mit mehreren Abteilungen, wie er beispielsweise für die direkte Erzeugung von Stahl aus Eisenerz benutzt, worden könnte ; Fig. 5 und fi erläutern die Anordnung der Elektroden ; Fig. 7 ist ein senkrechter Schnitt durch einen Licht- bogenofen. bei dem der Lichtbogen zwischen zwei getrennten Bädern von geschmolzenem Metall erzeugt wird : Fig. 8 ist die Seitenansicht eines metallischen Leitungssteges zum Anlassen eines derartigen Ofens ;
Fig. 9 und 10 sind senkrechte Schnitte von Lichtbogenöfen, in denen mehrere Lichtbogen in Hintereinanderschaltung verwendet werden ; Fig. 11 endlich ist ein senkrechter Schuitt eines Lichtbogenofens, in dem der Lichtbogen durch den Pincheffekt erzeugt wird.
Der in Fig. 1 dargestellte elektrische Ofen ist mit einem breiten flachen Herd A versehen, der besonders für die Behandlung von Eisen und solch-n Materialien geeignet ist, bei denen eine grcsse wirksame Oberfläche notwendig erscheint. Der Herd kann von irgend welcher beliebigen Form sein, da der die Wärme erzeugende Widerstand, praktisch genommen, unabhängig ist
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leitenden Stoff unter Behandlung. Dieses a. te, rial reicht nach unten in die Säulen C und D hinein und steht dort in leitender Verbindung mit den Elektroden E, welche das Mauerwerk des Ofens durchsetzen und hier mit dem Leitungs1d'emmen F versehen sind. Diese können in bekannter Weise gekühlt werden.
Nach aufwärts schliesst sich an den Herd A ein Dom G an, der sich zweckmässig nach oben etwas verengt und mit dem zu behandelnden Material H, z. B. Eisenerz, angefüllt wird. Zur Beschickung ist oben in dem Dom eine Öffnung I vorgesehen. Das in dem Dom befindliche Material wird, wie ersichtlich, vorgewärmt. Das Anlassen des Ofens kann in der Weise geschehen, dass man auf den Herd eine entsprechende Menge geschmolzenen Materiales derselben Art wie das zu behandelnde aufgiesst, so dass es in die Vertiefungen C und D eintritt und eine leitende Verbindung zwischen den beiden Elektroden E herstellt. Wenn der Stromkreis dann geschlossen wird, so wird diese eingegossene Metallmenge heisser und heisser und wird schliesslich, wenn sie erstarrt sein sollte, wieder geschmolzen.
Alsdann wird die übliche Menge von Erz, Kohle und Flussmitteln eingeführt, und zwar zweckmässig in solcher Menge, dass ein Teil der Masse in die ge8 ("'molzene Masse eindringt, so dass nun die Wärme aus dem Schmelzgut schnell in die zu behandelnde Masse übergeführt wird und hier die chemische Reaktion beschleunigt. Dabei entsteht in bekannter Weise eine Schlackenschicht J. Durch eine Öffnung L kann Luft eingeführt werden, um eine genügende Verbrennung der Gase (Kohlenoxyd) herbeizuführen, wobei dann das Erz vorgewärmt und dadurch der Wirkungsgrad des Ofens verbessert wird. K bezeichnet das Schlackenstichloch.
Der über der Masse B liegende Teil des Ofens kann übrigens ein gewöhnlicher Gebläge- schmelzofen sein, in dem die notwendige Wärme durch Verbrennung gewöhnlichen Brennstoffes erzeugt wird. Das reduzierte Metall sammelt sich dann als Masse B in dem Herd A, wo die weitere Erhitzung durch den elektrischen Strom stattfindet und durch Einführung von weiterem Erz direkt zu Stahl verarbeitet werden kann. Bei einer solchen Anordnung entfallen dann die Abkühlung und Wiedererhitzung in einer besonderen Kammer oder einem zweiten Ofen, was wiederum einer Verbesserung des Wirkungsgrades gleichkommt. M und N sind Abstichöfmungen, die zweckmässig in die beiden Säulen C und D münden und zum Abstechen des reduzierten Metalles dienen.
Statt dessen kann eine Abstichöffnung auch unmittelbar in den Herd A geführt werden.
Wenn der Ofen in Betrieb ist, so wird die Wärme durch den Strom in den Säulen C und D erzeugt, wobei die Schmelzmasse in diesen Säulen den Widerstand darstellt. Diese Wärme wird dann in die Masse B übergeleitet, von den Säulen C und D aus. Diese Wärmeübertragung wird äusserst günstig beeinflusst, wenn in den Säulen C und D der bekannte Pincheffekt auftritt. Dieser verursacht ein Aufwärtsströmen der geschmolzenen Masse in den Säulen in der Mittelachse, worauf d. n unter der Wirkung des hydrostatischen Druckes ein Abwärtamessen am äusseren Umfang der Säulen stattfindet, d. h. also ein lebhafter Umlauf der geschmolzenen Masse herbeigeführt wird.
Diesen Pincheffekt kann man bei der dargestellten Ofenanordnung 80 gross machen, dass ein fontäneartiges Aufquellen des geschmolzenen Metalles der Säulen durch die Masse B hindurch bis in die Erz-und Schlackenschicht hinein stattfindet, was eine sehr wirksame Wärme- überleitung ergibt.
Das Eintreten des Pincheffektes kann durch eine geeignete Gestaltung des Querschnittes der Säulen C und D, mit Rücksicht auf den die Säulen durchfliessenden Strom, befördert und si-hergestellt werden. Der Druck, der durch den eine derartige Säule aus flüssigem Leitungsmaterial durchfliessenden Strom hervorgebracht wird, kann durch die nachstehende Formel ausgedrückt werden :
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stärker wird der Pincheffekt sein ; dieser Effekt kann so gross gemacht werden, dass er ein fontäneartiges Aufquellen des geschmolzenen Materiales hervcrbrmgt, wobei nicht nur, wie schon erwähnt, die gute Wärmeüberleitung eintritt, sondern auch ein lebhafter Umlauf, eine starke Bewegung der ganzen Masse herbeigeführt wird.
Um den Umlauf der Masse noch weiter zu vergrössern, kann eine seitlich liegende Säule 0 vorgesehen werden, die einerseits mit der Masse B und andererseits mit der Säule D an einem etwas unterhalb des Herdes gelegenen Punkt in Verbindung steht. Dur Querschnitt dieser Säule 0 wird zweckmässig so gewählt, dass durch den sie durchfliessenden Strom ein Differenzdruck gegen- über dem in der Säule selbst erzeugten entrollt. Durch diese Druckdifferenz in den Säulen D und 0 wird dann ein Umlauf der Schmelzmasse herbeigeführt.
Indessen wird im allgemeinen schon der durch den Pincheffekt in den Säulen C und D herbeigeführte Flüssigkeitsumlauf
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Ursache, so wird der Stromkreis doch nicht unterbrochen, sondern durch das Rohr t oder die Stäbe geschlossen gehalten, so dass der Ofen wieder angeht. Als Material für die Teile t kann man Karborundum, Siloxikon oder andere geeignete Stoffe verwenden, die bei hoher Temperatur leiten. In dem Mauerwerk des Ofens zwischen den beiden Säulen C und D kann ein Luftraum M vorgesehen werden, durch den mit Sicherheit verhindert werden kann, dass der Strom etwa von einer zur anderen Säule durch das Mauerwerk des Ofens fliesst.
Die Anordnung nach Fig. 2 ist im wesentlichen dieselbe, wie nach Fig. 1, nur befinden sich die Säulen in geneigter anstatt in senkrechter Lage, so dass in ihnen ein geringer hydrostatischer Druck herrscht. Die durch den Pincheffekt erzeugte Aufwärtsströmung des geschmolzenen Materiales braucht dann nur geringer zu sein, weil ein geringerer hydrostatischer Druck zu überwinden ist.
Da bei der vorliegenden Ofenkonstruktion der Strom durch eine Widerstandssäule und durch die Masse des geschmolzenen Materiales auf dem Herd fliesst, so kann Drehstrom oder anderer Wechselstrom von beliebiger Phasenzahl verwendet werden. In Fig. 3 ist im Querschnitt ein Ofen angedeutet, bei dem der Herd in Verbindung mit den drei Säulen C, D und P steht, je eine für jede Phase des Drehstromsystemes. Der Ofen liegt dann in Sternschaltung, da die Schmelzmasse auf dem Herd die gemeinsame Verbindung der drei Zuleitungen bildet.
In Fig. 4 ist im Querschnitt ein Ofen mit mehreren Räumen dargestellt, bei dem der linksseitig gezeichnete Raum ungefähr dieselbe Ausführungsform wie der Ofen nach Fig. 1 besitzt.
In diesem Ofenteil kann das Erz reduziert oder sonstwie behandelt werden, um eine Schmelzmasse B zu erzeugen, genau wie oben beschrieben. Von Zeit zu Zeit wird dann die Abstich- öffnung Q geöffnet, zu der man durch die Öffnung R in der Wandung des rechtsliegenden Ofenteiles gelangen kann ; alsdann fliesst die Schmelzmasse B in den zweiten Ofen teil, in dem sie mit BI bezeichnet ist. Hier wird das Metall durch entsprechende Behandlung mit den gebräuchlichen Zuschlägen, Oxyden und sonstigen Materialien, die durch eine Beschickungsöffnung Eingeführt. werden, raffini6l't. Zum Abstich des raffinierten Metalles sind die Abstichöfmungen MI und IV, vorgesehen.
Mit einem derartigen Ofen kann man Stahl direkt aus Eisenerz herstellen. Die Reduktion oder die Behandlung des Erzes geschieht in dem linksseitigen und die Raffinierung in dem rechts- seitigen Ofen. Eine Abkühlung des Materiales nach der Reduktion des Eisens und Wiedererhitzung für den Raffinierungsprozess fallen weg. Die Reduktion des Erzes geschieht ganz oder teilweise durch elektrische Erhitzung mit einem Mindestverlust an Wärme und daher mit grossem Wirkungs-
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Metalles für die Zuschläge und anderen Beimengungen zu haben, da die Raffinierungswirkung zum Teil nur auf dieser Berührungsfläche stattfindet.
Bei dem Ofen nach der Erfindung kann die Oberfläche ganz beliebig gross gemacht sein, ohne dass die elektrischen Konstanten geändert werden, weil der elektrische Widerstand im wesentlichen nur derjenige ist, der dem Widerstand der Säulen entspricht, und durch die Vergrösserung der Oberfläche oder der Tiefe der Schmelzuiassesclncht auf dem Herd nicht wesentlich geändert wird. Durch das Aufquellen der Masse infolge des Pincheffektes wird die Berührungsfläche mit den Zuschlägen noch weiter vergrössert.
Dieser Ofen kann auch für zahlreiche andere metallurgische Prozesse verwendet werden,
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vorausgesetzt immer, dass die erforderliche Temperatur niedriger ist als die Vergasungstemperatur des nüsaigen Widerstandes. Das apezihsche Gewicht des Widerstandes muss grösser sein als das-
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Für die Anordnung der Elektroden empfiehlt sich zu einer Verminderung der Energieverluste die nachstehend beschriebene Ausführungsform : Es wurde festgestellt, dass zur Begrenzung des Elektrodenverlustes auf einen Mindestwert die Elektroden so bemessen werden müssen, dass der elektrische Widerstandsverlust (C R-Verlust) gleich dem doppelten Betrag des Wärmeleitungsverlustes der Elektroden ist.
Unter Wärmeleitungsverlust soll hier der Wärmeverlust verstanden werden, der durch Ableitung von wärme au dem Innern des Ofens durch die Elektroden nach aussen stattfindet. wenn kein Strom fliesst. Es hat sich ergeben, dass für jedes andere Verhältnis zwischen diesen beiden Wärmeverlustarten der Gesamtverlust grosser wird. Halt
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mall das angegebene Verhältnis ein, so werden die Energieverluste durch die Elektroden ausserordentlich gering im Vergleich mit den bisher beobachteten Werten.
Der Gesamtverlust in den Elektroden ist dann gleich dem elektrischen Widerstandsverlust allein (os R-Verlust), da in diesem Fall kein Wà1'meleitungsverluat eintritt, vermöge des Umstandes, dass die Temperatur an den erhitzten Enden der Elektrode gleich derjenigen des Ofens ist und die Elektrode daher als ein vollkommener Wärmeisolator für den Ofen wirkt, d. h. keinen Wärmedurchtritt vom Ofen nach aussen gestattet, obgleich die elektrische Leitungsfähigkeit nicht herabgesetzt wird. Bisher ist kein Material bekannt, bei dem diese beiden Eigenschaften, nämlich Wärmeisolierfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit, miteinander kombiniert sind.
Dennoch kann durch die Bemessung der Elektroden nach den oben erwähnten Gesichtspunkten, praktisch genommen, ein Äquivalent für diese beiden Eigenschaften hergestellt werden.
In Fig. 5 ist das näher erläutert. Hier sind a und b Körper, die sowohl Wärme als Elektrizität leiten, z. B. Eisenstücke, die in einen Block von Wärmeisoliermaterial i eingebettet sind, mit den Enden aber frei liegen. Diese Enden mögen, etwa durch Wasserkühlung, auf niedriger Temperatur erhalten werden. Es möge ferner ein so starker Strom durch a, b geleitet werden, dass diese Körper auf einer kurzen Strecke, z. B. von c bis d, in der Mitte in den Schmelzzustand iibergehen. Unter diesen Bedingungen wird, wenn der Beharrungszustand erreicht ist, der einzige Energieverlust der cl R-Verlust sein, der als Wärme an den beiden äusseren Enden der Elektroden abgeführt wird.
Wird der Block i nun in der Mittelebene e, f in zwei Teile zerlegt und mögen die beiden Teile dann die Wandungen eines elektrischen Ofens darstellen, der dasselbe Material im Schmelzzustand enthält (s. Fig. 6), so bilden nun die Stücke a und b die Elektroden. E & wird aber offenbar nicht mehr Wärme aus der geschmolzenen Masse durch die Elektroden nach aussen abgeleitet, als vorher erläutert, weil die Enden der Elektroden und das geschmolzene Material sich in derselben Temperatur befinden. Es folgt, dass der Leistungsverlust beim Abstellen des Stromes gleich der Hälfte des 02 R-Verlustes ist, wie oben auseinandergesetzt. Für alle anderen Bedingungen wird der Elektrodenverlust vergrössert, anstatt ein Minimum zu sein.
Dieser Mimmalverlust ist für jedes beliebige Elektrodenmaterial konstant mit Bezug auf die Ampère und die Wärmegrade des Ofens. Für ein bestimmtes Material ist der Minimalelektrodenverlust abhängig von der Ofentemperatur und dem Strom und von den Abmessungen der Elektroden nur von dem Umstand, dass das Verhältnis der Länge zum Querschnitt der Elektrode, wie vorher auseinandergesetzt, eine bestimmte Grösse haben muss. Für irgend ein gegebenes Elektrodenmaterial und für gegebene Temperaturen und Stromstärken ist dieser MinimalelektrGdenvrlust bestimmt und kann durch Änderung der Dimensionen der Elektrode nicht weiter vermindert werden.
Für verschiedene Materialien hat sich ergeben, dass der erwähnte Minimalverlust proportional ist der Quadratwurzel aus dem Verhältnis der Wärme-zur elektrischen Leitfähigkeit der Elekt. roden. Hieraus aber ergibt sich, dass der Minimalverlust im allgemeinen am kleinsten ist für die Metalle und dass er ganz erheblich kleiner ist für solche als für die bisher gebräuchlichen
Materialien, nämlich Kohle und Graphit.
Demgemäss werden nach der Erfindung Metallelektroden benutzt, und zwar vorzugsweise von demselben Metall, wie dasjenige, das im Ofen erzeugt werden soll, oder wenigstens dieses nicht nennenswert angreift. Dadurch kann der Elektrodenverlust erheblich herabgesetzt werden und diese Verminderung des Verlustes wird, wie vorher auseinandergesetzt, noch bedeutender, wie sie an und für sich schon ist, wenn man die Elektroden nach dem oben erwähnten Gesetz dimensioniert, d. h. sie so bemisst, dass der Wärmeleitungsverlust bei abgestelltem Strom gleich der Halfte des C R-Verlustes ist. Indessen soll die Erfindung nicht auf Metallelektroden beschränkt sein, denn bei der geschilderten Dimensionierung der Elektroden lässt sich auch für Kohle-oder
Graphitelektroden eine erhebliche Herabsetzung der Verluste erzielen.
Es ist oben bereits erwähnt worden, dass der Minimalverlust unabhängig ist von der Grösse der Elektroden selbst. Grosse
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das GrÖssenverhältnis zwischen Länge und Querschnitt.
Im allgemeinen wird das beste Ergebnis erzielt,. venn man die Elektroden so kurz als möglich macht, da der Wirkungsgrad in umgekehrtem Verhältnis mit dem Quadrat der Länge wächst.
Der Querschnitt muss dann in dem erwähnten Verhältnis mit dieser Länge stehen.
Der Wirkungsgrad ist am besten, d. h. für sine gegebene Länge ist der Querschnitt am kleinsten, wenn die Quadratwurzel aus dem Produkt aus der elektrischen und der Wärmeleitfähigkeit am grössten ist : daher sind, hinsichtlich des Wirkungsgrades, diejenigen Materialien am besten, in denen dieses Produkt am grössten ist.
Für gewisse bestimmte Materialien stehen die vom obigen Standpunkt, aus wünschen- werten Eigenschaften in einem gewissen Gegensatz zueinander, wenn man nämlich die Kraft- ökonomie vergleicht mit der Materialökonomie. Bezeichnet man mit K und k die elektrische und die Wärmeleitfähigkeit des Materiales, dann ist der Minimalkraftverlust in der Form der
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am grössten ist. Andererseits ist die Materialökonomie am besten, wenn das Produkt aus kund K am grössten ist. Demgemäss sind es der Quotient und das Produkt aus elektrischer und Wärmeleitfähigkeit, von denen es abhängt, ob bestimmte Materialien als Elektroden geeignet sind, nicht aber eine dieser Grössen allein.
Vergleicht man verschiedene Materialien miteinander, so muss man die Quadratwurzel aus den Quotienten oder den Produkten miteinander vergleichen, nicht aber die Quotienten oder Produkte selbst.
Aus der Leitungsfähigkeit verschiedener Materialien ergibt sich gemäss vorstehender Darlegungen, dass die Quadratwurzel aus den Quotienten und Produkten im allgemeinen am grössten ist für Metalle im Gegensatz zu den gebräuchlichen Elektrodenmaterialien, wie Kohle und Graphit. Der Unterschied ist erheblich. Demgemäss ist es bedeutend besser, Metallelektroden zu verwenden, wenn es nur irgend möglich ist.
Verwendet man solche Metallelektroden und dimensioniert sie nach dem erläuterten Gesetz, so bleiben sie an ihrem äusseren Ende fest, obgleich sie sich am inneren Ende, im Ofen, auf Schmelztemperatur befinden. Der Grund ist, dass infolge der gewählten Grössenverhältnisse keine Wärme durch die Elektroden von dem Innern des Ofens abgeleitet und alle in ihnen erzeugte Strom- wärme am äusseren Ende abgeführt wird durch die Kühlung, fast ebenso schnell, wie sie erzeugt wird. Die Temperatur wird sich daher nicht steigern und eine Schmelzung tritt nur am äussersten
Punkt des inneren Endes ein. Sind sie aber dauernd mit geschmolzenem Metall bedeckt, so werden sie nicht verzehrt.
Bestehen sie aus demselben Metall wie das im Ofen geschmolzene oder aus einem Metall, welches sich mit diesem nicht verbindet, so greifen sie das letztere nicht an. Dieser
Zustand ist dann auch derjenige, bei dem der gesamte in den Elektroden auftretende Energie- verlust den Minimalwert hat.
Aus dem vorstehend erläuterten Gesetz kann man die Formel
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ableiten, in der X der gesamte Minimalverlust in den Elektroden in Watt bedeutet, 2-894 eine Konstante ohne physikalische Beziehungen, C den Strom in Ampere. k die \Värmeieitfähigkeit in Grammkalorien pro Sekunde und c ? , ?'den elektrischen Leitwiderstand in Ohm pro cn und T den Temperaturunterschied zwischen dem inneren und äusseren Ende der Elektrode in Celsiusgraden. Für die Bestimmung der Minimalgrösse der Elektroden ergibt sich die folgende Formel :
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in Ampère und r, k und T haben dieselbe Bedeutung wie oben. Die Elektroden müssen diesem Verhältnis entsprechen, wenn man den geringsten Verlust nach der ersten Formel erhalten will.
Die zweite Formel gibt das Verhältnis des Querschnittes zur Länge der Elektroden und gestattet daher die freie Wahl der einen Abmessung, nicht aber beider. Die Länge wird vorteilhaft so gering wie möglich gewählt, sie bestimmt sich im allgemeinen schon durch die Konstruktion des Ofens und die Dicke der Wandung oder durch andere Erwägungen.
Gemäss der Erfindung kann man daher die Grösse der Elektroden und demgemäss ihren
Herstellungspreis sehr herabdrücken im Vergleich zu den bisher gebräuchlichen Verhältnissen. und dabei doch den Minimal-Elektrodenverlust erreichen. Es bleibt also ein grösserer Teil der aufgewandten Energie für die Metallbearbeitung im Ofen frei ; in demselben Verhältnis wird der konstante Wirkungsgrad des Ofens verbessert.
Versteht man unter dem Elektrodenwirkungsgrad das Verhältnis der Energie, die im Innern des Ofens für die Metallbearbeitung frei zur Verfügung steht, zwischen den inneren heissen Enden der beiden Elektroden zu der Gesamtenergie, die an den äusseren kalten Enden der Elektroden den Klemmen zugeführt wird, dann wird für einen gegebenen Minimalverlust in den Elektroden dieser Wirkungsgrad offenbar um so besser sein, je grösser der Spannungsabfall zwischen den heissen Enden der Elektroden ist, verglichen mit dem
Spannungsabfall in einer der Elektroden selbst. Gemäss der Erfindung kann dieser letztere sehr klein gemacht werden, viel kleiner als bisher ; daher wird bei einem gegebenen Strom und einer bestimmten Spannung bedeutend mehr nutzbare Wärme im Ofen erzeugt als früher.
Um den
Wirkungsgrad aber noch mehr zu erhöhen, müsste man den Spannungsabfall zwischen den heissen (inneren) Elektrodenenden so gross als möglich machen. Das wird bei Verwendung eines flüssigen
Widerstandes dadurch erreicht, dass man ihn möglichst lang und den Querschnitt möglichst klein macht. Aus diesem Grund kann man unter Umstanden den Lichtbogen mit zu Hilfe nehmen, da dieser einen verhältnismässig grossen Spannungsabfall auf einer kleinen Strecke besitzt. Noch besser werden mehrere Lichtbogen in Reihenschaltung verwendet.
Es ergibt sich also, dass die Erfindung, soweit sie die Dimensionierung der Elektroden betrifft, bei allen bekannten Arten elektrischer Schmelz- öfen Anwendung finden kann, gleichgiltig, ob der Widerstand aus einer Säule von geschmolzenem
Material besteht oder ob er die Form des Lichtbogens oder irgend eine andere Form besitzt.
In Fig. 7 ist ein Lichtbogenschmelzofen mit den Metallelektroden E, E dargestellt. Die
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Material, die Scheidewand ist mit S bezeichnet. Den Lichtbogen kann man bilden durch ein Brückenstück, wie es in Fig. 8 angedeutet ist, aus demselben Metall wie das des Bades, indem man ein solches Brückenstück über die Trennungswand legt. Es schmilzt dann alsbald weg und der Lichtbogen zwischen den beiden Bädern bleibt bestehen. Ebenso kann der Bogen durch körniges Leitungsmaterial gebildet werden, das über die Scheidewand und in Kontakt mit den beiden Bädern gebracht wird. Man kann auch das Metall in den Bädern in Bewegung bringen, so dass beide Bäder in vorübergehende Berührung miteinander treten.
Das Abschmelzen der Scheidewand ; S kann durch Zirkulation von Wasser oder anderen Kühlmitteln verhindert werden.
In der Zeichnung ist zu diesem Zweck eine Kühlleitung T angedeutet. Auch könnte man die obere Kante der Scheidewand mit Blasmagneten versehen, um den Lichtbogen davon abzuhalten.
Möglich wäre auch die Herstellung der Scheidewand S aus einem Leiter zweiter Klasse, der durch die Erhitzung mittels des Lichtbogens zum Leiter wird.
Gegebenenfalls können zwei oder mehr Lichtbogen verwendet werden, wie in den Fig. 9 und 10 angedeutet. Durch diese Anordnungen erhält man einen höheren Wärmewirkungsgrad und eine einzige sehr breite Herdoberfläche.
Die Bildung des Lichtbogens könnte auch selbsttätig durch den Pineheffekt vor sich gehen, \\ io in Fig. 11 angedeutet. Hier ist die Oberfläche des Bades höher als die obere Kante der Scheidewand S. Der durchgeführte Strom geht anfänglich durch den verengten Querschnitt des Bades über der Scheidewand, und hier tritt, wenn die Scheidewand entsprechend gestaltet ist, alsbald
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Bildung eines Lichtbogens trennt.
Bei allen Ofenformen können die beiden Klemmen oder Elektroden sehr nahe zusammengebracht werden, wodurch die Herstellung der Verbindungen zum Transformator erleichtert und so der Leistungsfaktor erhöht wird, da der durch die Leitungsschleife eingeschlossene Flächenraum im Ofen reduziert wird. Die Elektroden werden nicht verzehrt und verunreinigen daher das Schmelzprodukt nicht, ebenso wenig brauchen sie während des Betriebes weiter in den Ofen hineingeschobcn zu werden. Daher ist die ganze Ofenkonstruktion erheblich vereinfacht und verbilligt ; werden die erläuterten Gesetze über die Dimensionierung der Elektroden nicht beachtet, so können auch bei Metallelektroden die Verluste sehr gross werden infolge der grossen Wärmeleitungsfähigkeit.
Durch die Erfindung wird man in den Stand gesetzt, das geschmolzene Metall in einem so hohen Grad zu beheizen, dass eine schnelle und wirksame Wärmeüberleitung von dem ge- schmolzene*) Material zu der Schlacke und den übrigen zu bearbeitenden Massen stattfindet. Jeder Bea. rheitungsprozcss ist daher erheblich erleichtert im Vergleich zu den Fällen, in denen die Schlacke oder das sonstige Material über der geschmolzenen Masse für denselben Zweck erhitzt wird. Wegen dieser Geschwindigkeit der Wärmeüberleitung von der geschmolzenen Masse zur Schlacke und dem sonstigen Material kann man eine gegebene Metallrnenge bei Benutzung der Erfindung in einem kleineren fen ver. arbeiten als bisher.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Bearbeitung geschmolzener Metalle im elektrischen Schmelzofen, dadurch gekennzeichnet, dass durch das geschmolzene Material ein elektrisch'f. rom von solcher Stärke im Verhältnis zum Querschnitt des Materiales geleitet wird, dass der Pincheffekt eintritt und : geschmolzene Material dadurch dauernd selbsttätig in Bewegung gehalten wird.