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Elektrischer Ofen für metallurgische Zwecke.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Ofen für metallurgische Zwecke, z. B. fü die Gewinnung von Zink o. dgl. Die Beheizung des Ofens soll so erfolgen, dass unter voll ständigem Luftabschluss oder in einer ganz bestimmten Atmosphäre oder im evakuierte Raum gearbeitet werden kann. Es wird deswegen die Lichtbogenbeheizung mit ihren ver schiebbaren und regulierbaren Elektroden gänzlich vermieden-und ausschliesslich eine Wider standsbeheizung und eine Beheizung der Beschickung durch Bestrahlung von den Ofenwändet zur Anwendung gebracht. Um dies zu erreichen, ist nach der Erfindung in den Wandungel des vollkommen geschlossenen Beschickungsraumes, diese umfassend, eine Reihe von Elektrode angeordnet. Es herrscht zwischen allen Elektroden in an und für sich bekannter Weis Potentialdifferenz.
Die Elektroden sind in an und für sich gleichfalls bekannter Weise mi Dolomit o. dgl. bestampft.
Die Widerstandsbeheizung erfolgt teils durch das auf die Elektroden aufgestampft Ofenfutter, teils durch den Widerstand, den die Beschickung des Ofeninnern dem Durch gang des Stromes gegebenenfalls entgegensetzt. Eine Verunreinigung der Beschickung durcl das Elektrodenmaterial ist hiebei ausgeschlossen, da die Beschickung mit den Elektroder selbst nicht in Berührung kommt.
Die Strahlungsbeheizung erfolgt von dem durch Widerstandsbeheizung erhitzten Ofen futter, besonders in dem Fall, wenn das Ofeninnere nur zum Teil von der Beschickung ausgefüllt ist.
Die besondere Anordnung der Elektroden und die gleichmässige Stromverteilung gewährleisten auch eine gleichmässige und gegebenenfalls leicht regulierbare Beheizung de ; Ofeninnern.
Die Regulierung der Beheizung erfolgt bei diesem Ofen gegebenenfalls während de Betriebes von aussen, d. h. am Generator oder Transformator, in bekannter Weise dadurch dass die an die Elektroden angelegte Spannung durch einfache Schaltungen oder durch Einstellung des drehbaren Teiles eines Potentialreglers variiert wird, oder dadurch ; daB besondere Zusatztransformatoren verwendet werden, die als Reguliertransformatoren ausgebildet sind.
Auch kann sie dadurch erfolgen, dass vor solche Zusatztransformatoren, die dann ein konstantes Übersetzungsverhältnis haben, ein Potentialregler oder ein besonderer Reguliertransformator gelegt wird, oder dadurch, dass ein Reguliertransformator oder ein Potentialregler vor den Haupttransformator oder-Generator geschaltet wird, welch letzterer eine bestimmte Spannung an die Elektroden legt, die ihrerseits durch den vorgeschalteten Apparat geändert wird. Schliesslich kann die Regulierung der Beheizung bei diesem Ofen
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in die Elektroden geschickten Strom in selbsttätige Abhängigkeit gebracht wird.
Der Ofen ähnelt in seiner Form den bisher mit Gas beheizten stehenden oder liegenden Retorten. Er besitzt zweckmässig die Form einer langgestreckten stehenden oder liegenden Kammer A, z. B. von Zylinderform, die innen vollkommen mit einer in der Wärme die Elektrizität leitenden Masse (Dolomit) ausgekleidet ist. In die Seitenwände der Kammer A sind die Elektroden E ; Ez ; Eg usw. eingemauert, die in Elektrodenplatten enden. Elektroden und Elektrodenplatten können beispielsweise aus Stahlformguss hergestellt sein. Sie sollen das Ofeninnere möglichst umfassen. Das Ofenfutter, das stromdurchflossen und elektrisch heheizt ist, soll auf sie aufgestampft sein.
Die Elektioden werden nun so an die Elektrizitätsquelle angeschlossen ; dass zwischen allen Potentialdifferenz besteht, so dass der elektrische Heizstrom sowohl zwischen den Elektioden E1, E2, E3 und den Elektroden E4'E5 und E6 als auch zwischen Ei und E4 und E2 und Es und Eg und E6'gegebenenfalls auch noch von der einen Elektrode zur schräg gegenüberliegenden Gegenelektrode, je nach den Widerstandsverhältnissen im Ofen, fliesst, wodurch eine äusserst gleichmässige Verteilung des Stromes und somit der Wärme erzielt wird.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform eines derartigen Ofens dar-
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angeordnet, die mit den Leitungen einer Drehstromquelle in Verbindung stehen. Natürlich kann man an Stelle von je drei Elektroden auch nur je zwei oder je vier oder mehr Elektroden anwenden, je nachdem, ob Zweiphasen-, Dreiphasen-oder beliebiger Mehrphasenwechselstrom. zur Verfügung steht.
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Die elektrisch beheizte Kammer A steht für den Fall, dass man Dämpfe oder Gase überdestillieren oder kondensieren will, noch durch einen Schlitz oder durch einen oder mehrere Verbindungskanäle mit einer oder mehreren Vorlagen B in Verbindung, die aber in dieser Ausführungsform weder elektrisch noch sonstwie beheizt sein brauchen. Gegebenenfalls kann man auch diese analog der Kammer A elektrisch oder sonstwie durch bekannte Mittel, z. B. durch die Abgase der Kammer A, beheizen.
Der Ofen kann natürlich auch vorteilhaft überall da-angewendet werden, wo es sich darum handelt, unter völligem Luftabschluss oder in einer ganz bestimmten Atmosphäre, wobei man dem vollständig abgeschlossenen Ofeninnern bestimmte Gase zuführt, eine gleichmässige Beheizung eines abgeschlossenen Ofeninnern auf eine so hohe Temperatur herbeizuführen, die in jedem Falle unterhalb der durch elektrische Lichtbögen-erzielbaren liegt, wie z. B. zum Glühen, Tempern, Zementieren usw. von Metall- bzw. Eisenkörpern odet zum Brennen von Porzellan, Steinen und ähnlichen Körpern oder zum Verkoken von Kohle mit Nebenproduktengewinnung und allen ähnlichen Fällen.
Der hier beschriebene Ofen für metallurgische Zwecke kann durch eine ande sartige Elektrodenanordnung noch voiteilhafter ausgestaltet werden.
Diese weitere Ausgestaltung der Erfindung liegt nun darin, dass die Elektroden einer Phasenreihe nicht hintereinander, sondern stern-bzw. kreisförmig und so gleichmässig um den Beschickungsraum verteilt werden, dass sich der Spannungsabfall zwischen je zwei Elektroden entsprechend den geringeren oder grösseren Entfernungen der Elektroden voneinander und genau entsprechend den Widerständen zwischen den einzelnen Elektroden verhält. Dadurch wird eine vollkommen gleichmässige Beheizung der Beschickung bzw. des Ofenfutters erreicht.
Die Erfindung lässt mehrere Ausführungsformen zu. So können die Elektroden beispielsweise sich parallel zur Ofenachse über die ganze Länge des Beschickungsraumes
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zwischen ihnen.
Bei nicht ganz gleichmässiger Beschickung oder wenn sich etwa in einer Zone der Beschickungssäule durch Ungleichmässigkeit in der Leitfähigkeit der Beschickung eine bessere oder schlechtere Leitfähigkeit ergibt, kann der Fall eintreten, dass an diesen Stellen der
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Um auch in dieser Beziehung einen gleichmässigen Stromdurchfluss durch die Beschickung zu gewährleisten, werden um den Beschickungsraum herum unter Anwendung von Mehrphasenstrom oder Drehstrom mit entsprechend vielen Unterteilungen der Sekundärwicklungen die Elektroden je einer Phasenreihe stern-bzw. kreisförmig um den Beschickungsraum derart verteilt, dass nicht nur zwischen je zwei Elektroden entsprechend den geringeren oder grösseren Entfernungen der Elektroden voneinander, bzw. genau entsprechend dem Wide stande zw ; schen den einzelnen Elektroden auch ein entsprechend geringerer oder grösserer Spannungsabfall herrscht, sondern dass auch zwischen je zwei'benachbarten Elektrodenreihen noch entsprechender Spannungsabfall ist, so dass der Strom in jedem Falle gezwungen sein wird, auch zwischen je zwei Elektrodenreihen gleichmässig zu fliessen.
Hieraus ergibt sich noch der Vorteil, dass man den Strom, der zwischen den Elektroden einer oder meh : e er Phasenreihen fliesst, einzeln beliebig durch Regulierung des Stromflusses einzelner Phasenreihen mittels Potentialregulators den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend anpassen kann.
Letztere Ausführung hat noch den besonderen Vorteil, dass sich verhältnismässig ku. ze Elektroden ergeben, so dass eine Zerstölung des Ofenmauerwerks, wie sie durch die Aus-
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In den Zeichnungen stellt Fig. 4 einen Längsschnitt durch die eine Form dar, und zwar nach Linie 1-1 in Fig. 5. D ; ese ist ein Querschnitt durch den Ofen und zeigt die Anordnung der Elektroden. Durch Fig. 5 a we den die Strom-und Spannungsverhältnisse zwischen den Elektroden veranschaulicht. Fig. 6 stellt schematisch das andere Ausführungsbeispiel dar und Fig. 7 ist ein Längsschnitt durch dasselbe. Hiebei ist der Übersichtlichkeit halber die zweite Elektrodenreihe in dieselbe Ebene verlegt gedacht.
Man kann natü lich beliebig viel solcher Elektrodenreihen anordnen und muss dementsprechend bei gleichem Schaltungsprinzip die Sekundärwicklungen des Ofentransfo : mators in eine ebensolche Zahl von Wicklungen unterteilen oder entsprechenden Mehrphasenstrom vei wenden.
Der Ofenraum A ist vollständig geschlossen, die Elektroden ragen nicht in den Beschickungsraum hinein und sind im Innern mit der Wide : standsmasse überdeckt.
In besonderen Fällen, wo z. B. ein Wegschmelzen ode ; - eine Zerstörung der Elektrodenenden durch die Beschickung bzw. durch beim Prozess entstehende chemische Agentien nicht
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zu befürchten ist und eine Verunreinigung der Beschickung durch die Elektrodenenden nicht eintreten kann, können diese auch direkt in den Schmelzraum hineinragen.
Als beispielsweise Ausführung sind nach Fig. 4 und 5 sechs Elektroden E über den Umfang gleichmässig verteilt, die, sich paarweise gegenüberliegend, an die Stromquelle angeschlossen sind. Für die Stromverteilung-ergibt sich nun nach Fig. 5 a folgendes Bild :
Bezeichnet man mit Ep die volle Phasenspannung, dann ist diese zwischen den sich gegenüberliegenden Elektroden Ei und EI oder Es und Es oder E3 und E3 stets Ep, im
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Ofenraumes A, der in üblicher Weise durch Kanäle mit einer oder mehreren Vorlagen B verbunden ist.
Zur Vermeidung solch langer Elektroden können nun unter Anwendung desselben Schaltungsprinzips, beispielsweise bei Sechsphasenstrom oder Drehstrom mit entsprechenden Unterteilungen der Sekundärwicklungen, mehrere solcher Elektrodenreihen hintereinander angeordnet werden, wie dies in Fig. 6 und 7 der Fall ist. Die mit 1, 2, 3, 1', 2', 3' bezeichneten Elektroden entsprechen in ihrer Lage und Anordnung denjenigen mit den
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unterschied zwischen den Elektrod. en der einen Phasenreihe und denen der anderen, so dass die Beschickung nicht nur möglichst gleichmässig mit elektrischen Heizströmen durchflossen, sondern auch von einem möglichst gleichmässigen Netz von Stromlinien umflossen ist, welche gegebenenfalls in der die Elektrodenenden überdeckenden Widerstandsmasse fliessen und auch diese gleichmässig erhitzen.
Die Regelung der Energiezufuhr zu den einzelnen Elektrodenreihen bzw. Phasenreihen kann gegebenenfalls von aussen zwangläufig durch Potentialregler und andere Hilfsmittel erfolgen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
I. Elektrischer Ofen für metallurgische Zwecke, z. B. für die Gewinnung von Zink u. dgl., bei dem Elektroden vorhanden sind, die mit in der Wälme elektrisch leitender Masse überstampft sind und zwischen denen allen Potentialdifferenz herrscht, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden innerhalb der Wandungen eines vollkommen geschlossenen Beschickungsraumes in der Weise angeordnet sind, dass'sie den Beschickungsraum umfassen.