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Verfahren zum Schmelzen von Metallen mit hohem W rmeleitvermögen, insbesondere zum Zusammenschmelzen von Kupfer. und Zink zu Messing im elektrischen Licht- bogenofen.
Es ist für Lichtbogenofen für den im Titel angegebenen Zweck vorgeschlagen worden, eine geringe Voltspannung zwischen Elektroden und Metallbad bei entsprechend grosser Stromstärke anzuwenden, um Materialverluste durch Verdampfung und Versohlaokung sowie auch Gesundheitssohädigungen durch die entweichenden Met1lldämpfe möglichst zu vermeiden. Insbesondere ist es vorgeschlagen worden, die Stromspajmung zwischen Lichtbogenelektrode und Metallbad unter 30 Volt zu halten.
Es hat sich herausgestellt, dass es mit dieser bekannten Massnahme nicht ohne weiteres möglich ist, die Erzeugung von schädlichen und verlustbringenden Dämpfen zwischen Elektroden und Metallbad mit Sicherheit auszuschliessen und neben den schon erwähnten Mängeln auch eine Steigerung des Druckes im geschlossenen Ofen auf ein unkontrollierbares Mass zu verhüten. Alle Mängel und Gefahren werden aber ausgeschlossen, wenn gemäss der Erfindung das Mass der Zuführung der elektrischen Gesamtenergie während des Schmelzprozesses nach dem Mass des Wärmeleitvermögens des zunehmend schmelzenden Metallbades geregelt wird.
Es wird also dafür Sorge getragen, dass die Energiezuführung zu den Wärme aufnehmenden Flächen nicht wesentlich die Wärmemenge übersohreitet, welehe zum Schmelzen des Metalles an diesen Flächen notwendig ist, derart, dass der etwa entstehende Mehrbetrag von Energie durch die Beschickung mit Leichtigkeit abgeführt werden kann. Demnach wird die Wärmezuführung zu den Wärme aufnehmenden Flächen so geregelt, dass der Überschuss an erzeugter Wärme über diejenige Menge, die zum Schmelzen des Metalles an dieser Fläche nötig ist, nicht mehr beträgt, als bei hohem Wärmeleitvermögen von diesen Flächen abgeführt werden kann. Das Ergebnis dieser Wärmeregelung ist, dass, obgleich das.
Metall in den erhitzten Flächen geschmolzen wird und diese Flächen noch weiter nach dem Schmelzen Wärme aufnehmen, der Überschuss über die eigentliche Schmelzwärme rasch durch die Beschickung abfliesst, so dass während desjenigen Teiles des Verfahrens, innerhalb welchem das Schmelzen erfolgt, das Metall an den erhitzten Flächen nicht überhitzt wird.
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wird die ganze Beschickung gleichmässig geschmolzen, ohne in irgendeinem Teil überhitzt zu sein.
Somit wird auch eine unerwünschte Entwicklung von Dämpfen vermieden ; die Regelung des Stromes und damit der Wärmeenergie wird in wirksamer Weise durch Aufrechterhaltung einer richtigen Widerstandszone zwischen den Enden der Elektroden und der Beschickung erreicht, d. h. dadurch, dass die Elektrodenenden im richtigen Abstand von der Beschickungsolberfläche gehalten werden ; bei richtig gewählter Spannung und Stromstärke ergibt die Aufrechterhaltung einer richtigen Widerstandszone auch den richtigen Betrag an Wärmeenergie. Geeignete Instrumente zeigen die Änderungen der Stromstärke und Spannung während der Behandlung an.
Das Verfahren ermöglicht das Schmelzen von Metall ohne schädliche Entwicklung von Dämpfen und Gasen. Bekanntlich wird das Metall nach dem Schmelzen vor dem Ausgiessen etwas überhitzt, d. h. auf die Ausgiesstemperatur erwärmt. Dabei werden, wenn auch in geringem Ausmasse, Dämpfe entwickelt, welche wertvolle Bestandteile enthalten. Gemäss der Erfindung werden diese Bestandteile durch Kondensation wieder gewonnen und in die Beschickung zurückgeführt. Da während des Schmelzens selbst Dämpfe nicht in merkbaren Mengen entwickelt werden, so lässt sich das Verfahren vorteilhaft
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in einem geschlossenen Ofen ausführen. Die während der Schmelzperiode zugeführte Wärme wird nahezu vollständig zum Schmelzen des Metalles nutzbar gemacht, so dass die Wände und die Decke des Ofens durch Ausstrahlung nur sehr wenig erwärmt werden.
Sie sind daher verhältnismässig kalt und können zum Niederschlagen der metallischen Bestandteile aus den Dämpfen dienen. Die Temperatur der Ofenwände ist ein regelbarer Faktor. Bei gegebener Wärmezufuhr steigt oder sinkt die Temperatur der Ofenwände durch Änderung der Ausführung, so dass die in die Umgebung ausgestrahlte Wärme gesteigert oder verringert werden kann. Je mehr Wärme von den Wänden in die Umgebung ausstrahlt, um so kühler bleiben die Wände und umgekehrt. Die Temperatur der Wände kann anderseits auch durch Änderung der Stromspannung geregelt werden. Für eine gegebene Ausführung der Wand steigert die Voltzahl den Betrag der an die Wände gelieferten Wärme und damit deren Temperatur. Diese Wandtemperatur ist wichtig, insbesondere beim Schmelzen von zinkhaltigen Legierungen.
Beim Schmelzen solcher Legierungen schlagen sich die Dämpfe, wenn die Wände zu kalt werden, als blaues Pulver und nicht als metallisches Zink nieder.
In der Zeichnung ist in den Fig. 1 und 2 ein zur Ausführung dieses Verfahrens zweckmässiger Ofen beispielsweise veranschaulicht. j ! bezeichnet den üblichen Metallmantel, 2 das übliche Mauerwerk und 3 die übliche innere Auskleidung. Drei Elektroden 4 mit Klemmen 5 liefern an die Beschickung des Ofens einen Dreiphasenstrom ; statt aber die Leitungen 6 unmittelbar von den Elektroden wegzuführen, sind sie mit Sammelschienen 7 verbunden, welche an den Seiten des Ofens innerhalb des Metallmantels nach abwärts geführt sind. Die L ? itungen zwischen den Sammelschienen und dem Transformator sind mit 9 bezeichnet. Handeinstellvorrichtungen sind beispielsweise dargestellt, welche aus Seilen 10, Trommel und Schneckenwelle 11, Schnecke 12 und Handradwelle 13 bestehen.
Es ist vorteilhaft, in dem Ofen Ströme zu verwenden, welche die Ströme niedriger Frequenz, welche gewöhnlich bei elektrischen Öfen benutzt werden, bei denen der Strom unmittelbar von der Elektrode in die Beschickung geht, erheblich überschreiten. Die Anwendung von Generatoren höherer Frequenz für Schmelzöfen bildet aber mannigfache Sohwierigkeiten. Die Kosten der Anlagen werden hoch und die elektrischen Verluste sind erheblich, insbesondere dann, wenn es nötig ist, den Strom über
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für den Ofen dadurch zu erhalten, dass die Frequenz eines Stromes aus einem Generator von niedriger Frequenz erhöht wird. Dies geschieht vorteilhaft durch Anwendung eines oder mehrerer Kondensatoren, zweckmässig von Elektrolytkondensatoren mit Aluminiumplatten in einem Elektrolyt aus doppeltkohlensaurem Natrium.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei derartiger Kondensatoren 21, 22, 2. 3 benutzt, die zu einem Sternpunkt vereint sind. Die einen Platten in jeder Schale sind durch einen gemeinsamen Streifen 24 verbunden, während die andern Platten durch Drähte 25, 26 und 27 mit den Leitungen 28, 29 und 30 verbunden sind, die von den Leitungen 6 nach den Elektroden abgezweigt sind.
Durch die Anwendung der Kondensatoren wird der Heizeffekt in der Beschickung noch gesteigert, ohne dass die Temperatur im Ofen gesteigert wird, so dass die etwa abgegebenen Dämpfe leicht kondensiert und ihre wertvollen Metallbestandteile zurückgewonnen werden können.
Während des Betriebes wird zweckmässig im Ofen eine reduzierende Atmosphäre aufrechterhalten, was leicht durch Anwendung von Elektroden aus kohlenhaltigen Stoffen zu erzielen ist.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Schmelzen von Metallen mit hohem Wärmeleitvermögen, insbesondere zum Zusammensohmelzen von Kupfer und Zink zu Messing im elektrischen Liohtbogenofen unter Anwendung einer geringen Voltspannung zwischen Elektroden und Metallbad bei entsprechend grosser Stromstärke, dadurch gekennzeichnet, dass das Mass der Zuführung der elektrischen Gesamtenergie während des Schmelzprozesses nach dem Mass des Wärmeleitvermögens des zunehmend schmelzenden Metallbades geregelt wird, um mit Sicherheit beim Schmelzen derartiger Metalle im elektrischen Lichtbogenofen die Entwicklung schädlicher und verlustbringender Dämpfe zu vermeiden.