DE186879C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 186879 KLASSE 12/. GRUPPE

EMILE LANHOFFER

in POISSY, FrANKR.

Das vorliegende Arbeitsverfahren verfolgt den Zweck, die zur Darstellung von Carbiden verwendete Stromenergie in Flußöfen möglichstvollständig auszunutzen. Die im folgenden beschriebene Erfindung betrifft im besonderen die Darstellung von Reincarbiden. Für die Darstellung von Doppelcarbiden wäre das Verfahren unrationell und nicht zu empfehlen, indem Doppelcarbide eine nicdrigere Schmelztemperatur als ihre Reincarbidkomponenten haben, z. B. hat Kalkmangancai'bid eine weit geringere Schmelztemperatur als die Entstehungstemperatur namentlich einer seiner Komponenten, nämlich des CaI-ciumcarbids. Es geht daraus hervor, daß dasselbe flüssig entsteht und in demselben Tiegel, in welchem noch weitere Rohstoffe zu Carbiden umgesetzt werden, flüssig gehalten und demzufolge auch abgestochen werden kann.

Ganz anders verhält sich die Sache bei der Darstellung von Reincarbiden — und nur auf diese bezieht sich die Erfindung —, bei welchen die Schmelztemperatur des fertigen Carbids allgemein höher liegt als die Entstehungstemperatur desselben, und bei welchen es gänzlich ausgeschlossen ist, daß flüssiges Carbid abgestochen werden kann, solange noch nicht umgesetzte Materialien im Tiegel vorhanden sind. Wäre dies nicht der Fall, so wäre die mit guten Nutzeffekten arbeitende Darstellung von Carbiden sehr leicht. Darin liegt aber gerade die Schwierigkeit einer sparsamen ununterbrochenen Flußcarbiddarstellung, und darin liegt die Erklärung der außerordentlich verschiedenen Ausbeuten, welche die einzelnen Produzenten mit derselben Strommenge erzielen.

Zur Zeit wird Flußcarbid nur nach folgenden zwei Verfahren dargestellt. Entweder wird die Schmelze beständig auf der Schmelztemperatur des Carbids erhalten und das Rohmaterial nur in kleinen Portionen zugegeben, so daß ein Carbidblock nicht entstehen kann, oder es wird ein Carbidblock aufgeschmolzen und dieser so lange der Einwirkung des freien Lichtbogens ausgesetzt, bis er flüssig geworden ist und abgestochen werden kann.

Das erste Verfahren führt zur fortwährenden Schmelzung bei offenem Lichtbogen. Es ist ohne weiteres klar, daß hier ein großer Teil der aufgewendeten Energie durch Strahlung

und Wärmeleitung verloren geht, ein äußerst starker Elektrodenabbrand entsteht und eine beträchtliche Menge bereits gebildeten Carbids dissoziiert wird, daß ferner die Ausbeute noch in hohem Maße von der richtig bemessenen Rohmaterialzufuhr abhängt. Solche Öfen erzielen eine Ausbeute von etwa 4,0 kg Carbid pro 24 K. W. Std.

Das zweite Verfahren nutzt während der Aufschmelzung des Carbidblockes die Wärme des Lichtbogens gut aus, während der zweiten Phase dagegen, nämlich dem Flüssigschmelzen des vorher gebildeten Blockes, ist die Wärmeausnutzung eine sehr schlechte. Der Block wird von oben mittels des freien Lichtbogens behandelt, wobei dieselben Wärmeverluste, dieselbe Dissoziation und derselbe Elektrodenabbrand wie bei dem ersterwähnten Ver- * fahren auftreten.

Da der Block zumeist sehr porös ist, leitet er selbst weniger Strom als der die Gefäßwandung bildende Carbidtiegel und schmilzt daher weit weniger durch die in ihm zurückbleibende Stromwärmc als durch diejenige Wärme, welche durch Wärmeleitung aus der hoch überhitzten kochenden Carbidschicht, die zwischen ihm und der Elektrode lagert, allmählich in ihn übergeht. Diese Öfen ₍erzielen Ausbeuten bis zu 5¹A, kg pro 24 K. W.

Std.

Der Erfindern ist es nun gelungen; durch abwechselnde Anwendung der Lichtbogen und der Widerstandserhitzung ein rationelles Verfahren zu finden, welches neben einer bedeutend besseren Ausnutzung des Stromes erhebliche andere Vorteile, wie geringeren Elektrodenverbrauch und mäßige Rauchbildung, bietet.

Das Verfahren möge vorerst im Prinzip erläutert werden, um nachträglich die verschiedenen Anwendungen kürzer beschreiben zu können.

Man denke sich einen gewöhnlichen elektrischen Schachtofen, wie er bei der Flußcarbiddarstellung zur Zeit nahezu allgemein verwendet wird. In diesem Ofen wird mittels eines Stromes, der als »Arbeitsstrom« bezeichnet werden soll, ein Lichtbogen gebildet, der Ofen wird mit Mischung beschickt und füllt sich allmählich mit Carbid. Das auf diese Weise gebildete Carbid ist nicht dünnflüssig, sondern bildet größtenteils eine teigige Masse, welche nicht abzustechen geht.

Nachdem der Ofenschacht mit solchem teigigen Carbid angefüllt ist, wird beim ge-. wohnlichen Betrieb der Ofen abgedeckt und die Masse der Einwirkung des offenen Lichtbogens so lange ausgesetzt, bis sie dünnflüssig geworden ist und abgestochen werden

Bo kann. Bei dem vorliegenden Verfahren da- I gegen wird, sobald der Ofen mit Carbid angefüllt ist, der Arbeitsstrom ausgeschaltet und die Elektrode so weit herabgelassen, daß sie mit der gebildeten Schmelze in innige Berührung kommt. Alsdann wird ein Strom, dessen Spannung gerade genügt, um den Widerstand der Schmelze und die Widerstände des Ofens zu überwinden und der mit »Schmelzstrom« bezeichnet werden möge, so lange durch die Carbidmasse geleitet, bis dieselbe dünnflüssig geworden ist und abgestochen werden kann, wonach der Prozeß aufs neue beginnt.

Die Ausführung des eben erläuterten Prinzips ist aus Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung' ersichtlich. Zwei gleichgebaute Öfen O₁ und O₂ sind miteinander in der Weise kombiniert bez\v. elektrisch verbunden, daß sowohl der durch die Stromquelle A gelieferte Arbeitsstrom als auch der durch die Stromquelle 6" gelieferte Schmelzstrom in möglichst einfacher Weise von dem einen Ofen auf den anderen umgeschaltet werden kann. Es sei O₁ eben abgestochen worden, während O₂ mit eben gebildetem Carbid angefüllt ist. Zunächst werden nun behufs Unterbrechung der Ströme in beiden Öfen die Elektroden etwas gehoben, alsdann werden die Umschalter derart umgelegt, daß die Stromquelle A mit dem Ofen O₁, die Stromquelle JT mit dem Ofen O₂ in geschlossener Verbindung stehen. Im Ofen O₁ wird nunmehr der Lichtbogen durch Senken der beweglichen Elektrode gebildet und dessen Schacht mit Mischung beschickt, womit die Bildung einer neuen Carbidcharge eingeleitet ist. Im Ofen O₂ bringt man die bewegliche Elektrode in innige Berührung mit dem gebildeten Carbid, wodurch der Schmelzstromkreis geschlossen und die Widerstandserhitzung der vorgebildeten Charge begonnen wird. Sobald dieselbe dünnflüssig geworden ist, wird sie abgestochen; mittlerweise ist auch O₁ wieder mit neuem Carbid gefüllt, und die Umschaltung beginnt von neuem. .

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, daß zwei gleichgebaute Öfen O₁ und O₂ hintereinander geschaltet und mit einem Strom betrieben werden, dessen Spannung gleich der Summe der Spannungen des obenerwähnten Arbeits- und Schmelzstromes ist. Es sei O₁ (Fig. 2) eben abgestochen worden, während O₂ mit eben gebildetem Carbid gefüllt ist. Die Elektrode des Ofens O₁ steht in inniger Berührung mit der unter dem Spiegel des Abstichloches zurückgebliebenen Schmelze, während zwischen der Elektrode des Ofens O₂ und der bereits gebildeten Schmelze noch der Lichtbogen spielt; alsdann geht man folgendermaßen vor: Der Ofen O₁ wird mit frischem Rohmaterial beschickt, dann wird seine Elektrode langsam gehoben

und gleichzeitig", so daß die Stromstärke konstant bleibt, diejenige des Ofens O₂ gesenkt, bis sie in innige .Berührung mit dem gebildeten Carbid kommt und in O₂ kein Lichtbogen mehr möglich ist. Der Lichtbogen spielt dann in voller Stärke im Ofen O₁ und bildet dort neues Carbid, während der durch die Schmelze in . O₂ fließende Strom dieselbe allmählich bis zur Dünnflüssigkeit erhitzt.

ίο Die Ofenabmessungen sind den zur Verwendung kommenden elektrischen Energiemengen derart anzupassen, daß die Dünnflüssigkeit der Schmelze in einem Ofen in einer etwas kürzeren Zeit erhalten wird als diejenige Zeit, welche erforderlich ist, um den anderen Ofen mit frischgebildetem Carbid anzufüllen.

Ist im Ofen O₂ die Dünnflüssigkeit erreicht, so wird das darin enthaltene Carbid abgestochen, wobei die Elektrode rasch genug zu senken ist, um eine Stromunterbrechung zu vermeiden. Unterdessen ist Ofen O₁ mit Carbid gefüllt, und nunmehr beginnt wieder die Umschaltung der Spannung von Ofen O₁ auf Ofen O₂.

Die oben erwähnte Anpassung des Stromes an die Ofenabmessungen ergibt für die beschriebene Anordnung die wirtschaftlich günstigste Betriebsweise, indessen führt sie zu sehr großen Einheiten, welche nicht überall anwendbar sind. Für mäßigere Einheiten ist daher die in Fig. 1 dargestellte Anordnung' oder noch besser die in Fig. 3 dargestellte Kombination der Anordnungen nach Fig. 1 und 2 vorzuziehen.

Die Stromstärke des von der Stromquelle .S" (Fig. 1) gelieferten Schmelzstromes ist im allgemeinen größer als diejenige des von der Stromquelle A gelieferten Arbeitsstromes, und es sind die Energiemengen zur Erreichung des wirtschaftlichsten Betriebes derart abzugleichen, daß die Dünnflüssigkeit des Ofeninhaltes in einer um die Zeitdauer des Abstiches kürzeren Zeit erhalten wird, als der Arbeitsstrom Zeit benötigt, um. den Ofenschacht mit Carbid anzufüllen.

Dieser Anordnung ist jedoch, wie bereits erwähnt, die in Fig. 3 vorzuziehen, weil hierbei das Unterbrechen des Arbeitsstromes für dessen Umschaltung unnötig wird, sondern dieselbe in genau derselben Weise vorgenommen wird, wie dies bezüglich der Anordnung nach Fig. 2 beschrieben wurde.

Der Schmelzstrom setzt sich in diesem Falle aus der Stromstärke des Arbeitsstromes und aus dem von der Stromquelle H geliefer-' ten Hilfsstrom zusammen. Dieser Hills-strom wird beim Wechseln der Öfen allein unterbrochen und umgeschaltet.

Indessen kann auch, wie in Fig. 4 ersichtlich, der Hilfsstrom während des ganzen Prozesses eingeschaltet bleiben, wenn die sich aus den Dimensionen der Ofeneinheiten ergebende Stromstärke desselben nicht derart groß ist, daß diese dauernde Einschaltung die Abschmelzung der Wandungen des Carbidtiegels zur Folge hätte.

Bei der Anordnung nach Fig. 3, eventuell auch Fig! 1, wird der Hilfs- bezw. Schmelzstrom am zweckmäßigsten durch eine in der Nähe des oberen Schachtrandes eingebaute Graphit - oder Kohlenlage k zugeführt (Fig. 5). Sie ragt bis in die Wände des Carbidtiegels hinein, welcher an der Führung dieses Stromes nach der Ofensohle einen geringeren Anteil nimmt als die heißere und infolgedessen auch besser leitende Schmelze.

Nur in den oberen, unmittelbar vor den Kohlen gelagerten Tiegelwänden kommt bisweilen eine Abschmelzung der Tiegclwandung vor. Dies ist indessen nicht von Nachteil, indem nach dem Abstich die frische Mischung besser in den verhältnismäßig tiefen Tiegel einzudringen vermag und die unter der den Ofen während der Schmelzung abzudeckenden Mischung sich bildende Kruste leichter herunterzustoßen ist.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 werden die Elektroden des Hilfsstromes am zweckmäßigsten, wie Fig. 6 zeigt, senkrecht in die Schachtwände eingebaut.

Die vorstehend angegebene Führung des Betriebes in der Weise, daß von zwei miteinander kombinierten Öfen wechselweise der eine mit der ersten Phase, nämlich mit Lichtbogenheizung, der andere mit der zweiten Phase, d. h. mit Widerstandsheizung arbeitet, bietet folgende Vorteile:

i. Durch die Hintereinanderschaltung eines in der ersten Phase (Lichtbogenerhitzung) und eines in der zweiten Phase (Widerstandsheizung) arbeitenden Ofens läßt sich ein bedeutend dichteres Schmelzgut erzielen, als wenn der Lichtbogenofen direkt auf die Leitung geschaltet wäre, und zwar aus folgen- ¹⁰S dem Grunde: Der mit Widerstandserhitzung arbeitende Ofen bildet für den mit ihm in Serie arbeitenden Lichtbogenofen eine Art Vorschaltwiderstand, der die in demselben beständig vorkommenden Kurzschlüsse ganz no bedeutend herabmindert. Während nämlich der einzelne arbeitende Lichtbogenofen sehr unruhig' geht und jede sich bildende kleine Materialbrücke zwischen Elektrode und Schmelze den Arbeiter nötigt, die Elektrode 115· sofort etwas zu heben, wobei stets noch ungeschmolzenes Material auf die Schmelze fällt, geht der Ofen mit Vorschaltwiderstand vollkommen ruhig; solch kleine Brücken bewirken nur ein geringes Anwachsen der Stromstärke und werden stets abgeschmolzen, ohne daß der Arbeiter einzugreifen hat. Die Folge

davon ist, daß keine halbgeschmolzenen Materialien in die Schmelze fallen, sich infolgedessen keine Reaktionsgase in derselben mehr bilden und dieselbe daher nicht aufgebläht, sondern zumeist völlig kompakt ist.

2. Der kurzgeschlossene, mit Widerstandserhitzung arbeitende Ofen arbeitet bei konstanter Stromstärke, aber nicht mit konstanter Spannung. Im Anfang der Schmelzung bedarf der Ofen einer höheren Spannung·, dieselbe nimmt mit zunehmender Temperatur des Tiegelinhaltes ab und erreicht das Minimum, sobald der ganze Tiegelinhalt flüssig geworden ist. Sie ist beispielsweise am Anfang 30 Volt, am Ende der Schmelze 16 bis 17 Volt. Es ist klar, daß unter diesen Umständen die Regelung eines einzelgeschaltetcn solchen Ofens eine komplizierte elektrische Apparatur erfordern würde. Bei Hintereinanderschaltung mit

einem Lichtbogen

g g

ofen, bei welchem eine Spannungsdifferenz von etwa 15, ja sogar 20 Volt nicht die geringste Rolle spielt, wird der Spannungsunterschied durch denselben einfach aufgenommen.

3. Die Hintereinanderschaltung, bezw. die Kombination eines in der ersten Phase arbeitenden, mit einem in der zweiten Phase arbeitenden Ofen bietet den unschätzbaren Vorteil, auch bei diesem Verfahren mit konstanter Maschinenspannung arbeiten und die verfügbare Energie stets voll ausnutzen zu können. Die Spannung' der Gruppe ist die Summe der mittleren Spannung der mit Lichtbogen und der mittleren Spannung der mit Widerstandsheizung arbeitenden Tiegel.

4. Vermöge der obenerwähnten Kombination genügt es, den Lichtbogenofen zu regeln, nämlich auf konstanter Stromstärke zu halten, um ohne weiteres auch den Widerstandsofen in richtigem Gange zu erhalten.

5. Die Umschaltung starker Ströme, die Unterbrechung derselben und die schwer zu unterhaltenden Aparate für, diese Umschaltungen werden vermieden.

6. Infolge der höheren Arbeitsspannung· vermindern sich ebenfalls die Leitungsverluste usw. Die Ausbeute dieser Öfen beträgt übrigens etwa 7,5 kg Carbid pro 24 K. W. Std.

Claims (3)

Patent-An Sprüche:

1. Verfahren zur Darstellung von Flußcarbidcn in Tiegelöfen unter Verwendung der Lichtbogenerhitzung·, vorwiegend zur Bildung des Produktes und der Widerstandserhitzung zum Dünnflüssigschmelzen desselben, gekennzeichnet durch die Kombination zweier Öfen, bei welcher jeder Ofen abwechselnd mit Lichtbogen- 60 ■ erhitzung und mit Widerstandserhitzung betrieben \vird, in der Weise, daß, während der eine Ofen mittejs Lichtbogen eine neue Carbidcharge bildet, die vorhergebildete Charge des anderen Ofens mittels Wider-Standserhitzung flüssiggeschmolzen wird.

2. Ausführungsform des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anwendung zweier, in Serie geschalteter Öfen, wobei derselbe Strom beide Öfen nacheinander durchfließt und der bei jedem Abstich vorzunehmende Wechsel der Erhitzungsart ohne Unterbrechung des Stromes und lediglich durch entsprechende Einstellung der Elektroden beider Öfen vollzogen werden kann.

3. Ausführungsform des ■ Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Anwendung" eines Hilfsstromes zur Verstärkung der Wider-Standserhitzungswirkung des Hauptstromes.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.