DE262920C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- M 262920 KLASSE 12 h. GRUPPE- M 262920 CLASS 12 h. GROUP

Ein gewöhnlicher, stetig brennender Lichtbogen, wie er z. B. in Bogenlampen benutzt wird, wird durch die Strömung der von ihm selbst erhitzten Gase in seiner Lage gehalten. Brennt der Bogen in senkrechter Lage, wie z. B. in einer Lampe mit übereinander stehenden Kohlen, so daß die Gasströmung hauptsächlich in der Längsrichtung des Bogens stattfindet, so wird die Kraft, welche bestrebtAn ordinary, steadily burning arc, such as that found e.g. B. used in arc lamps is held in its position by the flow of gases that it has heated itself. If the sheet burns in a vertical position, e.g. B. in a lamp with one above the other Coals so that the gas flow is mainly in the longitudinal direction of the arc, so becomes the force which strives

ίο ist, den Bogen bei einem etwaigen Unruhigbrennen (z. B. »Tanzen« des Bogens auf den Kohlen, Schief brennen usw.) in seine normale Lage zurückzuführen, verhältnismäßig sehr klein. Dies kommt daher, daß der Druck, welcher von einem strömenden Gas auf eine Fläche (z. B. Lichtbogenoberfläche) ausgeübt wird, etwa dem Sinus des gegenseitigen Neigungswinkels proportional ist, und da die Gasströmung im vorliegenden Falle hauptsäch-ίο is to use the bow in the event of a troubled fire (eg "dancing" the bow on the coals, burning crooked, etc.) into its normal Due to the location, relatively very small. This is because the pressure which is exerted on a surface (e.g. arc surface) by a flowing gas is, roughly proportional to the sine of the mutual angle of inclination, and since the Gas flow in the present case mainly

2ö lieh längs des Lichtbogens verläuft, wird dieser Sinus und damit auch der erwähnte Druck nur sehr kleine Werte besitzen. Die von der Gasströmung auf den Bogen ausgeübte zentrierende bzw. beruhigende Wirkung wird demnach auch nur verhältnismäßig gering sein.2ö borrowed runs along the arc, is this sine and thus also the pressure mentioned have only very small values. the centering or calming effect exerted on the arch by the gas flow will therefore only be relatively low.

Aus dem Gesagten folgt nun ohne weiteres, daß ein längerer Lichtbogen unter sonst gleichen Umständen größere Abweichungen aus seiner normalen Lage zeigen bzw. unruhiger brennen wird als ein kleinerer, oder es muß, um gleich ruhiges Brennen zu erzielen, die Strömungsgeschwindigkeit längs des Bogens bei jenem eine viel größere sein.From what has been said, it follows without further ado that a longer arc under otherwise equal conditions Circumstances show greater deviations from its normal position or will burn more restlessly than a smaller one, or it must, to achieve equally calm burning, the flow velocity along the arch be a much bigger one with that one.

Durch Aufsetzen eines Zugrohres (etwa nach Art eines Schornsteines) auf die Lichtbogenkammer oder Einschließen des Bogens in einen engeren Raum (etwa wie bei einer Dauerbrandlampe), wodurch die Gasströmung verstärkt wird, eine Führung erhält und gegen äußere Strömungen geschützt wird, läßt sich nun ein ruhiges Brennen auch längerer Lichtbogen leicht erreichen. Man kann selbstverständlich die vom Lichtbogen selbst erzeugte Gasströmung auch in anderer Weise beispielsweise durch Blasen von Luft an dem Bogen entlang verstärken bzw. ganz ersetzen.By placing a draft tube (similar to a chimney) on the arc chamber or enclosing the arch in a narrower space (like a Continuous burning lamp), whereby the gas flow is intensified, is guided and counteracted If external currents are protected, a smooth burning of even longer arcs can now be achieved easy to get to. One can of course use the one generated by the arc itself Gas flow also in other ways, for example by blowing air on the sheet Reinforce along or replace entirely.

Bei allen derartigen Verfahren zur Erzielung ruhig brennender Lichtbogen bleibt aber die Wirkung des verwendeten Gasstromes immer verhältnismäßig gering, und man ist deshalb genötigt, bei Lichtbogen hoher Leistung, welche demzufolge auch eine verhältnismäßig große Länge besitzen, recht hohe Gasgeschwindigkeiten zu verwenden. Dies hat aber zur Folge, daß die Lichtbogen bzw. die darum befindlichen Gase unnütz abgekühlt werden. Wenn aber der Bogen z. B. für die Ausführung von Gasreaktionen Verwendung findet, so werden die Endgase und die darin enthaltenen gasförmigen Produkte durch Mischung mit der großen Menge Gas sehr verdünnt, welches längs des Bogens strömen muß, um ein ruhiges Brennen desselben zu erzielen.In all such methods to achieve calmly burning arcs, however, remains the Effect of the gas flow used is always relatively small, and one is therefore required, in the case of high-power arcs, which are therefore also relatively have great length, use quite high gas velocities. But this has to The result is that the arcs or the gases around them are uselessly cooled. But if the bow z. B. is used for the execution of gas reactions, see above the end gases and the gaseous products they contain are mixed very diluted with the great amount of gas which must flow along the arc to achieve a calm burning of the same.

Bei Lichtbogenofen für endothermische Gasreaktionen, wie z. B. die Stickstoffoxydation der Luft, hat die Längsbewegung der Gase außerdem zur Folge, daß Gas, welches z. B. im unteren Teil des Bogens sich im heißen Kern befindet, während der Strömung durchIn the case of an electric arc furnace for endothermic gas reactions, such as B. the nitrogen oxidation of the air, the longitudinal movement of the gases also has the consequence that gas which z. B. in the lower part of the arch is in the hot core while flowing through

den Ofen nicht in dieser heißesten Zone des Bogens verbleibt, sondern infolge kleinerer Bewegungen des Bogens oder Unregelmäßigkeiten der Luftströmung, wie sie im Betriebe, besonders bei Verwendung von Wechselstrom lichtbogen unvermeidlich sind, in mehr oder weniger schräger Richtung aus dem Kern heraus und durch die kühleren Teile des Bogens oder sogar der umgebenden Luftschicht,the furnace does not remain in this hottest area of the arc, but rather as a result of minor movements of the arc or irregularities in the air flow, such as those in operation, especially when using alternating current arcs are inevitable in a more or less oblique direction from the core out and through the cooler parts of the arch or even the surrounding air layer,

ίο also unter langsamer Abkühlung weiterströmt. Es bedingt aber dies nicht nur einen Zerfall der bereits gebildeten Produkte, sondern es entstehen auch durch die im Bogen selbst stattfindende Mischung kälterer und heißerer Gase direkte Energieverluste.ίο So flows on with slow cooling. However, this not only causes a disintegration of the products already formed, but it are also created by the mixture of colder and hotter temperatures taking place in the arch itself Gases direct energy losses.

Man hat bereits versucht, einige der obengenannten Nachteile dadurch zu vermeiden, daß die Reaktionsgase hauptsächlich nicht längs des Bogens geleitet werden, sondern eine Bewegung erhalten in einer Ebene senkrecht zur Lichtbogenachse, so daß die Gaspartikel um diese herum Kreisbahnen beschreiben. Hierdurch wird zwar eine gute Stabilisierung des Bogens erzielt, jedoch ist es dabei nicht möglich, größere Gasmengen mit dem Bogen zu behandeln, da das in dem Bogen befindliche Gas infolge der Rotation hauptsächlich darin verbleibt und das weiter von der Lichtbogenachse rotierende Gas offenbar verhältnismäßig wenig erwärmt wird. Die den Ofen verlassenden Reaktionsgase bestehen somit nur zum geringen Teil aus Lichtbogengasen, die aber mit großen Mengen kühlerer Gase vermischt erhalten werden.Attempts have already been made to avoid some of the disadvantages mentioned above by that the reaction gases are mainly not passed along the arc, but a movement obtained in a plane perpendicular to the arc axis, so that the gas particles describe circular paths around them. A good stabilization of the arch is achieved in this way, but it is it is not possible to treat larger amounts of gas with the arc, because that in the Arch gas mainly remains in it as a result of the rotation, and that continues from the arc axis rotating gas is apparently relatively little heated. the Reaction gases leaving the furnace consist only to a small extent of arc gases, but which are obtained mixed with large amounts of cooler gases.

Der Zweck des den Gegenstand der Erfindung bildenden Verfahrens ist nun, sämtliche der genannten Nachteile zu vermeiden und dabei Lichtbogen zu erzeugen, welche innerhalb weiter Grenzen unabhängig von der Menge, Leitfähigkeit, Temperatur usw. der zu behandelnden Gase sehr ruhig brennen. Das Verfahren, bei dem in der obengenannten bekannten Weise kühleres Gas (oder Gase) um einen erheblichen Teil des Lichtbogens herum in eine rotierende Bewegung versetzt wird, derart, daß das Gas in der Nähe des Bogens sich senkrecht oder in nahezu rechtem Winkel zur Lichtbogenachse bewegt, kennzeichnet sich in der Hauptsache dadurch, daß das kühlere Gas derart geführt wird, daß es im wesentlichen weder an der Reaktion teilnimmt noch mit den Reaktionsgasen vermischt wird, während die Reaktionsgase achsial am Lichtbogen weggeleitet werden.The purpose of the method forming the subject of the invention is now all to avoid the disadvantages mentioned and thereby generate arcs, which within burn very calmly regardless of the amount, conductivity, temperature etc. of the gases to be treated. That Process in which cooler gas (or gases) are converted in the above-mentioned known manner a significant part of the arc is set in a rotating motion, such that the gas near the arc is perpendicular or at nearly right angles moved to the arc axis, is characterized mainly by the fact that the cooler Gas is passed in such a way that it does not participate in the reaction or substantially is mixed with the reaction gases, while the reaction gases are axially connected to the arc be diverted away.

In Fig. ι und 2 ist eine beispielsweise Ausführungsform eines zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Ofens schematisch veranschaulicht. Fig. ι zeigt einen senkrechten und Fig. 2 einen wagerechten Schnitt durch den Ofen i, in welchem ein Flammenbogen 2 zwischen den Elektroden 3 und 4 brennt. In dem Ofen räume wird Gas (z. B. Luft) in kräftig rotierender Bewegung gehalten, und zwar um eine Achse, die möglichst mit der Lichtbogen achse zusammenfällt. Um diese Rotation zu erhalten, kann man den Ofen selbst in Drehung versetzen oder das Gas mittels schräger Düsen oder Rohre durch öffnungen 5 mit entsprechender Geschwindigkeit in den Ofenraum einführen. Im letzteren Fall ist es, um die Reibung der Gase gegen die Ofenwandung zu vermindern und eine genügende Schwungmasse zu erhalten, vorteilhaft, den Ofenraum im Verhältnis zur Länge weit zu machen. Eine solche Form des Ofenraumes ist auch aus anderen Gründen, wie zur Verringerung der Wärmeverluste usw., vorteilhaft. Um die Rotation des Gases aufrechtzuerhalten, kann man, wie in Fig. .2 veranschaulicht, das Gas durch öffnungen 6 aus dem Ofen saugen und ihm mittels eines Ventilators, Luftstrahlgebläses 7 o. dgl. durch öffnungen 5 wieder zuführen. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren läßt das vorliegende demnach eine Regelung der Gasgeschwindigkeit zu, unabhängig von der Menge des im Ofen zu behandelnden Gases. Es ist deshalb hierbei auch möglich, den Ausfluß der Endgase zeitweise ganz zu unterbrechen, ohne daß das Brennen des Lichtbogens hierdurch merkbar beeinflußt wird. Anstatt wie bei einer achsialen Luftführung Gasgeschwindigkeiten von 15 m pro Sekunde und mehr anwenden zu müssen, um ein ruhiges Brennen der Lichtbogen von beispielsweise mehreren hundert Kilowatt zu erreichen, gelingt letzteres hier leicht bei einer achsialen Geschwindigkeit der Gase im Ofenraum von nur einigen Hundertstelmetern oder weniger als ein freibrennender Lichtbogen um sich selbst an Luftzug erzeugt. Es ist sogar ohne weiteres möglich, die achsiale Strömung am Lichtbogen gleich Null zu machen oder (etwa durch Umstülpen des Ofens) in einem dem natürlichen Zug entgegengesetzten Sinne erfolgen zu lassen.In Fig. Ι and 2 is an example embodiment a suitable furnace for carrying out the method illustrated schematically. Fig. Ι shows a vertical and Fig. 2 shows a horizontal section through the Furnace i in which an arc of flame 2 burns between electrodes 3 and 4. In Gas (e.g. air) is kept in vigorous rotating motion around the furnace an axis that coincides as closely as possible with the arc axis. To this rotation too you can set the furnace itself in rotation or the gas can be inclined Nozzles or pipes through openings 5 at the appropriate speed into the furnace space introduce. In the latter case it is about the friction of the gases against the furnace wall to reduce and to maintain a sufficient centrifugal mass, advantageous to use the furnace chamber to make it wide in relation to the length. Such a shape of the furnace chamber is also for other reasons, such as reducing heat losses, etc., advantageous. To the To maintain rotation of the gas, one can, as illustrated in Fig. 2, the gas Suck out of the oven through openings 6 and air jet blower to it by means of a fan 7 or the like through openings 5 again. In contrast to the previously known The present method therefore allows the gas velocity to be regulated independently on the amount of gas to be treated in the furnace. It is therefore also possible to temporarily stop the discharge of the end gases to interrupt completely without the burning of the arc being noticeably affected. Instead of an axial Air ducting having to use gas speeds of 15 m per second and more, in order to ensure a steady burning of the arcs of, for example, several hundred kilowatts the latter can easily be achieved here with an axial velocity of the gases in the furnace chamber of just a few hundredths of a meter or less than a free-burning arc generated by itself in drafts. Axial flow is even easily possible to make zero on the arc or (e.g. by turning the furnace inside out) in one to allow the opposite senses to occur to the natural pull.

Man erhält in dieser Weise auch bei hoher Leistung sehr ruhige Lichtbogen. Dabei ist jede unnütze Kühlung der Bogen vermieden und eine Mischung der verschieden hoch erhitzten Gase in und um den Lichtbogen durch die Wirkung der Schwungkraft praktisch ausgeschlossen. Man erhält auch demgemäß aus dem Lichtbogen sehr hoch konzentrierte Produkte unter Aufwendung verhältnismäßig wenig elektrischer Energie. Dabei bleibt das Gas an der Wandung des weiten Ofenraumes praktisch kalt. Das hocherhitzte Gas aus dem Lichtbogen wird beispielsweise durch eine öffnung 8 fortgeleitet und dabei einer kräftigen Kühlung unterworfen.In this way, very steady arcs are obtained even at high power. It is any unnecessary cooling of the bow avoided and a mixture of the heated to different levels Gases in and around the arc are practically excluded due to the effect of the inertia. Accordingly, very highly concentrated products are also obtained from the arc with relatively little expenditure electrical energy. The gas remains practically on the wall of the wide furnace space cold. The highly heated gas from the arc is passed through an opening, for example 8 forwarded and subjected to a strong cooling.

In Fig. 3 ist eine etwas abgeänderte Ausführungsform des Verfahrens beispielsweise In Fig. 3 a slightly modified embodiment of the method is for example

dargestellt. Die rotierende Bewegung des Gases um den im Ofenraum ι brennenden Lichtbogen 2 findet hier nach Art der Gasströmung in den bekannten Rauchiingen statt. Durch die kreisförmige Öffnung 9 (es können auch mehrere sein) um die Elektrode 3 wird hier Gas stoßweise in den Raum 1 eingeführt, und zwar z. B. dadurch, daß eine Membran oder ein Ventil 10 das Gas mit kurzen Zeitzwischenräumen zum Ofen durchläßt bzw. absperrt. Es entstehen dann in der Öffnung 9 nach bekannter Art Wirbelringe 11, welche um den Bogen herum im Ofenraum fortschreiten. Die Zahl solcher Ringe kann mittels der Öffnungszahl der Membran 10 o. dgl. geregelt werden.shown. The rotating movement of the gas around the burning in the furnace chamber Arc 2 takes place here in the manner of the gas flow in the known smoke rings. Through the circular opening 9 (there can also be several) around the electrode 3 here gas introduced intermittently into the room 1, namely z. B. in that a membrane or a valve 10 the gas with short intervals of time lets through or shuts off to the furnace. It then arises in the opening 9 vortex rings 11 of the known type, which advance around the arc in the furnace space. The number of such rings can be regulated by means of the number of openings in the membrane 10 or the like will.

Man erzielt zwar hierbei nicht den Vorteil, daß einem Strömen des Gases im Bogen von einer wärmeren zu einer kälteren Zone vorgebeugt ist, jedoch findet diese Strömung unter Einwirkung der Wirbelringe hier nicht schräg längs des Bogens, sondern in scharfem Winkel gegen die Oberfläche desselben mit solcher Geschwindigkeit statt, daß ein Zerfall der Produkte hierbei nur in geringem Maße eintritt. Ein besonderer Vorteil neben den übrigen bereits erwähnten bietet diese Ausführungsform insofern, als nicht die ganze Gasmasse, sondern nur ein geringer Teil derselben (die Wirbeiringe) in Bewegung gesetzt zu werden braucht, da die Ringe, welche den Bogen dicht umschließen, ihn auf allen Seiten mit in scharfem Winkel und senkrecht zur Lichtbogenachse sich bewegenden Gasen umgeben.Although this does not achieve the advantage that a flow of gas in the arc of a warmer to a colder zone is prevented, but this current takes place below The effect of the vortex rings here is not at an angle along the arch, but at a sharp angle against the surface of the same at such a speed that a disintegration of the Products only occurs to a small extent. A particular advantage alongside the rest already mentioned, this embodiment offers insofar as not the entire gas mass, but only a small part of it (the vortex rings) to be set in motion needs, since the rings, which tightly enclose the bow, it with it on all sides Surrounding gases moving at a sharp angle and perpendicular to the arc axis.

Die Stellung des Lichtbogens braucht selbstverständlich nicht senkrecht zu sein, die Lichtbogenachse kann vielmehr schräg stehen bzw. in ihrer ganzen Länge oder zum Teil eine gekrümmte Linie bilden.The position of the arc does not need to be perpendicular, of course Rather, the arc axis can be inclined or in its entire length or in part to form a curved line.

Das vorliegende Verfahren ist allgemein verwendbar zur Darstellung ruhig brennender Lichtbogen, besonders auch bei hoher Leistung der Bogen.The present method is generally applicable to the representation of calmly burning Arc, especially with high arc power.

Claims

Patent-to sayings:

1. Process for generating constantly burning arcs suitable for gas reactions, at which cooler gas (or gases) in a rotating motion around a significant portion of the arc is offset so that the gas near the arc is perpendicular or in moved almost at right angles to the arc axis, characterized in that the cooler gas is guided in such a way becomes that it does not take part in the reaction or with the reaction gases essentially is mixed while the reaction gases are directed axially away from the arc.

2. The method according to claim 1, characterized in that one around the arc Gas flows generated in the manner of the known smoke rings.

For this purpose ι sheet of drawings.