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Verfahren zur Gasbehandiung mit langen stabilen Hochspannungslichtbögen.
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Es ist bekannt, lange stabile Hochspannungslichtbogen für die Durchführung
verschiedener Gasreaktionen zu benutzen. Bisher hat man dabei in der Weise gearbeitet,
daß man den Lichtbogen zwischen festen Leitern aus Metall bzw. aus Graphit oder
Kohle überspringen ließ. Diese festen Ansätze für den Lichtbogen werden dabei durch
Zerstäubung und Oxydation ziemlich stark angegriffen, und um diesen Angriff möglichst
einzuschränken und die Lebensdauer der Ansätze zu erhöhen, hat man letztere mit
ECühlanordnungen versehen. Dem Angriff besonders ausgesetzt ist die sogenannte heiße
Elektrode, d. h. die Elektrode in demjenigen Teil des Ofens, wo die Gase, nachdem
sie die Lichtbogenzon passiert haben und also eine außerordentlich hohe Temperatur
besitzen, aus dem Ofen austreten. In vielen Fällen, vor allem wenn die Flamme wegen
besonderer physikalischen Bedingullgen eine extrem hohe Temperatur annimmt, z. B.
auf Grund der Zusammensetzung der behandelten Gasgemische beim Arbeiten unter hohem
Gasdruck o. dgl., stellt es sich heraus, daß eine Kühlung des Flammenansatzes keineswegs
ausreicht. Trotz aller Kühlung tritt durch Abbrand und Zerstäubung, welche nach
einer Exponentialfunktion der Flammentemperatur zunehmen, ein so enormer Angriff
der Elektrode ein, daß die Lebensdauer derselben-oft nur nach Tagen oder gar nach
Stunden zu zählen ist, wodurch ein technischer Betrieb in höchstem Maße erschwert
wird. Kommt dann noch hinzu, daß in dem in Frage stehenden Prozeß eine Kühlung der
Gase unerwünscht ist und vermieden werden sollte, wird die intensive Kühlung doppelt
schädlich. Nach vorliegender Erfindung werden alle aus dem Angriff und Verzehrung
der : Elektrode entstehenden Nachteile überwunden, sogar ohne Verwendung besonderer
Kühlanordnungen.
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Die Erfindung besteht darin, daß als heiße Elektrode ein schmelzflüssiges
Bad aus geeignetem hitzebeständigen Material angewandt wird. Als solches können
gewisse geschmolzene Metalle Anwendung finden. Insbesondere bei einer reduzierenden
Gasatmosphäre im Ofen hat sich geschmolzenes Roheisen als brauchbar erwiesen. Auch
andere Metalle, z. B. Kupfer sind anwendbar. Oder das schmelzflüssige Bad kann aus
gesdmolzenen, hitzebeständigen Oxyden oder Salzen bestehen bzw. aus Gemischen derartiger
Stoffe. Wenn Bäder dieser letzteren Art benutzt werden, können der Schmelze vorteilhaft
gewisse Stoffe zugefügt werden, welche in hohem Maße befähigt sind, Elektronen auszusenden,
wie z. B. Oxyde des Ceriums, Thoriumoxyd u. dgl. Beim Inbetriebsetzen des Ofens
ist es vorzuziehen, die Badeelektrode bereits im flüssigen Zustand zu haben. Falls
Oxyde oder Salze benutzt werden, ist dies notwendig, damit das Bad den
Strom
leiten kann. Man kann das Material in bereits verflüssigtem Zustande einführen,
oder das Einschmelzen kann auch im Ofen selber ausgeführt werden. Zu diesem Zweck
kann irgendeine geeignete Feuerung benutzt werden, oder man kann das Einschmelzen
mit Hilfe der Hochspannungsflamme bewerkstelligen. In diesem letzteren Falle wird
eventuell eine Hilfselektrode als interimistischer Ansatz für den Bogen benutzt,
bis die Schmelze so weit leitend geworden ist, daß man den Bogen auf diese überspringen
lassen kann.
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Die Anwendung geschmolzener Metalle als Elektrode hat den Vorteil,
daß, im Falle der Bogen während des Betriebes erlischt und die flüssige Elektrode
erstarren sollte, bevor der Bogen wiederhergestellt werden kann, die Zündung auch
an der erstarrten Metallmasse erfolgen kann, wohingegen bei Anwendung von Oxyden
oder Salzen die Masse zuerst wieder in den schmelzflüssigen und damit leitenden
Zustand gebracht werden muß, ehe der Ofen von neuem in Betrieb gesetzt wlerden kann.
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Auf der anderen Seite bieten Oxyde oder Salze den Vorteil, daß das
Bad im Stande ist, etwaige Verunreinigungen, welche währenddes Betriebes auf dasselbe
herunterfallen können, aufzunehmen und zu verschlacken, so daß das Bad stets eine
im geschmolzenen Zustand leitende Oberfläche darbietet, welches bei Verwendung von
Metallen nicht immer der Fall sein wird.
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Die genannten Vorteile der beiden Arten von schmelzflüssigen Elektroden
können gleichzeitig erreicht werden durch Verwendung eines flüssigen Metallbades,
das mit einer relativ dünnen Schicht von geschmolzenen Oxyden oder Salzen bedeckt
ist. Der Vorteil der letzteren, stets eine leitende Oberfläche darzubieten, wird
dadurch beibehalten, ohne daß man in nennenswertem Grade auf den Vorteil der Metallelektrode
in bezug auf eine Neuzündung des Bogens verzichten müßte, indem man gegebenenfalls
die relativ dünne Schicht von etwa erstarrten Oxyden oder Salzen leicht an einer
passenden Stelle durchbrechen und den Bogen gegen das darunterliegende Metall zünden
kann.
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Die Erfindung ist schematisch auf beiliegender Zeichnung veranschaulicht,
welche einen senkrechten Schnitt durch eine dem Zweck dienende Vorrichtung zeigt.
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Ein langes, aufrecht stehendes FlammenrohrA ist im Gewölbe B- eines
Schmelzbades C angebracht. Der Lichtbogen brennt- zwischen einer oberen kalten Elektrode
D und dem Schmelzbade C, das als heiße Elektrode dient.
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Durch einen Leiter E, z. B. aus Graphit o. dgl., wird dem Schmelzbade
Strom zugeführt. Die zu behandelnden Gase treten durch eine Zuführungsleitung F
oben in das Rohr ein und veranlassen den Ofen durch den Kanal G direkt über dem
Schmelzbade.
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An der Stelle, wo das Flammenrohr im Ofengewölbe B angeordnet ist,
ist zweckmäßig zum Schutze des Gewölbes eine Kühlkammer H angeordnet, um zu verhindern,
daß das Gewölbe an dieser empfindlichen Stelle niederschmilzt. Die Kammer ist innen
zweckmäßig mit Graphit ausgekleidet. Die beschriebene schmelzflüssige Elektrode
hat sich praktisch sehr gut bewährt. Bisher wurde sie besonders bei Hochspannungsöfen
zur Erzeugung von reduzierenden Gasen aus Kohlendioxyd und kohlenstoffhaltigen Materialien,
z. B. staubförmiger Kohle oder zerstäubten flüssigen Kohlenwasserstoffen u. dgl.,
benutzt.
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Die schmelzflüssige Elektrode bestand dabei vorzugsweise aus geschmolzener
Schlacke, beispielsweise von etwa 30 Prozent SiO2 und 50 Prozent CaO, roProzent
Al2 Os. Damit soll aber die Erfindung nicht auf ein bestimmtes Oxydgemisch beschränkt
werden. Die Zusammensetzung der schmelzflüssigen Masse kann vielmehr eine recht
verschiedene sein.
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Auch ist die Erfindung nicht auf einen spezellen Zweck der Hochspannungsflamme
beschränkt, etwa auf eine in derselben stattfindende bestimmte chemische Reaktion,
sondern die schmelzflüssige Elektrode ist allgemein verwendbar, z. B. auch in den
für Stickstoffoxydation dienenden Hochspannungsöfen.