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Einrichtung zur Durchführung von Schmelzprozessen und chemischen Reaktionen
bei hoher Temperatur mittels elektrischer Heizung Die Durchführung von Schmelzprozessen
und chemischen Reaktionen bei. hoher Temperatur mittels elektrischer Heizung ist
durch die beschränkte Haltbarkeit der stromführenden Teile im hohen Maße behindert.
Dies gilt nicht allein für die Ho.izung durch metallisch leitende Widerstände, sondern
auch für den häufigeren Fall der Zuführung des Heizstromes durch Elektroden, die
an die Schmelze oder an den Gasraum grenzen. Praktisch kommt als Material für die
Ofenelektrode wohl nur Kohle oder Graphit in Frage. Ab'brand der Kohle, Angriff
derselben durch den Ofeninhalt und Verunreinigung des letzteren sind unvermeidliche
Nachteil;;. des Elektrodenofens.
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Diese Nachteile der elektrischen Heizung sind für den Fall der Stahlbereitung
von d e F e r r a n t i , K j -e 11 i n und anderen in der Weise umgangen worden,
daß die zu schnnelzende Eisenlegierung zur kurzgeschlossenen Sekundärwicklung eines
Transformators gemacht worden ist. Heizkörper und zu heizendes Material sind hier
identisch. Der Fall, da.ß das zu erhitzende Material metallische Leitfähigkeit besitzt,
ist aber ein Ausnahmefall. Der allgemeineren Anwendung dieses Prinzips stand das
grundsätzliche Hlindernis entgegen, daß die Leitfähigkeit auch der bestleitenden.
nicht metallischen Schmelzen zu gering ist, um die Aufnahme der benötigten Energiemenge
zu ermöglichen. Durch die vorliegende Erfindung wird auch für die Erhitzung nicht
metallisch leitenden Materials das Prinzip der Induktionsheizung mit Wechselströmen
niederer Frequenz anwendbar gemacht, und ies werden damit die großen Vorteile dieser
ErKitzungsart für eine große Zahl von thernv.schen Prozessen nutzbar gemacht. Die
genannte Schwierigkeit wird nach der vorliegenden Erfindung dadurch umgangen, daß
der Heizstromkreis in einen geschmolzenen Ring aus Metall oder metallisch leitendem
Material verlegt wird und daß die Wärme von diesem Ring auf das Gut, das unmittelbar
an den Schmelzring grenzt, übertragen wird. Der Schzrnelzring kann aus irgendeiner
gegen die zu heizende Masse- indifferenten Metalllegierung oder Metallverbindung
von ausreichender Leitfähigkeit bestehen. Die Aufgabe, eim. .solches. für den jeweiligen
Fall ge;e;ignetes metallisches Material zu finden, ist in den meisten: Fällen ohne
weiteres lösbar. Der Tempieraturbie@eich der Verwendbarkeit des Heizkörpers ist
nach oben nur durch den Dampfdruck des metallischen Materials und durch .die Beständigkeit
der Ofenfütterung begrenzt. Der Dampfdruck des Heizmetalls muß, biei der herrschenden
Temperatur noch niedrig genug sein, um erhebliche Verdunstung und damit Verunreinigung
der Beschickung auszuschließen.. Einen Induktionsofen laut Erfindung zeigt Fig.
r im Querschnitt.
Ein großer Vorteil dieses Ofens liegt darin, daß
er bequem abgedeckt werden kann. Es können also auch die bei deren Prozeß entwikkelten
Gase mittels passend in der Decke verteilter Ableitungsröhren abgeführt werden,
wogegen die Ausführung von D@estillation&-prozessen in Lichtbogenöfen durch
die Schwierigkeit der Abdichtung -der Elektroden und ihre Regulierung sehr erschwert
ist.
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Ein solcher ;gedeckter Niederfrequenzjndüktionsofen mit Schmelzringheizung
ist z. B. für die Herstellung von Natriumcarbonat und Kohle von großem Vorteil.
Bei diesem Prozeß wird Eisen oder Kupfer als Heizkörper, Magnesia oder Kalk als
Ofenfutter benutzt. Dieser Induktionsofen ist auch für die Gewinnung des Phosphors
aus pho@rphorsaurem Kalk und Kohle verwendbar. Hierbei wird vorteilhaft Phosphoreisen
oder Phosphorkupfer als Heizkörper angewandt. Ist die Ofenfütterung durch die Schmelze
angreifbar, so wird sie durch :einen Kühlmantel geschützt. Weitere Prozesse, für
die diesier Induktionsofen Vorteile besitzt, sind beispielsweisle die Destillation
von Kaliverbindungen aus kalihaltigem 'Gestein, die Zerlegung der Erdalkalisulfate
in die Oxyde, Schwefeldioxyd und Sauerstoff, wobei Magneteisen als Heizkörper benutzt
werden kann. Bei Prozessen, bei welchen sich die Beschickung nicht, wie dies im
Falle der Gewinnung von Natrium aus Natriumcarbonat und Kohle der Fall ist, vollständig
verflüchtigt, ist ein Abstich der Schlacke oder eine Vorrichtung zum Kippen des
Ofens vorzusehen.
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Die Erfindung ist auch für die Durchführung von Gasreaktionen anwendbar,
und zwar nicht allein für solche, bei denen eine Schmelze mit dem Gasse behandelt
wird, sondern auch für Reaktionen, die ganz in der Gasphase verlaufen. Zu diesem
Zweck unterbricht man den ringförmigen Gasraum über der Schmelze an seiner Stelle,
indem-man eine nicht leitende Scheidewand in dem: Schmelzring eintauchen läßt. Diese
Scheidewand besteht vorteilhaft aus einem flachen, wasserdurchströmten Metallkasten,
der von einer nicht leitenden Schicht überzogen ist (siehe Fig. a). Die Zuführung
und Abführung der Gase findet bei a und b statt. Für den Fall der Spaltung
des Methans und anderer Kohlenwasserstoffe im Wasserstoff und Kohlenstoff ist der
Raum oberhalb des Schmelzringes mit keramischem Material von großer Oberfläche ausgemauert.
Wenn sich der Raum mit Kohlenstoff angefüllt hat, wird Luft eingeblasen, um die
Kohle auszubrennen. Es bedarf in diesem Falle nur der Zufuhr geringer elektrischer
Energie, um die benötigte Temperatur aufrechtzuerhalten, weil bereits durch die
Verbrennung der Kohle nahezu der ganze Wärmebedarf des Prozessces gedeckt wird.
Der Ofen kann auch für ununterbrochene Wasserstofferzeugung, verwandt werden. Zu
diesem Zweck ist @er mit zwei diametral gegenüberstehenden Scheidewänden und zweimal
zwei Zu- und Ableitungen versehen; die Ofenhälften dienen dann in abwechselnder
Schaltung für den Spaltungs- und Aufheizungsvorgang.
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Es versteht sich, daß bei der Ausführung des in vorliegender Erfindung
beschriebenen Verfahrens auch diejenigen Maßnahmen angewandt werden können, die
sich bei. der Ausbildung der Induktionsöfen für die Stahlbereitung als zweckmäßig
erwiesen haben. Es können also insbesondere Vorkehrungen gegen die schädliche Wirkung
der Streufelder, eine Kombination von mehreren Schmelzringen, Anwendung von Drehstrom
u. a. zur Anwendung gelangen.
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Es war bereits bekannt, mittels durch Induktionsströmegeschmolzenen
Metalls weitere Mengen des gleichen. Metalls :enzusclanelzen. Auch wurde bereits
durch Induktionsströme geschmolzenes Metall mit anderen Materialien zur Reaktion.
gebracht (britische Patentschrift 28 638, rgo6). Nach der amerikanischen
Patentschrift i 078 61g wurde der sekundäre Leiter eines Induktionsofens
in keramischem Material @eingeb,ettget, _ um als Heizwiderstand zu dienten, gegebenenfalls
auch in flüssigem Zustande. Nach der amierikanischen Patentschrift i 378
189 wurden Hochfrequenzöfen zum Schmelzen von Metalloxyden benutzt, wobei der sekundäre
Leiter vorzugsweise aus dem das Oxyd bildenden Metall bestehen sollte. Von diesen
Anordnungen ist die Einrichtung gemäß der Erfindung teils dadurch unterschieden,
daß welche seinen weitaus günstigeren Nutzeffekt und eine wirtschaftlichere Einrichtung
als Hochfrequenzstnörne ermöglichen, verwendet werden, teils dadurch, daß der oder
die zu schmelzenden oder, zur Reaktion miteinander zu bringenden Stoffe in unmittelbare
Berührung mit dein ringföirmig angeordneten, durch den Induktionsstrom geschmolzenen
metallischen Leiter, gebracht werden. Es ist dabei Bedingung, daß der geschmolzene
metallische Leiter mit den zu beheizenden. Stoffen nicht .reagiert und daß die letzteren
keine oder keine erhebliche metallische Leitfähigkeit aufweisen. Diesien beiden
Bedingungen kann in den meisten Fällen unschwer Genüge geleistet werden. Der Vorzug
dieser Einrichtungen gegenüber Bekanntem liegt darin., -daß mit ihrer Hilfe eine
große Anzahl chemischer Reaktionen und Schmelzprozesse, die hohe Temperatur erfordern,.
mit sehr einfachen Mitteln und gutem Nutzeffekt ausgeführt werden können.