NO120019B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til opphetning av findelt, fast materiale.

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til opphetning av et lag av findelt, fast materiale til temperaturer over 1500°C, og gjelder spesielt fremgangsmåter til utførelse av kjemiske reaksjoner ved slike temperaturer derved at man leder en elektrisk strøm gjennom en charge av reaksjonsblanding, slik at denne opphetes til den nødvendige grad- for fullførelse av den ønskede reaksjon.

Fremgangsmåter av den nevnte art innbefatter ofte reduksjon av et oksyd. De viktigste reaksjoner som utføres på denne måte er de som resulterer i dannelse av et karbid, som silisiumkarbid, titankarbid eller annet høytsmeltende karbid. Det opptrer vanskeligheter ved fremstillingen av karbider ved denne fremgangsmåte fordi det opptrer forandringer av den elektriske motstand i chargen i ovnen eller reak-sjonsproduktene, hvilke forandringer i den elektriske motstand gjør en riktig regu-lering av reaksjonen vanskelig og ofte med-fører at man får et produkt som har ujevne egenskaper. Et ujevnt produkt er særlig uheldig i tilfeller hvor dette, f. eks. hva tilfelle er med titankarbid, skal anvendes som utgangsmateriale for en annen fremgangsmåte.

Spesielt har blandinger av oksyder av silisium, titan, kalsium og liknende metal-ler med kullstoff som reduksjonsmiddel praktisk talt ingen elektrisk ledningsevne. Ved de temperaturer hvor oksydene redu-seres av kullstoff blir reduksjonsproduk-tene elektriske ledere og har er spesifikk motstand som hvis størrelse varierer fra 1—1000 ohm/2,5 cm. Ved temperaturer

over 1000°C avtar den spesifikke motstand

hurtig med økende temperaturer. Denne

avtagning av motstand med stigende temperaturer fører til en ustabil elektrisk til-stand som bevirker at den elektriske strøm

følger visse kanaler i ovnen, hvorved det fås lokale baner av høy temperatur og til

slutt et produkt som ikke har ensartede egenskaper.

Hovedformålet med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe mer jevn varmefordeling i en ovns charge som skal opphetes

ved elektrisk motstand. Et annet mål med

oppfinnelsen er å oppnå praktisk talt jevn

varmefordeling i det hele av en elektrisk opphetet ovncharge inntil en ønsket reaksjon er skredet frem praktisk talt til full-endelse.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse omfatter en fremgangsmåte til opphetning av findelte, faste materialer til temperaturer på 1500°C og over, frembrin-gelse av varme ved passering av elektrisk strøm gjennom en masse av sådanne faste stoffer derved at man i en elektrisk motstandsovn anbringer en charge av de faste stoffer som skal opphetes og i denne charge innleirer, på tvers av strømmens retning, og praktisk talt parallelt med hverandre, en flerhet av ledende kullstaver som er anbrakt i avstand fra hinannen og fra enden av ovnens elektroder, og at man fyller rommene mellom stavene og mellom endene av elektrodene med kornet motstandsmateriale, og leder elektrisk strøm gjennom elektrodene for å opphete motstandsmaterialet.

På det vedlagte tegninger er;

Fig. 1 et grunnriss med deler brutt vekk av en elektrisk motstandsovn i hvil-

ken det er en charge anordnet i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser et snitt etter linjen 2—2 i fig. 1 sett i pilens retning. Fig. 3 viser et snitt etter linjen 3—3 i fig. 2 sett i pilens retning og viser chargen etter at reaksjonen er ferdig.

Ved utførelse av fremgangsmåten

fremstilles en charge 10 som skal opphetes,

f. eks. reaksjonsblanding av titanoksyd og kullstoff holdig reduksjonsmiddel, og denne charge anbringes i en elektrisk motstands-

ovn 12, f. eks. av den såkalte «Acheson»-

type, som har ildfaste vegger 14 og elektro-

der 16 som går gjennom motstående vegger av ovnen. I ovnen anbringes chargen 10

praktisk talt opp til elektrodenes 16 nivå

og en flerhet av ledende staver 18, hen-

siktsmessig av kullstoff, anbringes i ovnen på tvers av strømretningen, parallelt med og i avstand fra hverandre. De ytterste staver er på samme måte plasert et stykke fra enden av ovnens elektroder. I rommene mellom stavene er det anbrakt et kornet motstandsmateriale 20 f. eks. knust kull-

stoff eller grafitt, idet det anvendes til-

strekkelig av dette materiale til å fylle opp til nivået gjennom toppen av stavene 18.

Ovnen fylles deretter med reaksjonsblan-

ding så høyt at det finnes praktisk talt like meget ovenfor de ledende staver som under dem. Deretter ledes en elektrisk strøm gjennom elektrodene 16 inn i ovnen og gjennom det kornede motstandsmateri-

ale 20 som blir opphetet, og selv oppheter de ledende staver 18, hvorved det inne i reaksjonsblandingen dannes et heteele-

ment som har en stor heteflate.

De følgende spesifikke eksempler på fremstillingen av karbider er illustrerende for oppfinnelsen.

I en vanlig Acheson-ovn hvis elektro-

der har en avstand av 10 m fra hinannen ble kullstoffstaver av ca. 10 cm2 tverrsnitt og 127 cm lengde innleiret i en reaksjons-

blanding med en innbyrdes avstand av 10

cm mellom stavene. Rommene mellom kull-

stavene ble fylt med kornet grafitt hvis kornstørrelse var slik at den passerte gjennom en 10 maskers sikt og ble holdt tilbake på en 20 maskers sikt (siktåpnin-

ger 1,66 mm resp. 0,83 mm). Reaksjons-

blandingen besto av ca. 64 pst. titanoksyd,

28 pst. petroleumkoks, 4,5 pst. sagflis og 3,5

pst. vann, og det ble ialt anbrakt ca. 39 000

kg blanding i ovnen. Når energi ble tilført ovnen viste det seg at denne etter ønske kunne holdes på temperaturer på fra 1600

—2200°C. De ledende staver og motstands-

materiale skaffet et heteelement som had-

de et heteareal på 25,6 m2, og varme ble tilført den omgivende charge i en mengde av 3600—5500 watt pr. 0,093 m2 heteareal.

Etter at det i alt var blitt anvendt 61.270

kilowatt timer ble strømmen slått av og ovnen fikk avkjøle seg i en uke.

Ved slutten av avkjølingsperioden ble

løs, ureagert blanding fjernet og det ble tilbake en porøs kjerne 22 av titankarbid.

Denne kjerne hadde elliptisk tverrsnitt,

som vist i fig. 3, og like stort tverrsnitts-

areal på hele strekningen mellom ovnens elektroder. Det dannede titankarbid pro-

dukt veiet 12672 kg. Dettes egenskaper var praktisk talt ensartet gjennom det hele.

I en annen operasjon ble det anvendt

en charge på ca. 45000 kg reaksjonsblan-

ding av omtrent samme sammensetning som i det foregeånde eksempel, og denne ble tilført 63.000 kilowatt timer i løpet av ca. 48 driftstimer. Man fikk atter en ellip-

tisk kjerne av titankarbid som hadde jevn porøsitet og ensartede egenskaper. Det ble dannet ca. 13620 kg titankarbid.

I en litt mindre ovn enn den som ble

anvendt i foranstående eksempler ble det fremstilt silisiumkarbid. Ovnen ble charget med ca. 5000 kg reaksjonsblanding som besto av kiselsyresand og petroleumkoks i forholdet 10 vektsdeler sand til 6 vekts-

deler koks. Blandingen inneholdt også ca.

3 pst. sagflis og 3 pst. vann. Et antall kull-

staver av 5,08 x 5,08 x 50,8 cm ble innleiret i chargen på den foran beskrevne måte og rommene mellom stavene ble fylt med kor-

net grafitt. I løpet av 36 timer ble chargen tilført 10.610 kilowatt-timer. Det ble dan-

net en elliptisk kjerne av silisiumkarbid som veiet ca. 872,6 kg.

En annen fordel ved de ledende sta-

ver er den at de danner en understøttelse for den overliggende del av ovnschargen og hindrer krusning av reaksjonsproduk-

tene i chargens nedre parti. Ettersom reaksjonsblandingen krymper sammen un-

der opphetningen «flyter» de ledende sta-

ver nedover, slik at de tilslutt kan befinne seg betydelig nedenfor endeelektrodenes nivå.

Det her anvendte uttrykk «kullstoff»

skal innbefatte amorft kullstoff og gra-

fitt, naturlig eller kunstig.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved opphetning av

   findelte, faste materialer til temperaturer på 1500°C eller høyere i en elektrisk motstandsovn hvor varmen frembringes ved at elektrisk strøm ledes gjennom chargen av faste stoffer som skal opphetes og gjennom en flerhet av ledende kullstaver som er innleiret i chargen, karakterisert ved at de ledende kullstaver er plasert med innbyrdes avstand, på tvers av strømmens gjennomgangsretning og innbyrdes praktisk talt parallelt, og at mellomrommene mellom stavene og mellom endeelektro-dene er fylt med kornformet motstands materiale, samt at stavene ikke er under-støttet av noe annet enn chargen, slik at de danner et svømmende eller flytende heteelement inne i chargen når en elektrisk strøm går gjennom denne.