Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób prowadzenia wiekszych pie¬ ców wspomnianego typu przy procesach opisanego rodzaju, który umozliwia sku¬ teczne wykorzystanie doprowadzonej e- nergji elektrycznej oraz samego pieca, lepszy przebieg calego procesu wyrobu metali oraz mniejsze zuzycie elektrod.Cel ten wedlug wynalazku zostaje o- siagfciety przez to, ze podczas glównego okresu topienia do pieca doprowadza sie na poczatku topienia prad elektryczny o takiem napieciu pomiedzy kazda elektro¬ da a kapiela metalowa lub dnem pieca, zaleznem od mocy, iz opór ogólny luku swietlnego i zuzla wynosi co najmniej 0,0125 & na elektrode.W tern zestawieniu wyrazenie ,,opór omowy" oznacza stosunek napiecia do na¬ tezenia, a „topienie*1 — okres czasu po¬ miedzy dwoma spustami surowca.Przy prowadzeniu pieca o oporze omo* wym nizszym od 0,0125 fi na elektrode okazalo sie, ze proces coprawda mozna przeprowadzic, jednakze z trudnosciami, ze w porównaniu z prowadzeniem pieca o wyzszym oporze zuzycie pradu i elektrod jest znacznie wieksze, redukcja przebiega wolniej, a temperatura przy dnie pieca ma sklonnosc do wzrastania, przyczem ta ostatnia okolicznosc wplywa na trwalosc pieca. Im opór bedzie wyzszy, tern lepiej odbedzie sie redukcja i topienie ladunku na kapieli zuzlowej lub w kapieli zuzlo¬ wej. Stosownie do tego przeprowadzono topienie z bardzo dobrym skutkiem przy oporze omowym az do 0,06 fi na elektro- — 2 —de oraz przy wszystkich posrednich opo¬ rach, lip, przy 0,015, 0,020, 0,025, 0,030, 0,035,0,040 8 na elektrode. Przy redukowa¬ ni*i stapianiu w pieca elektrycznym np. na 3000 kW i ladunku brykietowanym, zawie¬ rajacym mieszanine rozdrabianej rudy tlenkowej z rozdrobionym srodkiem redu¬ kujacym okazalo sie, ze najlepsze wyniki •otrzymano wówczas, gdy piec szedl przy oporze omowym 0,035 do 0,045 & po- miedzy kazda z trzech elektrod a kapiela metalowa. W piecach jeszcze wiekszych, np. na 5000 kW lub wiecej, trudno jest z praktycznych wzgledów utrzymywac opór aa najwyzszej wartosci, np, powyzej 0,040 ii, a 4o dlatego, ze napiecia pomiedzy elektrodami, to jest napiecia glówne, wzrastaja przytem tak znacznie, ze po¬ wstaja trudnosci przy izolowaniu elektrod i wzrasta niebezpieczenstwo dla robotni¬ ków* o ile doprowadzany prad nie zosta¬ nie rozdzielony na duza ilosc mniejszych elektrod, co znów z rozmaitych wzgledów jest niecelowe, np. dlatego, ze sklepienie pieca slabnie i ze konieczna jest tu odpo¬ wiednio wieksza ilosc miejsc chlodzenia i przyrzadów doprowadzajacych prad. W takich wielkich piecach czesto nalezy u- trzymac sie przy nizszych oporach, np. 0,015 do 0,030 Q na elektrode, choc wyz¬ sze opory sa bardziej pozadane. W przy¬ padku redukowania i topienia lub tylko topienia ladunków, zlozonych nie z bry- kietowanej lub w inny sposób skawalko¬ wanej mieszaniny rozdrobionych surow¬ ców, lecz z mniej lub wiecej luznej mie¬ szaniny tych surowców, okazalo sie, ze piec nalezy prowadzic z duzym oporem.Przy takim ladunku nalezy stosowac opór co najmniej 0,0125 Q, choc wyzsze je¬ szcze opory sa bardziej pozadane.Okazalo sie równiez, ze opór pomiedzy kazda elektroda a kapiela metalowa moz¬ na zmieniac zaleznie od natury wyrabia¬ nego metalu. Jezeli sie sporzadza np. sto¬ py zelaza z ladunku rudy zelaznej oraz ladunku, zawierajacego rude tlenkowa me¬ talu stopowego* przyczem obojetnem jest, w jakiej kolejnosci redukuje sie i topi te ladunki, wówczas przy redukowaniu i to¬ pieniu ladunku rudy zelaznej mozna z ko¬ rzyscia stosowac inne opory, niz przy re¬ dukowaniu i topieniu ladunku metalu sto¬ powego. Mozna tu powiedziec w formie o- gólnej zasady, ze stosuje sie tern nizsze opory, im trudniej redukuje sie i topi, lub tylko topi, otrzymywany metal lub stop.Powodem stosowania do omawianych procesów oporu omowego o wiele wyzsze¬ go, niz w zwyklych elektrycznych piecach do otrzymywania stali lub surówki, jest szczególny sposób redukowania i stapiania ladunku plywajacego lub lezacego na ka¬ pieli zuzlowej w piecu. Cieplo musi przy- tem byc mozliwie dobrze rozdzielone po powierzchni kapieli zuzlowej, gdzie zuzy¬ cie ciepla jest najwieksze, co uzyskuje sie przez wytworzenie dostatecznie dlugich luków swietlnych pomiedzy elektrodami a kapiela zuzlowa. Poniewaz zwykle kapiel zuzlowa stanowi stosunkowo wysoki opór, wzrastajacy wraz z wysokoscia warstwy kapieli, wiec pomiedzy elektroda a kapie¬ la metalowa musi byc utrzymywany do¬ statecznie duzy opór, to jest napiecie w stosunku do doprowadzanej mocy musi byc wysokie, gdyz inaczej, jezeli utrzy¬ muje sie stale natezenie zapomoca samo¬ czynnych regulatorów, które równoczesnie reguluja polozenie elektrod wzgledem ka¬ pieli metalowej, to elektrody moga zanu¬ rzyc sie do kapieli zuzlowej tak, iz nie be¬ da powstawaly zupelnie luki swietlne.Krzywa rozdzialu temperatur luku swietl¬ nego wskazuje wyraznie, ze aby otrzymac dobry rozdzial ciepla w kapieli luk swietl¬ ny mussi miec pewna dosc znaczna dlu¬ gosc. Dlugosc luku swietlnego oraz sto¬ sunkowo wysoka warstwa zuzla sa wiec powodem koniecznosci stosowania oporów lub, inaczej mówiac, koniecznosci duzej liczby stosunkowej napiecia i nate- 3 —zenia. Prowadzenie redukowania lub to¬ pienia zapomoca luków swietlnych ma te zalete, ze elektroda nie styka sie z ladun¬ kiem, co ma szczególne znaczenie przy otrzymywaniu metali lub stopów o malej zawartosci wegla i pochlaniajacych we¬ giel Wazne zadanie oporu zuzla w oma¬ wianym procesie polega na wywiazywaniu ciepla celem podtrzymywania temperatury w zuzlu i metalu, lezacym pod nim. Pro¬ cesów redukowania i topienia ladunku, plywajacego na powierzchni zuzla, na której w miejscach, gdzie lezy ladunek, tworzy sie sztywna skórka, nie mozna przeprowadzac z dobrym skutkiem wów¬ czas, gdy doprowadza sie cieplo np. przez dwa luki swietlne, drgajace nad kapiela, bez takiego oporu w zuzlu, gdyz zuzycie ciepla na powierzchni kapieli zuzlowej u- niemozliwia uzyskanie dostatecznie wyso¬ kiej temperatury na dnie pieca, o ile u- trzymywac temperature nad kapiela poni¬ zej temperatury uzytecznej pieca. Gdy prad przeplywa przez zuzel, wywiazuje sie wskutek oporu znaczna ilosc ciepla, tak, iz zuzel ogrzewa sie dostatecznie, by ogrzac metal do pozadanego stopnia oraz by oddac cieplo ladunkowi plywajacemu lub lezacemu na powierzchni zuzla. Im trudniej topi sie otrzymywany metal, tern, oczywiscie, cieplejszy musi on byc na dnie pieca, aby tam nie skrzepnal. Przy otrzy¬ mywaniu stopów o duzej zawartosci meta¬ lu stopowego, np. o malej zawartosci we¬ gla zelazo-chromu lub tak zwanego nie- rdzewiejacego zelaza o zawartosci 13 do 15% chromu, stosunkowo duza czesc opo¬ ru na elektrode przypada na zuzel. Ogól¬ ny opór w zuzlu i luku swietlnym podczas glównej czesci topienia winien wynosic co najmniej 0,0125 &9 a nawet korzystniej gdy moze byc jeszcze wiekszy.Jezeli podczas topienia temperatura metalu spada zbytnio tak, iz zachodzi oba¬ wa skrzepniecia metalu lub pogorszenia przemiany pomiedzy metalem a zuzlem, np. celem odsiarczenia metalu, dobrze wówczas jest na krótszy lub dluzszy prze¬ ciag czasu podczas topienia opuscic elek¬ trode lub elektrody do zuzla, to jest zmniejszyc opór na elektrode, a przez to do dolnych warstw kapieli zuzlowej do¬ prowadzic wieksza ilosc ciepla. Zmienia¬ jac polozenie elektrod wzgledem kapieli metalowej, a wskutek tego zmieniajac o- gólny opór na elektrode w luku swietlnym i w zuzlu, mozna dowolnie doprowadzac cieplo do rozmaitych czesci kapieli zuzlo¬ wej i w ten sposób regulowac temperatu¬ re w rozmaitych czesciach pieca. Piec pro¬ wadzi sie zwykle w taki sposób, ze utrzy¬ muje sie stala moc elektryczna, to znaczy dla okreslonych wartosci napiecia utrzy¬ muje sie odpowiednie wartosci natezenia, co uskutecznia sie zapomoca samoczyn¬ nych regulatorów, które nastawia sie na rozmaite wartosci natezenia, regulujac w ten sposób polozenia elektrod wzgledem kapieli metalowej. Przy duzym oporze, to znaczy przy stosunkowo dlugim luku swietlnym, cieplo doplywa glównie do po¬ wierzchni kapieli zuzlowej; przy srednim oporze, czyli przy krótkim luku swietlnym lub przy rozpoczynajacem sie stykaniu elektrody z kapiela zuzlowa, cieplo doply¬ wa jeszcze wciaz najbardziej do górnej czesci kapieli zuzlowej; przy malym zas oporze, to znaczy gdy elektroda zanurza sie w zuzlu, cieplo doplywa najbardziej do dolnej czesci kapieli zuzlowej.Poniewaz przy procesach topienia oma¬ wianego rodzaju, w których ladunek za¬ wierajacy metal wprowadza sie do pieca na kapiel zuzlowa badz sposobem ciaglym, badz odjpowiedniemi okresami, wysokosc kapieli zuzlowej, a przez to i spadek na¬ piecia oraz opór w kapieli zuzlowej pod¬ czas topienia stale wzrastaja; znaczyloby to, ze przy stalym oporze ogólnym w luku swietlnym i zuzlu spadek napiecia w luku swietlnym oraz wskutek tego i opór luku — 4 —swietlnego stale by sie zmniejszaly. Aby tego uniknac nalezy podczas topienia spu¬ scic lub w inny sposób usunac odpowied¬ nia czesc zuzla. Z tego wzgledu najbar¬ dziej wskazanem jest stale spuszczanie zuzla tak, aby jego warstwa utrzymywala sie na stalej wysokosci, co jednak trudno wykonac. Przy uzyciu pieców wywroto¬ wych stosunkowo latwo juz jest spuszczac zuzel dowolnie czesto bez znaczniejszych przerw w procesie. Wysokosc warstwy zuzla jest przyitem tak dostosowana, iz opór zuzla dostarcza tylko cieplo potrzeb¬ ne do ogrzewania kapieli metalowej i zuzla, podczas gdy reszta ciepla wywiazu¬ je sie w miejscu najwiekszego zuzycia cie¬ pla, to znaczy na powierzchni kapieli zuzlowej.Zwiekszenie oporu a stad i spadek na¬ piecia w kapieli zuzlowej podczas prze¬ biegu topienia moze byc wyrównany takze oprócz spuszczania zuzla jeszcze i w inny sposób, np. zapomoca zwiekszenia napie¬ cia pomiedzy elektroda a kapiela metalo¬ wa odrazu lub stopniowo, co powstrzyma spadek napiecia lub opór luku swietlnego oraz jego dlugosc. Przy niezmienionem natezeniu wzrosnie energja, doprowadza¬ na do pieca. Takie regulowanie napiecia mozna uzyskac np. przez zmiane polaczen transformatorów lub zmiane liczby sto¬ sunkowej uzwojen transformatorów przez wykorzystanie odpowiednich miejsc czo¬ pów. Jezeli nalezy utrzymac stala energje elektryczna, co zwykle ma miejsce, wów¬ czas zmniejsza sie natezenie pradu dopro¬ wadzanego do pieca, i to w tym samym stopniu, jak wzrasta napiecie; uzyskuje sie to zapomoca naregulowania elektrody, najkorzystniej zapomoca samoczynnego regulatora, w polozenie odpowiadajace za¬ równo najwyzszemu spadkowi napiecia, jak i zmniejszonemu natezeniu. Doplyw pradu reguluje sie wiec zapomoca zmiany napiecia i polozenia elektrod wzgledem kapieli metalowej w taki sposób, ze ogól¬ ny opór w luku swietlnym i w zuzlu po¬ miedzy kazda elektroda a kapiela metalo¬ wa wzrasta w tym samym stopniu, jak i poszczególne opory w kapieli zuzlowej, to znaczy, ze opór luku swietlnego podczas przebiegu topienia jest staly.Wady zwiekszonego oporu, wskutek wzrastajacej wysokosci kapieli zuzlowej podczas topienia, beda oczywiscie mniej¬ sze, gdy zuzel bedzie mial duze wlasciwe przewodnictwo elektryczne. W ten sposób mozna zrównowazyc te wady zapomoca odpowiedniego dobrania skladu zuzla, np. zapomoca utworzenia silnie zasadowego zuzla lub przez powiekszenie w zuzlu za¬ wartosci tlenków metali, przyczem ten o- statni zabieg posiada szczególne zalety w tych przypadkach, gdy chodzi o otrzymy¬ wanie metali o bardzo niskiej zawartosci wegla, np. zelaza lub jego stopów z za¬ wartoscia wegla ponizej 0,05%, Piece do wykonania sposobu w mysl wynalazku, posiadajace elektryczne trans¬ formatory, przewody i t. d., oblicza sie badz na wysokie napiecie robocze, np. 110—120 V pomiedzy kazda z elektrod a kapiela metalowa, badz na napiecie poni¬ zej 110 V. Mozna tez, nie wychodzac poza ramy wynalazku, stosowac wyzsze napie¬ cia. W pierwszym przypadku przy uzyciu trójfazowego pradu zmiennego i trzech elektrod napiecie glówne pomiedzy dwie¬ ma elektrodami wynosi 190—380 V; na¬ piec takich dotychczas w elektrycznych piecach elektrodowych jeszcze nie stoso¬ wano. Przy tak wysokich napieciach licz¬ ba elektrod jest stosunkowo mala, zwla¬ szcza przy najwyizszem napieciu oraz przy oporze np. 0,03—0,04 ii na elektrode.W drugim przypadku, a mianowicie przy stosowaniu napiec nizszych od 110 V, licz¬ be elektrod nalezy zwiekszyc, celem o- trzymania mniejszej mocy elektrycznej na elektrode tak, iz na elektrode uzyskuje sie stosunek uzytego napiecia do elektrycznej mocy odpowiadajacy pozadanemu wyz- — .5 _—sterau oporowi. Pierwszy przypadek po¬ siada te zalete, ze straty energji w trans¬ formatorach i przewodach sa mniejsze, a elektryczne urzadzenia pieca tansze, pod¬ czas gdy w drugim przypadku uzyskuje sie lepsze przewodnictwo cieplne calkowi¬ tej powierzchni kapieli.Przeciw proponowanemu sposobowi re¬ gulowania doplywu pradu odpowiednio do okreslonego oporu pomiedzy 'elektroda a kapiela metalowa lub zuzlowa moznaby bylo podniesc ten zarzut, ze rozdzial opo¬ ru w zuzlu i luku swietlnym przy rozmai¬ tych przekrojach poprzecznych elektrod jest rozmaity, gdyz doprowadzany prad rozdziela sie na wiekszej powierzchni ka¬ pieli zuzlowej, wskutek czego opór zmniejsza sie wraz ze wzrostem poprzecz¬ nego przekroju elektrod. Jest to sluszne, gdy elektroda dotyka zuzla lub zanurza sie w nim; jezeli jednak pomiedzy elek¬ troda a zuzlem utworzy sie luk swietlny, wówczas drga on glównie, np, pomiedzy czescia dolnej krawedzi elektrody a kapie¬ la i porusza sie zwykle dokola obwodu elektrody, Z tego powodu przy stosowaniu luków swietlnych rozdzial pradu w zuzlu przy rozmaitych przekrojach elektrod jest praktycznie jednakowy, a w kazdym razie utrzymuje sie wewnatrz granic spotyka¬ nych w piecach budowanych na skale przemyslowo-handlowa. Dalszym powo¬ dem do nieuwzgledniania srednicy elek¬ trod jest zjawisko stalego nagryzania dol¬ nej czesci elektrod podczas biegu pieca tak, iz zaleznie od rozmaitych okoliczno¬ sci posiadaja one rózne przekroje. Przy stosowaniu elektrod o wiekszych przekro¬ jach poprzecznych mozna utrzymywac niz¬ szy opór na elektrode, niz przy mniej¬ szych przekrojach, przyczem jednak nale¬ zy utrzymac wyzej podana dolna granice 0,0125 2 na elektrode.Powyzej podano tytulem, przykladu zastosowanie wynalazku do otrzymania zelaza i jogo stopów, przyczem ladunek tlenku zelaza i, o ile potrzeba, tlenku me¬ talu stopowego przerabia sie razem z ter¬ micznym srodkiem redukujacym, np, zela¬ zokrzemem, zelazoglinokrzemem, glinem lub podobnym, albo z weglem dowolnego rodzaju lub z mieszanina wegla i termicz¬ nego srodka redukujacego; oprócz tego sposób w mysl wynalazku daje sie zasto¬ sowac do otrzymywania innych metali z ich rud tlenkowych, np, glinu i jego sto¬ pów, z gliny lub b&uksytu albo z ich rud siarczkowych, stosujac np, wapien lub ze¬ lazo jako srodki wiazace siarke, jak np. przy otrzymywaniu cynku z zespolonych rud, zawierajacych cynk i olów. Wynala¬ zek nie jest wtedy zwiazany z przytoczo- nemi powyzej jako przyklad materjalami i moze znalezc zastosowanie do otrzymy¬ wania wszelkich metali z rud lub innych materjalów, zawierajacych metaL PL