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Elektrischer Ofen.
In elektrischen Öfen, die als Kathodenöfen bezeichnet werden und die zu elektiometallurgischen oder elektrochemischen Zwecken Verwendung finden, wird die Ofensohle zum Stromdurchgang benutzt und steht mit der Stromquelle in Verbindung. Der Schmelzraum derartiger Öfen wird im allgemeinen von Kohlenblöcken oder von einer gestampften Kohlenmasse gebildet, die stromleitend ist und mit der Stromquelle in Verbindung steht, wobei der ganze Aufbau in unmittelbarer Berührung mit einer Wanne oder Hülle aus Metallblech oder Profileisen oder weichem Stahl steht. Die Erfindung betrifft Verbesserungen in der Ausführung derartiger Öfen. Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich auf einen elektrischen Ofen, der die verschiedenen Verbesserungen verkörpert.
Der eigentliche Schmelzraum des Ofens besteht aus einer kohlenstoffhaltigen Masse, die aus einzelnen Teilen zusammengesetzt ist, die mittels einer kohlenhaltigen Masse verschmiert sind, damit der Ofeninhalt nicht eindringen kann. Das Mauerwerk steht mit dem Aussenmantel des Ofens nicht in Berührung, sondern ist von diesem unabhängig, indem es ringsum durch ein Futter aus wärmeisolierendem Stoff, der als mehr oder weniger feiner Staub eingeführt wird, vom Mantel getrennt gehalten wird. Das Futter schützt den äusseren Ofenmantel vor schädlicher Überhitzung und gestattet, diesen aus bewehrtem Zement anstatt aus Eisen-oder Stahlblech oder aus Profileisen auszuführen, wie dies sonst üblich ist.
Der Abstich geschieht vorteilhaft unter Vermittlung eines entsprechend geformten Einsatzstückes aus feuerfestem Stoff, das über die Aussenfläche des Ofenmantels genügend weit vorspringt, damit die oft sehr heissen Schmelzen beim Verlassen des Ofens weit von der Aussenwand entfernt gehalten werden, um diese vor schädlicher Überhitzung zu schützen.
Die stromleitende Verbindung des Schmelzraumes mit der Stromquelle wird durch Kohlenstücke hergestellt, welche das pulverförmige Wärmeisoliermittel durchsetzen ; sie werden an ihren oberen Enden eingestellt, damit sie in einen mit der Schmelzraumsohle aus einem Stück bestehenden Kohlenblock genau einpassen ; diese Leitungsstücke bestehen vorteilhaft aus graphitierter Kohle, damit dem isolierenden Futter möglichst wenig Raum entzogen und dadurch der Wärmeverlust auf ein Mindestmass beschränkt wird. Im unteren Teil des Ofens sind diese Stücke durch entsprechende Mittel mit der Stromquelle verbunden, wobei darauf geachtet wird, dass sie beim Austritt aus dem Ofen nicht auf Hindernisse treffen, welche sich der Ausdehnung entgegensetzen, die im übrigen durch die leichte Beweglichkeit des Isolierpulvers nicht beeinträchtigt wird.
Anstatt die Stücke durch die ganze Masse des Isolierpulvers zu führen, kann man sie an einer geeigneten Stelle unterhalb der oberen Einfügung mit metallenen Leitern verbinden, welche gekühlt werden können.
Zu den Vorteilen elektrischer Öfen der geschilderten Bauart gehören folgende :
Der Ofenmantel kann, ohne eine Beschädigung befürchten zu müssen, aus bewehrtem Zement hergestellt werden, denn zufolge der wärmeisolierenden Zwischenschicht erreicht der Mantel keine hohe Temperatur. Dies bringt eine Ersparnis an Baukosten mit sich und eine Erhöhung der Ausbeute bei Verwendung von Wechselstrom, weil die in den Eisenmassen der Mäntel aus Blech oder Profileisen auftretenden Induktionsströme entfallen. Die angedeutete Bauart des Mantels bringt auch'Vereinfachungen und Erleichterungen im Oberbau für die Ofenbühnen, Rollbahnen, Fördervorrichtungen usw. mit sich, da die Mäntel aus bewehrtem Zement als Träger dienen und die Anbringung von Ständern in unmittelbarer Nähe des Ofens entbehrlich wird.
Dieser Vorteil tritt insbesondere dann hervor, wenn es sich um Ofengruppen handelt.
Die Wärmeverluste durch die Sohle und die Seiten des Ofens werden durch Verwendung eines pulverförm : gen Isoliermittels, also der wirksamsten Art eines Isoliermittels, in dem für erforderlich erachteten Masse herabgesetzt, je nach der gewählten Dicke des Futters, wobei man gewöhnlich so weit geht, dass die Temperatur an den Aussenwänden des Ofens nicht so hoch wird, dass die Wasserdampfspannung des Zementes die Haltbarkeit des Mantels beeinträchtigen würde. Die Dicke kann'etwa 40 bis 60 CM ! betragen.
Die Art der leitenden Verbindung der Ofensohle mit dem Stromkreis setzt den Verlust an Wärmeenergie auf das Mindestmass herab, wenn man graphitierte Elektroden verwendet.
Die Ofenwandungen werden gewöhnlich aus einem Kohlenblock oder aus deren mehreren gebildet, in welche man die Köpfe der graphitierten Elektroden einlässt, welche sie schützen, während der übrige Schmelzraum aus Kohlenblöcken aufgebaut ist, die mit einer mit Teer oder Melasse angemachten Stampfmasse verschmiert werden. Wenn in einem
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ein Ausfliessen grösserer Mengen des geschmolzenen Produktes.
Das pulverförmige Futter schützt schliesslich in sehr wirksamer Weise die graphitierten Leiter gegen die oxydierende Wirkung der Luft,
Die Zeichnung zeigt in beispielsweiser Ausführungsform einen elektrischen Ofen gemäss. der Erfindung, und zwar ist Fig. i ein lotrechter Längsschnitt, Fig. 2 zum Teil ein Querschnitt, zum andern Teil eine Aussenansicht und Fig. 3 ein wagrechter Schnitt ; Fig. 4 ist ein lotrechter Querschnitt durch einen gemäss der Erfindung aufgebauten Dreiphasenofen mit drei Elektroden.
Der Ofen besteht aus einem Mantel 1 aus bewehrtem Zement, an den sich nach innen eine Schicht 2 eines pulverförmigen Wärmeisoliermittels anschliesst, das seitlich durch eine doppelte Wandung 3 aus feuerfestem Material oder Kohle gehalten wird, die oben die Seitenwandungen des eigentlichen Schmelzraumes bildet, dessen Sohle aus einem mittleren Kohlenblock 4'besteht, der seinerseits mit seinen Enden auf der doppelten, feuerfesten Hülle 3 aufruht, während die seitlich des Blockes 4 vorhandenen Hohlräume durch Blöcke 5 ausgefüllt werden. An den Enden des Ofens, und zwar in der Höhe seiner Sohle sind Stichlöcher vorgesehen, die von unabhängigen Sohlen gebildet werden, deren jede aus einem Kohlenblock 6 und feuerfesten Einfassungen 7 besteht, die den Zement gegen die von der Schmelze ausgehende Wärmestrahlung schützen.
In den Kohlenblock 4 sind die oberen Enden der graphitierten Leiter 8 eingelassen.
Die unteren Enden der letzteren sind mit röhrenförmigen metallenen Stromzuführklemmen 9 verschraubt, die gewünschtenfalls durch innen angeordnete, voneinander unabhängige Rohrschlangen gekühlt werden können. Beim Durchtritt der Leiter 8 durch den Zementmantel- ? sichert eine Metallschale 10 mit ihrem auf der Durchbrechung des Mantels aufliegenden Rand das wärmeisolierende Pulver gegen das Herausfallen, ohne jedoch die Wärmedehnung der Ofenteile zu behindern ; Der Zementmantel 1 ist an seinen oberen und unteren Teilen durch die Arbeitsbühne 11 wagrecht verlängert. Der Ofen samt der Arbeitsbühne wird von
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bezeichnet.
In Fig. 4 bezeichnet 14 die biegsame Verbindung des neutralen Punktes und die Linie x-x deutet die Stellung der inneren Scheidewand auf der rechten Seite im Falle eines hintereinandergeschalteten Zweilichtbogenofens an, wie auch in jenem eines. Zwei- phasenofens mit gemeinsamer Rückleitung durch die Ofensohle. Bei der Anordnung nach
Fig. 4 sind die Vorteile hervorzuheben, welche sie im Vergleich zu der üblichen Verbindung der drei Elektroden im neutralen Punkt zu erreichen gestattet. Diese wird gewöhnlich nur auf unregelmässige und unvollkommene Weise erzielt und bietet häufig Anlass zur Störung und Verschiebung der Phasen.
Mittels der auf die Sohle aufgelegten Kohlenblöcke und der in Fig. 4 angedeuteten Aussenverbindung stellt sich hingegen ein möglichst vollkommenes
Gleichgewicht der Phasen ein und anstatt schwieriger oder selbst unmöglicher Wieder- inbetriebsetzungen kommen Störungen überhaupt nicht mehr vor.
Der Ofen kann beispielsweise folgendermassen aufgebaut werden : Man stellt zunächst den Aussenmantel 1 aus bewehrtem Zement mit den erforderlichen Öffnungen und den
Schalen 10 zum Durchstecken der Elektroden 8 her. Dann führt man die Wandung 3 des
Schmelzraumes aus feuerfestem Stoff oder aus Kohle so hoch auf, um den Block 4 aus amorpher Kohle darauflegen zu können, dessen Enden auf der erwähnten Wandung ruhen, 'wie dies in Fig. i ersichtlich ist. Dann führt man in den Zwischenraum des Ofens rund um die Wandung des Schmelzraumes das wärmeisolierende Pulver 2 ein, welches ent- sprechend dem im elektrischen Ofen auszuführenden Verfahren gewählt wird.
Für Kalzium- karbid kann gebrannter Kalk genommen werden, während man bei der Herstellung von
Silizium Infusorienerde oder weiches Karborundum vorziehen wird, letzteres hauptsächlich für jene Ofenteile, wo die Temperatur übermässig hoch werden kann. Das Pulver wird bis zu der verlangten Höhe zwischen der Ofenwandung und unterhalb des Kohlenblockes und den graphitierten Elektroden leicht eingefüllt, damit die Kohlenblöcke 5 in die leeren Räume der Sohle seitlich von dem Block 4 eingesetzt werden können. Die Fugen werden, w : e früher angegeben, mit einer mit Teer oder Melasse angemachten Masse verstrichen. Dann werden die Rahmenteile 7, in welche man die kleinen Sohlenstücke 6 befestigt, und der obere Teil der Wandung 3 angebracht. Schliesslich wird das wärmeisolierende Futter 2 voll- ständig eingefüllt.
Bei dieser Ausführungsform ist die leitende Ofensohle mit der Stromquelle verbunden ; es kann aber auch diese Bauweise ebensogut auf Ofen angewendet werden, deren Sohle nicht mit der Stromquelle verbunden ist. In diesem Falle wird die Schmelzraumsohle ein- fach auf eine Schicht- wä : meisolierenden Pulve : s aufgesetzt und auch die Seitenwandungen werden mit isolierendem Staub umgeben.