-
Verfahren zum mindestens wesentlichen Verringern der Abnutzung von
Lichtbogenelektroden Es ist ein wesentliches Merkmal von strommäßig hochbelasteten
positiven Lichtbogenelektroden, daß die dem Lichtbogen zugeordnete Stimfläche infolge
des Aufpralls von Elektronen, die vornehmlich aus dem Bogenplasma stammen
und im Anodenfall zusätzlich beschleunigt wurden, stark erhitzt wird. Hierdurch
tritt oberhalb einer bestimmten Stromstärke eine merkliche Verdampfung der Elektrode
ein, die in relativ kurzer Zeit zu einer so starken Abnutzung führt, daß die Elektrode
verbraucht ist. Um diesen unerwünschten Verbrauch bei Metallelektroden mindestens
stark zu mindern, ist es bekannt, diese mit flüssigen oder gasförmigen Medien zu
kühlen. Trotz Kühlung ist es jedoch wegen der thermischen Oberflächenverdampfung
und teilweise auch aus chemischen Gründen nicht möglich, die Abnutzung der Metallelektroden
völlig zu unterbinden.
-
Wesentlich größer als bei gekühlten Metaflelektroden ist bei spezifisch
gleicher Belastung die Ab-
nutzung bei Kohlenstoffelektroden. Das ergibt sich
aus der Unmöglichkeit einer wirkungsvollen Kühlung der Kohle und daraus, daß Kohleelektroden
ab einer Strombelastung von etwa 40 Amp./CM2 unter atmosphärischen Verhältnissen
an der Stimfläche besonders stark verdampfen.
-
Die genannte Stromdichte stellt jedoch oft für die technische Anwendung
des Kohle-Lichtbogenverfahrens, insbesondere bei chemischen Verfahren, einen wesentlich
zu kleinen Wert dar. Eine weitere Erhöhung der Stromdichte ist zwar grundsätzlich
möglich, jedoch steigt dann der Kohleelektrodenverbrauch mehr als stromstärkelinear.
Hierdurch und infolge der Unmöglichkeit der Verwendung gekühlter Metallelektroden
aus chemischen Gründen bei einer großen Zahl chemischer Verfahren, beispielsweise
wegen der störenden Wirkung des Metallelektrodendampfes, ergeben sich sowohl wirtschaftliche
als auch betriebstechnische MängeL Ein großer Kohleelektrodenverbrauch wirkt sich
nicht nur durch den hohen Preis der Kohle negativ auf die Wirtschaftlichkeit der
Verfahren aus, sondern insbesondere auch durch die notwendige Bereitstellung von
Arbeitskräften für die in verhältnismäßig kurzen Zeitabständen erforderliche Beschickung
der Anlage mit neuen Elektroden zur Erzielung einer kontinuierlichen Lichtbogenbrennweise.
-
Bei den bekannten Lichtbogenanlagen mit Kohleelektroden treten ferner
erhebliche Betriebsstörungen auf, wenn die im Interesse kontinuierlicher Brennweise
miteinander, vorzugsweise durch Verschrauben und/oder Verkitten, verbundenen Elektroden
infolge ungleichmäßiger Verbindung zu mechanischer Hemmung oder zum Elektrodenbruch
beim Vorschub führen. Das Bearbeiten von ungleichmäßigen VerbindungssteRen an Kohleelektraden
kann während des kontinuierlichen Betriebes nur unter großem technischem Aufwand
erfolgen, wobei trotzdem keine absolute Sicherheit für das Bedienungspersonal gegeben
ist, da die Elektroden stets unter Spannung stehen, die bei derartigen Anlagen Tausende
von Volt beträgt. Es leuchtet ein, daß auch bereits bei jedem Annippeln der Elektroden
beün Anliegen derartiger Spannungen für den Bedienenden große Gefahren entstehen.
-
Es ist außerdem bekannt, zum Schutze von Kohleelektroden elektrischer
öfen gegen Abbrand auf die Elektrodenoberfläche eine Schutzmasse aus feuerfesten
Stoffen, z. B. Schamottemehl, Asbest, Wasserglas od. dgl., mittels Druckluft aufzuspritzen,
wobei das Aufspritzen der Masse während des Betriebes in dem Maße geschieht, wie
die Elektrode aus der Fassung heraustritt.
-
Ferner ist es bekannt, bei zur Schmelzflußelektrolyse dienenden elektrischen
öfen, bei denen die Kohleelektroden zum Teil aus der heißen Ofenzone herausragen,
den herausragenden Teil mit Phosphorsäure zu tränken zum Verhindern der Reduzierung
der Elektrode durch den Luftsauerstoff.
-
Außerdem ist bei elektrischen Lichtbogenschmelzöfen vorgeschlagen
worden, zum Abzug der Reaktionsgase
an der Entstehungsstelle die
Elektrode hohl auszubilden und mit einem in der Bohrung angeordneten, beweglichen
Tauchrohr zu versehen.
-
Bei der Synthese von- Zyarrwasserstoff aus granuliertem Kohlenstoff
sowie aus Wasserstoff und Stickstoff enthaltendem Gas ist es ferner bekann4 durch
eine Hohlelektrode den Kohlenstoff und das Gas in den Ofen einzuführen.
-
Allen diesen bekannten Maßnahmen liegt aber nicht die Aufgabe der
Erfindung zugrunde, das während des Bestehens des Lichtbogens verdampfende und/oder
chemisch abgebaute Elektrodemnaterial durch in den Lichtbogenbrennraum eingebrachten
Kohlenstoff zu ergänzen, sondern sie betreffen höchstens Maßnahmen, einen
Abbau der Elektroden zu verhindern.
-
Zur mindestens wesentlichen Verringerung der geschilderten Nachteile
sowohl des Metall- als auch des Kohle-Lichtbogenverfahrens wird ein Verfahren vorgeschlagen,
gemäß dem in unmittelbare Nähe der Elektroden und/oder in den Raum zwischen
mehreren Elektroden eine bestimmte Menge einer organischen Verbindung, vorzugsweise
einer Kohlenwasserstoffverbindung, undtoder elementarer Kohlenstoff eingeführt wird,
wobei die organische Verbindung sich im Lichtbogenraum zersetzt, und das erfindungsgemäß
dadurch gekennzeichnet ist, daß der gebildete und/ oder der elementar eingeführte
Kohlenstoff in regelbarer Weise an den Elektroden zur Anlagerung gebracht wird.
-
Dadurch wird das während des Bestehens des Lichtbogens verdampfende
und/oder chemisch abgebaute Elektrodenmaterial durch den in den Lichtbogenbrennraum
eingebrachten Kohlenstoff, der sich auf dem Wege chemischer Umwandlung und/oder
physikalischer Anlagerung an die Elektroden ansetzt, in regelbarer Weise wieder
ergänzt.
-
Die Einführung von Kohlenstoff in die Lichtbogenanlag ,e ist an sich
bekannt. Bisher wurde aber stets angestrebt, möglichst keine Anlagerungen von Kohlenstoff
an den Elektroden entstehen zu lassen. Die Erfinder dagegen haben erkannt, daß durch
die gesteuerte Anlagerung von Kohlenstoff an den Elektroden die, Abnutzung derselben
mindestens wesentlich vermindert werden kann.
-
Zur Erzielung einer rotationssymmetrischen Form der Anlagerung an
die Elektroden werden diese gemüß einem weiteren Vorschlag gedreht. Vorzugsweise
wird der Anlagerung eine zylindrische Form gegeben. Andere rotationssymmetrische
Formen sind aber ebenfalls zweckmäßig. Zum Ausgleich von unterschiedlichen oder
zu geringen Kohlenstoffanlagerungen kann den Elektroden zusätzlich auch einem Bewegung
in Uängsrichtung erteilt werden.
-
Als Elektroden, auf denen der Kohlenstoff angelagert wird, werden
gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung Kohlenstoffelektroden oder gekühlte, Metallelektroden
verwendet.
-
Die Zufuhr der organischen Verbindung und/oder des elementaren Kohlenstoffs
erfolgt nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung durch die Elektroden hindurch,
wozu diese entweder mit einem konzentrischen und/oder exzentrischen Kanal im Innem
oder mit einer vorzugsweise in Richtung der Elektrodenlängsachse verlaufenden und
in die Elektrodenoberfläche eingearbeiteten Nut versehen sind. Die Zuführung der
organischen Verbindung und/oder des elementaren Kohlenstoffs kann auch durch einen
die Elektrode konzentrisch oder exzentrisch umgebenden Ringraum erfolgen.
-
Bei exzentrischer Zuführung der organischen Verbindung und/oder des
elementaren Kohlenstoffs wird eine schuhförmige Anlagerung des Kohlenstoffs an der
Stirnfläche-der Elektrode erzielt. Die Stimfläche wird dadurch wesentlich vergrößert,
was die Strombelastung pro Quadratzentimeter Elektrodenfläche erheblich vermindert
und der Abstand der nächstbenachbarten Elektrodenteile trotzdem praktisch gleichbleibt.
-
Eine weitere zweckmäßige Möglichkeit der Zuführung der organischen
Verbindung und/oder des elementaren Kohlenstoffs besteht darin, diese in Form mindestens
eines Strahles derart auf die Elektroden zu richten, daß die Entladungszone räumlich
vollständig davon umhüllt ist.
-
Die Steuerung der Anlagerung des Kohlenstoffs erfolgt unter Verwendung
an sich bekannter Schaltungen und Mittel von Hand in automatischer Abhängigkeitvon
derLichtbogenspannungoder -leistung oder durch elektro-optische Abtaster. Die letztgenannten
Steuerorgane erlauben bei geeigneter Anordnung sowohl eine Steuerung des Elektrodendurchmessers
als auch der Elektrodenstellung. Ferner kann die Größe des Lichtbogenstromes so
gesteuert werden, 'daß der mittlere Elektrodenabbrand unverändert bleibt. Außerdem
wird die Menge und/oder die räumliche Verteilung des Auftreffens der zum Elektrodenaufbau
beitragenden organischen Verbindung und/oder des elementaren Kohlenstoffs so gesteuert,
daß der mittlere Elektrodenabstand unverändert bleibt.
-
Die Zeichnung veranschaulicht in schematischer Darstellung eine beispielsweise
Ausführungsform der Er,fmdung.
-
Fig. 1 zeigt einen Lichtbogenofen für Drehstrombetrieb, bei
dem die Menge der zugeführten organischen Verbindung, im vorliegenden Fall Kohlenwasserstoff,
in Abhängigkeit vom Elektrodenverbrauch auf dem Weg über die Lichtbogenspannung
selbsttätig gesteuert wird; Fig. 2 zeigt in einem Blick von unten eine schuhförmigeAnlagerung
von Kohlenstoff an denElektroden eines Drehstromofens.
-
Da die Lichtbogenspannung einerseits bei wachsender Lichtbogenlänge
zunirrunt und andererseits die an den Elektroden anwachsende Kohlenstoffmenge mit
zunehmender zugeführter Kohlenwasserstoffmenge größer wird, ergibt sich bei Verwendung
an sich bekannter Mittel eine einfache Regelung. Wie aus Fig. 1
ersichtlich,
wird die zwischen der Elektrode 1 und dem künstlich gebildeten Sternpunkt
2 vorhandene, der Lichtbogenspannung proportionale, Spannung über den spannungsabhängigen
Schalter 3 der Spule 4 eines Magnetventils 5 zugeführte das bei erregter
Spule 4 öffnet und so oberhalb einer Grenzspannung durch die Rohrleitung
6 Kohlenwasserstoff in Pfeilrichtung über den Ringraum 7 entlang der
aufzukohlenden Elektrode 1 in die Lichtbogenzone 8
strömen läßt-Mit
9 ist ein Dichtungsring zur Verhinderung der Ausströmung von Gas aus der
Stromzuführungshülse 10 bezeichnet. Durch Einstellung der Ansprechspannung
des Schalters 3 und durch das aus demRingraum7inbesümmterRichtung ausströmende
Gas wird der an der Elektrode 1 auftretende Materialveriust durch neu anwachsenden
Kohlenstoff ausgeglichen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, erfolgt die schuhförmige
Anlagerung
11 im Sinne einseitigen Anwachsens derart, daß der ursprüngliche Elektrodenabstand
a praktisch unverändert bleibt. Die organische Verbindung und/oder der elementare
Kohlenstoff wird durch die Bohrungen 12, 13 zugeführt, die zentrisch bzw.
exzentrisch in den Elektroden 14 angeordnet sind. Die Elektroden 14 sind in diesem
Fall feststehend ausgebildet. Zur Kontrolle des Abstandes a sind im Ofen, vorzugsweise
in der Mitte oberhalb der Elektroden 14, optische Geräte angeordnet, die mit den
Steuergeräten für die Menge und Richtung der zuströmenden organischen Verbindung
verbunden sind.
-
Das Verfahren gilt auch dann als im Sinne der vorliegenden Erfindung
ausgeführt, wenn ständig Kohlenwasserstoff zugeführt und nur ein Teil hiervon mengenmäßig
geregelt wird.
-
Die Erfindung läßt sich sinngemäß in der verschiedensten Weise verwirklichen
und ist nicht nur auf das schematisch wiedergegebene Ausführungsbeispiel beschränkt.
So ist insbesondere die bauliche Ausgestaltung und Anordnung der einzelnen Teile
durchaus beliebig und richtet sich ausschließlich nach den Erfordernissen der Praxis.