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Verfahren zur Herstellung von Kalkstickstoff aus Calciumcarbid Das
Hauptpatent 701 56o behandelt die Herstellung von Kalkstickstoff aus Caleiumcarbid
in einsatzlosen oder mit Einsätz#Qii versehenen Öfen nach dem Initialzündungsverfahren,
wobei die Carbidmasse durch einen oder mehrere in Hohlkanälen innerhalb der Carbidmasse,
vorzugsweise symmetrisch in deren unterem Teil angeordnete elektrische Lich.tb#ög.eri
unter Stickstoffzuleiturig möglichst auch unmittelbar zur Lichtbogenzündzonelokal
auf Azotiertemperatur gebracht und dann unter weiterer Stickstoffzufuhr sich selbst
überlassen wird.
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Dieses Verfahren weist trotz beträchtlicher Vorteile noch einige Mängel
auf. So wirken z. B. der Ofenboden bzw. unten in den Ofen eingesetzte, zur Aushebung
des fertig aus;-. azotierten Kalkstickstoffblocks dienende Vorrichtungen, wie Metallböden,
Metallteller o. dgl., kühlend bzw. wärmeentziehend auf die Carbidmasse inderen unterem
Teil, so daß hier mitunter bei schlecht reagierenden Carbiden noch Restcarbidgehalte
gefunden werden. Ein weiterer Mangel besteht darin, daß bei- Anordnung des bzw.
der Lichtbögen in der Mitte bzw. im oberen Teil die Ausbreitung der Azoti,erzone
nach unten hin bzw. entgegengesetzt zu der Spülrichtung des Stickstoffs langsamer
vor sich geht, als wenn die Azotilerrichtung mit der Spülrichtung des Stickstoffs,
z. B. von unten nach oben, Übereinstimmt und dadurch der Fortschritt der Reaktion
durch die auf -
steigenden heißen Gase gefördert wird. Ein
weiterer Mangel besteht trotz aller ins Ge-
wicht fallenden Vorteile der Lichtbogenzündung
bei schlecht reagierenden Carbidso.rt2n in einer wenn auch geringen Verlängerung
der Azoti-erzeit gegenüber Hei"un" mit 3-m-Stähen.
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Alle die-ze Mängel lass-,n sich erfindun-s-,gemäß beSeitigen, wenn
in weiterer Ausbfldung des Verfahrens des Patents -oi 56o innerhalb eines oder mehrerer
die Carbidmasse durchsetzender Hohlkanäle Lichtbogenzündtnig mit Widerstandsheizung
kombin-ert wird, indem die Lichtbogenelektroden in ihrem Querschnitt so bemessen
werden, daß sie in ihrer ganzen Länge oder in e#inem großen Teil derselben zum Glühen
kommen. Obwohl durch den Liclitbogen der Carbidmasse Energie in sehr konzentrierter
Form zugeführt wird und daher zumindest an dieser Stelle Cherhitzungen und Srhmelzerscheintingen
zu befürchten waren, wenn gleichzeitig 11 ri die Umgebung der Lichtbogenzone durch
Widerstand,sheizung zuzätzlich auf höhere Temperaturen gebracht wird, hielt sich
überraschendenveise die überhitzung der Carbidmasse in der Umgebung der Lichtbogenzone
in sehr mäßigen Grenzen und wurde weitgeliend durch die Vorteile der kombinierten
Lichtbogenzündung und Widerstandsheizung aufgewogen. Auch war trotz des Glühens
der Li-chtbogenel.#ektroden über ihre ganze Länge oder einen großen Teil derselben
ihre Haltbarkeit und damit der äußerst geringe Elektrodenverbrauch überra3,che-niderweise
ni##"ht herabgesetzt.
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Das Verfahren der Ertindung weist dadurch besondere Vorteile auf,
daß z.B. die Kühlwirkung des Ofenbodens bzw. der Wärmeentzug durch im unteren Teil
des. Ofens eingesetzte Aushebeelemente uAgl. und damit das Auftreten von Restcarbidgehalten
beträchtlich #,-,erringert wird, wenn man die untere Lichtbogenelektrode in ihrem
Querschnitt so bemißt, daß sie zum Glühen kommt. Auf diese Weise wird der Wärmeentzug
durch den Ofenboden weitgehend kompensiert und dadurch eine fast restcarbidfreie
Azotierung erzielt ohne wesentliche Erhöhung des Zündünergiebedarfs. Ist der Lichtboggen
mehr in der Mitte oder im oberen Teil des Carbidkanals angeordnet, so wird im Falle
des Glübens der unter-en Lichtbogenelektrode die Azotierun- nach unten bzw. entgeg4,n,-esetzt
der Spülrichtung des Stickstoffs vorteilhaft verbessert, so daß eine Vergleichmäßigung
der Azotierung von unten nach oben erzielt wird. Natürlich können auch beide Lichtbogenelektroden,
d.h. die untere und obere Elektrode, J in ihrem Querschnitt so bemessen werden,
daß sie bei-de über ihre ganze Länge oder einen großen Teil derselben zum Glühen
kommen. In diesem Fall wird infolge Vor-Z wärmung, der dem Lichtbogen benachbarten
Ca,rbidzon#eii gleichzeitig ene vorteilhafte Verkürzung der Azotierzeit besonders
bei schlecht reagierenden Carbidsorten erreicht.
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Die Bemessung des Querscbl-iittes der Lichtbogenelektrodlen wird so
vorgenommen, daß die Elektroden z. B. auf Temperaturen von 500 bis 700# kom-men.
Besonders vorteilhaft ist es, den Querschnitt allerdings noch gering,er zu wählen,
so daß von den Lichtbogenelektroden Temperaturen von goo bis i:zooerreicht werden.
Hierdurch wird nicht nur an Elektrodent-nasse gespart., sondern auch der CarbidI;aiial
in der Umgebung des Lichtbogens auf Azotiertemperatur vorgewärmt. Der Reaktionsbeginn
setzt hierbei besonders schnell ein, so daß die bei der exothermen Reaktion frei
werdende Wärme schon nach kurzer Zeit zur Weiterfübrung der Reaktion zur Veifül-ung
steht. An Stelle eines gleichmäßigen QuerSchnittes der Elektroden kann auch ein
tingleichmäßiger QuerEchnitt gewählt werden, so daß die Lichtbogeneleltrode bzw.
-elektroden nicht über ihre ganze Länge, sondern nur -auf. einen Teil derselhen
zum Glühen kommen oder verschiedene Temperaturen aufweisen oAgl., z. B. zum Teil
Temperaturen von Io00 -, oder an einem anderen Teil nur von 5oo bis 6oo' erreichen.
Ati Stelle einer aus einem Stück bestehenden Elektrode können die Lichtbogeneleltroden
auch unter Verwendung von Muffen. Zwischenstücken o.dgl. zusammengesetzt werden,
beispielsweise ein Elektrodente,1 von geringem Querschnitt unter Verwendung einer
aus Kohle bestehenden Muffe mit einem Elektrodenteil von weiterem Querschnitt. Es
können auch Zwischenstücke aus Eisen oderanderenimetallisch leitendem Material Verwendung
finden. Lichtbogeii7ündu,ng und Widersta:ndsbeizung können bei einer anderen beispielsweiscri
Ausführungsform auch so kombiniert werden, dafi eine nicht glüh#ende Lichtbogenelektrode
unter Veri#Tiidung eines Kohle- oder eisernen Zwischenstückes derart mit einem zum
Glühen kommenden Elektrodenteil kombiniert wird, daß der Lichtbogen im unteren Teil
des Carbidkanals, das zum Glühen kommende Eicktrüdenstück jedoch in der Mitte oder
im oberen Teil der Azotiermasse sich befindet.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß der Querschnitt
der oberen Elektrode all-ein so bemessen wird, daß sie ganz oder teilweise zum Glühen
kommt und ihre Länge etwa o, i bis 0,3 der Ofenlänge beträgt. Ist ihr Querschnitt
gleichzeitig so gering, daß sie Temperaturen von goo bis i:zoo- erreicht. so tritt
bei gleichzeitiger Stickstoffspülung von unten nach oben eine aufsteigende Azotierun
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ein, die am Lichtbogen beginnt und s".,ch infolge der Vorwärmung durch die über
dem Lichtbogen befindliche Widerstand.selektrode schnell nach oben fortsetzt.
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Bei ;einer beispielsweisen Ausführungsform wurde in dem inneren, frei
stehenden Hohlkanal der Carbidfüllung eines feststehenden Azoti-erofens im unteren
Teil ein Eisenstab von i o mm 0 eingesetzt, der am unteren Ende auf dem Eisenbodendes
Azotiero-fens aufstand und am oberen `Ende eine Koblemuffe von 5o i= Länge trug.
Diese Anordnung bildete den unteren Pol des Lichtbogens. Eisenstab und Kohlemuff-e
ragten etwa 2o cm in die Carbidmasse hinein. Durch Führungseisen wurde der Eis-enstab
zentrisch gehalten. Die obere Elektrode bestand aus einem Eisenrohr von 15 mm äußerem
Durchmesser und i2mim lichte Weite, das an seinem untercn Ende einen Kohlestab von
15 mm 0 und 4 mm Bohrung tru-. Der Kohlestab war vermittels einer
Kohlemuffe von io cm Länge und 25 min äußerem Durchmesser an dem Eisenstab
befestigt. An seinem unteren Ende trug der Kohlestabs ebenfalls eine KohIemuffe
von 25 mm äußerem Durchmesser und 5 cm Länge. Zwischen dieser Kohl,emu#iff-e
und der des unteren Ge-genpols wurde der Lichtbogen gezündet. Der vorerwähnte Kohlestab
hatte eine Länge von etwa i m. Der aus dem Azotierofen herausragende j5-mm-Eisenstab
wurde außerhalb des Ofens mit der Stromzuleitung flexibel verbunden. Eisenstab u-nd
der daran befestigte Kohlestab wurden nach Art der Regulierung elektrischer Lichtbogenlampen
automatisch eingestellt. An das Eisenrohr wurde eine Spannung von 6o Volt angelegt
und dür Lichtbogen mit .einer Stromstärke von i5o bis Uo Amp. be-
trieben.
Der i-m-Kohlestab kam hierbei auf eine Temperatur von rund 700 bis 900# zum
Glähen und heizte hierdurch die oberhalb des Lichtbogens befindlichen Zonen des
Carbidhohlk,an,als auf höhere Temperaturen auf. Nach bereits 4o bis 45 Minuten war
die Heizzeit beendet, was einer Zündenergie von nur rund, 7 kWh entsprach.