DE290498C

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■KAisERLlGHES

PATENTAMT»

PATENTSCHRIFT

; - Λ! 290498. -KLASSE 2\h. GRUPPE

Dr. EMIL PODSZUS in NEUKÖLLN.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 3. Dezember 1912 ab. '

Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein

. Verfahren zum Schmelzen sogenannter feuerfester Materialien, z. B. Aluminiumoxyd, , Zirkonoxyd, Thoroxyd u. dgl., die auch bei, höheren Temperaturen schlechte Leiter der. Elektrizität und Leiter zweiter Klasse sind,' und zwar mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens. , \

Das saubere Erschmelzen größerer Mengen

ίο vorgenannter Stoffe stieß bisher auf außerordentliche Schwierigkeiten, sobald man sie auch nur in einigermaßen reinem Zustande erhalten wollte; da der Schmelzpunkt schon so., hoch liegt, daß bei Anwendung von Kohle, die ja allein als Heizkörper in Frage kommt, bei Temperaturen von 2000° ab eine fast vollständige Karbidierung und Zersetzung eintritt., Daher ist es bisher nur gelungen, z.B. nur,'; einige Gramm Zirkonoxyd rein mit Hilfe eines ,

ao außerordentlich starken elektromagnetischen Gebläses (Weiß, Zeitschrift für anorganische Chemie, Band 65, Seite 178 u. f.) und Thoroxyd nur in kleinen■ Tropfen in der. Bcrthelotschen Bombe (v. Wartenberg) zu schmelzen.

Demgegenüber ist man in der Lage, mit dem Verfahren gemäß vorliegender Erfindung selbst die schwerst schmelzbaren Stoffe, wie beispielsweise Zirkonoxyd, in großen Mengen und in sehr feiner Qualität zu schmelzen, da man hier Temperaturen erreicht, die mit dem gewöhnlichen Lichtbogen überhaupt nicht zu erzielen sind, so daß man in der Lage ist, mit verhältnismäßig geringem Energieaufwand

und einfachsten Hilfsmitteln das Schmelzgut, insbesondere Zirkonoxyd, das rein zu schmelzen bisher überhaupt nicht gelungen war, kiloweise zu schmelzen.

Eine Erschmelzung nach Art der gewöhnlich — insbesondere für Quarz und Karbide — angewandten Methoden, z. B. um elektrisch geheizte Kohlekerne herum, erwies sich für die Gewinnung karbidfreien Materials als nicht ausführbar, da die angewandten Temperaturen so hoch gesteigert werden müssen, daß schon lange vor dem Schmelzen Karbidierung unter

j starker Gasentwicklung- eingetreten ist, wodurch zwar gute Leitfähigkeit, aber kein gut erschmolzenes Produkt gewonnen wird.· Das Gleiche gilt von den gewöhnlichen Verfahren,

-im Lichtbogen zu schmelzen, z.B. im Ofen nach Art des Moissanschen. Auch dort treten gleiche Erscheinungen ein. '

Da der elektrische Widerstand der erwähnten Materialien auch noch kurz vor dem Schmelzen verhältnismäßig hoch ist, dann aber sehr schnell sinkt, so ist es nicht möglich, in einfacher Weise die zum Schmelzen notwendigen Energiemengen durch reine Widerstandserhitzung an einem Punkte zu vereinigen, ohne starke Reduktionen zu erzeugen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Das Schmelzgut befindet sich in einem trogartigen Gefäß, dessen Boden zweckmäßig* aus feuerfestem Material, beispielsweise Schamotte, hergestellt ist, während die zylindrische Wandung aus einem Eisenblechmantel 3 gebildet wird. Durch

den Boden 2 ist eine Elektrode, beispielsweise eine . Rollenelektrode, 4 liindurchgeschobcn, die ein Stück in den Trog hineinragt. Oberhalb derselben ist eine zweite Elektrode 5 vorgesehen, die ebenfalls aus Kohle oder einem anderen geeigneten Material bestehen kann. Diese Elektrode wird zunächst mit der unteren in Berührung gebracht und während des \⁷crfahrens mit Hilfe einer hier nicht gezeichneten Aufzugsvorrichtung, beispielsweise eines Zahntriebes o. dgl., langsam Und kontinuierlich oder stufenweise von der anderen Elektrode entfernt. .

Das Schmelzgut τ füllt den Raum um die Elektroden 4 und 5 und lagert sich um dieselben herum, und zwar muß die Elektrode 4 weit genug in das zu erschmelzende Material eingebettet sein,, um so weiter, je dicker sie

ist. ■ ■■...■■■■■ ' : ■ ■"·■

ao Soll ■ das Verfahren begonnen werden, so wird zunächst die obere Elektrode etwas angehoben, nachdem der Strom, eingeschaltet ist, und es bildet sich dann ein Lichtbogen, der zunächst die nächstgelegenen· Teile des Schmelzgutes beheizt. Dadurch wird die Atmosphäre, in der sich der Lichtbogen befindet, stark erhitzt, und man ist imstande, die obere Elektrode noch weiter zu entfernen, ohne daß der Lichtbogen abreißt. Infolge der Verlängerung des Lichtbogens wird in demselben eine vergrößerte Energiemenge in' Wärme umgesetzt, und es beginnt das in der Nachbarschaft befindliche Schmelzgut zu schmelzen. Der Vorgang spielt sich dann etwa so ab, wie in Fig. 2 veranschaulicht. Es bildet sich um den Lichtbogen herum ein Hohlraum 6, dessen Wandung aus teigigem oder geschmolzenem Material 7 gebildet wird. Die geschmolzene Masse läuft nun nach unten und überdeckt die untere Elektrode mit flüssigem Schmelzgut. In. diesem Zustande ist das letztere relativ gut leitend, und es kann daher nunmehr an die Stelle der unteren Elektrode. treten, da der Lichtbogen auch auf der Ober- , fläche des geschmolzenen Leiters zweiter Klasse steht.

Damit dieser Zustand bestehen kann, muß die untere Elektrode dauernd auf sehr hoher Temperatur gehalten werden, im besonderen die Berührungsstelle von Schmelze und Zuführungselektrode. Dies geschieht durch passende AVahl der Elektrodendicke und genügend sichere Einbettung, hier z.B..in das Schmelzmaterial, das sehr gutes Isolationsvermögen besitzt. Wegen des verhältnismäßig sehr großen Widerstandes der Materialien brauchen selbst zur Erschmelzung größerer Mengen die Elektroden nicht sehr stark gewählt zu werden. . ' .

Füllt sich der untere Teil der Höhlung allmählich mit geschmolzenem Material, so wird die Elektrode 5 weiter in die 'flöhe gerückt, und es gelangen nunmehr die weiter oberhalb gelegenen Schichten des Schmelzgutes zum Schmelzen. Ist der Prozeß vollendet, so erhält man einen großen Klumpen des Schmelzgutes, dem von außen her noch einige Bestandteile des nicht geschmolzenen Materials anhaften. Dieses wird alsdann entfernt, und , man hat die geschmolzene Masse in großen massiven Stücken.

Sofern man das Schmelzgut durch einen Kanal 8 nach außen abführt, kann man dasselbe auch in beliebigen, geeigneten Formen auffangen. Es muß jedoch immer so viel geschmolzene Masse im Ofen verbleiben, daß die • untere Elektrode damit bedeckt bleibt.

Für die Ausführung des Verfahrens ist es von Bedeutung, daß das Ausgangsmaterial einen verhältnismäßig körnigen Charakter besitzt, da zu feines Pulver umhergeschleudert werden und den Lichtbogen zum Erlöschen bringen würde.

Es ist zweckmäßig, den Lichtbogen möglichst lang auszuziehen, bei einer Spannung 8s von 220 Volt an den Elektroden beispielsweise bis auf etwa 20 cm. Bei größerer Länge des Lichtbogens wird nämlich die überwiegende Menge an elektrischer Energie im Lichtbogen selbst und nicht an den Elektroden in Wärme umgesetzt, so daß ein schnelleres Schmelzen stattfindet.

Während ferner bei einem kurzen Lichtbogen infolge der Nähe der Elektroden fast der ganze Lichtbogen gleichmäßig von abgestäubten Partikeln der Elektrode erfüllt ist, so daß notgedrungen das Schmelzgut mit diesen Partikeln verunreinigt wird, finden sich nach den Versuchen des Erfinders solche Verunreinigungen bei einem langen Lichtbogen nur in nächster Nähe der Elektroden.

Aus diesem Grunde kann man nach dem vorliegenden Verfahren, ein sehr reines Schmelzprodukt erhalten. Außerdem spricht aber dabei · noch der Umstand mit, daß, wie Versuche gezeigt haben, die größte Hitze und die heftigste Sehmelzung etwa in halber Höhe des Hohlraumes 6 und bei flüssiger Elektrode an der Eintrittsstelle des Bogens in das Schmelzgut stattfinden, so daß also der no Schmelzprozeß fast ausschließlich im Lichtbogen und an seiner Eintrittsstelle stattfindet; denn der Bogen nimmt bei Anwendung des vorliegenden Verfahrens Temperaturen an, die sonst bei demselben nicht zu erzielen sind, da sie vielleicht mehrere tausend Grad höher sind, und demzufolge wird eine außerordentlich erhöhte Wärmestrahlung erzeugt, die unabhängig von der Berührung des Materials mit dem Lichtbogen im wesentlichen zur iao Sehmelzung des Gutes beiträgt.

Die Länge des Bogens ermöglicht sich da-

. durch, daß das Schmelzgut den Lichtbogen umschließt und der Zutritt äußerer Luft und die damit verbundenen unregelmäßigen Strömungen zu demselben nahezu verhindert werden. Dabei ist bekanntlich der Abbrand der Kohlen unter Luftabschluß ein ganz minimaler, so daß also auch aus diesem Grunde überhaupt wenig Kohle zur Zerstäubung gelangt, was gleichfalls von Einfluß auf die Reinheit

ίο des Brenngutes ist.

Jm übrigen erhöhen aber auch die von dem in geringen Teilen verdampfenden Schmelzgut ausgehenden Dämpfe die Leitfähigkeit der den Bogen umschließenden Atmosphäre;

ig auch aus diesem Grunde kann derselbe daher auf besonders große Länge gebracht werden.

Praktisch liegen die Verhältnisse so, daß

bei Anwendung von Kohlenelektroden der im Ofen · erzeugte, geschmolzene Klumpen von

ao außerordentlicher Reinheit ist und nur an der Berührungsstelle· mit der unteren Elektrode eine gewisse Karbonisierung zeigt. Diesen geringen Bruchteil von karbonisiertem Material kann man leicht entfernen.

as An Stelle der in vorliegendem Ausführungsbeispiel erwähnten Kohlenelektroden ' können natürlich auch andere Elektroden aus schwer schmelzbaren Stoffen, je nach der Beschaffenheit des Schmelzgutes, Verwendung

finden. . ·;.'

Der zur Verwendung gelangende Apparat

kann auch in mannigfacher Weise geändert werden. Er läßt sich beispielsweise anstatt stehend auch liegend anordnen, indem die Elektroden horizontal geführt werden und dergleichen mehr. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß bei stehender oder geneigter Anordnung der Elektroden der Lichtbogen länger gezogen werden kann als bei liegender Anordllung derselben, jedoch ist man in der Lage, bei letzterer beide Elektroden mit Schmelzgut zu überdecken und auf diese Weise die Berührung des Lichtbogens mit den Elektroden überhaupt auszuschalten.

Bei der vorliegenden Erfindung ist durch die Ausbildung des Schmelzgutes als ^: untere Elektrode der Vorteil erreicht, daß bei fortschreitender Schmelzung die untere Elektrode überhaupt nicht mehr mit dem Lichtbogen in Berührung kommt, und daß die Dämpfe des geschmolzenen Gutes diejenige Atmosphäre bilden, in welcher der Lichtbogen erzeugt wird. Hierdurch wird große Sauberkeit des Materials, insbesondere die Verhinderung einer Bildung von Karbiden auch bei Benutzung· von Kohlenelektroden erreicht. Des ferneren wird bei dem neuen Verfahren der weitere Vorzug erreicht, daß durch das Nachfließen des Schmelzgutes gewissermaßen die untere Elektrode selbsttätig erhöht wird, und auf diese Weise auch durch die immer weitere gezogene obere Elektrode man in einem Arbeitsgang sehr große Mengen Materials schmelzen kann. ■

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen von Zirkonoxyd, Thoroxyd oder anderen sehr hoch schmelzenden, bei mäßigen Tempc-

. raturen noch nicht leitenden Stoffen, die :■■'; zu den Leitern zweiter Klasse gerechnet werden, mit Hilfe eines inmitten des zu : schmelzenden Stoffes brennenden elektri-'■'· 'sehen Lichtbogens, dadurch gekennzeichnet, daß, nachdem der Lichtbogen gezün-.'■;.·.' det ist, eine oder beide Elektroden von ·.'·; dem geschmolzenen, die Enden der strom- : zuführenden Leiter bedeckenden Leiter ^; zweiter Klasse gebildet werden, wozu das * ■;"■■·■':-den Strom leitende geschmolzene Gut— V, z.B. durch wärmeisolierende Einbettung '■'■·'■■'..— auf so hoher Temperatur gehalten wird, •daß es für den Übergang des Stromes ge-^1;V_-nügend leitfähig bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch ·.".:'■; gekennzeichnet, daß der Lichtbogen auf

:..''.!..'" möglichst große Länge innerhalb des ' Schmelzgutes gebracht wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.