Titel: Elektrische Oefen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1898, Band 307 (S. 14–17)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj307/ar307005

Elektrotechnik.
Elektrische Oefen.

Mit Abbildungen.

Die Elektrochemie hat in den letzten Jahren ganz ausserordentliche theoretische und praktische Fortschritte zu verzeichnen gehabt. Insbesondere gilt dies von dem Theile der Elektrometallurgie, bei dem die gewaltige Wärmeentwickelung, die der elektrische Strom bei seinem Durchgang durch schlechte Leiter der Elektricität zu erzeugen vermag, zur Durchführung des beabsichtigten Processes benutzt wird, wie sie bereits seit Jahren bei der Darstellung des Aluminiums in Anwendung stand. Während sich aber bis vor wenigen Jahren die Ausnutzung der elektrisch erzeugten Wärme im grossen Ganzen auf die Darstellung der Leichtmetalle beschränkte, hat sich gerade in der allerjüngsten Zeit ein allgemeines lebhaftes Bestreben kund gethan, die durch den elektrischen Strom erzeugbare Wärme für die verschiedensten chemischen und metallurgischen Processe dienstbar zu machen. Einen bedeutsamen Anstoss hierzu gaben die ebenso mannigfachen wie hoch interessanten Arbeiten von Moissan, Borchers u.a. Die Wiederentdeckung des Calciumcarbides, seine Verwendung für die Herstellung von Acetylen rief eine wahre Fluth von Erfindungen hervor, unter denen sich neben vielem Unsinnigen manches Brauchbare findet. Einen nicht minder bedeutsamen Anstoss gab die Entdeckung der Reducirbarkeit aller Metalloxyde, auch derjenigen, die durch die bisherigen Methoden nicht zu zersetzen gewesen waren, durch elektrisch erhitzten Kohlenstoff. Gerade bei dieser Art von Processen zeigte sich die Ueberlegenheit der elektrischen Erhitzung gegenüber allen anderen Erhitzungsmethoden: Die Concentrirung ausserordentlich hoher Hitzegrade, wie sie keine der übrigen uns bekannten Wärmeerzeugungsmethoden auch nur annähernd zu liefern vermag, auf den kleinsten Raum.

Sicherlich steht die moderne Feuerungstechnik auf einer hohen Stufe der Entwickelung. Die Einführung des Regenerativsystems in Verbindung mit der Gasfeuerung |15| war zweifelsohne ein ganz bedeutender technischer Fortschritt, dem die gesammte Technik die Lösung vieler wichtiger Probleme zu danken hat. Allein der kleinste elektrische Ofen besitzt vor dem vorzüglichst construirten Gasregenerativofen ganz erhebliche Vortheile, die jener niemals erreichen kann.

Bei der gewöhnlichen Feuerungsmethode, selbst bei der Verbrennung von hoch erhitztem Gas mittels gleichfalls möglichst hoch vorgewärmter Luft, ist es durchaus unmöglich, die Wärme derartig, wie im elektrischen Ofen, an einen bestimmten Ort zu fesseln und hier beliebig hoch zu steigern. Wir erreichen immer nur ein Fliessen der erzeugten Wärme, wobei aber beständig ein grosser Theil derselben von der Erhitzungsstelle fortgeführt wird, indem er in Form gasförmiger Producte den Ofen verlässt. Alles was wir thun können, um einen möglichst grossen Theil der entwickelten Wärme für unsere Zwecke zu gewinnen, besteht darin, die abziehenden heissen Verbrennungsproducte zur Vorwärmung von Gas und Luft heranzuziehen. Allein es liegt in der Natur der Sache, dass trotzdem ein grosser Theil der Wärme verloren geht.

Ein weiterer Nachtheil dieser Erhitzungsmethode ist ferner der beträchtliche Gehalt der Luft an Stickstoff – dem Volumen nach etwa ⅘ –, der an der Verbrennung oder besser gesagt an der Wärmeentwickelung nicht nur nicht Theil nimmt, sondern sogar einen erheblichen Theil der erzeugten Wärme zu seiner eigenen weiteren Erwärmung beansprucht.

Aber selbst wenn es gelänge, durch ein ebenso einfaches wie billiges Verfahren den Stickstoff der Luft von dem Sauerstoff abzuscheiden, wenn man dadurch in den Stand gesetzt würde, für die metallurgischen Feuerungen reinen Sauerstoff statt der atmosphärischen Luft zur Verbrennung des Heizgases zu verwenden, wenn die Verbrennung selbst hierdurch eine intensivere und die Hitze eine beträchtlichere würde, so würde man dennoch nicht auf diesem Wege die so ausserordentlich hohen Temperaturen, die der elektrische Ofen ohne besondere Schwierigkeiten liefert, auch nur annähernd zu erzielen vermögen.

Die Dissociationserscheinungen der Gase, die in höheren Temperaturen auftreten und schliesslich das Vereinigungsbestreben der reagirenden Substanzen und somit die weitere Erzeugung von Wärme auf Null reduciren, setzen den möglichen höchsten Temperaturgraden eine obere Grenze, die durch keine noch so vollkommene Einrichtung der Oefen, durch keine noch so vollständige Ausnutzung der erzeugten Wärme überschritten werden kann. Es erweist sich somit das Fliessen der Wärme bei den gewöhnlichen metallurgischen Feuerungen sogar als ein durchaus nothwendiges Mittel, den zu behandelnden Stoff möglichst hoch erhitzen zu können. Es muss eben durch die (wenn es erlaubt ist zu sagen) Masse der entwickelten Wärme jener Mangel nach Möglichkeit ausgeglichen werden.

Dies Fliessen der Wärme findet bei den elektrischen Oefen nicht statt. Hier kann die durch einen elektrischen Lichtbogen oder durch einen schlechten Leiter der Elektricität, z.B. einen dünnen Kohlestab, erzeugte Wärme auf einen beliebig kleinen Raum concentrirt werden. Gasförmige Reactionsproducte, die einen grossen Theil der entwickelten Wärme mit sich fortführen würden, sind entweder gar nicht vorhanden oder doch, wie z.B. bei der Calciumcarbidfabrikation, nur in erheblich geringerem Maasse zu fürchten. Die obere Erhitzungsgrenze1) liegt zudem für den elektrischen Strom so hoch, d.h. die durch den elektrischen Strom erzeugbaren Hitzegrade sind so enorme, dass sie sich für alle bisher ausgeführten Schmelz- und Reductionsprocesse als mehr als hinreichend erwiesen haben.

Ausserdem ist auf die Feuerbeständigkeit der Ofenmaterialien, die bei den Regenerativgasfeuerungen einem allzu forcirten Betriebe sehr oft ein Halt gebieten, bei den elektrischen Oefen kaum irgend welche Rücksicht zu nehmen: der Ofen wird aus demselben Stoffe, der geschmolzen bezieh. reducirt werden soll, hergestellt. Schliesslich kann in jeder beliebigen Atmosphäre, im Vacuum oder unter vermehrtem Druck, ja, wenn erforderlich, unter Wasser, gearbeitet werden, wie z.B. bei dem Schweissverfahren von Lagrange und Hoho (vgl. 1895 298 64. 1896 304 295).

Diese ganz aussergewöhnlichen Vortheile haben die rapide Entwickelung und Vervollkommnung der elektrischen Oefen, sowie die Vielseitigkeit ihrer Verwendung nach sich gezogen. Alle Nachtheile und Uebelstände, die sie besitzen, und als deren hauptsächlichster wohl die Kostspieligkeit ihres Betriebes zu nennen ist, haben hieran kaum etwas zu ändern vermocht.

Bekanntlich erzeugt der elektrische Strom, wenn er einen schlechten Leiter der Elektricität zu durchflössen gezwungen wird, Wärme. Ein dünner Stab aus reinem Kohlenstoff zwischen die beiden Pole einer Elektricitätsquelle eingeschaltet, wird je nach den Stromverhältnissen erwärmt, geräth ins Glühen, ja wird zum Schmelzen und sogar zum Verdampfen gebracht. Aehnlich verhalten sich andere schlechte Leiter der Elektricität, die hierbei ausserdem noch, falls sie zusammengesetzte Körper darstellen, eine Zersetzung in ihre Elemente erleiden.

Nähert man zwei Kohlestäbe, die mit einem genügend kräftigen Stromerzeuger verbunden sind, einander, so überspringt der elektrische Strom als Lichtbogen die zwischen ihren Spitzen liegende Luftschicht. Beide Arten der Wärmeerzeugung haben bei den vorhandenen elektrischen Oefen in den mannigfachsten Modificationen Anwendung gefunden. Beide Methoden, die man füglich beide als Widerstandserhitzung bezeichnen kann, unterscheiden sich wesentlich dadurch von einander, dass bei gleicher Entfernung der Pole von einander die erstere mit niedrigen Spannungen aber grossen Stromstärken, die letztere umgekehrt mit hohen Spannungen aber geringen Stromstärken arbeitet.

Zur besseren Eintheilung des Stoffes wird es sich nach dem Vorgange von Borchers empfehlen, die erstere Methode als Widerstandserhitzung, die letztere hingegen als Lichtbogenerhitzung zu bezeichnen.

I. Widerstandserhitzung,

1) Die zu erhitzende Substanz befindet sich in oder um einen elektrisch erhitzten Widerstand.

Sämmtliche Oefen dieser Gattung lassen sich auf zwei sehr einfache Grundformen, aus denen sie hervorgegangen sind, zurückführen. Die eine ist der von Depretz im J. 1849 vorgeschlagene Ofen, der in Fig. 1 abgebildet ist, |16| und einem Berichte der Comptes rendus, Bd. 29, zufolge aus einem 7 mm weiten und 23 mm langen Rohre aus Zuckerkohle bestand, das durch zwei Stöpsel aus gleichem Materiale verschlossen war. Die zu erhitzende Substanz wurde in das Rohr eingeschoben und dieses dann mittels der beiden Verschlussplatten in einen elektrischen Stromkreis eingeschlossen. Je nach der Stärke des durch das Rohr gehenden elektrischen Stromes kann jeder beliebige durch Widerstände leicht zu regelnde Hitzegrad beliebig lange Zeit aufrecht erhalten werden.

Textabbildung Bd. 307, S. 16

Neuerdings hat A. F. W. Kreinsen in Ottensen seinem elektrischen Ofen (Fig. 2 bis 4) diese Form zu Grunde gelegt, mit dem er ein gefahrloses Schmelzen von Metallen und einen blasenfreien Guss zu erzielen angibt. Es ist f der zwischen die Polklemmen a und b eingespannte röhrenförmige Ofen aus Kohle und r ein Sammelbassin für das aus der unteren Ofenöffnung abtröpfelnde Metall. Zur besseren Zusammenhaltung der Hitze sind beide Enden der Röhre stark verengt. Gleichzeitig wird hierdurch ein zu frühzeitiges Austreten von noch unvollkommen geschmolzenem Metall aus dem Ofen zu verhindern bezweckt. Um eine Aufnahme von Kohle aus dem Erhitzungsrohr in das Metall unmöglich zu machen, ist in den Graphit- oder Kohletiegel h ein zweiter Tiegel q aus Chamotte eingesetzt, der somit durch den Kohletiegel erhitzt wird. Etwaige durch die ungleiche Ausdehnung von Kohle und Chamotte hervorgerufene Spannungen, die unter Umständen zu einem Zerspringen der Rohre Veranlassung geben könnten, beseitigt Kreinsen durch Einschaltung einer nachgiebigen Zwischenschicht t aus Asbest, Glimmer o. dgl. Das äussere Rohr k aus Kohle besteht aus zwei Längshälften, um bei Schadhaftwerden des inneren Chamotterohres dieses leicht auswechseln zu können. Die beiden Hälften des Kohlerohres werden durch die konischen Bohrungen der beiden Polklemmen a und b, die durch eine Feder e zur Sicherung eines guten Contactes gegen die abgestumpften Enden des Rohres h gepresst werden, zusammengehalten. Um das Ganze wird eine Wärmeschutzmasse d angeordnet.

Der Sammelbehälter r ist im Wesentlichen von gleicher Construction.

Will man mit diesem Ofen grössere Metallmengen schmelzen, so bedient man sich der durch Fig. 3 und 4 veranschaulichten Ofenanlage, die aus mehreren Schmelztiegeln f der vorbeschriebenen Art besteht. Das Sammelbassin r wird dann zweckmässig für sämmtliche Oefen gemeinschaftlich angelegt und kann, wie angedeutet, wenn nöthig gleichfalls durch den elektrischen Strom erhitzt werden. (D. R. P. Nr. 73582.)

Textabbildung Bd. 307, S. 16

An dieser Stelle mag auch der elektrische Schmelzofen des Amerikaners Michael R. Conley in Brooklyn (Amerikanisches Patent Nr. 558357) genannt werden, von dem Fig. 5 einen senkrechten Schnitt darstellt. Der Ofen besteht aus einem länglichen Behälter a0, aus einem den elektrischen Strom schlecht leitenden Material, als welches Conley eine Mischung von Graphit und Thon vorschlägt. Je nach dem Mischungsverhältniss beider und der Natur des Schmelzgutes wird der elektrische Strom entweder in der Hauptsache seinen Weg durch die Behälterwandungen oder aber durch das in dem Behälter befindliche Material nehmen. Zur Vermeidung von Wärmeverlusten ist der Behälter in einem Mauerwerk b0 angeordnet und durch einen doppelten Deckel während des Schmelzens verschlossen.

Durch das Mauerwerk gehen auf beiden Längsseiten des Behälters Zapfen, mit denen die elektrischen Kabel leitend verbunden sind. Die Zapfen und die Contactstücke c0 sind beide halbrund gestaltet, liegen mit ihren |17| eben zugerichteten Flächen auf einander und sind zunächst mit einer dicken Schicht Asbest umwickelt. Diese umgreift der Klemmring c, durch dessen Klemmschraube d der Zapfen und das Contactstück c0 fest gegen einander gepresst werden. Ausserdem werden diese beiden Theile von einem hohlen Metallring r0 umschlossen, durch dessen Höhlung Wasser circuliren kann, welches durch das Rohr r1 ein- und durch r2 wieder austritt. Diese Wasserkühlung soll Erhitzungen an der Stromübergangsstelle verhindern.

Textabbildung Bd. 307, S. 17

Das geschmolzene Gut wird durch eine an der Schmalseite des Behälters a0 angeordnete Abstichöffnung b abgelassen.

(Fortsetzung folgt.)

|15|

Die höchsten in elektrischen Oefen erzielbaren Temperaturen dürften mit 4000° C. nicht zu hoch angegeben sein. Die höchst erreichbaren Temperaturen der Gasregenerativöfen werden auf etwa 2000° C. geschätzt.

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