Winkler Prins Encyclopedie

E. de Bruyne, G.B.J. Hiltermann en H.R. Hoetink (1947)

Gepubliceerd op 23-01-2023

ELECTROTHERMIE

betekenis & definitie

Onder electrothermische reacties verstaat men omzettingen, die verlopen bij temperaturen, die zo hoog zijn, dat men ze alleen door electrische verhitting kan bereiken, zoals de bereiding van calciumcarbide, siliciumcarbide (carborundum), kunstmatig grafiet e.d. Men heeft hier dus niet te maken met een specifieke werking van de electriciteit, zoals bij de electrolyse; bovendien is de apparatuur geheel anders.

Het komt er hier op aan, ovens te construeren, waarin deze verhitting kan plaats vinden. Toen men daarin geslaagd was, bleek de electrische verhitting zoveel voordelen te hebben boven een verhitting met brandstoffen, dat men ze ook met succes kon gebruiken voor processen, die niet zulke extreem hoge temperaturen vereisten. Dit heeft gemaakt, dat tegenwoordig ook voor het smelten van metalen de electrische verhitting op grote schaal wordt toegepast, speciaal in de staalindustrie.Het eerste product, dat electrothermisch gemaakt werd, is calciumcarbide. Dit werd in 1892 door Moissan op laboratoriumschaal gemaakt in de electrische oven van onderstaande constructie. A is een blok van gebrande kalk. B een blok kalk, waarvan de rand op A sluit. Er zijn tussen A en B twee openingen gelaten, waardoor de koolelectroden C gaan. Deze zijn verbonden met de kabels D, die de stroom toevoeren. De electroden zijn verschuifbaar, zodat haar onderlinge afstand gevarieerd kan worden. In de oven is een kroes E geplaatst, waarin het reactiemengsel, bijv. CaO + C, gebracht wordt. Wanneer de oven ontstoken wordt, vormt er zich een lichtboog tussen de uiteinden van C. De warmteontwikkeling van deze lichtboog brengt de oven op een zeer hoge temperatuur, zodat er een reactie plaats vindt volgens de vergelijking: CaO + 3C -> CaC2 + CO. Als de omzetting afgelopen is en men laat afkoelen, vindt men de kroes gevuld met calciumcarbide. (Voor de technische bereiding z calciumcarbide).

Bij de technische carbideoven vindt de warmteontwikkeling gedeeltelijk plaats in de lichtboog, die brandt tussen de electrode en de charge, gedeeltelijk is zij ook een gevolg van een directe stroomdoorgang door de charge. Deze zelfde ovens worden gebruikt voor het maken van ferro-alliages (legeringen van ijzer met andere metalen of metalloïden), bijv. FeSi, FeCr, FeMn enz. Dit wordt bereid door de metaaloxyden, gemengd met kool, in een electrische oven te gloeien, waarbij de oxyden gereduceerd worden tot metalen, die zich met elkaar legeren. De hierbij ontstane ferro-alliages vinden een grote toepassing in de staalindustrie.

De warmteontwikkeling is hier alleen afkomstig van de lichtboog, die tussen de electrode en de charge brandt. Hier is de warmteontwikkeling dus plaatselijk geconcentreerd en alleen bij een goed geleidende charge kan men dus een tamelijk gelijkmatige temperatuur in de oven verkrijgen. Bij andere processen, waar een constante temperatuur van belang is, moet men een andere wijze van verwarming en dus een andere ovenconstructie toepassen, zoals bij het maken van carborundum, CSi. Dit vormt zich bij het verhitten van zand met koolstof boven 1600 gr volgens de vergelijking: SiO2 + C -> SiC + 2CO. Er vormt zich bij deze temperatuur amorf carborundum, dat bij 1900 gr tot 2000 gr overgaat in kristallijn carborundum, dat zich bij hoger temperatuur boven 2200 gr weer dissocieert in C + Si. Men is hier dus aan een betrekkelijk klein temperatuurgebied (1900-2200 gr) gebonden (z carborundum).



Electrografiet
wordt gevormd in een oven van een analoge constructie als carborundum. Het verschil is echter, dat men niet een afzonderlijke kern nodig heeft, maar dat de kool, die in grafiet omgezet moet worden, tevens als kern dient. De koolstaven liggen in gekorrelde kool en de stroom doorloopt de koolkorrels en de koolstaven. De warmteontwikkeling brengt de oven op temperatuur en na verloop van tijd is alle kool omgezet in grafiet. De snelheid waarmee dit gebeurt, is echter voor verschillende koolsoorten verschillend. Voor een snel verloop is de aanwezigheid van een carbidevormende katalysator (Fe, Si) nodig.

PROF. DR A. H. w. ATEN

< >