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Kathodenwanne für Aluminiumelektrolyseöfen
Die Kathodenwannen der Aluminiumelektrolyseöfen bestehen aus einem mit angenietetem, angeschraubtem oder angeschweisstem Stahlboden versehenen Stahlgefäss, das im allgemeinen im Inneren, d. h. seitlich und am Boden mit einer oder mehreren Lagen feuerfester Steine ausgekleidet ist, auf die am Boden und an den Seitenw nden eine Kohleschicht, bestehend entweder aus gebrannten Kohleblöcken oder aus gestampfter oder gegossener Kohlemasse, aufgebracht wird. Die mit feuerfesten Steinen ausgemauerte und mit Kohleauskleidung versehene Wanne stellt das Gefäss der Zelle dar, in der sich der elektrolytische Vorgang der Aluminiumgewinnung abspielt.
In der Wanne befindet sich da feuerflüssige Bad, das im wesentlichen aus geschmolzenem Kryolith mit einem, gewissen Überschuss an Aluminiumfluorid und im Fluss gelöster Tonerde besteht und in das von oben her die aus Kunstkohle bestehende Anode eintaucht. Am Boden der Kohlewanne sammelt sich das elektrolytisch abgeschiedene Metall an und bildet hier gleichzeitig die Kathode der Elektrolysezelle.
Die stählerne Ofenwanne besteht im allgemeinen aus einem ebenen Bodenblech mit Rippenversteifungen an der Unterseite, auf das der in seinem Umfang durch Profileisen und Rippen versteifte Mantel aufgeschraubt, genietet oder geschweisst wird.
Die Wanne stellt im allgemeinen, u. zw. sowohl im Querschnitt wie auch in der Draufsicht, einen rechteckigen Kasten dar. Aus Festigkeitsgründen werden häufig die durch die Seiten-und Längswände gebildeten senkrechten Ecken mehr oder weniger stark abgeschrägt oder abgerundet, so dass die Ofenwanne in der Draufsicht als Rechteck mit abgerundeten Ecken erscheint. Bei Öfen hoher Stromstärke, d. h. bei Öfen von 40000 A und darüber, strebt man für die Ofenwanne häufig eine Form an, die sich in der Drauf- sicht einem länglichen Oval nähert. Die Ausbildung solcher Ofenwannen geschieht meistens in der Form, dass man die senkrechten Seitenwände an den beiden Schmalseiten der Wanne mit je vier oder einer noch grösseren Zahl mehr oder weniger stark abgerundeten Ecken versieht.
In Fig. 1 ist eine solche normale, rechteckige Ofenwanne 1 im Querschnitt dargestellt. Über der Ofenwanne sind die Umrisse der Anode 2 angedeutet, die eine Söderberganode sein oder aus mehreren vorgebrannten Anodenblöcken bestehen kann. Die Kathodenwanne 1 besitzt ein verstärktes Stahlgefäss 3
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und seitlich mit Kohlestampfmasse 6 so ausgekleidet, dass sich ein Badquerschnitt ergibt, der sich nach oben erweitert. Die Kohleblöcke weisen auf ihrer Unterseite Nuten auf, in die Stahlschienen 7, die sogenannten Kathodenbarren, eingestampft oder eingegossen sind. Die horizontalen Enden dieser Schienen sind durch die Seitenwände 8 der Ofenwanne nach aussen geführt und dort mit den kathodischen Stromableitungen 9 verbunden.
Es sind bereits Ofenwannenformen ausgeführt worden, bei denen die Seitenwände 8 der Kathodenwan- ne in ihrem unteren Teil 10 rechteckig eingezogen sind. Es soll dadurch erreicht werden, dass die Kaiho- denschienen 7, die während des Cfenbetriebes verhältnismässig heiss werden und dementsprechend hohe Spannungsverluste hervorrufen, so kurz wie möglich gehalten werden. Fig. 2 zeigt eine derartig eingezogene Wannenform.
Die Wannenform nach Fig. 2 unterscheidet sich auch festigkeitsmässig nicht unerheblich von der normalen, rechteckigen Wannenform. Durch den Einzug entsteht aus der ursprünglich senkrechten Wand ein Z-Profil mit entsprechend hohem Widerstandsmoment, so dass Ofenwannen mit eingezogenen Seitenwänden gegenüber horizontalen Schubkräften, die hauptsächlich durch die Wärmedehnung der Wannenauskleidung entstehen, wenigstens in ihrem unteren Teil praktisch unelastisch sind.
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Während des Ofenbetriebes bildet sich nun in der Ofenwanne ein Fluss- und Metallbett 11 bzw. 12 aus, dessen Form mit der ursprünglichen Form der Kohlewanne keineswegs mehr übereinstimmt. Durch
Risse in der Kohleauskleidung dringen Ofcnfluss, Metall und auch Natrium in Boden und Seitenwände der
Kohlewanne ein, wodurch deren Oberfläche zum Teil abgetragen und zerstört wird. Dieser Erscheinung wirkt ein anderer Vorgang entgegen, nämlich die Bildung von Flussansätzen 13 an Seitenwänden und Bo- den der Kohlewanne. Besonders die Seitenwände wachsen meist in ihrem oberen Teil mehr oder weniger stark dadurch zu, dass sich erstarrter Fluss daran festsetzt. Die Folge ist die Bildung eines Fluss- und Me- tallbettes, wie es in Fig. 1 gestrichelt dargestellt ist.
Danach weist das Fluss-und Metallbett meist in seinem unteren Teil über den ganzen Umfang durchgehende Aushöhlungen auf, durch die es gegenüber der ursprünglichen Wannenform erweitert wird.
Systematische Betriebsuntersuchungen haben nun ergeben, dass die Form des Metall- und Flussbettes einen erheblichen Einfluss auf die Ofenspannung, die Stromausbeute und damit auch auf den spezifischen
Energieverbrauch der Aluminiumelektrolyse ausübt. Je weiter das Bett ist, d. h. je stärker die genannten
Aushöhlungen der Seitenwand des Metall- und Flussbettes in seinem unteren Teil sind, mit desto höherer
Ofenspannung und mit desto niedrigerer Stromausbeute arbeitet der Aluminiumofen.
Es gibt verschiedene Gründe für diese Erscheinung. Als hauptsächlicher Grund ist der folgende zu nennen : Die in die Schmelze eintauchenden Anoden brennen nach Massgabe des bei der Elektrolyse freiwerdenden Sauerstoffes unter Bildung von CO bzw. CO2 ab. Die Oberfläche des Metallsumpfes am Boden der Ofenwanne steigt nach Massgabe der elektrolytischen Abscheidung des Aluminiums an der Kathode von einem Schöpf Vorgang zum nächsten. Da nun der Abbrand der Anoden im allgemeinen schneller erfolgt als der Anstieg des Metallspiegel, besteht bei den Aluminiumöfen die Tendenz, dass ohne dauerndes
Herunterregulieren der Anode, das sich im Betrieb im allgemeinen praktisch nicht durchführen lässt, der Elektrodenabstand von einer Ofenbedienung zur nächsten immer mehr zunimmt.
Diese Tendenz ist natürlich desto grösser, je weiter das Metallbett ist.
Mit zunehmendem Elektrodenabstand steigt aber die Ofenspannung an und damit auch die Ofentemperatur. Die Folgen davon sind hohe mittlere Ofenspannung und hohe mittlere Flusstemperatur. Hohe Flusstemperatur bedeutet aber niedrige Stromausbeute bei der kathodischen Abscheidung des Aluminiums.
Der spezifische Energieverbrauch der Aluminiumelektrolyse wird infolgedessen desto höher, je weiter ausgehöhlt die Wanne durch die Fluss- und Metallbäder im Aluminiumofen ist.
Je enger anderseits das Bett ist, in dem sich das Metall ansammelt, desto schneller erfolgt der Anstieg der Oberfläche des Metalles. Die Folge hievon sind niedrigere Ofenspannung, geringere Ofentem- peratur, höhere Stromausbeute und günstigerer spezifischer Energieverbrauch.
Allerdings besteht auch eine Grenze für die Verengung des Fluss-und MeiaTIbettes. Ist das Metallbad zu stark eingezogen, so wird der Abstand zwischen äusserer Anodenkante und der durch den erstarrten Fluss gebildeten Seitenwand zu gering ; es treten an diesen Stellen lokale Überströme auf, die Spannung wird unruhig und die Anode muss gehoben werden. Wie die Erfahrung gezeigt hat, ist die günstigste Form des Fluss- und Meta1lbettes die, bei welcher der Ansatz der Neigung der durch den erstarrten Fluss gebildeten Seitenwand am Boden direkt unterhalb der äusseren Kante der Anode bzw. der Anoden liegt, wie in Fig. 3 dargestellt.
Durch die systematischen Betriebsuntersuchungen konnte festgestellt werden, dass es gelingt, wenn auch in unvollkommener Weise, ein in obigem Sinn verengtes Fluss- und Metallbett in normalen Ofenwannen durch Wahl einer entsprechenden Metal ! höhe im Ofen, bei der eine genügende Abkühlung der Seitenwände erfolgt, durch Wahl eines geeigneten Aluminiumfluoridüberschusses im Ofenfluss und durch Wahl einer geeigneten Bedienungsweise des Ofens nach und zwischen den Zündvorgängen zu erreichen.
Durch das übliche Einstossen der Krusten von erstarrter Schmelze nach und zwischen den Zündvorgängen in die Ofenschmelze wird der Tonerdegehalt des Flusses erhöht.
Dadurch wird wiederum der Erstarrungspunkt des Ofenflusses herabgesetzt. Wird das Einstossen so durchgeführt, dass die äusseren Zonen des Schmelzbades stets mit Tonerde übersättigt sind, kann man erreichen, dass die Seitenwände des erstarrten Flusses in das Ofeninnere mehr oder weniger hineinwachsen und das Fluss- und Metallbad sich entsprechend verengt. Begünstigt wird diese Verengung des Fluss- und Metallbades noch durch einen gewissen Aluminiumfluoridüberschuss im Ofenfluss, durch den die Löslichkeit des Flusses gegenüber Tonerde vermindert wird.
Es sei bemerkt, dass diese Erscheinung nicht der einzige Grund für die Aufrechterhaltung eines gewissen Aluminiumfluoridüberschusses im Ofenfluss ist, dass aber immerhin der Aluminiumfluöridüberschuss bei der Einziehung des Fluss- und Metallbettes eine gewisse Rolle spielt.
Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass es durch die bekannten, oben beschriebenen Massnahmen keineswegs gelingt, ein Metall-und Flussbett im Ofen aufrechtzuerhalten, dessen Form nicht ständig mehr
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oder weniger starkem Wechsel unterliegt. Durch diesen steten Wechsel der Form des Fluss- und Metallba- des werden die Betriebsergebnisse ungünstig beeinflusst. Das Aluminiumfluorid wird im allgemeinen portionsweise in den Ofenfluss eingetragen ; aus diesem Grunde geht der Aluminiumfluoridüberschuss des Ofenflusses zwischen zwei Eintragungen jeweils zurück. Vor allem aber ändert sich dielage der durch den erstarrten Fluss gebildeten Seitenwand immer wieder bei jedesmaligem Einstossen der Badkruste.
Auch die Tiefe des Metallsumpfes vergrössert sich allmählich von einem Schopfvorgang zum andern.
Infolgedessen ist es bei der bisherigen Betriebsweise der Öfen und Bauart der Ofenwannen nicht möglich, die günstigsten Verhältnisse bezüglich des Elektrodenabstandes, der Ofenspannung, d- ; r Stromausbeute und damit des spezifischen Energieverbrauches zu erreichen. Man rechnet heute noch im allgemeinen mit spezifischen Energieverbrauchsziffern von etwa 17 bis 19 kWh/kg Aluminium bei Öfen bis 40000 A und mit 16 - 17 kWh/kg Aluminium bei Öfen einer Stromstärke von 40000 bis 120000 A.
Es ist nun nach langjährigen, systematischen Versuchen und Betriebsuntersuchungen gelungen, durch eine besondere Gestaltung der Ofenwanne die Bildung eines zweckmässig verengten Metall- und Flussbettes, dessen Form während des Betriebes kaum noch Schwankungen unterliegt, zu erreichen, und auf diese
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Die Ofenwanne nach der Erfindung besteht wie die bisherigen aus einem allseitig verstärkten Blechgefäss, dessen Seitenwände jedoch in ihrem unteren Teil über den ganzen Umfang nach innen schräg eingezogen sind.
In Fig. 3 ist eine solche Ofenwanne 1 mit unterem schrägen Einzug 14 der Seitenwände 8 gemäss der Erfindung im Querschnitt wiedergegeben. In ihrer Draufsicht stellen diese Ofenwannen in derselben Weise wie die normalen Ofenwannen rechteckige Gefässe 3 mit mehr oder weniger abgerundeten Ecken oder Gefässe von ovaler Form dar.
Die Auskleidung der stählernen Ofenmäntel mit feuerfesten Steinen 4, Kohleböden 5 und Seitenwänden aus Kohle s erfolgt in der gleichen Weise wie bei den normalen Öfen. Bei der Ausmauerung der Böden in dem unteren Teil der Seitenwände wird die Abschrägung 14 dadurch berücksichtigt, dass die Ausmauerung 4 in einer oder mehreren Stufen erfolgt, wie der Fig. 3 zu entnehmen ist. Die Schrägung der Seitenwände wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass das ursprünglich ebene Bodenblech 15 an den Ecken ausgeschnitten und die Randzonen ringsherum hochgehoben werden. Die nach dem Hochbiegen desBoden- bleches an den Ecken sich bildenden Stossfugen werden zweckmässigerweise miteinander verschweisst. Auf die Ränder des hochgebogenen Bodens werden dann die senkrechten Seitenwände 8 aufgeschraubt, aufgenietet oder aufgeschweisst.
Die Abschrägung 14 der Seitenwände erfolgt bis zu einer Höhe a, die etwa 10-60%, vorzugsweise 15 - 45% der Gesamthöhe b der Seitenwände ausmacht. Der Winkel 0 :, der durch die abgeschrägten Seitenwände mit dem anschliessenden flachen Bodenblech gebildet wird, soll 1350 - 1730, vorzugsweise
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sammen, so dass die Oberfläche des Kohlebodens auf derselben Höhe liegt wie die obere Kante 16 der schrägen Wandfläche, oder der Kohleboden überragt diese Horizontalprojektion der Schrägwand um ein gewisses Mass, oder die Oberfläche des Kohlebodens liegt um ein gewisses Mass tiefer als die obere Kante der schrägen Wandfläche.
Die Horizontalprojektion der Schrägwand auf die Vertikale sollte 8-1SO%, vorzugsweise 15-110'%'der gesamten Dicke des Wannenbodens betragen.
Auf alle Fälle soll auf diese Weise der Kohleboden stets in den unteren abgeschrägten Teil der Wanne hineinragen ; die Enden der der Stromableitung dienenden, in der Unterseite des Kohlebodens eingebetteten Kathodenbarren 7 werden auf diese Weise durch die unten abgeschrägten Seitenwände 14 der Kathodenwanne aus dem Ofen herausgeführt. Die äusseren Enden der Kathodenbarren werden zweckmässi- gerweise mit angeschweissten Aluminiumbändern versehen, die wiederum mit den Kathodenableitungen 9 aus Aluminium verschweisst sind.
Man kann die Kathodenbarren entweder horizontal durch Öffnungen in den Schrägflächen der Wanne aus dem Ofen herausführen, oder man winkelt sie bei ihrem Heraustritt aus den Bodenkohlen bzw. der Kohlemasse des Bodens an ihren beiden Enden nach unten ab und führt die beiden abgewinkelten Enden gemäss Fig. 3 so durch die Schrägflächen der Bodenwanne hindurch, dass sie mit diesen einen Winkel ss von 60 bis 1000, vorzugsweise von 70 bis 900 bilden. Die Barrendurchführungen durch die Schrägwände der Bodenwanne werden zweckmässigerweise als Stopfbüchsen 17 ausgebildet. Als Dichtungsmaterial wird
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zwischen Stopfbüchse und Eisenbarren vorteilhafterweise von aussen eine Mischung aus Asbestmehl und
Wasserglas eingebracht. Im Inneren der Ofenwanne erfolgt die Dichtung der Durchführungen zweckmässi- gerweise mit Zement.
Aluminiumelektrolyseöfen, die mit Kathodenwannen gemäss der Erfindung ausgerüstet worden sind, haben sich bisher gut bewährt. Die spezifischen Energieverbrauchszahlen dieser Öfen liegen günstiger als die der normalen Öfen, und die Haltbarkeit der Kathodenwannen gemäss der Erfindung ist grösser als die der üblichen Wannen. Die günstigste Wirkung der Abschrägung des unteren Teiles der Kathodenwanne auf die Bildung eines geeigneten Fluss- und Metallbettes im Ofen lässt sich auf Grund einer grossen Reihe von Untersuchungen während des Betriebes, besonders von Temperaturmessungen, wie folgt erklären :
In Fig. 3 sind die Linien bzw.
Flächen gleicher Temperatur, u. zw. für 920, 880, 800 und 200 C eingezeichnet, die sich bei einem Ofen mit in ihrem unteren Teil abgeschrägter Kathodenwanne ergeben.
Man sieht, dass infolge der Abschrägung des unteren Teiles der Kathodenwanne die Temperaturlinien in den Randzonen des Ofens stark nach oben gebogen werden.
Der Erstarrungspunkt des Ofenflusses liegt je nach Aluminiumfluoridüberschuss, Gehalt an Tonerde und Verunreinigungen bei 900 - 9200 C. Man sieht aus der Figur, dass die Temperaturlinie für 9200 C, bei der beispielsweise die Erstarrung des Ofenflusses erfolgt, so verläuft, dass dadurch die Bildung eines verengten Fluss- und Metallbettes optimaler Form begünstigt wird. Infolge der Abschrägung des unteren Teiles der Kathodenwanne erfolgt eine grössere Abkühlung des Fluss- und Metallbettes von dem unteren Teil der Seitenwände her und es bildet sich der Ansatz der Neigung der durch den erstarrten Fluss 13 gebildeten Seitenwand am Boden direkt unterhalb der äusseren Kanten der Anode bzw. der Anoden aus.
Infolge dieser Temperaturverhältnisse in der Ofenwanne ist bereits das an den Seitenwänden aus erstarrtem Fluss gebildete Bett gleichsam vorgezeichnet und seine Form unterliegt kaum noch irgend einem Wechsel während des Ofenbetriebes. Jedenfalls ist bei Ofenwannen gemäss Erfindung die Form des Flussund Metallbades in stärkerem Masse unabhängig von Änderungen der Metallhöhe, der Tonerdekonzentration und des Aluminiumfluoridüberschusses des Ofenflusses, als bei normalen Ofenwannen. Nur hiedurch scheint die Tatsache erklärlich, dass Aluminiumelektrolyseöfen mit Ofenwannen gemäss der Erfindung die bisher günstigsten Bettiebswerte ergeben haben.
Die Fundamente 18, auf welche die Aluminiumelektrolyseöfen aufgesetzt werden, sind in den verschiedenen Aluminiumhütten häufig ganz verschieden ausgeführt ; dementsprechend sind auch die Abkühlungsverhältnisse, denen die Ofenwannen ausgesetzt sind, ganz verschieden. Die Ofenserien können entweder unterkellert sein oder die Öfen sind in Gruben eingebettet und stehen auf niedrigen, gemauerten Sockeln. Häufig wird in den Zwischenraum 19 zwischen den Sockeln durch Ventilatoren Kühlluft eingeblasen. Früher hat man die Ofenwannen in den Gruben hin und wieder auch seitlich und nach unten durch Sandfüllungen isoliert. Von dieser Praxis ist man jedoch zur Zeit im allgemeinen wieder abgekommen.
Auch die Einbettung der Ofenwanne in die Ofengruben wird verschiedenartig ausgeführt. In den meisten Fällen lässt man die Seitenwand der Ofenwanne ein Stück über den Bedienungsboden hinausragen ; in andern Werken wiederum liegt die obere Begrenzungsfläche des Mantels auf gleicher Höhe Wie die Be-
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aufgestellten Ofenboden ganz verschieden. Diese verschiedenen Abkühlungsbedingungen werden durch die oben angegebenen variablen Höhen- und Winkelverhältnisse für den unteren abgeschrägten Teil der Ofen-
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kel a umso kleiner sein müssen, je ungünstiger die Abkühlungsverhältnisse des Bodens sind, um jeweils den gleichen günstigen Effekt auf den Einzug des Fluss- und Metallbades zu erzielen.
Ofenböden, die seitlich und auf ihrer Unterfläche durch zusätzliche Isoliermaterialien isoliert sind, fallen aus den vorliegenden Betrachtungen heraus. Die günstigsten Betriebsergebnisse werden bei solchen Aluminiumelektrolyseöfen mit OfenmänteIn gemäss der Erfindung erzielt, die unterkellert aufgestellt sind und deren Ofenwannen ein Stück über den Bedienungsboden hinausragen
Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, üben die in ihrem unteren Teil nach innen schräg eingezogenen Seitenwände bei Ofenwannen gemäss der Erfindung nicht nur einen günstigen Einfluss auf die Ausbildung und Gestaltung des Fluss- und Metallbettes im Ofen aus, sondern die thermischen Verhältnisse in der Ofenaus- kleidung und der Ofenwanne werden dadurch ganz allgemein günstig beeinflusst.
Durch die Wannenform nach dem erfindungsgemässen Vorschlag ergeben sich in der Wannenauskleidung gleichmässig verteilte Temperaturbeanspruchungen ohne Wärmestauungen in etwaigen Materialanhäufungen in den Ecken der Ofenwannen. Dadurch wiederum können sich in der Ofenauskleidung keine übermässigen Wärmespannun- gen, die zu Wärmerissen führen könnten, ausbilden. Auch die Ofenblechwanne selbst wird thermisch gleichmässig belastet. Ofenwannen nach der Erfindung, einschliesslich der Ofenauskleidung, besitzen daher gegenüber normalen Ofenwannen eine höhere Haltbarkeit.
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Beim Betrieb der Ofenböden gemäss der Erfindung haben sich nun noch weitere, zum Teil überra- schende Vorzüge dieser Konstruktion gegenüber den normalen Bodenausführungen herausgestellt.
Es ist bekannt, dass sich die Kohleböden der Aluminiumöfen im Laufe der Zeit mehr oder weniger stark aufwölben. Diese Aufwölbungen sind nach bisherigen Erkenntnissen auf die gemeinsame Wirkung von
Quellerscheinungen und Wärmeausdehnungen des Kohlematerial zurückzuführen. Die Kohleblöcke bzw. der Kohleboden mit den Kathodenschienen stellen zusammen im mechanischen Sinne ein Trägersystem dar, das an den Enden auf Stützpunkten gelagert ist. Die Stützpunkte werden durch die Durchführungen der Kathodenbarren durch Öffnungen in der Ofenbodenwand, die im allgemeinen durch Isoliermaterialien dicht abgeschlossen werden, gebildet. Es handelt sich also infolge dieser Abdichtungen um keine völlig freie Lagerung des Trägersystems auf den beiden Stützpunkten.
Da zwischen der Oberfläche und der un- teren Fläche der Kohleböden eine Temperaturdifferenz von 100 bis 2000 C herrscht und da auch die
Kathodenbarren auf ihrer oberen Schmalfläche heisser sind als auf ihrer unteren Fläche, entstehen Wärme- ausdehnungskräfte, welche die Träger nach oben abbiegen.
Dadurch wiederum reissen die Kohleblöcke bzw. reisst die Kohlemasse auf und es dringen Fluss, Metall und auch Natrium durch die Risse bis in die Zonen unterhalb der Kohleblöcke und Kathodenbarren ein.
Hier dürfte sich zunächst intermediär Natriumkarbid oder eine ähnliche Verbindung bilden, die bei Zu- tritt von Aluminium oder Aluminiumverbindungen sich weiterhin in Aluminiumkarbid umsetzt. Diese
Reaktionen sind mit Volumenvergrösserungen verbunden, wodurch wiederum vertikal nach oben gerichte- te Kraftwirkungen auf das durch Kohlemasse bzw. Kohleblöcke und Kathodenschiene gebildete Träger- system ausgeübt werden, durch die dieses System allmählich hochgewölbt wird. Wärmeausdehnungen und chemische Reaktionen wirken also im gleichen Sinne. Die Aufwölbungen infolge der genannten Vertikal- kräfte sind desto höher, je grösser der Abstand der Stützpunkte voneinander ist, auf denen. das System aufgelagert ist.
Bei den Ofenwannen gemäss der Erfindung ist der Abstand der Stützpunkte, d. h. der Stopfbüchsen im Ofenmantel, durch welche die Kathodenbarren hindurchgeführt werden, infolge der Abschrägung der unteren Wannenflächen geringer als bei Ofenwannen normaler Ausführung. Bei gleichen Vertikalkräften wölben sich demnach die Kol-leböden nach gleicher Betriebsdauer in geringerem Masse auf als die Kohleböden von Ofenwannen normaler Ausführung. Die Lebensdauer der Böden gemäss der Erfindung ist also grösser als diejenige normaler Ofenböden.
Bei Ausführung der Kohlewannen nach der Erfindung gemäss Fig. 3, bei der die Kathodenbarren bei ihrem Austritt aus dem Kohleboden nach unten abgewinkelt sind, wird infolge der Abwinkelung der horizontale Abstand zwischen den Stützpunkten, auf denen Kohleboden und Kathodenbarren aufgelagert sind, sogar noch geringer. Es tritt bei dieser Ausführung noch ein weiterer Vorteil hinzu. Durch die Abwinkelung der Kathodenbarren und die schräge Lage der Stopfbüchsen unterhalb des horizontalen Teiles des Kathodenbarrens wird das Trägersystem elastischer gegenüber vertikalen Kräften als bei horizontaler Herausführung der Kathodenbarren. Infolge dieser grösseren Elastizität bewirken Vertikalkräfte, die auf Kathodenbarren und Kohleboden wirken, kaum mehr ein Aufwölben des Kohlebodens, sondern eher ein leichtes Hochtreiben des Bodens über seine ganze Fläche hin.
Das Hochtreiben des Kohlebodens ist jedoch weniger gefährlich als dessen Aufwölbung, weil dadurch keine oder weniger Risse durch Aufspaltungen entstehen und deshalb kaum noch Fluss, Metall und Natrium in den Boden eindringen können. Auch hiedurch wird eine bessere Haltbarkeit der Kohleböden gemäss der Erfindung bewirkt.
Bei Ofenwannen der bisher üblichen Ausführung treten nach einer gewissenBetriebsdauer Ausbauchungen der Längswand durch Wärmeschubkräfte im Inneren der Kohlewannen auf ; häufig reissen auch die stählernen Ofenwannen infolge dieser Kräfte und infolge von Eigenspannungen im Blechmaterial an den Ecken oder an den Kanten zwischen Seitenwand und Boden. Um diesen Erscheinungen entgegenzuwirken, hat man häufig die Ofenwannen normaler Ausführung mit zusätzlichen Verstärkungen versehen, wodurch ein erheblicher Materialaufwand entstand. Es hat sich dabei herausgestellt, dass es nicht zweckmässig ist, eine zu weitgehende Verstärkung der Ofenwannen durchzuführen, da die Ofenwanne dann jede Elastizität verliert und der Wärmeausdehnung der Auskleidung nicht folgen kann, so dass die Kohleböden sich in desto stärkerem Masse aufwölben.
Dieser Nachteil ist auch bei Ofenwannen mit Z-förmigem Profil der Seitenwände (siehe Fig. 2) festzustellen.
Der Konstruktion der Ofenwanne gemäss der Erfindung ist auch in dieser Hinsicht der Vorzug zu geben, da die Wannen mit in ihrem unteren Teil abgeschrägten Seitenflächen bei geringerem Materialaufwand zwar eine höhere Festigkeit aufweisen, aber doch noch genügend elastisch sind, um die im Inneren des Ofens auftretenden Schubkräfte aufzunehmen. Der geneigte Teil der Ofenwanne vermittelt einen günstigen Übergang der mechanischen Spannungen zwischen horizontalem Bodenteil und senkrechter Seiten-
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