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Eisenbetonkonstruktion zur Aufnahme von Elektrolyseöfen für die
Herstellung von Aluminium
Die Elektrolyseöfen zur Herstellung von Aluminium nach dem üblichen Verfahren in einer Fluoridschmelze sind in Ofenhallen angeordnet, deren unterer Teil im wesentlichen aus einer Eisenbetonkonstruktion besteht. Die Ofenwannen befinden sich auf der Höhe des Hallenbodens und sind z. B. direkt auf unter Flur angeordneten Pfeilern oder Konsolen abgestützt, während der anodische Teil der Öfen z. B. an Säulen aufgehängt ist, die auf dem Hallenboden stehen oder unter Flur fundiert sind.
Bei modernen Elektrolyseanlagen, bei denen zahlreiche Öfen, die alle eine grosse Stromstärke von 80 000 Amp und mehr aufweisen, in Serie geschaltet sind, treten Potentialdifferenzen gegenüber Erde von mehreren 100 Volt auf ; auf der Gleichrichterseite kann die Spannungsdifferenz bis zu 1000 Volt und mehr betragen. Es ist praktisch unmöglich, sämtliche Öfen, Stromschienen und Abgasleitungen restlos von der Baukonstruktion elektrisch zu isolieren. Somit werden immer vagabundierende Ströme in der Eisenbetonkonstruktion auftreten. Dies kann zu Zerstörungen infolge thermischer und elektrolytischer Einwirkung der vagabundierenden Ströme, zu Stromverlusten und zu einer Gefährdung des Bedienungspersonals rühren.
Der feuchte Beton ist als elektrischer Leiter, der trockene Beton als Halbleiter, auf keinen Fall als Isolator zu betrachten. Die Armierung im Beton vergrössert die Gefahr von Ableitströmen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich nun auf eine Eisenbetonkonstruktion zur Aufnahme von Elektrolyseöfen für die Herstellung von Aluminium, in welcher die erwähnten Gefahren nicht auftreten. Erfindungsgemäss ist die Eisenbetonkonstruktion in einzelne Blöcke aufgeteilt, die voneinander und gegen Erde und Hochbau sowohl in horizontaler wie auch in vertikaler Richtung elektrisch isoliert sind. Es kann z. B. der Hallenboden mit den zugehörigen Stützen aus einzelnen, an Ort und Stelle betonierten Inseln bestehen, wobei die Zwischenräume durch isoliert aufgelegte, vorgefertigte Bodenplatten überbrückt sind.
Es können auch in der Eisenbetonkonstruktion Trennfugen angeordnet sein, in die eine elektrisch isolierende Zwischenschicht eingelegt ist. Durch diese Trennungen und Isolationen wird das Fliessen von Strömen in der Eisenbetonkonstruktion wirkungsvoll unterbunden, und daher können auch die erwähnten Schäden und Gefahren nicht mehr auftreten.
Für die elektrisch isolierende Zwischenschicht in den Trennfugen sind vor allem Kunststoffe geeignet, z. B. die Epoxy- und Polyesterharze. Sie können durch Giessen oder Spritzen aufgebracht werden. Es können auch Glasfaserverstärkungen eingelegt sein.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 ist ein Schnitt längs der Linie A-A durch die linke Hälfte des unteren Teiles einer Ofenhalle gemäss Fig. 2 und Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie B-B in Fig. 1.
Der Hallenboden wird von Stützen 1 getragen und hat Öffnungen, in welche die Ofenwannen 2 eingesetzt sind. Diese Öffnungen sind in einer Ofenreihe alle miteinander verbunden, so dass sich eine durchgehende Trennung des Hallenbodens ergibt und der Hallenboden durch die zwei Ofenreihen in Längsrich- tung in drei elektrisch voneinander getrennte Streifen 3a, b, c aufgeteilt ist. Diese Streifen können durch Öffnungen, die sich im Hallenboden zwischen den beiden Ofenreihen und zwischen den Ofenreihen und der Hallenwand befinden, auch noch in Querrichtung unterteilt sein.
Alle diese Öffnungen sind, damit die Halle durchgehend begehbar ist, durch vorgefertigte Bodenplatten 4 überdeckt, die zwecks Aufrecht-
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erhaltung der elektrischen Trennung mittels elektrisch isolierender Zwischenlagen auf die Eisenbetonkonstruktion aufgelegt sind.
Neben der vertikalen Unterteilung des Hallenbodens wird vorteilhafterweise auch noch eine horizontale Trennung des Bodens von der Unterkonstruktion vorgenommen, indem der aus gegossenen Betonplatten 5 bestehende Bodenbelag durch eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 6 von der tragenden Eisenbetonkonstruktion getrennt ist. Die einzelnen Bodenbelag-Platten sind auch in den vertikalen Trennfugen durch eine elektrisch isolierende Zwischenschicht voneinander getrennt.
Die Trennung zwischen dem Bodenbelag und der Unterkonstruktion kann z. B. auf folgende Weise ausgeführt werden. Auf die Unterkonstruktion wird eine Schicht Polyesterharz aufgegossen. Auf diese Schicht wird eine Glasfasermatte aufgelegt und eingepresst und gegebenenfalls mit einer weiteren PolyesterharzSchicht überdeckt. Nach dem Erhärten der Kunststoffschicht werden die Bodenplatten betoniert und die Trennfugen zwischen diesen mit Polyesterharz ausgegossen. Elektrische Messungen zwischen einer auf die Bodenplatte aufgelegten Kupferplatte und in der Unterkonstruktion einbetonierten Elektroden haben ergeben, dass der Widerstand zwischen diesen Elektroden bei einer angelegten Wechselspannung von 220 Volt bei genügend abgebundenem Beton durch die Kunststoff-Zwischenschicht mehr als verhundertfacht wird.
Auf gleiche Weise ist auch der als Auflager für die Ofenwanne 2 dienende Belag 7 auf der Konsole 8 durch eine elektrisch isolierende Zwischenschicht von der Konsole getrennt. Die Ofenwannen sind mittels eines Tragrostes mit seitlich vorstehenden Trägern 9 auf den Konsolen 8 abgestützt. Diese sind so ausgebildet, dass der Tragrost mit der Wanne nach Entfernen von Zwischenbalken 10 in den Unterraum abgesenkt und z. B. zwecks Reparatur weggefahren werden kann. Selbstverständlich können die Konsolen und die Tragvorrichtung der Ofenwannen auch anders ausgebildet sein.
Die Stützen 1 stehen auf Fundamentsockeln 11, die im Erdboden eingelassen sind. Die Stützen 1 und die Sockeln 11 sind durch eine elektrisch isolierende Zwischenlage 12 voneinander getrennt. Die Trennung zwischen den Fundamenten 11 und den Pfeilern 1 erfolgt auf die Weise, dass in die Schalung für die Fundarnentblöckeeine Wanne 12 aus glasfaserverstärktem Polyesterharz eingehängt wird, in die nach dem Betonieren und Ausschalen des Fundamentblockes der Pfeiler betoniert wird.
Die Tragsäulen 13 für den anodischen Teil der Elektrolyseöfen stehen auf dem Hallenboden und sind von diesem ebenfalls durch eine elektrisch isolierende Zwischenschicht 14 getrennt.
Trennfugen mit elektrisch isolierender Zwischenschicht können ohne weiteres in horizontalen Ebenen angeordnet werden, wenn an der betreffenden Stelle als Resultierende der wirkenden Kräfte eine genügende Auflagerkraft vorhanden ist. Ist jedoch eine durch die Trennfuge hindurchgehende Armierung notwendig, wie z. B. bei den Tragsäulen 13, so machen die Armierungseisen die Isolationsschicht illusorisch, da der Strom in erster Linie durch die Armierung fliesst. Dieser Nachteil wird dadurch behoben, dass die Eisenstäbe mit einem elektrisch isolierenden Kunststoff-Überzug versehen werden. Damit die Armierung ihre Aufgabe im Beton erfüllen kann, muss der Überzug sowohl auf dem Eisen als auch am Beton gut haften.
Es sind verschiedene Kunststoffe bekannt, die eine gute Haftfestigkeit auf Eisen aufweisen, z. B. die Epoxyharze. Die Haftung am Beton kann durch in die oberste Schicht des Überzuges eingebettete Sandkörner erzielt werden. Die Armierungseisen sind vorzugsweise nur an den einander übergreifenden Enden an einer Trennfuge mit dieser isolierenden Schicht überzogen. Der Stromfluss in der Armierung ist dann unterbrochen und kann auch nicht zwischen den unisolierten Teilen der Stäbe über den Beton überbrückt werden, da der Beton in der Trennfuge durch die elektrisch isolierende Zwischenschicht getrennt ist. Die Isolierung der Eisenstäbe muss nur bis über die Isolierung in der Zwischenschicht hinausreichen.
Die Seitenwand der Ofenhalle kann aus einer betonierten Mauer 15 (links in Fig. 2) oder einem Metallgerüst 16 mit einer Fassadenverkleidung (rechts in Fig. 2) bestehen. Im ersten Fall wird die Mauer mit durchgehender, isolierter Armierung und einer Trennfuge auf die Unterkonstruktion gesetzt, wie im Falle der Tragsäulen 13. Im zweiten Fall wird eine Polyester-Wanne in die Unterkonstruktion eingesetzt, wie bei den Fundamenten, und in diese Wanne ein Stahlbolzen mit Platte einbetoniert, auf welche dann der Gerastträger 16 aufgesetzt wird.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Eisenbetonkonstruktion zur Aufnahme von Elektrolyseöfen für die Herstellung von Aluminium, dadurch gekennzeichnet, dass sie in einzelne Blöcke aufgeteilt ist, die voneinander und gegen Erde und Hochbau sowohl in horizontaler wie auch in vertikaler Richtung elektrisch isoliert sind.