Ringkammeröfen, auch Sektionsringöfen oder Kassettenringöfen genannt, sind dem Prinzip nach beispielsweise in der Patentschrift WO 92/2278, EP 0 328 371 B1 und EP 0541 165 A beschrieben.

Zum Beispiel Anoden und Kathoden für die Aluminiumelektrolyse werden in speziellen Öfen der obengenannten Art thermisch behandelt (kalziniert oder gebrannt). Man kann zwischen so genannten geschlossenen und offenen Öfen unterscheiden. Derartige Ringkammeröfen sind durch Serienanordnung der einzelnen Kammern derart konstruiert, dass das Brenngut in einzelnen Zonen nacheinander vorgewärmt, gebrannt und gekühlt wird, wobei die einzelnen Zonen kontinuierlich mit oder gegen den Uhrzeigersinn um den Ofen wandern. Über den Kammern sind im Allgemeinen mehrere umlaufende Feuerzüge angeordnet, welche u. a. aus Brenneinrichtung und Kühlvorrichtung bestehen. Jede Kammer wird durch Anordnung entsprechender Kassettenwände in so genannte Kassetten unterteilt, die üblicherweise aus feuerfesten Vollsteinen und/oder Hohilochsteinen und/oder Segmenten erbaut sind. Die Kammern sind miteinander verbunden, um Prozessgase aus einer Kammer zur nächsten Kammer führen zu können. Üblicherweise geschieht dies dadurch, dass die Kassettenwände (auch Heizwände genannt) mit durchgehenden Kanälen aufgebaut sind, durch welche die Rauchgase horizontal und/oder vertikal hindurchströmen.

Bei herkömmlichen geschlossenen Öfen wird jede im direkten Feuer befindliche Kammer mit einem Deckel abgeschlossen. In dem Raum unter der Kammer liegen horizontale Prozessgaskanäle, während in dem Hohlraum zwischen Kammerdeckel und den oberen Kassettenwänden ein freier Gasstrom vorherrscht. Die Kassettenwandkanäle verbinden dabei den Hohlraum unter dem Deckel und die Räume unterhalb der Kammern. Die Verbrennung des Brennstoffes kann entweder

in separaten Ofenschächten erfolgen oder gänzlich oder teilweise in dem Raum über und/oder unter den Kassetten erfolgen. In Öfen ohne Ofenschächte sind die Kanäle in jeder Kassettenwand durch eine Trennwand in dem Raum unterhalb der Kassetten in einen Teil, wo die Prozessgase aufsteigen und einen Teil, wo die Prozessgase absteigen geteilt. Die Prozessgase werden folglich durch die eine Wandhälfte nach oben geleitet und dann nach unten durch die andere Hälfte der Wand. In offenen Öfen werden die Rauchgase horizontal an einer Stirnseite der Kassettenwand eingeleitet und an der gegenüberliegenden Stirnseite als Einzelgasströmung zur nächsten Kammer geleitet. Offene Öfen weisen daher keine Kammerdeckel auf.

In den Kassetten werden die grünen Kohlenstoffblöcke, welche ein Gewicht von mehreren Tonnen und eine Länge von mehr als 1,5 m aufweisen können, vorzugsweise in mehreren Lagen platziert und mit körnigem, rieselfähigem Füllmaterial, vorzugsweise Koks abgedeckt. Die Abdeckung mit Koks schützt die Kohlenstoffblöcke gegen Oxidation (Vermeidung von sog. Luftabbrand). Koks, der den notwendigen Freiraum zwischen den Kohlenstoffblöcken und den Kassettenwänden ausfüllt, stellt einen ausreichenden Wärmetransport von den Kassettenwänden zum Brenngut sicher (indirekter Brennvorgang) und stützt die Kohlenstoffblöcke beim Kalzinieren. Nach dem Kalzinieren wird der verbliebene Füllkoks mit Hilfe einer Absaugvorrichtung entnommen und die Kohlenstoffblöcke herausgenommen. Durch einen verfahrenstechnisch bedingten Abbrand wird kontinuierlich Füllmaterial verbraucht.

Nach dem Stand der Technik werden die parallel zur Feuerumlaufrichtung verlaufenden Kassettenwände an beiden Enden in mehr oder weniger tiefe Aussparungen der quer zur Feuerumlaufrichtung angeordneten Kammerwände (Querwände) eingefügt bzw. verankert. Die Breite einer Kassettenwand ist im Vergleich zu ihrer Länge und Höhe relativ dünn bemessen. Aufgrund der Größe der Wände (Beispiel : Länge 5 m, Höhe 5 m, Breite 0,3 m) werden sie üblicherweise aus Steinen, in der Regel mit Nut und Feder, nach Art einer Vermauerung zusammengesetzt. Innerhalb eines vollständigen Brennzyklus wird das feuerfeste Material über einen weiten Temperaturbereich von nahe Raumtemperatur auf bis zu 1650 °C, vorzugsweise 1050 °C-1350 °C, aufgeheizt und wieder zurück auf nahe Raumtemperatur abgekühlt.

Um Materialausdehnungen in Wandlängsrichtung beim Aufheizvorgang aufzufangen, ist es bekannt, Dehnfugen anzuordnen, vorzugsweise beidseitig im Stoßbereich (z. B.

US-PS 4842511) zwischen einer Quer-und einer Kassettenwand, oder, wie in der

DE 41 19 320 C1 beschrieben, eine Dehnfuge in Richtung der Kassettenwandmitte ohne dabei benachbarte Kassetten zu trennen derart, dass die Fugentiefe kleiner ist als die Dicke der Kassettenwand bzw. Heizwand.

Dehnfugen werden üblicherweise mit keramischen Fasermaterialien, deren Haltbarkeit auf nur wenige Brennzyklen beschränkt ist, gefüllt und überdeckt.

Eine erhebliche Schwäche derartiger Wandkonstruktionen ist, dass aufgrund der einwirkenden thermo-mechanischen Belastungen auch Querverschiebungen auftreten, welche insbesondere zum irreversiblen Durchbiegen bzw. Ausbeulen der Kassettenwände und zu Rissbildungen führen. Hieraus ergeben sich beispielsweise eine unerwünschte ungleichmäßige Verteilung des Gasstromes, eine Verschlechterung der Qualität der Kohlenstoffblöcke und eine höherer Verbrauch von Feuerfestmaterial und Füllkoks. Bei extremem Durchbiegen bzw. Ausbeulen ist das Be-und Entladen der Kohlenstoffblöcke problematisch oder nur unter partieller mechanischer Zerstörung der Kassettenwand möglich oder sogar unmöglich.

Kohlenstoffblöcke und Füllkoks dehnen sich beim Aufheizen aus und bilden auch Drücke quer zur Kassettenwand aus. Unterschiede zwischen der Befüllung zweier benachbarter Kassetten und/oder unterschiedliche lokale Temperaturen führen zu einer einseitig höheren Druckbelastung quer zur Wand, welches eine der Ursachen für das Durchbiegen bzw. Ausbeulen der beidseitig verankerten Wand darstellt und zum Abreißen bzw. Öffnen von Mörtelfugen führen kann. Beim Kalzinieren entweichen insbesondere aus den Kohlenstoffblöcken flüchtige Bestandteile, die korrosiv mit den Kassettenwandmaterialien reagieren, dass zum Beispiel in den offenen Fugen eingedrungenes Kammerfüllmaterial haften bleibt. Hierdurch wird die Kassettenwand beim folgenden Aufheizyklus am Ausdehnen in Längsrichtung behindert, welches zusätzlich Spannungen derart hervorruft, dass der Vorgang des Wanddurchbiegens verstärkt wird. Veränderungen dieser Art können leicht von Brennzyklus zu Brennzyklus zunehmen.

Der Wandverband besitzt im Vergleich zum Brenngut und gekörntem Füllmaterial ein unterschiedliches thermisches Dehnungs-und Kontraktionsverhalten. Das zyklische Auf-und Abkühlen bedingt daher, dass Kammerfüllmaterial kontinuierlich insbesondere in die Dehnfugen eindringt, welches auch über die zwischen der Kassettenwand und Querwand angeordneten Aussparungen erfolgt. Des Weiteren dringt Kammerfüllmaterial auch in offene Fugen ein. Beim Aufheizen wird dieses Kammerfüllmaterial dann aufgrund einer sich ausbildenden Druckeinwirkung in diesen Bereichen verdichtet und verliert letztendlich seine Rieselfähigkeit, z. B. durch Bildung von Anbackungen am feuerfesten Wandmaterial. Eine Reaktion mit

flüchtigen Bestandteilen verstärkt diesen Vorgang progressiv. Bei mangelnder Reinigung oder Instandhaltung dieser schwer zugänglichen Bereiche, insbesondere der Dehnfugen in den Kassettenecken, wird die thermische Ausdehnung der Wand stark behindert, welches letztendlich zum Verbiegen der Wand führt. Aufgrund der vorliegenden, verfahrenstechnisch bedingten Temperaturverhältnisse verbiegt sich üblicherweise die Wand insbesondere im oberen Bereich stärker als im unteren Bereich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Ringkammerofen und eine Heizwand für einen Ringkammerofen zu schaffen, die die zuvor beschriebenen Nachteile überwinden, wobei die Heizwand auch in einen bestehenden Ofen integriert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den jeweils zugehörigen Ansprüchen enthalten.

Die Erfindung beinhaltet demgemäß einen Ringkammerofen und eine Heizwand der eingangs genannten Art, wobei die die Kassetten bildenden Heizwände im Prozessgas führenden Bereich mindestens einseitig nicht in die Querwand eingefügt sind oder in die Querwand hineinragen und von derselben Querwand derart beabstandet sind, dass sich ein über die Kassettenhöhe erstreckender freier Spalt zur Aufnahme von Kammerfüllmaterial ergibt, wobei die mittlere Breite des Spaltes größer ist als die Hälfte der maximal zu erwartenden thermischen Längenänderung der Heizwand. Vorzugsweise entspricht die mittlere Breite des Spaltes das 3-bis 5- fache der maximal zu erwartenden thermischen Längenänderung der Heizwand.

Der erfindungsgemäß geschaffene Spalt zwischen Querwand und der Stirnseite einer Heizwand ist dabei in der Lage, anders als eine herkömmliche Dehnfuge, ausreichend Füllmaterial aufzunehmen, welches die durch die Längenausdehnung der Heizwand hervorgerufenen Spannungen absorbiert, ohne dabei seine Rieselfähigkeit zu verlieren. Die lockere Füllmaterial-Schüttung im Spaltbereich passt sich dabei dem jeweiligen vorherrschenden zyklischen Dehnungs-und Kontraktionsverhalten der Heizwand durch eine reversible Änderung der Schütthöhe bzw. Packungsdichte an. Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass auch eine einsatzbedingte Druckbelastung quer zur Wandlängsrichtung nicht zu einem irreversiblen Durchbiegen bzw. Ausbeulen derselben führt.

Im Stand der Technik können sich in die Kassettenecken unerwünschte Hohlräume in der Füllmaterial-Schüttung bilden. Ursache hierfür sind unter anderem die vorliegenden Reibungskräfte und/oder Anbackungen, die einem freien Nachfließen von Füllmaterial entgegenwirken. Dieses wird mittels der vorliegenden Erfindung vermieden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Stirnflächen der zum Spalt weisenden Abschlusssegmente der Heizwand derart ausgebildet, dass sie geringer sind als die der entgegengesetzten Seite der Abschlusssteine. Vorteilhafter Weise wird dieses erreicht, indem die Abschlusssegmente in Spaltrichtung derart ausgebildet werden, dass sie sich verjüngen, z. B. spitzwinklig sind. Diese bevorzugte Ausbildung der Steine erleichtert die thermo-mechanisch bedingte Bewegung der Heizwand innerhalb des mit Füllmaterial gefüllten Spaltbereiches.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Heiz-bzw. Kassettenwand ist, dass sie auch an bestehenden Ringkammeröfen nachrüstbar ist, weshalb sich die Erfindung auch auf eine Heizwand an sich bezieht. Erfindungsgemäß besteht diese Heizwand aus Segmenten, die einseitig mit der Querwand eines Ringkammerofens in Verbindung bringbar sind und auf der entgegengesetzten Seite sind Abschlusssegmente vorgesehen, die die Heizwand im prozessgasführenden Bereich freistehend abschließen. Die Länge der Heizwand ist derart bemessen, dass der sich daraus ergebende einseitige mittlere Abstand der Heizwand von einer Querwand des Ringkammerofens größer ist als die Hälfte der maximal zu erwartenden thermischen Längenänderung der Heizwand.

Bezüglich der übrigen Merkmale der Heizwand wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen zum Ringkammerofen verwiesen.

Im Folgenden wird eine veranschaulichende Beschreibung der Erfindung gegeben, welche auf der Verwendung eines Beispiels für den geschlossenen Ringkammerofen beruht und sich auf die beiliegenden Zeichnungen bezieht.

In den Zeichnungen zeigen : Fig. 1 : schematisch in perspektivischer Schnittansicht eine Kammer eines Ringkammerofens (Deckel ist nicht dargestellt) nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 : eine schematische Aufsicht auf eine Heizwand nach dem Stand der Technik, Fig. 3 : schematisch eine Aufsicht auf eine Heizwand in erfindungsgemäßer Ausbildung, und Fig. 4 : schematisch eine Seitenansicht auf eine Heizwand in erfindungsgemäßer Ausbildung.

In der Figur 1 wird die Kammer 1 eines Ringkammerofens nach dem Stand der Technik der geschlossenen Bauart in perspektivischer Ansicht im Schnitt gezeigt.

Jede Kammer 1 umfasst eine Anzahl von parallelen Heizwänden 2, die zwischen den miteinander verbundenen Querwänden 3 angeordnet sind, wodurch eine Anzahl von so genannten Kassetten 4 gebildet wird. In den Heizwänden 2 sind Heizgaskanäle 21 vorgesehen, durch die die Prozessgase von dem Raum unter dem Kammerdeckel (nicht dargestellt) nach unten in den unteren Boden 5 der Kassetten 4 strömen. Die Heizwände 2 sind beidseitig in die Querwände 3 eingebunden (Figur 2), wobei wie einleitend beschrieben, Dehnungsfugen vorgesehen sind. Die Kohlenstoffkörper 6 befinden sich zwischen den Heizwänden, wobei die Abstände zwischen den Wänden 2 und 3 und den Kohlenstoffkörpern 6 mit Kammerfüllmaterial (z. B. Füllkoks) 7 aufgefüllt sind.

In den Figuren 3 und 4 sind erfindungsgemäße Lösungen dargestellt. Die Heizwände 2 sind nur auf einer Seite in die Querwand 3 eingebunden. Auf der gegenüberliegenden Seite sind die Heizwände 2 nicht mehr in die Querwand 3 eingebunden bzw. ragen nicht mehr in die Querwand 3 hinein, wodurch sich ein über die Höhe der Kassette 4 erstreckender Spalt 8 zur Aufnahme von Füllmaterial 7 ergibt. Die Heizwand kann aus Formsteinen oder Segmenten aufgebaut sein. Die in der Figur 3 dargestellte Schüttung aus Füllkoks 7 nimmt die Ausdehnungen des Ofenkörpers und der Heizwände 2 auf, die seitliche Verbindung zum nächsten Brennraum wird durch den Füllkoks form-und kraftschlüssig gewährleistet. Eine Verbiegung der Wände 2 ist nicht mehr zu erwarten. Die zur Querwand 3 weisenden Abschlussformsteine 22 der Heizwände 2 sind (Figur 3) in Richtung Querwand 3 spitz zulaufend ausgebildet und erleichtern damit die Bewegung der Heizwände 2 im Füllmaterial 7.