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EP1301642B1 - Verfahren und vorrichtung zur verminderung des sauerstoffgehaltes einer kupferschmelze - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur verminderung des sauerstoffgehaltes einer kupferschmelze Download PDF

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Publication number
EP1301642B1
EP1301642B1 EP01956290A EP01956290A EP1301642B1 EP 1301642 B1 EP1301642 B1 EP 1301642B1 EP 01956290 A EP01956290 A EP 01956290A EP 01956290 A EP01956290 A EP 01956290A EP 1301642 B1 EP1301642 B1 EP 1301642B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
melt
treatment furnace
gas
copper
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01956290A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1301642A1 (de
Inventor
Heinrich Schliefer
Alexander Khoury
Stefan Schneider
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aurubis AG
Original Assignee
Norddeutsche Affinerie AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Norddeutsche Affinerie AG filed Critical Norddeutsche Affinerie AG
Publication of EP1301642A1 publication Critical patent/EP1301642A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1301642B1 publication Critical patent/EP1301642B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B15/00—Obtaining copper
    • C22B15/0026—Pyrometallurgy
    • C22B15/006—Pyrometallurgy working up of molten copper, e.g. refining

Definitions

  • the invention relates to a method for Reduction of the oxygen content of a Molten copper, in the lower part of the Copper melt arranged at least one purging plug is, from the at least one purge gas exits rises in the molten copper.
  • the invention also relates to a Device for reducing the oxygen content a molten copper, essentially as a self-contained treatment vessel or a closed treatment furnace is formed and in which the molten copper by means of electric Current tempered and / or can be mixed.
  • the cathodes additionally at some procedures before. Increase the Melting power or removal of adherent / trapped Impurities up to 950 ° C via Gas burners are heated.
  • the melting takes place in a with Charcoal and / or reducing, largely hydrogen-free inert gas provided electric furnace, preferably in induction furnaces. Subsequently a transfer of the liquid copper takes place one, if necessary, electrically heated and also flooded with reduction / inert gas Gutter in a holding / buffering / settling furnace, also usually designed as an induction furnace, the again covered with charcoal and / or with Reduction / protective gas is flooded. After this Leaving this oven, the melt is over a, if necessary, also electrically heated and with Reduction / inert gas flooded gutter into one convicted electrically heated tundish, the also covered with charcoal and / or with Reduction / protective gas is flooded. From the tundish The liquid metal usually passes through the soil attached ceramic valve in the z.T. likewise with reducing / protective gas and / or for Example with carbon black covered mold in which the Metal continuously solidifies and continuous or discontinuously withdrawn.
  • This described standard method is based in essential to a reducing atmosphere in the Oven and the gutters, and in particular on the large Exchange surface between metal and reduction / inert gas within the overpass in the gutters and on the long residence time inside the furnace.
  • this standard procedure are also known methods, some of which are the above Procedural steps without or only partially with Operate reduction / shielding gas. Also known are procedures that only last for long residence times of the liquid metal in one Induction oven under charcoal cover low Seek to achieve oxygen levels.
  • the object of the present invention is therefore to a method of the type mentioned in the introduction indicate that in large-scale application specified oxygen content reproducible and too reasonable and lower cost compared to the State of the art as described above, achieved can be.
  • a device according to the DE 2 517 957 C2 can be used as shaft furnace.
  • the purge gas by flowing out the purging stones from below through the molten copper from, wherein at least one of the purging stones the Purge gas in a composition of 30% to 70% Reduction gas and 70% to 30% inert gas flows out.
  • the shaft furnace is designed such that continuously copper with low acidity Hydrogen and gas contents melted and attached to the Gutter is passed.
  • Another object of the present invention is a device of the type mentioned in the introduction such that a reduction in the Oxygen content of the copper melt in one continuous process and with appropriate Production speed to be performed can.
  • the method and the Device suitable to the full extent to be operated continuously.
  • the molten copper may vary depending on the used treatment stoves also discontinuous be performed. In particular, it is thought, the starting material initially in one inexpensive gas-fired shaft furnace melt down.
  • the treatment oven (1) is with an inlet part (2) and a Spout (3) provided.
  • the copper melt is preferably via an inlet (4) from above into the Inlet part (2) transferred.
  • Within the Inlet part (2) becomes a level height of the melt provided such that in the vertical direction Above a filling level (5) a free space (6) between the melt and an inlet cover (7) remains.
  • the melt is within the Inlet part (2) with a cover layer (8) provided, for example, from soot or charcoal can be trained.
  • the inlet (4) extends in the vertical direction to the melt into it, so that the supply of the melt below the cover layer (8) takes place.
  • In the illustrated embodiment is in Area of an inlet floor (9) one or more Einlauf Hughes Hughes / e (10) arranged, from which the Purging gas mixture for the reduction of Oxygen content of the melt rises.
  • the inlet part (2) is connected to a connecting channel (11) to the central part (12) of the treatment furnace (1) coupled.
  • the connecting channel (11) extends below the level of the melt in the Treatment furnace (1).
  • the connecting channel (11) directly to arrange above the inlet floor (9) and a upper limit of the connection channel (11) with a distance to the inlet bottom (9) to such locate that the inlet channel (11) in vertical direction upwards about half way Level of the melt within the Inlet part (2) is limited.
  • a crucible-like or tunnel-like depression (13) provided, in which the melt flows.
  • an input bottom (15) to arrange a height of about the height or a height lower level of the inlet floor (9) of the Inlet part (2) corresponds.
  • an input bottom (15) to arrange a height of about the height or a height lower level of the inlet floor (9) of the Inlet part (2) corresponds.
  • an input bottom (15) to arrange a height of about the height or a height lower level of the inlet floor (9) of the Inlet part (2) corresponds.
  • an input bottom (15) to arrange a height of about the height or a height lower level of the inlet floor (9) of the Inlet part (2) corresponds.
  • an input bottom (15) to arrange a height of about the height or a height lower level of the inlet floor (9) of the Inlet part (2) corresponds.
  • an input bottom (15) to arrange a height of about the height or a height lower level of the inlet floor (9) of the Inlet part (2) corresponds.
  • the melt within the middle part (12) can also be provided with a cover layer (8).
  • cover layer (8) is a gas collection room (17) arranged in the vertical direction is bounded above by a furnace lid (18). Of the Furnace lid (18) has a gas outlet (19).
  • One or more Spülstein / e (21) is arranged in the region of a bottom (20) of the middle part (12).
  • the sink (s) (21) is / are preferably placed so that of rising gas bubbles a flow of melt within the well (13) is generated such that in a middle Area the flow direction in vertical Direction facing upwards and in peripheral areas a Flow direction in the vertical direction down is realized.
  • These flow directions are e.g. by electric fields or inductors amplified so deflected that the exchange reactions between sink and melt strengthened / lengthened.
  • the middle part (12) is above an outflow channel (22) connected to the spout (3).
  • Outflow channel (22) has a height localization similar to the connecting channel (11).
  • an output bottom (25) In the area of a transition of the middle part (12) in the discharge channel (22) is an output bottom (25), which is about the same Height as the channel bottom (23) and the Entrance floor (15) extends. In the area of Starting floor (25) or above the Exit floor (25) can one or more Sink / e (26) to be placed.
  • the Melt be provided with a cover layer (8) and above the cover layer (8) is between a Spout cover (27) and the filling level a free space (28) provided.
  • a spout opening (30) for discharging the Melt arranged in the area of a spout (29) in the area of a spout (29) in the area of a spout (29) in the area of a spout (29) in the area of a spout (29) is a spout opening (30) for discharging the Melt arranged.
  • FIG. 2 In the highly schematic representation in FIG. 2 is illustrated that to be melted Starting material (31) first a melting furnace (32) is fed and then via a Gutter (33) in the area of the treatment furnace (1) is transported. An application of purge gas can both in the area of the gutter (33) and in the Area of the inlet part (2), the spout part (3) and the middle part (12). drawn are each supply lines (35) for the purge gas.
  • the melted and already pre-set (inter alia, with respect to oxygen, total gas content and Impurities) liquid metal passes continuously from the stitch hole in the Gas-fired gutter (33), which in a similar way the cathode shaft furnace controlled and equipped is.
  • the copper From the gas-fired and / or electrically heated and covered and / or closed channel (33) the copper enters the treatment furnace (1), the at the same time can be casting furnace.
  • the above inductors can Be channel inductors as well as crucible inductors.
  • the groove (33) can be fixed or movable be arranged, depending on the use of one or several treatment / pouring furnaces.
  • the transfer with gas heating is like that Melting much more efficient and therefore more energy efficient than transferring to the Fully electrically heated gutters (33) of the Standard procedure.
  • the treatment furnace (1) is preferably an in a closed, fireproof walled vessel. This can be arranged stationary or movable be, continue only one or more times be present, depending on the casting technology and / or Power rating.
  • the bottom (9) and / or the sides and / or the Cover (7) of the inlet part (2) are with rinsing nozzles equipped so that an intimate mixture of the incoming copper is ensured with purge gas.
  • the inlet part (2) can also - depending on its capacity - with inductors as in the Be provided channel (33).
  • the thus treated liquid copper passes from the inlet part (2) directly or via a siphon to the central part (12) of the treatment furnace (1).
  • This part of the oven is also against the Atmosphere sealed with a lid (18) and the metal strip therein is with reducing agents, e.g. Russ, covered.
  • the bottom (20) and / or the sides and / or the Input and output areas of the middle part (12) are equipped with rinsing nozzles so that an intimate Mixing the incoming copper with the Purge gas is guaranteed.
  • the bottom (20) with one or multiple inductor (s) and / or one provided electromagnetic stirrer, so that the Melt is additionally moved and thereby a intimate mixing with the purge gases, with the e.g. continuous operation incoming and outgoing Copper takes place as well as with the charcoal cover and, if necessary, the melt in the Treatment furnace (1) on the required Held casting temperature or brought to this becomes.
  • the spout part (3) also rinsing stones and inductors similar to installed at the pouring part (2).
  • the melt then passes under the bathroom via a ceramic valve and a ceramic tube incl. nozzle under bath in the mold / molds.
  • the mold can also directly be flanged to the spout (3) under the bathroom, so that then the above-mentioned ceramic valve eliminated. Is the mold flanged over bath, so can e.g. between spout (3) and mold one appropriate mechanical or electromagnetic Pump installed in closed version be, or in self-contained mold by known method, the melt through the solidified strand pulled into the mold.
  • the non flanged mold and in the upper part the mold liquid metal is e.g. by Inert gas and / or soot and / or soot - Charcoal mixtures covered against the atmosphere.
  • Flanged as not flanged molds are also at their metal outlet end against the atmosphere covered with inert gas. The metal is now frozen, but still hot.
  • the in the gutter (33), in the treatment furnace (1) and the protective gas used in the mold is in essentially from inert gas such as e.g. Argon, Nitrogen and from CO / CO2 - mixtures, where Mixing ratios of inert gas from 100% to 70% each by injection site and by CO / CO2 from o% to 30% each after injection in the application after the described method as for the Purpose of the invention proved effective to have.
  • inert gas such as e.g. Argon, Nitrogen and from CO / CO2 - mixtures
  • the proportion of the reducing gas in the Furnace atmosphere should be in the range of 10% to 40% lie. Typically, the proportion is about 20%.
  • the proportion of oxidizing gas constituents in the Furnace atmosphere is about 0% to 10%. Typically, there is a 5% share.
  • the purgatives, their inner training and theirs Arrangement in the refractory lining or in the lids and thus with their overlying Bath height or their Einblastiefe and their local Distribution and number in the channel (33) and in the channel Treatment furnace (1) depends on the respective existing or austden parameters.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes einer Kupferschmelze, bei dem im unteren Bereich der Kupferschmelze mindestens ein Spülstein angeordnet wird, aus dem mindestens ein Spülgas austritt, das in der Kupferschmelze aufsteigt.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes einer Kupferschmelze, die im wesentlichen als ein in sich geschlossenes Behandlungsgefäß bzw. ein geschlossener Behandlungsofen ausgebildet ist und in dem die Kupferschmelze mittels elektrischem Strom temperiert und/oder durchmischt werden kann.
Es sind bereits viele Verfahren bekannt, Kupfer und seine Legierungen mit sehr niedrigen Verunreinigungsgehalten, beispielsweise kleiner als 50 ppm, und/oder mit sehr niedrigen Sauerstoffgehalten, beispielsweise kleiner als 5 ppm, herzustellen. In der Technologie werden ähnliche Verfahren auch für andere Metalle (z.B. bei Aluminium und Eisen) verwendet.
Die Zielsetzung der unterschiedlichen Technologien gemäß dem Stand der Technik beinhaltet meist folgendes:
  • Entfernen von im flüssigen Metall befindlichen Reaktionsprodukten und/oder Verunreinigungen und/oder Schlacken und/ oder einzelner/mehrerer Elemente.
    • Bekannt ist in diesem Zusammenhang die Verwendung zum Beispiel von Filtern, die Bereitstellung von verweilzeiten zum Absetzen, die Behandlung durch mit den Verunreinigungen reagierenden Zusätzen, der Einsatz von physikalischen Abtrennverfahren wie z.B. Spülen, Anlegen von Vakuum, etc. in einem oder mehreren Schritten, in Kombination mit obigen Technologien oder in jeweiliger Einzelanwendung dieser Technologien, um die gewünschten Raffinationseffekte zu erreichen.
    Bekannt geworden sind diese Verfahren und haben breiteste Anwendung gefunden bei der Behandlung von Aluminium und Stahl sowie deren Legierungen, während sie in der Kupferindustrie nur teilweise benutzt werden.
    Bei der Herstellung von Kupfer wird seit alters her das Polen mit Baumstämmen und mit reduzierenden Gasen zur Entfernung des Sauerstoffgehaltes allgemein angewendet. Ebenfalls bekannt ist der Zusatz von reduzierenden Elementen wie z.B. Phosphor und Lithium oder Bor in Form von z.B.
    Mutterlegierungen. Ebenso werden Filter, Schlackesümpfe, Vacuumkammern/-öfen und / oder Absetzzeiten verwendet, um das Metall zu säubern.
    Alle oben aufgeführten Verfahren werden beim Kupfer zur verminderung sehr hoher Gehalte (z.B. größer als 200 - 2000 ppm) an Verunreinigungen und/oder Sauerstoff angewendet und weit verbreitet genutzt. Ebenfalls ist es bekannt, daß Desoxydationsrnittel wie z.B. Phosphor zugleich auch als Legierungselement zur Erzielung bestimmter Materialeigenschaften verwendet werden.
    Zur Herstellung sehr sauberer Küpfermaterialien wird fast durchgehend als Basismaterial elektrolytisch raffiniertes Kupfer (Kathoden) eingesetzt, dessen Verunreinigungshiveau durch die vorangegangenen Raffinationsschritte (thermisch und chemisch) bei international börsenregistrierten Sorten unter 100 ppm liegt.
    Bei den sich dann immer anschließenden weiteren thermischen verarbeitungsschritten durch Schmelzen und Gießen wird durch weitere verfahrensschritte, zum Teil durch die oben aufgeführten Technologien, der Verunreinigungsgehalt und/oder der Sauerstoffgehalt weiter vermindert, bzw. der durch das Schmelzen und Gießen verursachte oder noch vorhandene verunreinigungspegel eliminiert.
    So wird beispielsweise als diskontinuierliches oder kontinuierliches Standardverfahren zur Verringerung des Sauerstoffgehaltes unter 5 bis 15 ppm das elektrische Einschmelzen von Kupferkathoden eingesetzt, wobei die Kathoden zusätzlich bei einigen Verfahren vorher zur. Erhöhung der Schmelzleistung oder zu der Entfernung anhaftender/eingeschlossener Verunreinigungen auf bis 950°C via Gasbrenner erhitzt werden.
    Das Einschmelzen erfolgt dann in einem mit Holzkohle und / oder reduzierendem, weitgehend wasserstoffreien Schutzgas versehenem Elektroofen, vorzugsweise in Induktionsöfen. Anschließend erfolgt ein Überführen des flüssigen Kupfers durch eine, sofern nötig, elektrisch beheizte und ebenfalls mit Reduktions-/Schutzgas gefluteten Rinne in einen Warmhalte-/ Puffer-/ Absetz- Ofen, ebenfalls meist als Induktionsofen ausgebildet, der auch wieder mit Holzkohle abgedeckt und / oder mit Reduktions-/Schutzgas geflutet ist. Nach dem Verlassen dieses Ofens wird die Schmelze über eine, sofern nötig, ebenfalls elektrisch beheizte und mit Reduktions-/Schutzgas geflutete Rinne in einen elektrisch geheizten Tundish überführt, der ebenfalls mit Holzkohle abgedeckt und / oder mit Reduktions-/Schutzgas geflutet ist. Aus dem Tundish gelangt das flüssige Metall meist über ein im Boden angebrachtes keramisches Ventil in die z.T. ebenfalls mit Reduktions-/Schutzgas und / oder zum Beispiel mit Ruß abgedeckte Kokille, in der das Metall kontinuierlich erstarrt und kontinuierlich bzw. diskontinuierlich abgezogen wird.
    Dieses beschriebene Standardverfahren basiert im wesentlichen auf einer reduzierenden Atmosphäre im Ofen und den Rinnen und insbesondere auf der großen Austauschfläche zwischen Metall und Reduktions/Schutzgas innerhalb der Überführung in den Rinnen und auf der langen Verweilzeit innerhalb des Ofens. Innerhalb und neben diesem Standardverfahren sind auch Verfahren bekannt, die zum Teil die obigen Verfahrensschritte ohne oder nur zum Teil mit Reduktions-/Schutzgas betreiben. Ebenfalls bekannt sind Verfahren, die lediglich über lange verweilzeiten des flüssigen Metalls in einem Induktionsofen unter Holzkohleabdeckung niedrige Sauerstoffgehalte zu erzielen suchen.
    Weiter sind Verfahren bekannt, die zusätzlich und /oder zu dem obigen Standardverfahren bzw. zu dessen Modifikationen die Behandlung des flüssigen Metalls durch Vakuum vornehmen.
    Aus der DE-OS 36 40 753 ist es bereits bekannt, zum Entfernen von Sauerstoff aus einer Kupferschmelze ein Gemisch aus einem gasförmigen Kohlenwasserstoff und einem inerten Gas in die Kupferschmelze einzublasen. Das Einblasen kann durch Verwendung eines porösen ziegels oder durch verwendung einer speziellen Düse erfolgen.
    Aus der DE-OS 20 19 538 sind ein weiters Verfahren und eine Vorrichtung zum Entgasen und Reinigen von Metallschmelzen bekannt. Insbesondere wird die Verminderung des Sauerstoffanteils einer Kupferschmelze bei Verwendung von Spülsteinen beschrieben, aus denen ein Inertgas austritt, das in der Kupferschmelze aufsteigt. Dem Inertgas können reduzierende oder oxydierende Gase beigegeben sein.
    Die Temperierung einer Kupferschmelze während des Schmelztrasportes aus einem Schachtoffen ist schon aus JP-A-53064617 bekannt geworden.
    Die Vorrichtungen und die verfahren gemäß dem Stand der Technik sind nicht in ausreichender Weise dafür geeignet, reproduzierbar und mit ausreichender Produktionsgeschwindigkeit sowie angemessenen Kosten bei der Verfahrensdurchführung den Sauerstoffgehalt der Metallschmelze auf einen Anteil von weniger als 5 ppm zu vermindern.
    Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein verfahren der einleitend genannten Art derart anzugeben, daß bei großtechnischer Anwendung ein vorgegebener Sauerstoffgehalt reproduzierbar und zu angemessenen und geringeren Kosten gegenüber dem Stand der Technik wie oben geschildert, erreicht werden kann.
    Diese Aufgabe wird gemäß den Gegenstände von Anspruch 1 bis 3 gelöst. Das Kupfer zunächst in einem gasgefeuerten Schachtofen geschmolzen sowie anschließend über eine ebenfalls gasgefeuerte Rinne zu einem Behandlungsofen geleitet wird.
    Als Schachtofen kann eine Vorrichtung gemäß der DE 2 517 957 C 2 verwendet werden.
    Dabei tritt sowohl im Bereich der Rinne beziehungsweise im Bereich des Behandlungsofens das Spülgas durch Ausströmen aus den Spülsteinen von unten durch die Kupferschmelze aus, wobei aus mindestens einem der Spülsteine das Spülgas in einer Zusammensetzung mit 30 % bis 70 % Reduktionsgas und 70 % bis 30 % Inertgas ausströmt. Der Schachtofen ist derart ausgestaltet, daß kontinuierlich Kupfer mit geringen Sauer- wie Wasserstoff und Gasgehalten geschmolzen und an die Rinne übergeben wird.
    weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine Verminderung des Sauerstoffgehaltes der Kupferschmelze in einem kontinuierlichen Prozeß und mit angemessener Produktionsgeschwindigkeit durchgeführt werden kann.
    Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Bereich des Bodens und der Seiten sowie im Auslaufbereich des Behandlungsofens Spülsteine so angeordnet sind, daß vom aufsteigenden Spülgas eine Vertikalströmung innerhalb der Kupferschmelze ausgebildet ist, wobei zusätzlich der Behandlungsofen ein in sich völlig geschlossenes System mit kontrollierten Bedingungen für Metall und Gase bildet.
    Grundsätzlich sind das Verfahren und die Vorrichtung dafür geeignet, im vollen Umfang kontinuierlich betrieben zu werden. Das Vergießen der Kupferschmelze kann in Abhängigkeit von den verwendeten Behandlungsöfen auch diskontinuierlich durchgeführt werden. Insbesondere ist daran gedacht, das Ausgangsmaterial zunächst in einem kostengünstigen gasgefeuerten Schachtofen einzuschmelzen.
    Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, eine kontinuierliche Erzeugung von Kupfer mit einem Sauerstoffanteil von kleiner als 5 ppm und mit einer Dichte größer als 8,9 herzustellen. Es werden sowohl die Investitionskosten für die Herstellung der Fertigungsanlage als auch die Betriebskosten in DM/t bei der Durchführung des Verfahrens gegenüber dem Stand der Technik gesenkt.
    In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
  • Figur 1
    einen Querschnitt durch einen Behandlungsofen und
  • Figur 2
    ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Materialflusses.
    • Aus der schematischen Querschnittdarstellung in Figur 1 ist erkennbar, daß die verfahrenstechnische Behandlung der Kupferschmelze innerhalb eines Behandlungsofens (1) erfolgt. Der Behandlungsofen (1) ist mit einem Einlaufteil (2) sowie einem Ausgußteil (3) versehen. Die Kupferschmelze wird vorzugsweise über einen Zulauf (4) von oben in das Einlaufteil (2) überführt. Innerhalb des Einlaufteils (2) wird eine Pegelhöhe der Schmelze derart vorgesehen, daß in lotrechter Richtung oberhalb eines Füllpegels (5) ein Freiraum (6) zwischen der Schmelze und einem Einlaufdeckel (7) verbleibt. Die Schmelze ist innerhalb des Einlaufteils (2) mit einer Deckschicht (8) versehen, die beispielsweise aus Ruß oder Holzkohle ausgebildet sein kann. Der Zulauf (4) erstreckt sich in lotrechter Richtung bis in die Schmelze hinein, so daß die Zuführung der Schmelze unterhalb der Deckschicht (8) erfolgt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist im Bereich eines Einlaufbodens (9) ein oder mehrere Einlaufspülstein/e (10) angeordnet, aus dem das Spülgasgemisch für die Reduzierung des Sauerstoffgehaltes der Schmelze aufsteigt.
    Das Einlaufteil (2) ist mit einem verbindungskanal (11) zum Mittelteil (12) des Behandlungsofens (1) gekoppelt. Der Verbindungskanal (11) erstreckt sich unterhalb des Füllstandes der Schmelze im Behandlungsofen (1). Insbesondere ist daran gedacht, den Verbindungskanal (11) unmittelbar oberhalb des Einlaufbodens (9) anzuordnen und eine obere Begrenzung des verbindungskanals (11) mit einem Abstand zum Einlaufboden (9) derart zu lokalisieren, daß der Einlaufkanal (11) in lotrechter Richtung nach oben etwa auf der halben Füllstandshöhe der Schmelze innerhalb des Einlaufteils (2) begrenzt ist.
    Im Bereich des Mittelteiles (12) ist eine tiegelartige oder tunnelartige Vertiefung (13) vorgesehen, in die die Schmelze einströmt. Gemäß der Ausführungsform in Figur 1 ist insbesondere daran gedacht, im Bereich eines Eingangs (14) des Mittelteiles (12) einen Eingangsboden (15) auf einer Höhe anzuordnen, der etwa der Höhe oder einem tieferen Niveau des Einlaufbodens (9) des Einlaufteiles (2) entspricht. Im Bereich des Eingangsbodens (15) bzw. oberhalb des Eingangsbodens (15) kann ein oder mehrere Spülstein/e (16) positioniert werden.
    Die Schmelze innerhalb des Mittelteils (12) kann ebenfalls mit einer Deckschicht (8) versehen sein.
    Oberhalb der Deckschicht (8) ist ein Gassammelraum (17) angeordnet, der in lotrechter Richtung nach oben von einem Ofendeckel (18) begrenzt ist. Der Ofendeckel (18) weist einen Gasauslaß (19) auf.
    Im Bereich eines Bodens (20) des Mittelteils (12) ist ein oder mehrere Spülstein/e (21) angeordnet. Der/Die Spülstein/e (21) ist/sind vorzugsweise derart plaziert, daß von aufsteigenden Gasblasen eine Strömung der Schmelze innerhalb der vertiefung (13) derart erzeugt wird, daß in einem mittleren Bereich die Strömungsrichtung in lotrechter Richtung nach oben weist und in Randbereichen eine Strömungsrichtung in lotrechter Richtung nach unten realisiert ist. Diese Strömungsrichtungen werden z.B. durch elektrische Felder bzw, Induktoren verstärkt so umgelenkt, daß die Austauschreaktionen zwischen Spülstein und Schmelze verstärkt/verlängert werden. ,Hierdurch wird gewährleistet, daß in den Bereich des Mittelteiles (2) einströmende Schmelze zunächst in Richtung auf den Boden (20) geleitet wird und daß hierdurch ein ausreichender Kontakt mit dem aus dem Spülstein (en) (21) ausströmenden Spülgas sichergestellt ist. Die ausgebildete Strömung kann ggf. durch eine vorgesehene elektrische Heizung noch unterstützt werden.
    Das Mittelteil (12) ist über einem Ausströmkanal (22) mit dem Ausgußteil (3) verbunden. Der Ausströmkanal (22) weist eine Höhenlokalisierung ähnlich wie der Verbindungskanal (11) auf. Eine obere Höhenbegrenzung des Ausströmkanals (22) ist etwa auf einer halben Füllstandshöhe der Schmelze innerhalb des Ausgußteils (3) vorgesehen. Im Bereich eines Kanalbodens (23) des Ausströmkanals (22) kann/können ein oder mehrere Spülstein/e (24) angeordnet sein.
    Im Bereich eines Überganges des Mittelteiles (12) in den Ausströmkanal (22) ist ein Ausgangsboden (25) vorgesehen, der sich etwa auf einer gleichen Höhe wie der Kanalboden (23) sowie der Eingangsboden (15) erstreckt. Im Bereich des Ausgangsbodens (25) bzw. oberhalb des Ausgangsbodens (25) kann/können ein oder mehrere Spülstein/e (26) plaziert sein.
    Auch innerhalb des Ausgußteiles (3) kann die Schmelze mit einer Deckschicht (8) versehen sein und oberhalb der Deckschicht (8) ist zwischen einem Ausgußdeckel (27) und dem Füllpegel ein Freiraum (28) vorgesehen. Im Bereich eines Ausgußbodens (29) ist eine Ausgußöffnung (30) zur Ableitung der Schmelze angeordnet.
    In der stark schematisierten Darstellung in Figur 2 ist veranschaulicht, daß das zu schmelzende Ausgangsmaterial (31) zunächst einem Schmelzofen (32) zugeführt wird und anschließend über eine Rinne (33) in den Bereich des Behandlungsofens (1) transportiert wird. Eine Beaufschlagung mit Spülgas kann sowohl im Bereich der Rinne (33) als auch im Bereich des Einlaufteiles (2), des Ausgußteiles (3) sowie des Mittelteiles (12) erfolgen. Eingezeichnet sind jeweils Zuleitungen (35) für das Spülgas.
    Das Einschmelzen mit Gas im Schachtofen, dessen Schacht wie ein Wärmetauscher wirkt, ist wesentlich effizienter und damit energiesparender als das Einschmelzen mittels Strom bei den Induktionsöfen der Standardverfahren.
    Das derart erschmolzene und bereits voreingestellte (u.a. bezüglich Sauerstoff, gesamter Gasgehalt und Verunreinigungen) flüssige Metall gelangt kontinuierlich aus dem Stichloch in die gasbefeuerte Rinne (33), die in ähnlicher Weise wie der Kathodenschachtofen gesteuert und ausgerüstet ist.
    Aus der gasbefeuerten und/oder elektrisch beheizten und abgedeckten und/oder geschlossenen Rinne (33) gelangt das Kupfer in den Behandlungsofen (1), der zugleich Gießofen sein kann.
    Innerhalb der Rinnenlänge können neben dem Schlackesumpf weitere Sümpfe angeordnet sein, die durch Induktoren beheizt sind und in denen im Boden und/oder von oben Spülsteine so angeordnet sind, daß in diesen Sümpfen eine innige Mischung des flüssigen Metalls mit den Spülgasen stattfindet. Diese Sümpfe sind entweder im direkten Durchlauf oder über Syphons mit der Rinne (33) verbunden.
    Die oben genannten Induktoren können Rinneninduktoren wie auch Tiegelinduktoren sein. Die Rinne (33) kann ortsfest oder beweglich angeordnet sein, je nach Verwendung einer oder mehrerer Behandlungs-/Gießöfen.
    Das Überführen mit Gasheizung ist wie das Einschmelzen wesentlicher effizienter und damit energiesparender als das Überführen bei den vollständig elektrisch beheizten Rinnen (33) des Standardverfahrens.
    Der Behandlungsofen (1) ist vorzugsweise ein in sich geschlossenes, feuerfest ausgemauertes Gefäß. Dieses kann ortsfest oder beweglich angeordnet sein, weiterhin nur einfach oder mehrfach vorhanden sein, je nach Gießtechnologie und/oder Leistungsauslegung.
    Das in den Behandlungsofen (1) kommende vorbehandelte flüssige Kupfer wird aus der Rinne (33) z.B. über einen Bodenablauf unter Bad oder im flachen Zufluß in den mit Reduktionsmitteln, z.B. Holzkohle abgedeckten und mit Deckeln gegen die Atmosphäre abgedichteten Einlaufbereich (2) des Behandlungsofens eingeleitet.
    Der Boden (9) und/oder die Seiten und/oder die Deckel (7) des Einlaufteiles (2) sind mit Spüldüsen so ausgerüstet, daß eine innige vermischung des einlaufenden Kupfers mit Spülgas gewährleistet ist. Das Einlaufteil (2) kann ebenfalls - abhängig von seinem Fassungsvermögen - mit Induktoren wie in der Rinne (33) versehen sein.
    Das so weiter behandelte flüssige Kupfer gelangt vom Einlaufteil (2) direkt oder über einen Syphon zum Mittelteil (12) des Behandlungsofens (1). Dieser Teil des Ofens ist ebenfalls gegen die Atmosphäre mit einem Deckel (18) abgedichtet und das Metallband darin ist mit Reduktionsmitteln, z.B. Russ, abgedeckt. Der Boden (20) und/oder die Seiten und/oder die Eingangs- und Ausgangsbereiche des Mittelteils (12) sind mit Spüldüsen so ausgerüstet, daß eine innige Vermischung des einlaufenden Kupfers mit dem Spülgas gewährleistet ist.
    Zusätzlich ist der Boden (20) mit einem oder mehreren Induktor/en und/oder einem elektromagnetischen Rührer versehen, so daß die Schmelze zusätzlich bewegt wird und hierdurch eine innige vermischung mit den Spülgasen, mit dem beim z.B. kontinuierlichen Betrieb ein- und auslaufenden Kupfer sowie mit der Holzkohleabdeckung stattfindet und, soweit erforderlich, die Schmelze im Behandlungsofen (1) auf der erforderlichen Abgießtemperatur gehalten bzw. auf diese gebracht wird.
    Vom Mittelteil (12) gelangt die Schmelze direkt oder über einen Syphon zum Ausgußteil (3), welches ebenfalls mit Reduktionsmitteln, z.B. mit Holzkohle, abgedeckt und mit Deckeln (27) gegen die Atmosphäre abgedichtet ist.
    Je nach Konstruktion können im Ausgußteil (3) ebenfalls Spülsteine und Induktoren ähnlich wie beim Eingußteil (2) installiert sein. Die Schmelze gelangt dann unter Bad über ein keramisches Ventil und ein keramisches Rohr inkl. Düse unter Bad in die Kokille/Kokillen.
    Je nach Gießverfahren kann die Kokille auch direkt an den Ausgußteil (3) unter Bad angeflanscht sein, so daß dann das oben erwähnte keramische Ventil entfällt. Ist die Kokille über Bad angeflanscht, so kann z.B. zwischen Ausgußteil (3) und Kokille eine entsprechende mechanische oder elektromagnetische Pumpe in geschlossener Ausführung installiert werden, oder bei in sich geschlossener Kokille wird nach bekanntem Verfahren die Schmelze durch den erstarrten Strang in die Kokille gezogen.
    Die nicht angeflanschte Kokille und das im Oberteil der Kokille flüssige Metall wird z.B. durch Schutzgas oder/und durch Ruß und/oder durch Ruß - Holzkohlegemische gegen die Atmosphäre abgedeckt.
    Angeflanschte wie nicht angeflanschte Kokillen werden an ihrem Metallaustrittsende ebenfalls gegen die Atmosphäre mit Schutzgas abgedeckt. Das Metall ist jetzt erstarrt, aber noch heiß.
    Das in der Rinne (33), in dem Behandlungsofen (1) und bei der Kokille verwendete Schutzgas besteht im wesentlichen aus Inertgas wie z.B. Argon, Stickstoff und aus CO/CO2 - Gemischen, wobei sich Mischverhältnisse von Inertgas von 100% bis 70% je nach Einblasort und von CO/CO2 von o% bis 30% je nach Einblasort bei der Anwendung nach dem beschriebenen Verfahren als für den erfindungsgemäßen Zweck als effektiv erwiesen haben.
    Generell ist es zweckmäßig, am Gesamtgasvolumen aus Reduktionsgas und Inertgas im Bereich der Spülsteine einen Anteil des Reduktionsgases im Bereich von 40% bis 60% vorzusehen. Typischerweise beträgt der Anteil des Reduktionsgases etwa 50%. Sämtliche oben genannte Anteile stellen volumenanteile dar.
    Der Anteil des Reduktionsgases in der Ofenatmosphäre sollte im Bereich von 10% bis 40% liegen. Typischerweise beträgt der Anteil etwa 20%. Der Anteil oxidierender Gasbestandteile in der Ofenatmosphäre beträgt etwa 0% bis 10%. Typischerweise liegt ein Anteil von 5% vor.
    Die Spülsteine, ihre innere Ausbildung und ihre Anordnung in der feuerfesten Ausmauerung bzw. in den Deckeln und damit mit ihrer darüberliegenden Badhöhe bzw. ihrer Einblastiefe sowie ihre örtliche Verteilung und Anzahl in der Rinne (33) und im Behandlungsofen (1) richtet sich nach den jeweilig vorhandenen bzw. auszulegenden Parametern.

    Claims (22)

    1. Verfahren zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes einer Kupferschmelze, bei dem in einem in lotrechter Richtung unteren Bereich der Kupferschmelze mindestens ein Spülstein angeordnet wird, aus dem mindestens ein Spülgas austritt, das in der Kupferschmelze aufsteigt, wobei das Kupfer zunächst in einem Schachtofen geschmolzen sowie anschließend über eine Transportrinne zu einem Behandlungsofen geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl im Bereich der Transportrinne als auch im Bereich des Behandlungsofens das Spülgas durch Ausströmen aus den Spülsteinen in der Kupferschmelze aufsteigt und daß aus mindestens einem der Spülsteine das Spülgas in einer Zusammensetzung mit 30% bis 70% Reduktionsgas und 70% bis 30% Inertgas ausströmt und daß die Schmelze im Behandlungsofen elektrisch beheizt und vertikal bewegt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas in einer Zusammensetzung mit 40% bis 60% Reduktionsgas und 60% und 40% Inertgas angewendet wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülgas in einer Zusammensetzung mit etwa 50% Reduktionsgas und etwa 50% Inertgas angewendet wird.
    4. verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschmelze im Behandlungsofen (1) von einer Induktionsheizung temperiert und gerührt wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferschmelze im Bereich einer Rinne (33) zwischen dem Schmelzofen und dem Behandlungsofen (1) induktiv erwärmt und gerührt wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze im Behandlungsofen (1) und/oder der Rinne (33) von einer Deckschicht (8) bedeckt wird, die Kohlenstoff enthält.
    7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas mit einem Anteil an Kohlenmonoxid versehen wird.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Reduktionsgas mit einem Anteil von Kohlendioxid versehen wird.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Spülsteine ein Material mit Anteilen an Al2O3 , SiC, SiO2, sowie MgO verwendet wird.
    10. verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Spülsteine ein poröses Material verwendet wird.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines Mittelteiles (12) des Behandlungsofens (1) in lotrechter Richtung eine Strömung innerhalb der Kupferschmelze generiert wird.
    12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung in der Kupferschmelze bereichsweise in lotrechter Richtung nach oben und bereichsweise in lotrechter Richtung nach unten orientiert ist.
    13. Vorrichtung zur Verminderung des Sauerstoffgehaltes einer Kupferschmelze, die im wesentlichen einen Behandlungsofen (1) sowie eine Transportrinne für die Kupferschmelze aufweist, wobei der Behandlungsofen (1) einen Einlauf (2), ein Mittelteil (12) sowie einen Ausguß (3) aufweist und bei der zur Temperierung der Kupferschmelze mindestens ein Induktor verwendet ist, sowie bei der im Bereich eines Bodens (20) des Mittelteils (12) mindestens ein Spülstein (21) angeordnet ist und das Mittelteil (12) eine Querschnittgestaltung derart aufweist, daß vom aufsteigenden Spülgas eine Vertikalströmung innerhalb der Kupferschmelze ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein verbindungskanal (11) zwischen dem Mittelteil (12) und dem Einlaufteil (2) unterhalb eines Schmelzpegels angeordnet ist und daß der Induktor als Induktionsheizung zum Temperieren und Rühren der Kupferschmelze derart angeordnet ist, daß eine vom Induktor erzeugte Strömungsrichtung der Schmelze in einem mittleren Bereich des Mittelteiles (12) in lotrechter Richtung nach oben und in Randbereichen in lotrechter Richtung nach unten orientiert ist.
    14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines Überganges des Mittelteiles (12) zum Einlaufteil (2) mindestens ein Spülstein (16) angeordnet ist.
    15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines Überganges des Mittelteiles (12) zum Ausgußteil (3) mindestens ein Ausgangsspülstein (26) angeordnet ist.
    16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausströmkanal (2) zwischen dem Mittelteil (12) und dem Ausgußteil (3) unterhalb des Schmelzpegels angeordnet ist.
    17. vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet dadurch, daß oberhalb der Schmelze im Mittelteil (12) ein Gassammelraum (17) angeordnet ist.
    18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Schmelze im Einlaufteil (2) ein Freiraum (6) angeordnet ist.
    19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Schmelzpegels im Ausgußteil (3) ein Freiraum (28) angeordnet ist.
    20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ausströmkanals (22) zwischen dem Mittelteil (12) und dem Ausgußteil (3) mindestens ein Auslaßspülstein (24) angeordnet ist.
    21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsofen (1) mit mindestens einem magnetischen Rührer versehen ist.
    22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Seitenwand des Behandlungsofens (1) mindestens ein Spülstein angeordnet ist.
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