DE1919850A1

DE1919850A1 - Deoxidation of copper melts

Info

Publication number: DE1919850A1
Application number: DE19691919850
Authority: DE
Inventors: Themelis Nickolas John; Schmidt Paul Rudolf
Original assignee: Noranda Inc
Current assignee: Noranda Inc
Priority date: 1969-04-18
Filing date: 1969-04-18
Publication date: 1971-04-15
Also published as: DE1919850B2

Abstract

Deoxidation of Cu melts is effected by a lance through which is passed a mixture of gaseous aliphatic hydrocarbon and steam at a flow rate corresponding to Reynolds No. 2,100 - 1,000,000. The lance which may be cooled is dipped into the melt to a depth of 15 cm. below the surface. Opt. oxygen is added to the hydrocarbon/steam mixture. Pref. hydrocarbon is (m)ethane, propane or butane.

Description

Verfahren zur Lesoxydation von Metallschmelzen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens n Die Löslichkeit von Sauerstoff in Kupfer nimmt mit steigender Temperatur des Kupfers oberhalb seines Schmelzpunktes rasch zu.Process for the Lesoxidation of metal melts and device for Carrying out the process n The solubility of oxygen in copper increases the temperature of the copper increases rapidly above its melting point.

Bei der Herstellung von Kupfer und Kupferlegierungen unterwirft man daher das Metall in geschmolzenem Zustand einer Behandlung, durch die der Sauerstoff entfernt oder sein Gehalt zumindest verringert @ wird, Eine bekannte Arbeitsweise ist das sogenannte "Polen", bei dem man Stangen grünen Holzes in die Schmelze des Kupfers oder der Kupferlegierung eintaucht. Durch die aus dem grilnen Holz in Freiheit gesetzten Gase entsteht in der Schmelze eine kräftige Turbulenz und als Haupteffekt tritt eine chemische Reduktionswirkung ein.In the manufacture of copper and copper alloys one submits hence the metal in the molten state undergoes a treatment through which the oxygen removed or its content at least reduced, a well-known way of working is the so-called "Poland", where you put sticks of green wood in the melt of the Copper or copper alloy. Freedom from the green wood The gases used in the melt create a strong turbulence and the main effect a chemical reduction effect occurs.

den Desoxydationsvorgang zu vereinfachen und um die Kosten zu senken, wurde bereits versucht, ein reduzierend wirkendes Gas entweder direkt oder mittelbar aus in die Metallschmelze eingetragenen Feststoffen einzubringen.to simplify the deoxidation process and to reduce costs, attempts have already been made to use a reducing gas either directly or indirectly from solids introduced into the molten metal.

Die kanadische Patentschrift 668 598 besc@reibt ein Verfahren, bei des ein Kohlenmonoxyd und Wasserstoff enthaltendes Gasgemisch in eine Metallschmelze eingeblasen wird. Man erhält ein derartigee Gasgemisch, indem man Kohlenwasserstoffe gesoiert partiell oxydiert. Die Gase werden in die Metallschmelse gewöhnlich mittels Lanzen oder Rohren eingeblasen, wobei das in die Lanze oder die Rohre eingeleitete Gas beim vorgenannten Verfahren bereits ein Gasgemisch mit einem Gehalt von Kohlenmonoxyd und Wasserstoff iat, Anfgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Desoxydation geschmolzener Metalle, insbesondere von Kupfer bzw. Kupferlegierungen, nur Verfügung in stellen, bei dem Kohlenwasserstoffe als' Ausgangsstoffe verwendet werden, bei dem jedoch keine getrennte App@ratur für die partielle Oxydation bzw. Wasserdampf-Reformierung des Kohlenwasserst@ffs vor dem Einleiten in den Ofen erforderlich ist.Canadian Patent 668,598 besc @ rubs a method at of the gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen into a molten metal is blown in. Such a gas mixture is obtained by adding hydrocarbons soaked, partially oxidized. The gases are usually by means of the metal melt Lances or tubes blown in, the one introduced into the lance or tubes Gas in the aforementioned process is already a gas mixture containing carbon monoxide and hydrogen iate, the aim of the invention is to provide a process for deoxidation molten metals, especially copper or copper alloys, are only available in places where hydrocarbons are used as raw materials However, there is no separate apparatus for partial oxidation or steam reforming of the hydrocarbon is required before it is introduced into the furnace.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Desoxydation geschmolsener Metalle, das dadurch gekannzeichnet ist, dass man durch eine Lanze ein Gemisch aus einem Kohlenwasserstoff und Wasserdampf unter die Oberfläche einer Metallschmel@e einleitet.The invention thus relates to a method for deoxidizing molten Metals, which is characterized by the fact that a mixture is produced through a lance a hydrocarbon and water vapor under the surface of a molten metal initiates.

Vorzugsweise wird das Verfahren der Erfindung zur Oxydation von Kupfer und seinen Legierungen angewendet.Preferably the method of the invention is for the oxidation of copper and its alloys.

Beim Verfahren der Erfindung entstehen die redu@ierend wirdenden Gase im Inneren der Lan@e und/oder in der Schmel@e. Die @ildung allzu grosser Mengen an Kohlenstoff bzw. Russ entweder innerhalb der Lan@e oder nach dem Durchstreichen der Gase durch die Schmelze wird eindeutig verringert oder sogar verhindert.In the process of the invention, the reducing gases are produced inside the Lan @ e and / or in the Schmel @ e. The formation of too large quantities of carbon or soot either within the land or after being crossed out the gases through the melt is clearly reduced or even prevented.

Es ist bekannt, dass in eine Kupferschmelze eingeblasene Kohlenwasserstoffe, wie Propan oder Butan, bei der üblichen Arbeitsweise bei den bei der Kupfer-Raffination auftretenden hohen Temperaturen durch thermische Zersetzung groeee Mengen an Kohlenstoff bilden. Dieter Kohlenstoff kann sich in der Lanze ablagern und eine teilweise oder vollständige Verstopfung verursachen, eowie die Atmosphäre rund um den Ofen mit einem dichten, schwarzen Rauch verunreinigen, der die Gesundheit gefährdet und die Sicherheit infragestellt.It is known that hydrocarbons blown into a copper melt, like propane or butane, in the usual way of working in copper refining occurring high temperatures due to thermal decomposition large amounts of carbon form. Dieter Carbon can be deposited in the lance and partially or cause complete clogging, as well as the atmosphere around the stove with a thick black smoke that is harmful to health and pollute the Security in question.

Ein weiteres Merkmal des Verfahrens der Erfindung. besteht darin, dass die für die chemische Umsetzung des Kohlenwasserstoffe mit dem Wasserdampf ("Reformierung") innerhalb der Lanze und für die Erwärmung der Gase auf die Reaktionstemperatur benötigte Wärmemezige die Lanse auf einer temperatur unterhalb jener der Schmelze holt. Man knnn daher ein Material für die Lanze verwenden, das bei den hohen Temperature@, die bei den bekannten Oxydationsverfahren auftreten, ungeeignet ist.Another feature of the method of the invention. consists in that is responsible for the chemical reaction of the hydrocarbons with the water vapor ("Reforming") inside the lance and for heating the gases to the reaction temperature If heat was needed, the lance should be at a temperature below that of the melt get. One can therefore use a material for the lance that is suitable for the high temperatures @, which occur in the known oxidation processes, is unsuitable.

Im Verfahren der Erfindung wird Wasserdampf mit einem geeigneten Anteil eines Kohlenwasserstoffs, wie Methan, Propan, Butan, lsobutan oder Benzin, verwendet. Die bevorzugt verwendeten Kohlenwasserstoffs, wie Methan, Äthan, Propan, Butan oder Isobutan, sind bei Normalbedingungen gasförmig. Nan kann jedoch auch bei Normalbedingungen flüssige Kohlenwasserstoffe verwenden, wie Benzin oder Leichtöle.In the method of the invention, water vapor is used in an appropriate proportion a hydrocarbon such as methane, propane, butane, isobutane or gasoline is used. The preferred hydrocarbon used, such as methane, ethane, propane, or butane Isobutane, are gaseous under normal conditions. However, Nan can also under normal conditions Use liquid hydrocarbons such as gasoline or light oils.

Fig, 1 gibt eine Seitenansicht eines typischen Drehofens wieder und zeigt anhand eines eilquerschnitts eine Lanze, die in die Metallschmelze eingehängt ist; Fig. 2 stellt eine Seitenansicht eines Flammofens dar, bei dem eine Lanze durch eine seitliche Öffnung des Ofens hindurch in die Metallschmelze eingehängt ist; Fig, 3 zeigt einen Querschnitt der beim Verfahren der Erfindung verwendeten Lanze und veranschaulicht die in dieser auftretende Strömung des Gemisches aus Kohlenwasserstoff und Wasserdampf.Fig. 1 shows a side view of a typical rotary kiln and shows a lance, which is suspended in the molten metal, by means of a rapid cross-section is; Fig. 2 shows a side view of a flame furnace, in which a lance through a side opening of the furnace is suspended through the molten metal; Figure 3 shows a cross section of the lance used in the method of the invention and illustrates the flow of the mixture of hydrocarbons occurring therein and water vapor.

Bs wird angenommen, dass das aus der Lanze unterhalb der Oberfläche der Metalleohmelze einströmende Gas innerhalb einer kurzen Wegstrecke nach dem Verlassen der Düse bzw. Mündung der Lanso zu einer Vielzahl kleiner Blasen zerstäubt wird. Die entstehende hohe Gesamtoberfläche bewirkt, dass ein grosser Anteil der Schmelze reduziert wird. Je nach der Eintauchtiefe der Lanze und je'naoh der Strömungsgeschwindigkeit des Gases kann man somit einen Xutzefrekt von mindestens 70 % erzielen, bezogen auf die eingesetzte Gasmenge. Die Eintauc@tiefe der Lanze betragt gewöhnlich etwa 15 cm bis zur maximalen Tiefe des Bades, Die StrU-mungsgeschwindigkeit des Gases liegt in einem Bereich der Reynold'schen Zahl von 2 100 bis 1 000 000.Bs is believed to be from the lance below the surface the gas flowing in from the molten metal within a short distance after leaving it the nozzle or mouth of the Lanso is atomized into a multitude of small bubbles. The resulting high total surface area causes a large proportion of the melt is reduced. Depending on the depth of immersion of the lance and depending on the flow velocity of the gas you can thus achieve an efficiency of at least 70%, related on the amount of gas used. The depth of immersion of the lance is usually about 15 cm to the maximum depth of the bath, the flow rate of the gas is in a Reynold's number range from 2,100 to 1,000,000.

Bei einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens der irfindung wird das Gemisch aus Kohlenwasserstoff und Wasserdampf durch die in den Figuren dargestellte Lanze in die Netallschmelse in einer Weise eingeleitet, dass die Wechselwirkung zwischen dem Kohlenwasserstoff und dem Wasserdampf beim Strömen der Gase durch die von der Metallschmelze erhitzte Lanze eintreten kann und dass das aus der Lanze in die Metallschmelze strbmende Gasgemisch einen beträchtlichen Anteil an Kohlenmonoxyd bzw. Wasserstoff enthält.In a preferred embodiment of the process of the invention the mixture of hydrocarbon and water vapor is represented by the in the figures The lance shown is introduced into the metal smelter in such a way that the interaction between the hydrocarbon and the water vapor as the gases flow through the lance heated by the molten metal can enter and that that Gas mixture flowing from the lance into the molten metal accounts for a considerable proportion of carbon monoxide or hydrogen.

Der Nutzeffekt der Desoxydation des geschmolzenen Metalls hangt unter anderem von der Schaffung einer ausreichenden Kontakt fläche zwischen dem eingeblasenen Gas und der Metallschmelze ab. Daher soll die Lanze vorzugsweise 80 konstruiert und die Geschwindigkeit der Gaszufuhr so abgestimmt sein, dass das aus der Lanze ausströmende Gas in einigen Zentimetern Entfernung von der Lanzenmttndung in eine Vielzahl kleiner Blasen zerstäubt wird. Dies ist günstiger, als wenn relativ wenige grosse Blasen entstehen.The efficiency of deoxidizing the molten metal depends on among other things, from the creation of a sufficient contact area between the blown Gas and the molten metal. Therefore the lance should preferably be constructed 80 and the speed of the gas supply can be adjusted so that it comes out of the lance escaping gas at a distance of a few centimeters from the lance opening into a Large number of small bubbles is atomized. This is cheaper than having relatively few large bubbles appear.

Diese Bedingung wird erfüllt, wenn die Reynold'sche Zahl des durch die Lanzenmündung strömenden Gases mindestens 2 100 beträgt.This condition is fulfilled if the Reynold's number of the the lance mouth of flowing gas is at least 2 100.

Der Anteil des eingesetzten Wasserdampfes kann jenem des Kohlenwasserstoffs genau entsprechen oder geringer als die zur Reformierung des Kohlenwasserstoffs zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff erforderliche stöchiometrische Menge sein. Wenn die Strömungegeschwindigkeit des Gasgemisches durch die Lanze höher ist und daher das Gemisch nicht so schnell erhitzt wird, das die Umsetzung des Kohlenwasserstoffs mit dem Wasserdampf in ausreichendem Mass stattfindet, kann zur Erleichterung der Oxydation des Sohlenwasserstoff@ Sauerstoff zugesetzt werden. Dieser Sauerstoffzusatz bewirkt gewöhnlich eine exotherme Reaktion, wodurch das Gasgemisch zusätzlich erhitst wird. Es darf jedoch nicht so viel Sauerstoff zugesetzt werden, dass ein beträchtlicher, nicht usgesetzter Anteil die Metallschmelze erreioht, da dies den Zweok des Oxydationsverfahrens vereiteln oder gefährden würde.The proportion of water vapor used can be that of the hydrocarbon exactly equal to or less than that for reforming the hydrocarbon stoichiometric amount required to carbon monoxide and hydrogen. if the flow rate of the gas mixture through the lance is higher and therefore the mixture is not heated as quickly as the conversion of the hydrocarbon takes place with the water vapor in sufficient measure, can facilitate the Oxidation of the hydrocarbon @ oxygen can be added. This addition of oxygen usually causes an exothermic reaction, as a result of which the gas mixture is additionally heated will. However, so much oxygen must not be added that a considerable amount of Unexposed portion reaches the molten metal, as this is the purpose of the oxidation process would thwart or endanger.

Der Sauerstoff kann in Porm von Luft zugesetzt werden und der eingeblasene Gasstrom kann andere, gewöhnlich inerte Gase enthalten, wie Stickstoff oder Argons Ausserdem kennen im Gasstrom artdere itte1 enthalten sein, die für ihre günstige Einwirkung auf die Metallschmelze bekannt sind.The oxygen can be added in the form of air and that which is blown in Gas stream can contain other, usually inert gases, such as nitrogen or argon Also know kinddere itte1 to be contained in the gas flow, which are favorable for their Effect on the molten metal are known.

Nan kann das Verfahren der Erfindung zum Beispiel zur Desoxydation geschmolsenen Kupfers verwenden, das als elektrischee Anodenkupfer oder zur Herstellung von Drahtstäben dient; man kann die Desoxydation in wie üblich konstruierten Flammöfen oder in zylindrischen, kippbaren, beim Polen gebräuchlichen Anodenöfen durchfUhren, ohne dass man irgendwelche bedeutende Veränderungen an den Öfen vornimmt. Man kann z.B. eines der folgenden Verfahren @anwenden: a) Eine Anzahl Lanzen, s.B. 4 bis 6, der vorgenannten Art kann sum Einblasen des Gases in die Schmelze innerhalb einer Zeitspanne verwendet werden, die der gebräuchlichen Zeitspanne beim Polen (2 bis 3 Stunden) entspricht. Nach dem Einblasen kann das Metall gegossen werden.Nan can use the method of the invention for deoxidation, for example Use molten copper that is used as electrical anode copper or for manufacture used by wire rods; the deoxidation can be carried out in conventionally constructed flame ovens or in cylindrical, tiltable anode furnaces commonly used in Poland, without making any significant changes to the ovens. One can e.g. use one of the following methods: a) A number of lances, see B. 4 to 6, the aforementioned type can be blown gas into the melt within a sum Time span that corresponds to the usual time span for poling (2 to 3 hours). After blowing in, the metal can be poured.

b) Eine Anzahl von Lanzen, z.B. 2 bis 3, kann innerhalb 30 tis 45 Minuten in der Nähe des Abstichloche zur Reduktion des Metalls verwendet werden, wonaoh das Metall unter Fortsetzung der Reduktion während des gesamten Vorgangs gegossen wird, Bei dieser Arbeitsweise muss das zum Abstichloch fliessende Metall durch das stark reduzierte Metall in der Abstichzone hindurchfliessen und sich mit ihm vermischen. Dieses Verfahren wird in mancher Hinsicht gegentiber dem unter a) genannten bevorzugt, da es die Gesamtzeitspanne der Behandlung im Ofen verringert und einen geringeren Apparaturaufwand erfordert.b) A number of lances, e.g. 2 to 3, can be used within 30 to 45 Minutes can be used near the tap hole to reduce the metal, wonaoh the metal with continuation of the reduction during the entire process is poured, With this method of working, the metal flowing to the tapping hole must flow through the greatly reduced metal in the tapping zone and become with mix it up. This procedure is in some respects opposed to the one under a) preferred as it reduces the total time of treatment in the oven and requires less equipment.

c) Bei einer Abwandlung der vorgenannten Verfahren benötigt man einen zwischen den Flammofen und die Giessvorrichtung eingebauten kleinen Vorratso£en, der z.B. 5 Tonnen aufnehmen kann Mittels Lanzen oder Rohren wird das reduzierend wirkende Gas während der gesamten Giessperiode in diesen Vorratsofen eingeleitet. Diese Änderung etellt ein besonders vorteilhaftes Element bei der Planung und Einrichtung neuer Öfen dar.c) A modification of the aforementioned method is required between the flame furnace and the pouring device built-in small reservoirs, which can hold 5 tons, for example, using lances or pipes, this is reducing acting gas introduced into this storage furnace during the entire casting period. This change is a particularly beneficial element in planning and setting up new ovens.

Es wurde gefunden, dass das Verfahren der erfindung einen hohen Nutzeffekt besitzt, da der Anteil des zu Kohlenmonoxyd und Wasserstoff umgewandelten Kohlenwasserstoffs häufig 70 bis 75 % beträgt. Die die Metallschmelze verlassenden Restgase können gesammelt und, wenn sie brennbar sind, zur Versorgung des Ofens mit zusätzlicher Wärme verbrannt werden; dadurch wird die für die Ofenfeuerung benötigte Brennstoffmenge verringert. Die Restgase können auch zur Wärmeerseugung an anderer Stelle verwendet werden, Dit Zeichnungen beachreiben zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeignete Apparaturen.It has been found that the method of the invention has a high efficiency possesses, as the proportion of the hydrocarbon converted to carbon monoxide and hydrogen often 70 to 75%. The residual gases leaving the molten metal can collected and, if they are flammable, to supply the stove with additional Heat to be burned; this increases the amount of fuel required for firing the furnace decreased. The residual gases can also be used for heat extraction elsewhere Refer to the drawings for carrying out the method of the invention suitable equipment.

Fig. 1 zeigt einen typXsohen,bei der Kupfer-Raffination verwendeten Drehofen. Dieser Ofen-Typ ist auf Walzen 21 gelagert und kann durch einen geeigneten, mit einem Zahnkranz 22 verbundenen Motor in Drehung versetzt werden. Wasserdampf wird durch eine Leitung 1 in den Ofen eingeleitet und mit Hilfe eines Druckventils 2 kontrolliert, das den Dampf in der Versorgungsleitung 4 bei konstantem Druck hält. Die Beschickung jeder Lanze mit Dampf wird durch oinzelne Ventile 3 kontrolliert und erfolgt mittels eines mit der Lanze verbundenen flexiblen Schlauchs So Ein Kohlenwasserstoff, wie Propan oder Butan, wird durch die Leitung 7 in die Lanze eingespeist und durch ein Hauptventil 8 kontrolliert. Die Beschickung jeder Lanze von einer gemeinsamen Beschickungsleitung 10 her wird ebenfalls durch einzelne Ventile 9 kontrolliert und erfolgt durch einen mit der Lanze verbundenen flexiblen Schlauch llo Die Lanze besitzt ein T-Stück 6,in dem beim einleiten des Was serdampfe und des Kohlenwasserstoffs die Mischung erfolgt, einen Aufhängering 15 für die Lanze, eine Hülse 12 und das Lanzenrohr 140 Die mit der Lanze bei 13 verbundene Hülse 12 gestattet eine manuelle oder mechanische, periodische Drehung der Lanze um 1800 um die Lanzenachse, die dazu dient, den Aufwärtsknick der Lanzenspitze auszugleichen. Der Aufhängering für die Lanze ist 80 konstruiert, dass die Lanae in einem Winkel anfgehängt werden kann, , der ein maximales Eintauchen der Lanzenrohrmündung 17 unter die Oberfläche 19 der Schmelze 20 gestattet. Die ganze Vorrichtung ist mit Hilfe eines Hakens 16 und eines Kabels bzw. Seils 24 an einem geeigneten Gerüst aufgehängt.Fig. 1 shows a type used in copper refining Rotary kiln. This type of furnace is mounted on rollers 21 and can be connected to a ring gear 22 motor are set in rotation. Steam is introduced into the furnace through a line 1 and with the aid of a pressure valve 2 controls that keeps the steam in the supply line 4 at constant pressure. The charging of each lance with steam is controlled by individual valves 3 and is carried out by means of a flexible hose connected to the lance So A hydrocarbon, how Propane or butane is fed into the lance through line 7 and through a Main valve 8 checked. Feeding each lance from a common feed line 10 ago is also controlled by individual valves 9 and is carried out by a flexible hose connected to the lance llo The lance has a T-piece 6, in the mixture takes place when the water vapor and the hydrocarbon are introduced, a suspension ring 15 for the lance, a sleeve 12 and the lance tube 140 die with The sleeve 12 connected to the lance at 13 allows manual or mechanical, periodic Rotation of the lance by 1800 around the lance axis, which is used to bend the lance upwards to balance the lance tip. The hanging ring for the lance is constructed 80, that the Lanae can be hung at an angle that allows maximum immersion the lance tube mouth 17 below the surface 19 of the melt 20 allowed. the The entire device is connected with the aid of a hook 16 and a cable or rope 24 suspended from a suitable scaffolding.

Fig. 1 seigt die Lanen, die durch Öffnungen 18 in den Begrenzungewänden 26 des mit einer Auskleidung 25 versehenen Ofens eingeführt sind, Die Lanzen kennen jedoch auch durch jede beliebige, geeignete Öffnung im Ofen eingeführt werden, wie durch die rings um das zylindrische Gehäuse des Ofens angebrachten Öffnungen 23.Fig. 1 shows the lanes through openings 18 in the boundary walls 26 of the furnace provided with a liner 25 are introduced, the lances know however, they can also be introduced through any suitable opening in the furnace, such as through the openings 23 made around the cylindrical housing of the furnace.

Ferner sei erwähnt, dass das Verfahren der Erfindung auch in anderan Ofen-Typen durchgeführt werden kann, wie einem Plammofen, dessen Seitenansicht mit einer durch eine seitliche Öffnung 18 in der Wand 26 des Ofens eingeführten Lanze aus Figo 2 ersichtlich ist, Der Ofen Ist durch ein vertikales Gestänge 27 auf einem Gerüst 28 aufgehängt, wobei der Ofen selbst vom Gerüst durch die Isolationsschicht 29 isoliert ist, Die Leitungen 30 dienen zur Versorgung des Ofens. Eine oder mehrere dieser Lanzen können durch geeignete, an der Längsseits des Ofens angebrachte Öffnungen in den Ofen eingeführt werden. Zum Beispiel wurde gefunden, dass bei Verwendung von Propan und Wasserdampf 3 oder 4 derartige Lanzen zur Behandlung einer 200 bis 300 Tonnen wiegenden Supferbeschickung innerhalb einer Zeitspanne von 2 bis 3 Stunden in einem Plammofen erforderlich sind.It should also be mentioned that the method of the invention can also be used in other applications Furnace types can be carried out, such as a Plammofen, with its side view a lance inserted through a side opening 18 in the wall 26 of the furnace from Figo 2 it can be seen, the furnace is by a vertical rod 27 on a Scaffolding 28 suspended, the furnace itself from the scaffolding by the Insulation layer 29 is insulated, the lines 30 are used to supply the furnace. One or more these lances can through suitable openings made on the longitudinal side of the furnace be introduced into the oven. For example, it has been found that when using of propane and steam 3 or 4 such lances for treating a 200 to 300 tonnes of soup loads within a time span of 2 to 3 hours are required in a furnace.

Die Umsetzung zwischen Wasserdampf und Kohlenwasserstoff, bei der die verschiedenen reduzierend wirkenden Gase gebildet werden und die allgemein unter der Bezeichnung "Reformierung" bekannt ist, findet teilweise im Lanzenrohr 14 und teilweise in der Schmelze statt. In diesem Sinne können die aus der Lanzenmündung austretenden Gase nioht vollständig umgesetzt sein, sich aber weiter umsetzen und reduzierend wirkende Gase wie Wasserstoff und Kohlenmonoxyd bilden, die beim Aufsteigen des Gasgemisches durch die Schmelze nur Oberfläche 19 sogleich unter Bildung von Kohlendioxyd und Wasser mit dem Sauerstoff des Kupfers reagieren. Zusitz ich zum Vorteil, der auf der durch die Zugabe von Wasserdampf bewirkten Herstellung reduzierend wirkender Gase innerhalb der Lanze und in der Schmelze beruht, wird die Bildung von Kohlenstoff verhindert, der sich ansonsten an der Innonwand des Lanzenrohres niederschlagen und eine vollständige Verstopfung, sowie starke Russentwicklung an der Abzugsöffnung des Ofens verursachen wurde, Wasserdampf kann nach Massgabe des Bedienungopersonals des Ofens oder aufgrund von Spezialuntersuchungen in jedem beliebigen, auf den Kohlenwasserstoff bezogenen Anteil zugesetzt werden. Dies gilt Jedoch mit der Einschränkung, dass der Wasserdampfanteil dem Kohlenwasserstoffanteil genau entspricht oder geringer als die sur Reformierung benötigte stöchiometrische Menge ist. Bei Verwendung von Propan beträgt das stöchiometrische Wasser/Propan-Verhältnis s.B. 3 : 1 und es dürfen daher höchstens 3 Teile Wasserdampf einem Teil Propan entsprechen.The reaction between water vapor and hydrocarbon, in which the various reducing gases are formed and the general under the term "reforming" is known, takes place partially in the lance tube 14 and partly in the melt. In this sense, they can come from the mouth of the lance escaping gases will not be fully implemented, but continue to implement and reducing gases such as hydrogen and carbon monoxide are formed when rising of the gas mixture through the melt only surface 19 immediately with the formation of Carbon dioxide and water react with the oxygen in the copper. I sit down to Advantage reducing the production caused by the addition of steam Acting gases within the lance and in the melt will result in the formation of carbon, which would otherwise stick to the inner wall of the lance tube precipitate and a complete blockage, as well as strong soot development caused by the vent of the furnace, water vapor can according to the Operating personnel of the furnace or on the basis of special examinations in any added based on the hydrocarbon proportion will. this However, with the restriction that the water vapor component is the hydrocarbon component corresponds exactly to or less than the stoichiometric required sur reforming Amount is. When using propane, the stoichiometric water / propane ratio is s.B. 3: 1 and therefore no more than 3 parts of water vapor may correspond to one part of propane.

Die nachstehenden Reaktionsgleichungen veranschaulichen die bei der Einleitung von Wasserdampf und Kohlenwasserstoff in die Lanne erzielte teilweise Reformierung su Wasserstoff und Kohlenmonoxyd: Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der im Verfahren der Erfindung verwendbaren Lanze, die in eine Metallschmel@e 20 eingeführt ist.The following reaction equations illustrate the partial reforming of hydrogen and carbon monoxide achieved when water vapor and hydrocarbons are introduced into the Lanne: 3 shows a cross section of the lance which can be used in the method of the invention and which is inserted into a metal melt 20.

Wasser oder eine andere Flüssigkeit, wie Benzin, wird durch ein Einlassrohr 34 und ein Endstück 35 in eine Misch- und Zerstäuberdüse 36 und durch eine Öffnung 37 in das Lanzenrohr 14 eingeleitot. Hierdurch wird die Temperatur der Lanze bei einem niedrigen Wert gehalten. Das Gas, das in die Metallschmelse eingeleit@t werden soll, wird durch eine Öffnung 33 über ein T-Stück 6 in das Lanzenrohr 14 übergeführt und gelangt durch die Zerstäuber-MischdUse 36 bsw. die Öffnung 38 in die Lanze 140 Das eingeleitete Gas kann ein gasförmiger, aliphatischer Kohlenwasserstoff sein, wie Methan, Äthan, Propan oder Butan. Die Öffnungen 38 sind so geformt und bemessen, dass das Wasser in das Laiizenrohr 14 in fein versprühter Form eintritt. Beim strömen des Gemisches aus Wassertrdpfohen und Gasen durchs die Lanze 14 wird das Wasser verdampft und setzt sich mit den gasförmigen Kohlenwasserstoffen in unter ren, heissen Abschnitten des Lanzenrohres um.Water or some other liquid, such as gasoline, is drawn through an inlet pipe 34 and an end piece 35 into a mixing and atomizing nozzle 36 and through an opening 37 introduced into the lance tube 14. This will keep the temperature of the lance at kept at a low value. The gas that is introduced into the metal tube is to be transferred through an opening 33 via a T-piece 6 into the lance tube 14 and passes through the atomizer-mixing nozzle 36 bsw. the opening 38 in the lance 140 The gas introduced can be a gaseous, aliphatic hydrocarbon, like methane, ethane, propane or butane. The openings 38 are shaped and sized so that that the water enters the Laiizen pipe 14 in a finely sprayed form. When pouring of the mixture of water pumps and gases through the lance 14 the water evaporates and settles with the gaseous hydrocarbons in lower, hot sections of the lance tube.

Die Beiapiele erläutern die Erfindung.The examples explain the invention.

Beispiele Unter Verwendung der in den Figuren gezeigten Apparaturen werden 3 Versuche im Technikumsmaßstab durchgeführt; als Kohlenwasserstoff dient Propan und als behandeltes Metall Anodenkupfer. Tabelle I zeigt die Versuchsbedingungen und die rgebnisse.Examples Using the apparatus shown in the figures 3 tests are carried out on a pilot plant scale; serves as a hydrocarbon Propane and, as a treated metal, anode copper. Table I shows the experimental conditions and the results.

Tabelle I Versuche-Nr. 1 2 3 Kupfer-Charge, kg 2 200 2 100 2 000 Innendurohmesser der Lanze, om 1,3 1,9 1,9 Tiefe des Eintauchens der Lanze 17,8 17,8 17,8 in die Schmelze, cm Geschwindigkeit des Propan-0,065 0,085 0,133 Stroms, m3/Min. Table I Experiment no. 1 2 3 copper batch, kg 2 200 2 100 2 000 Inner diameter of the lance, om 1.3 1.9 1.9 Depth of immersion of the lance 17.8 17.8 17.8 into the melt, cm velocity of propane 0.065 0.085 0.133 stream, m3 / min.

Geschwindigkeit des Wasser-0,198 0,255 0,130 dampf-Stroms, m3/Min.Water speed 0.198 0.255 0.130 steam flow, m3 / min.

Reduktionezeit, Min. 56 45 20 Anfange-Sauerstoffgehalt, % 0,9 1,1 0,65 End-Sauerstoffgehalt, % 0,09 0,04 0,22 inagesamt entbundener 0,81 1,06 0,43 Sauerstoff, % Geschwindigkeit der 0,29 0,37 0,43 Sauerstoff-Entbindung, kg/Min.Reduction time, min. 56 45 20 Initial oxygen content,% 0.9 1.1 0.65 final oxygen content,% 0.09 0.04 0.22 in total delivered 0.81 1.06 0.43 Oxygen,% rate of oxygen delivery 0.29 0.37 0.43, kg / min.

Gas-@utzeffekt, % aus der Metallanalyse 69 62 61 as der Gasanalyse - 77 69 Die Verfahren werden in einem Fla@@ofen mit einer 2,5-Tonnen-Partie Rohrkupfer, das vorher oxydiert wurde, durchgeführt. Jach jedem Reduktionevorgang folgt eine Desoxydationsperiode. Das als reduzierend wirkende Gas verwendete Propan-Wasserdampf-Gemisch wird durch eine aus korrosionsbeständigem Stahl hergestellte Lanze eingeleitet, die durch das Ofendach senkrecht in die Schmelze herabgelassen wird. Die Eintauchtiefe der Lanze beträgt etwa 17,8 om und die Gesamttief@ der Schmelze an dieser Stelle beträgt 30R5 cm. Es werden lanzen mit Innendurchmessern von 1,3, 1,9 und 2,5 cm verwendet.Gas @ exhaust effect,% from metal analysis 69 62 61 as from gas analysis - 77 69 The processes are carried out in a fla @@ furnace with a 2.5 ton batch of copper tubing, which was previously oxidized. Each reduction process is followed by one Deoxidation period. The propane-water vapor mixture used as a reducing gas is introduced through a lance made of corrosion-resistant steel, which is lowered vertically into the melt through the furnace roof. The immersion depth the lance is about 17.8 om and the total depth @ of the melt at this point amounts to 30R5 cm. Lances with internal diameters of 1.3, 1.9 and 2.5 cm are used.

Der Verlauf der Umsetzung wird visuell an Regulus-Probekörpern und an polierten Abschnitten geprüft. Ausserdem werden die Ofengase während des Desoxydationsvorgangs in Abstanden von 3 Minuten chromatographisch auf ihren Gehalt an Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd analysiert. Die Probekörper werden anschliessend auf den Sauerstoffgehalt geprüft; Tabelle I zeigt die Ergebnisse.The course of the implementation is visualized on Regulus test specimens and checked on polished sections. In addition, the furnace gases are during the deoxidation process at intervals of 3 minutes chromatographically for their carbon monoxide and content Carbon dioxide analyzed. The test specimens are then checked for the oxygen content checked; Table I shows the results.

Hinsichtlich der für den Nutzeffekt angegebenen Werte sei erläutert, dass dieser auf zwei Elementen beruht a) Der Umsatz bei der Reaktion des Propans mit Wasserdampf: b) Der Umsatz bei der Reduktion des oxydierten Anodenkupfers durch den gemäss Reaktion (1) entstehenden Wasserstoff bzw. das Kohlenmonoxyd: In der Praxis ist es schwierig, zwischen den Ausbeuten der Umsetzungen (I) und der Umsetzungen (II) bzw. (III) zu untersoheiden. Hier bedeutet der Ausdruck "Prozent-Nutzeffekt" die gemeinsamen Ausbeuten aus den Umsetzungen (I), (II) und (III). Dementsprechend wurde im Idealfall eines 100 %-igen Gas-Nutzeffekts das Propan vollständig zu Wasserstoff und Kohlenmonoxyd umgesetzt werden und diese Gase würden vollständig gemäss Gleichungen (II) bzw. (III) ausgenützt werden.With regard to the values given for the efficiency, it should be explained that this is based on two elements a) The conversion in the reaction of the propane with water vapor: b) The conversion in the reduction of the oxidized anode copper by the hydrogen or carbon monoxide formed according to reaction (1): In practice it is difficult to distinguish between the yields of reactions (I) and reactions (II) or (III). As used herein, the term "percent efficiency" means the combined yields from reactions (I), (II) and (III). Accordingly, in the ideal case of a 100% gas efficiency, the propane would be completely converted into hydrogen and carbon monoxide and these gases would be fully utilized according to equations (II) and (III).

Tabelle I zeigt, dass sich bei den besten Bedingungen ein Gas-Nutzeffekt in der Grössenordnung von 70 % ergibt.Table I shows that there is a gas efficiency under the best conditions in the order of 70%.

Ee ist ersichtlich, dass das Verfahren der Erfindung zwei Vorteile in sich vereint, indem es einerseits eine besondere Reformieranlage unnötig macht und andererseits das Entstehen nennenswerter Russmengen ausschliesst. Es ermöglicht ausserdem das Reformieren innerhalb des Lanzenrohres und innerhalb der Schmelze dadurch, dass ein Gemisch aus Gas und Wasserdampf in die Lanze eingeleitet wird.It can be seen that the method of the invention has two advantages united in that on the one hand it makes a special reforming plant unnecessary and on the other hand, excludes the occurrence of significant amounts of soot. Allows also reforming within the lance tube and within the melt by introducing a mixture of gas and water vapor into the lance.

Die spezielle, beim Verfahren der Erfindung verwendete Konstruktion der Lanze gestattet eine periodische Drehung um 18000 Es sei ausserdem erwähnt, daße das Verfahren der Erfindung in einem Flammofen unter gleichzeitigem Kühlen der Lanze durch Einsprü@hen von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit in die Lanze durchgeführt werden kann, Anstelle des Flammofens auch ein zylindrischer, kippharer Ofen verwendet werdenThe particular construction used in the method of the invention the lance allows a periodic rotation of 18000. It should also be mentioned that that the process of the invention in a flame furnace with simultaneous cooling the lance by spraying water or another liquid into the lance can be carried out, instead of the flame furnace also a cylindrical, tiltable Oven can be used

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Process for deoxidizing molten materials Metals, d a u r oh g e k e n n n s e i c h n e t that one can enter through a lance Mixture of a hydrocarbon and water vapor beneath the surface of a molten metal initiates.

2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e that copper is used as the metal.

3. The method according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h e t that the hydrocarbon is a gaseous under normal conditions, aliphatic hydrocarbon used.

4. The method according to claim 3, d a d u r o h g e k e n n -a e i c h n e t that methane, ethane, propane or butane are used as hydrocarbons.

5. The method according to claim 1 or 2, d ß d u r o h g e -k e n n s E i c h n e t that lan as a hydrocarbon is a liquid under normal conditions Used hydrocarbon.

6. The method according to claim 3 or 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that blowing in with a @ gas mixture with a content ton Hydrocarbon and water vapor.

7. The method according to claim 5, d a d u r o h g e k e n n z e t c h n e t that the injection is carried out by adding the liquid hydrocarbon introduces into a water vapor stream, the one under the aforementioned Surface is blown in 0

8. The method according to claim 1 to 4, d a d u r c h g e -k e n n n n n e i n e t that one can move the reducing gases at one speed which corresponds to a Reynold's number from 2 100 to 1 000 000 0 90 method according to claim 1 to 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the Lance opening at least about 15 cm below the surface of the molten metal holds.

10. The method according to claim 1 to 4, d a d u r c h g e -k e n n z E i c h n e t that the mixture of hydrocarbons and water vapor is still oxygen clogs.

11. The method according to claim 1 to 10, carried out in a cylindrical, tiltable oven.

12. The method according to claim 1 to 10, carried out in a flame furnace with simultaneous cooling of the lance.

13. The method according to claim 12, d a d u r e h e k e fl fl -1 e i without the need for cooling by spraying in water or other liquids into the lance.

14. Device for performing the method according to claims 1 to 13 using a flame furnace, in particular a rotatable or tiltable one Oven, it is not possible to use at least one lance for blowing in Hydrocarbon and water vapor under the surface of one in the furnace molten metal, the or each lance being designed so that same absorb a certain amount of water vapor and are cooled by this water vapor can be.

15. The apparatus of claim 14, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the or each lance is tubular.

16. The apparatus of claim 14 or 15, d a d u r o h g e -k e n It should be noted that a cooling device is provided for cooling the or each lance is, with which a cooling fluid can be introduced into the lance tube (14).

L e r s e i t e