DE2062144C3

DE2062144C3 - Verfahren und Vertikalofen zum Schmelzen und Raffinieren von Roh- oder Blisterkupfer

Info

Publication number: DE2062144C3
Application number: DE2062144A
Authority: DE
Inventors: Edouard De Anvers Bie (Belgien)
Original assignee: METALLURGIE HOBOKEN-OVERPELT BRUESSEL
Current assignee: METALLURGIE HOBOKEN-OVERPELT BRUESSEL
Priority date: 1969-12-24
Filing date: 1970-12-17
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FI54930B; DE2062144A1; FR2074168A5; GB1327490A; JPS5426489B1; DE2062144B2; LU60094A1; US3715203A; ZA708461B; CA922902A; BE760452A; FI54930C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Vertikalofen zum Schmelzen von Roh- oder Blisterkupfer mit den üblichen Verunreinigungen, z. B. Eisen, Blei, Zink, Arsen, Antimon, Zinn, Schwefel sowie Schlacken mittels heißer Gase, die durch Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs, der verhältnismäßig viel Schwefel enthalten kann, erzeugt werden. Das auf diese Weise erschmolzene flüssige Metall wird in einen oder mehrere weitere Öfen übergeführt, in denen übliche Raffinationsbehandlungen bzw. die Bereitstellung zum Vergießen zu Anodenplatten für die elektrolytische Raffination stattfindet Dies hat den Vorteil eines Wärmeübergangs durch Konvektion anstelle eines Wärmeübergangs durch Strahlung, wie er bei den Flammöfen stattfindet

Es wurden bereits viele Versuche unternommen, um verunreinigtes Kupfer in einem mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen beheizten Vertikalofen zu schmelzen. Diese Versuche scheiterten jedoch an der Schwierigkeit der Abführung der Schlacke, die entweder aus den Verunreinigungen des Kupfers oder aus Reaktionsprodukten dieser Verunreinigungen mit der Feuerfestauskleidung des Ofens entstehen.

Aus der deutschen Patentschrift 8 10 432 ist ein Verfahren zum Raffinieren bekannt bei dem das Kupfer in einem gasbeheizten Schachtofen geschmolzen wird. Es wird jedoch vorzugsweise oxydierend geschmolzen, was die unerwünschte Schlackenbildung fördert.

Nach der deutschen Auslegeschrift 13 01 583 wird im Schachtofen mittels heißer Verbrennungsgase in reduzierender Atmosphäre geschmolzen. Im Ofen sind die Düsenebenen alle horizontal angeordnet. Es handelt sich jedoch um ein spezielles Verfahren zum Schmelzen von reinem Kupfer (Kupferkathoden), so daß die beim Schmelzen von verunreinigtem Kupfer zu bewältigenden Probleme, insbesondere bezüglich der Schlackenbildung und der Druckverhältnisse im Ofen gar nicht auftreten.

Mit den bekannten Verfahren war es nicht möglich. Roh- oder Blisterkupfer auf wirtschaftliche Weise in einem mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebenen Vertikalofen zu schmelzen.

Die Schmelzung solchen Kupfers erfolgte bisher vorwiegend entweder in elektrischen Ofen oder in Flammenöfen unter Anwendung der Strahlungshitze, die durch Brenner bei Verwendung eines Brennstoffs mit niedrigem Schwefelgehalt erzeugt wird. Schwefel ist für das Kupfer schädlich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Roh- oder Blisterkupfer in vorteilhafter Weise in einem gasbeheizten Vertikalofen zu schmelzen. Dabei soll eine Verminderung der Verunreinigungen des Kupfers erreicht und zugleich vermieden werden, daß im Ofen, dessen Betrieb störende Schlackenansätze entstehen. Die Erfindung ist besonders nutzbringend für das Schmelzen von verunreinigtem Kupfer und das Gießen von Anodenplatten. Bekanntlich werden Kupferkathoden industriell hergestellt durch Elektrolyse von Anoden aus verhältnismäßig unreinem Kupfer in einem geeigneten Elektrolyten unter Verwendung von Mutterblechen als Kathoden. Während der Elektrolyse wird das von den Anoden gelöste Kupfer als reines Kupfer auf den

Mutterblechen niedergeschlagen, und somit entstehen Kupferkathoden. Die Anoden und Kathoden haben allgemein festgelegte Gestalt und Abmessung. Die Anodenplatten sind im allgemeinen rechteckig oder quadratisch.

ίο Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Schmelzen und Raffinieren von Roh- und Blisterkupfer mit den üblichen Verunreinigungen, z. B. Eisen, Blei, Zink, Arsen, Antimon, Zinn, Schwefel sowie Schlacken, in einem Vertikalofen, der an seinem oberen Ende eine Aufgabevorrichtung zur Zuführung der zu schmelzenden Kupferstücke und an seinem unteren Ende ein Stichloch zum Abziehen der Schmelze aufweist und in dem die Schmelzung der Kupferstücke durch direkte Berührung mit einem Strom heißer Gase erfolgt, die durch Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs mit einem sauerstoffha/c-gen Gas erzeugt werden, wobei das Einblasen der heißen Gase mittels Düsen oder Brennern erfolgt die ringsum am Umfang des Ofens angeordnet sind. Dieses Verfahren ist durch die Kombination der im Anspruch 1 angegebenen Merkm^ie 1 bis 5 gekennzeichnet

Vorzugsweise wird das Verbrennungsgas unter einem Druck von etwa 180 g/cm² eingeblasen und der Druck in Höhe des Stichloches auf etwa 65 g/cm² eingestellt.

Der Druck der eingeblasenen Verbrennungsgase liegt mit Vorteil zwischen 100 und 380 g/cm² und vorzugsweise bei etwa 180 g/cm².

Erfindungsgemäß beträgt die Wärmezufuhr durch das Verbrennungsgas mindestens 300 kcal/kg und der

.15 Druck mindestens 101,6 cm Wassersäule. Unter diesen Bedingungen erreicht man eine schnelle Oberflächenschmelzung der Kupferstücke und ein direktes Auslaufen der geschmolzenen Masse unter Druck. Ferner wird durch die schnelle Oberflächenschmelzung im Bereich der Düsen und durch das Auslaufen unter hohem Druck die Bildung von größeren Schlackenmengen vermieden.

Der Gasdruck im Bereich der Brenner und des Stichlochs ist derart, daß das den Ofen verlassende Metall als unter Druck stehender Strahl auttritt, der

4> flüssiges Material einschließlich flüssiger Schlacke und Feststoffen austreibt. Um einen solchen Strahl zu bekommen, ist es erforderlich, außer dem erforderlichen Druck des Verbrennungsgases im Bereich der Brenner eine ausreichende Beschickungshöhe der Kupferstücke

so einzuhalten, damit dem Durchgang der Verbrennungsgase der nötige Widerstand entgegengesetzt wird und man den erforderlichen Druck im Bereich des Stichlochs erhält. Vorteilhaft ist eine Beschickungshöhe von nrndcjtens 6 m.

v, Das geschmolzene Kupfer und die von den Verunreinigungen stammende Schlacke werden durch das Stichloch des Vertikalofens in einen oder mehrere Flammöfen oder Kippöfen oder auch in mehrere hintereinander angeordnete Öfen übergeführt, in denen das Kupfer zur Entfernung der Verunreinigungen verblasen wird. Es folgt dann das Polen zur Regulierung des Sauerstoffgehalts, und um dem Kupfer die erforderliche Qualität zu geben, bevor es in den Flammofen oder Kippofen für das Gießen der Anoden kommt.

Es ist ein bedeutender Vorteil der Erfindung, daß verunreinigte Kupferstücke in einem Vertikalofen geschmolzen werden können, der mit flüssigem oder

gasförmigem Brennstoff von beliebigem Schwefelgehalt beheizt wird, und zwar in höherer Geschwindigkeit als bei den konventionellen Schmelzverfahren im Flammofen. Bei dem Verfahren der Erfindung werden der im Brennstoff enthaltene Schwefel und — falls anwesend — Zink, Arsen, Zinn und Blei mit dem Rauch der Verbrennungsgase ausgetrieben und verlassen den Ofen an dessen Kopf.

Als Brennstoffe können gasförmige Kohlenwasserstoffe, wie Butan, Propan oder Erdgas, oder flüssige Kohlenwasserstoffe, z. B. Schweröle, verwendet wer den. Bei Nachschaltung eines Flammofens können z. B. 300 t verunreinigten Kupfers in weniger als 18 Stunden geschmolzen, raffiniert und vergossen werden, während man hierfür mit konventionellen Verfahren im allgemeinen mehr als 24 Stunden benötigt.

Beispielsweise kann mit einer Anlage, bestehend aus einem Vertikalofen gemäß der Erfindung und einem MuChgCSchSiiCtCn FiaiTiiTiGiCn, u€T 300 i Küpicf äüiiicnmen kann und für die Raffination, das Polen und das Vergießen eingerichtet ist, in folgendem Zyklus gearbeitet werden:

Schmelzdauer:

Raffination:

Polen:

Gießen:

vollständiger Zyklus:

5 Stunden 30 Minuten,
4 Stunden,

2 Stunden,

6 Stunden 30 Minuten,
18 Stunden.

Bei konventioneller Arbeitsweise hingegen ergibt

sich folgender Zyklus:

Schmelzdauer:

Raffination:

Polen:

Gießen:

vollständiger Zyklus:

9 Stunden,
7 Stunden,
2 Stunden,

6 Stunden 30 Minuten,
24 Stunden 30 Minuten.

Mit dem Verfahren der Erfindung kann die Dauer des Arbeitszyklus durch Zeiteinsparung sowohl in der Schmelzperiode als auch in der Raffinationsperiode herabgesetzt werden, wie weiter unten noch erläutert wird. Die Bildung von Schlacke aus den Verunreinigungen des Kupfers kann auf ein Minimum vermindert werden, und ihre Beseitigung ist erleichtert.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß verunreinigtes Kupfer in solchen Mengen geschmolzen werden kann, daß mehrere Flammofen von einem einzigen Vertikalofen befüllt werden können. Hierdurch kann die Produktion von Anodenplatten beschleunigt bzw. erhöht werden, da eine Schnellgießmaschine durch sukzessive Speisung aus mehreren Vorratsöfen ohne Unterbrechung arb-iten kann.

Die Erfindung verschafft auch einen Weg zur Oberflächenverfestigung des Kupfers. Das im allgemeinen angewendete Verfahren besteht entweder im Vergießen in üblichen geschlossenen Bodenformen oder in irgendeinem Plattengießverfahren zur Anodenherstellung.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist ein gegenüber den bekannten Verfahren geringerer Verschleiß der Feuerfestverkleidung. Da die Raffinations- und Gießöfen mit flüssigem Metall gespeist und nicht zur Schmelzung verwendet werden, ist ihre Gebrauchsdauer beträchtlich verlängert. Da die feuerfesten Steine weniger angegriffen werden, entsteht auch weniger Schlacke.

Vorteilhaft ist ferner, daß der gewünschte Fluß von geschmolzenem Kupfer schon innerhalb von Minuten nach dem Ingangsetzen des Vertikalofens einsetzt und auch je nach Bedarf innerhalb von Minuten unterbrochen werden kann, so daß geschmolzenes Kupfer, so wie es gebraucht wird, zur Verfügung steht.

Dadurch, daß die Verbrennung so reguliert wird, daß eine im wesentlichen neutrale Atmosphäre entsteht, werden Zink, Blei, Zinn und viele andere Verunreinigungen des Kupfers verflüchtigt, und können abgetrennt in einer an den Ofen angeschlossenen Sammelvorrichtung gewonnen werden. Auch hierdurch wird die im Raffinationsofen auftretende Schlackenmenge beträchtlich verringert und die Raffination 'irlcicntcrt, wodurch auch die Kosten für die Wiedcrbehanclliing bzw. Weiterbehandlung des Kupfers beträchtlich gesenkt werden.

Gegenüber den konventionellen Verfahren zur Herstellung von Kupferanoden zeichnet sich das Verfahren der Erfindung auch durch geringere Investierungs- und Betriebskosten aus.

Der SiTGiTi uCS DrefingäScs wiid aiii Biciifierausgang und in den Mündungen gezündet und im wesentlichen verbrannt, bevor es mit den Kupferstücken in Berührung kommt. Der Gasstrom tritt mit solchem Druck aus, daß er den Widerstand des flüssigen Metalls überwinden und durch dieses hindurchströmen kann.

2Ί De. Heizwert des Gasstroms ist ausreichend hoch, um das Kupfer und die aus dessen Verunreinigungen entstehende Schlucke zu schmelzen. Das geschmolzene Materia! wird unter Druck in die weiteren öfen übergeführt, wo die oben schwimmende Schlacke entfernt wird, die Raffination stattfindet und das Gießen zu Anodenplatten erfolgt. Befriedigerde Ergebnisse erhält man. wenn der Sauerstoffgehalt des Gasstroms geringer als 0.5% eingestellt wird. Es wurde festgestellt, daß die gesamte, von dem eingeblasenen Verbrennungsgas in den Ofen eingebrachte Wärme mindestens 300 kcal/kg Kupfer betragen und nicht höher als 900 kcal/kg Kupfer sein soll. Ferner soll bei einem Ofen mit einer Kapazität von etwa 300 t die Wärmezufuhr pro Brenner mindestens 1 200 000 kcal betragen.

Wenn die Beschickung keine zur Bildung von Magnetit ausreichende Eisenmenge enthält, kann der Gasstrom leicht oxydierend sein und einen Sauerstoffgehalt von geringer als 0,5% aufweisen. Wenn das Kupfer einen hohen Eisengehalt hat. kann Siliciumdioxid zugegeben werden, und dann kann das Verbrennungsgas leicht oxydierend sein (geringer als 03% O?).

Der Vertikalofen zum Schmelzen von Kupfer umfaßt eine Aufgabevorrichtung für das zu schmelzende Kupfer an seinem oberen Teil, eine Abzugseinrichtung für das geschmolzene Kupfer an einem unteren Teil und einen Satz von in der Ofenwandung angeordneten Düsen oder Brennern, die in einer oder mehreren Reihen übereinander rings an der Wandung angeordnet sind. Die unterste Brennerreihe befindet sich so nahe wie möglich am Ofenboden, der im allgemeinen ein zum Stichloch geneigter Herd ist. Die durch die Mündungsmittelpunkte dieser Brenner gelegte Ebene ist in gleicher Richtung wie der Herd geneigt und liegt oberhalb des Stichlochs. Der Neigungswinkel des Herdes ist dem natürlichen Fließgefälle der Schmelze angepaßt. Die durch die Mündungsmittelpunkte der Brenner der untersten Reihe gelegte Ebene ist in gleicher Weise wie der Herd zur Horizontalen geneigt, während bei den oberen Brennerreihen diese Ebene horizontal verläuft. In jeder Brennerreihe wird die nach dem Raumbedarf größtmögliche Zahl von Brennern vorgesehen. Oberhalb des Stichlochs werden 1 oder 2 weitere Brenner angeordnet, die so zum Herd gerichtet

sind, daß ein konvergierender Strom von heißen Gasen im Stichloch den Herd trifft.

Der im Ofen herrschende Druck bewirkt das Ausstoßen des flüssigen Materials, das Schlacke und gegebenenfalls auch Stücke von Feststoff mit sich führt, durch das Stichloch, und verhindert ein Verstopfen desselben. Der den Ofen verlassende Metallstrahl steht unter solchem Druck, daß der Ofeninhalt heftig durch das Stichloch getrieben wird.

Bei den Brennern der unteren Reihe, die von flüssigem Kupfer umgeben sind, soll der Druck der Verbrennungsgase mindestens 180 g/cm² (t77,8cm Wassersäule) sein und kann eine Höhe von 380 g/cm² (381 cm Wassersäule) haben. Ein gutes Arbeiten des Ofens erfordert im Bereich der Brenner und des Stichlochs einen Ofendruck von mindestens 65 g/cm² (63.5 cm Wassersäule).

Man verwendet Brenner, die Einrichtungen zum Teil des Vertikalofens mit dem Herd 1, dem Stichloch 2, den Brennern 3 und 3a, der Ofenwandung 4, dem Kühlmantel Aa und der Außenwandung 10. Mit 5 sind die Mittelpunkte der Brennermündungen bezeichnet, durch die die Verbrennungsgase unter Druck ausströmen. Die durch die Mittelpunkte der Brennermündungen gelegte Linie bezeichnet die Ebene 6 der einzelnen Brennerreihen. Die Ebene 6 in Fig. 1 ist in der gleichen Richtung geneigt wie der Herd 1 und ihr abwärts gerichtetes Ende befindet sich oberhalb der oberen Kante des Stichlochs 2. Bei einem Neigungswinkel des Herdes 1 von 12°, der in den meisten Fällen dem natürlichen Fließgefälle der Schmelze entspricht, muß man der Ebene 6 der unteren Brennerreihe eine geringere Neigung von beispielsweise 8° geben. Das Verhältnis der beiden Neigungswinkel zur Horizontale ist etwa ⁸/i2 = 0,66. Es wurde gefunden, daß ein gutes Arbeiten des Ofens gesichert ist, wenn dieses Verhältnis zwischen I und 0,5 gehalten ist.

ucS m'cnfiMüiiS iViii einem

Sdüci'Muf

Gas aufweisen. Geeignet ist ein Brenner mit einer Mischvorrichtung, die von zwei Platten abgeschlossen ist und zwischen diesen beiden Platten eine Reihe von Verbindungsrohren für den Durchgang der Verbrennungsluft aufweist, wobei eine der Platten, aus der die Luft aus dieser Vorrichtung austritt, schmale Bohrungen für den Gasdurchgang aufweist und diese Bohrungen schräg zu den Luftdurchgangsrohren geneigt sind. Es sind so viele Gasrohre vorgesehen, daß jedes Luftdurchgangsrohr bedient wird, und es sind Mittel vorgesehen zur Mischung von Luft und Gas am Ausgang jedes Luftuürchgangsrohres. Die Luftdurchgangsrohre können schräg zu den nicht schräg verlaufenden Gasdurchgängen geneigt sein. Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt an Hand der Zeichnungen.

Fig. I ist ein Längsschnitt des unteren Teils des Vertikalofens mit dem Herd und der untersten Brennerreihe;

F i g. 2 ist ein Längsschnitt des Vertikalofens:

F i g. 3 zeigt einen Brenner im Schnitt;

Fig.4 zeigt die Mischkammer des Brenners der« Fig.3;

Fig.5 ist ein Diagramm des Sauerstoff- und Wasserstoffgehalts in einem bestimmten Brennerquerschnitt;

Die Fig.6, 7 und 8 zeigen Anlagen für die *5 Anodenproduktion.

Es wurde gefunden, daß zur Erzielung guter Schmelzergebnisse mehrere Reihen von Brennern zu verwenden sind, und daß die Mündungen der Brenner der unteren Reihe so nahe wie möglich am Boden des so Ofens anzuordnen sind. Der Boden des Ofens wird im allgemeinen von einem zum Stichloch geneigten Herd gebildet. Der Abstand zwischen der unteren Kante der für den Durchgang des Brenners vorgesehenen Öffnung und dem Herd beträgt vorteilhaft 3 bis 10 cm und vorzugsweise etwa 7 cm.

Die Neigung des Herdes ist dem natürlichen Fließgefälle der Schmelze angepaßt. Der Neigungswinkel kann zwischen 6 und 18° liegen. Die besten Ergebnisse erhält man mit einem Neigungswinkel von 12°.

Die durch die Mittelpunkte der Mündungsöffnungen der Brenner gelegten Ebenen der zwei untersten Brennerreihen sollen in gleicher Weise wie der Herdboden, d. h. zum Stichloch hin, geneigt sein.

Das Verhältnis der Ebenen der verschiedenen Brennerreihen und des Herdes ist aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich. Die F i g. 1 zeigt im Längsschnitt den unteren U* Λ Λ f~\C
^ψ rt »^^ »^i r% #» ^^ ■ t ρ f r·^· γύ r^ r ψ Wr *» ^* ■

ausgerüstet, von denen die beiden unteren Reihen bzw. Ebenen 6 wie beschrieben zur Horizontalen geneigt sind, während die beiden oberen Reihen in einer horizontalen Ebene liegen.

Um den gesamten Querschnitt des Ofens zu überdecken, muß jeder Brenner abwärts geneigt sein, so daß sich die Wärme über den gesamten Ofenquerschnitt verteilt. Es wurde gefunden, daß die Neigung der Brenner zur Horizontalen mindestens gleich der Herdneigung sein soll. Eine steilere Neigung führt zu besseren Ergebnissen. Die besten Ergebnisse erhält man, wenn das Verhältnis zwischen dem Neigungswinkel des Brenners und dem des Herdes zur Horizontalen zwischen 1 und 1,40 liegt.

Um das Stichloch zum Abziehen des flüssigen Materials ständig offen und frei von Feststoffen zu halten sowie ein Ansetzen zu vermeiden, werden ein oder zwei Brenner 3a im oberen Teil des Stichlochs angeordnet und so gegen den Herd gerichtet, daß ein konvergierender Strom von sehr heißen Gasen den Herd im Stichloch bestreicht (s. Fig. 1).

Um das Stichloch sauber zu halten und das Abfließen des Materials zu erleichtern, ist es vorteilhaft, ihm eine Gestalt zu geben, die im Verhältnis zu seiner Höhe eine große Breite aufweist. Die besten Ergebnisse erzielt man mit einem quadratischen oder rechteckigen Querschnitt, bei dem die große Seite parallel zum Herd verläuft.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform des Vertikalofens. Die bereits in F i g. 1 beschriebenen Teile haben die gleichen Bezugsziffern. Der untere Teil 4 des Ofens ist zum Boden hin konisch verjüngt. Nach oben schließt sich ein zylindrischer Teil 9 an, und der obere Teil 8 des Ofens ist nach oben hin konisch verjüngt. Die Wandungen der Ofenteile 4,9 und 8 sind mit feuerfesten Steinen, vorzugsweise aus Siliciumcarbid, ausgekleidet. Die Außenwand im Bereich der Brenner kann von wassergekühlten Mänteln gebildet sein, in die feuerfeste Steine, welche die Brenner tragen, so eingesetzt sind, daß die Haltbarkeit der feuerfesten Steine erhöht wird. Auch am Stichloch kann ein wassergekühlter Mantel im Bereich der die Brenner tragenden feuerfesten Steine vorgesehen sein.

Bei der Ausführungsform der F i g. 2 sind vier Reihen von Brennern vorgesehen. Die oberste Reihe ist im zylindrischen Teil 9 des Ofens angeordnet Die Außenwandung des Ofens ist mit 10 bezeichnet. Die oberhalb des Ofenniveaus 11 vorgesehenen Vorrichtungen zur Aufgabe der Beschickung und zur Sammlung

von Staub und Abgasen sind nicht dargestellt. Um Verstopfungen beim Füllvorgang zu vermeiden, ist der obere Teil des Ofens konisch ausgebildet.

Für die Schmelzung von verunreinigtem Kupfer in Stücken verschiedener Größe, worunter auch solche von größeren Abmessungen sind, müssen eine Reihe von Vorsichtsmaßnahmen und Vorschriften beachtet werden. Zur Schmelzung von solchen Chargen muß die Beschickungssäule im Ofen eine ausreichende Höhe haben, um den genügenden Wärmeaustausch über die Gesamthöhe zu sichern und andererseits einen ausreichenden Widerstand für den Durchgang der Verbrennungsgase /.u bieten, so daß im Bereich der Düsen oder Brenner und des Stichlochs der erforderliche Druck vorhanden ist. Unter Berücksichtigung der Hohlräume zwischen den die Beschickungssäule bildenden Kupferstücken ist die Höhe der Säule entsprechend einzustellen. Bei einem Ofen mit vier Brennerreihen soll die Säule im allgemeinen höher als 8 m und in gewissen Fällen höher als etwa 6 m sein.

Auf diese Weise kann die Temperatur des sehr heißen Gasstroms oberhalb der Beschickungssäule zwischen 300 und 500⁰C gehalten werden, vorausgesetzt, daß nichtflüchtige oder brennbare Stoffe, die aus dem geschmolzenen Material entweichen, oberhalb der Beschickungssäule abbrennen.

Fig.3 zeigt einen für einen Ofen gemäß der Erfindung 6 geeigneten Brenner. Die Mischkammer 12 dieses Brenners ist in Einzelheiten in F i g. 4 dargestellt. Die Mischkammer 12 ist begrenzt durch eine untere Platte 13 und eine obere Platte 14, die Bohrungen 15 aufweist. Die Platten 13 und 14 sind miteinander verbunden durch die Rohre 16, in denen die Verbrennungsluft von dem Leitungsrohr 17 zugeführt wird. Die Erwärmung erfolgt durch bekannte Mittel. Das Brenngas, z. B. Erdgas oder Butan, wird ebenfalls durch bekannte Mittel vorgewärmt und durch das Rohr 18 zugeführt.

Die Bohrungen 15 in der Platte 14 verlaufen schräg zu den Mündungen der Rohre 16, so daß ein Luft-Gas-Gemisch entsteht.

F i g. 4 zeigt die Anordnung der Luftrohre 16 und der Bohrungen 15 in der Platte 14.

Die Zuführungen von Luft und Gas erfolgt durch die Zuführrohre 17 bzw. 18, in denen Regulierventile mit Fernsteuerung bekannter Art vorgesehen sind.

Von der Mischkammer 12 führt das Knierohr 19 zu dem Ring 20, in dem die Flügel 21 zur weiteren vollständigen Durchmischung von Luft und Brennstoff angeordnet sind. Dieses Gemisch strömt dann durch den Brennerkörper 22, an dessen Ende es durch eine normale Zündkerze 23 gezündet wird. Das entzündete Gas brennt in dem Rohr 24, das in die in der Ofenwandung 4 angeordnete Brennermündung 3 übergeht. Im Brennerkopf 22 sind eine oder mehrere Bohrungen 25 ^.ur Messung des Sauerstoff- und Wasserstoffgehalts vorgesehen. Dieser Brenner kann auf sehr einfache und sichere Weise reguliert werden.

Fig.5 zeigt ein Diagramm der Verteilung des Sauerstoff- und Wasserstoffgehalts in dem Rohrquerschnitt, der sich in Fig.3 rechts von der Bohrung 25 befindet. Es ist ein Vorteil der Erfindung, daß die Heizausrüstung außerordentlich einfach gestaltet und zu bedienen ist.

F i g. 6 zeigt eine vollständige Anlage zur Anodenherstellung. Der Vertikalofen 26 hat vier Reihen von Brennern 3. Der Herd 1 hat ein Gefälle zum Stichloch 2, das unmittelbar mit dem Flammofen 27 üblicher Konstruktion verbunden ist. Der Kamin 28 des Flammofens zum Abzug der Gase kann mit einem Wärmerekuperator 29 versehen sein. Die Beschickung des Ofens 26 mit unreinem Kupfer ist bei 30 angeordnet. Der Kamin 31 des Vertikalofens 26 hat eine Reguliervorrichtung für die von den Brennermündungen kommenden und durch die kontinuierliche Beschikkungssäule abziehenden Gase.

F i g. 7 zeigt eine weitere Anlage zur Herstellung von Kupferanoden mit dem Vertikalofen 26, der zwei Flammofen 27 speist. Diese Anlage erlaubt eine bessere Ausnutzung der Schmelzkapazität des Vertikalofens. Der Schmelzprozeß wird so gesteuert, daß der eine Flammofen befüllt wird, während in dem anderen Flammofen die Raffination und das Gießen der Anoden ausgeführt wird. Die Stichlöcher 2 des Vertikalofens 26 sind durch die Überführungsleitungen 32 mit den Eingießlöchern 33 der Flammofen 27 verbunden.

Zur schnelleren oxydierenden Raffination des Kupfers kann durch die Eingießlöcher 33 unter dem Kupferstrom ein Strom von sauerstoffhaltigem Gas in solcher Menge eingeblasen werden, daß die im Kupfer enthaltenen Verunreinigungen oxydiert werden. Wenn das Kupfer stark verunreinigt ist, kann das Einblasen von sauerstoffhaltigem Gas eine Pulverisierung des Kupferstroms verursachen, wenn letzterer in den Flammofen einfließt.

Fig. 8 zeigt eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von Anodenplatten mit dem Vertikalofen 26, der abwechselnd über die Leitungen 35 zwei Kippöfen 34 beliefert, in denen die übliche oxydierende Raffination und das Abschäumen erfolgt. Diese Arbeitsgänge erfolgen in einem der beiden öfen, sobald die Füllung beginnt. Die Raffination und Schlackung ist beendet, sobald der Ofen voll ist. Inzwischen wird der andere Ofen durch die Leitung 36 in den Polofen 37 entleert, der seinerseits kontinuierlich die runden oder rechteckigen Gießeinheiten 38 oder 39 bedient. Der Zyklus wird so geregelt, daß einer der Pol- oder Gießöfen leer ist, weon der andere voll ist.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims

25

30

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen und Raffinieren von Roh- oder Blisterkupfer mit den üblichen Verunreinigungen, z, B, Eisen, Blei, Zink, Arsen, Antimon, Zinn, Schwefel sowie Schlacken, in einem VerükaJ-ofen, der an seinem oberen Ende eine Aufgabevorrichtung zur Zuführung der zu schmelzenden Kupferstücke und an seinem unteren Ende ein Stichloch zum Abziehen der Schmelze aufweist und in dem die Schmelzung der Kupferstücke durch direkte Berührung mit einem Strom heißer Gase erfolgt, die durch Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs mit einem sauerstoffhaltigen Gas erzeugt werden, wobei das Einblasen der heißen Gase mittels Düsen oder Brennern erfolgt, die ringsum am Umfang des Ofens angeordnet sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

1. Das Veifcrennungsgas hat neutrale Zusammensetzung, wobei der Sauerstoffgehalt geringer als 0,5% O2 und der Wasserstoffgehalt geringer als 0,5% H₂ISL

2. Das Verbrennungsgas wird unter einem Druck zwischen 100 und 380 g/cm² in den Ofen eingeblasen.

3. Die Höhe der Beschickungssäule aus Kupferstükken wird auf mindestens 6 m eingestellt, so daß man in Höhe des Stichloches einen Druck zwischen 35 und 130 g/cm² erhält

4. Die unterste Brennerreihe wird der Neigung des Ofenherdes (1) so abgepaßt, daß die durch die Mündungsmittelpunkte (5) gelegte Ebene (6) in der gleichen Richtung wie der Ofenherd geneigt ist und ihr unteres Ende so nahe wie möglich an der Oberkante des Stichlochs (2) liegt

5. Auf das Stichloch, das im Verhältnis zu seiner Höhe eine große Breite aufweist, wird von außen zumindest ein Brenner direkt gerichtet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbrennungsgas unter einem Druck von etwa 180 g/cm² eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in Höhe des Stichloches auf etwa 65 g/cm³ eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verbrennung ein schwefelhaltiger Brennstoff und ein sauerstoffhaltiges Gas verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Schmelzung von eisenreichem unreinem Kupfer Sand, Siliciumdioxid oder ein Siliciumdioxid enthaltender Stoff zügeschlagen wird.

Ö. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Wärmezufuhr des in den Ofen eingeblasenen Verbrennungsgases zwischen 300 und 900 kcal/kg Kupfer liegt. &o

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ofen verlassende flüssige Masse in zwei weitere Öfen übergeführt wird, von denen der eine zur oxydierenden Raffination und der andere zum Polen dient.

8. Vertikalofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet durch mehrere Brennerreihen, die übereinander rings in

40 der Ofenwand angeordnet sind, wobei die unterste Brennerreihe der Neigung des Ofenherdes (1) so angepaßt ist, daß die durch die Möndungsmiuelpunkte (5) gelegte Ebene (6) in dergleichen Richtung wie der Ofenherd geneigt ist und ihr unteres Ende so nahe wie möglich an der Oberkante des Stichlochs (2) liegt und daß auf das Stichloch, das im Verhältnis zu seiner Höhe eine große Breite aufweist, von außen zumindest ein Brenner (33,/direkt gerichtet ist

9. Vertikalofen nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Herd (1), der mit 6 bis 18° zum Stichloch geneigt ist

10. Vertikalofen nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der unteren Kante der Brennermündungen der untersten Reihe und dem Herd (1) zwischen 3 und 10 cm, vorzugsweise bei 7 cm, liegt

11. Vertikalofen nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem auf die Horizontale bezogenen Neigungswinkel der durch die Mündungsmittelpunkte der Brenner der unteren Reihen gelegten Ebene (6) und dem Neigungswinkel des Herdes (1) zwischen 1 und 0,5 liegt

12. Vertikalofen nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Mündungsmitlelpunkte der Brenner der oberen Reihe gelegten Ebenen horizontal verlaufen.

13. Vertikalofen nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Brenner (3) eine zum Herd (1) gerichtete Neigung aufweisen.

14. Vertikalofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Neigungswinkel der Brenner (3) und dem des Herdes zur Horizontale zwischen 1 und 1,40 liegt

15. Vertikalofen nach Anspruch 8 bis 14, gekennzeichnet durch eine Aufgabevorrichtung zur Zuführung der zu schmelzenden Kupferstücke an seinem oberen Teil, einen zum Stichloch (2) geneigten Herd (1) und mehrere .Reihen von rings am Ofenumfang angeordneten Brennern (3), wobei der oberen Teil (8) des Ofens nach oben hin konisch verjüngt, ein mittlerer Teil (9) zylindrisch und der untere Teil (4) nach unten hin konisch verjüngt ist und die oberste Brennerreihe sich im zylindrischen Teil befindet.

16. Vertikalofen nach Anspruch 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwandung des Ofens im Bereich der Brenner Kühlwassermäntel aufweist, die Öffnungen zum Einsetzen der die Brenner haltenden feuerfesten Steine haben.

17. Vertikalofen nach Anspruch 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß am Oberteil des Stichlochs ein wassergekühlter Teil vorgesehen ist, der zumindest eine öffnung zum Einsetzen eines Brenners bzw. der ihn haltenden Steine aufweist.

18. Vertikalofen nach Anspruch 8 bis 17, gekennzeichnet durch einen Brenner mit einer Mischvorrichtung, die von zwei Platten abgeschlossen ist und zwischen diesen beiden Platten eine Reihe von Verbindungsrohren für den Durchgang der Verbrennungsluft aufweist, wobei eine der Platten, aus der die Luft aus dieser Vorrichtung austritt, schmale Bohrungen für den Gasdurchgang aufweist und diese Bohrungen schräg zu den Luftdurchgangsrohren geneigt sind, wobei so viele Gasrohre vorgesehen sind, daß jedes Luftdurchgangsrohr bedient wird, und Mittel zur Mischung

von Luft und Gas am Ausgang jedes Luftdurchgangsrohrs vorgesehen sind,

19. Vertikalofen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftdurchgangsrohre schräg zu den nicht schräg verlaufenden Gasdurchgängen geneigt sind.