DE2707759A1 - Verfahren zum aufblasen von reaktions- und brenngasen auf schmelzbaeder - Google Patents

Verfahren zum aufblasen von reaktions- und brenngasen auf schmelzbaeder

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DE2707759A1
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ

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Description

  • BESCHREIBUNG
  • Verfahren zum Aufblasen von Xeaktions- un brenngasen auf Stand der Technik und Abgrenzung Schmelzbäder Das Verfahren zur Beh-ndlung von schmelz.flüssigen Nichteisenmetallen, inshesonderc Kupfer, durch Aufblasen von Reaktionsgasen ist in der deutschen Patentschrift 2306 398 beschrieben.
  • Eine Reihe anderer Patentschriften des In- und Auslandes bezieht sich auf das Aufblasen auf Schmelzen, insbesondere auf Roheisen, mit unterschiedlichen Verfahrenstechniken. Aus der Schweißtechnik sind für das Brennschneiden Düsenkonstruktionen bekannt, die die gleichzeitige Verwendung von Brenngas und einem besonderen Schneidgas (Sauerstoff) ermöglichen.
  • Der dieser Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht in der Verwendung einer ähnlichen Düsenkonstruktion zur Erzeugung einer Zwei-Schichten-Staupunktströmung auf der Oberfläche eines Schmelzbades.
  • Funktionsweise und Vorteile Beim Aufblasen sollte aus kinetischen und hydrodynamischen Gründen die Übertragung von Wärmc auf die Schmelze und die Reaktion der Gase mit der Schmelze möglichst an der gleichen Stelle, nämlich im Brennfleck stattfinden, jedoch sind für die Wärmeübertragung andere Gaszusammensetzungen und -geschwindigkeiten als für den Stoffübergang optimal. Es ist deshalb von Vorteil, wenn Reaktions- und Brenngase zwar gemeinsam, aber ohne Vermischung aus einer Lanzenspitze austreten können und daß das Reaktionsgas - nicht das Brenngas - mit der durch die Schmelzbadoberfläche dargestellten Phasengrenze unter stoffübergangsbegünstigenden Bedingungen in Kontakt tritt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren sieht deshalb die in der Abb.
  • darstellte Funktionsweise vor: Der auf die Schmelze (1) auftreffende Gasstrahl besteht aus einem Reaktionsgasstrahl (2) und mehreren Brenngasstrahlen (3). Der Reaktionsgasstrahl wird im Staupunkt (4) umgelenkt und tritt während des Abströmens im Bereich des Brennfleckes (5) als dünner Film mit hoher Gcschwindigkcit in Kontakt mit der Schmelze. Abhängig vom Düsenvordruckverhältnis, von Temperatur und Gaszusammcnsetzung tritt während des Abströmens die Vermischung des Brenngase mit dem Reaktionsgas ein. Die Wärmeübertragung durch die dünne Reaktionsgasschicht an die Schmelze erfolgt durch Strahlung und Leitung. In der Lanzenspitze (6) sind die zentrale Reaktionsgasdüse sowie dazu konzentrisch mehrere Brenngasdüsen untergebracht, deren Anstellwinkel (7) so bemessen sind, daß sich das Brenngas gerade nicht mehr mit dem Reaktionsgas (Ausbreitungswinkel (8)) vermischt. Durch Wahl eines geeigneten Düsenvordruckverhältnisses Brenngas/Reaktionsgas können die kinetischen und hydrodynamischen Bedingungen für den Stoffübergang an der Düsengrenze optimiert werden.
  • Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind: a) Durch die Konzentrierung des Wärmeübergangs auf den Brennfleck werden günstige Bedingungen an der Stelle eingestellt, an der auch der Stoffübergang stattfindet. Dies führt insbesondere bei Reduktionsvorgängen zu einer Einsparung an Reduktionsgasen und zu einer Erhöhung der Stoffübergangsgeschwindigkeit.
  • b) Es können unabhängig von den Brenngasen unterschiedliche Reaktionsgase (Inertgas ist als Sonderfall ebenfalls möglich) im Brennfleck zur Wirkung kommen, wodurch der Stoffübergang Gas/Schmelze unabhängig vom Wärmebedarf dem jeweiligen chemischen Zustand der Schmelze angepaßt werden kann.
  • Weitere, zum Stand der Technik gehörende Verfahrensmerkmale Die Düsen oder der gemeinsame Düsenkopf werden im allgemeinen in einer Mehrkanallanze eingebaut, die die getrennte Zuführung von Reaktions- und Brenngas druckunabhängig ermöglicht, wie das z. B. bei Schneidbrennern der Fall ist. Wenn die Wärmestrahlung intensiv ist, wird die Lanze durch einen Wasserzwangsumlauf gekühlt; um dabei entstehende Wärmeverluste zu verringern, kann darüber eine keramische Isolierung angebracht werden. Die Lanze selbst ist im allgemeinen in senkrechter Richtung beweglich, um den optimalen Abstand zur Schmelze einzustellen oder um sie vollständig aus dem Ofen zu entfernen.
  • Weitere Verfahrensmerkmale stellen die Gasversorgungsanlagen für Reaktions- und Brenngase dar sowie ein Ofen, der die Schmelze enthält, die diskontinuierlich bzw. kontinuierlich durch das erfindungsgemäße Aufblasverfahren behandelt wird.
  • Beispiele Die Reduktion sauerstoffhaltigen Kupfers mit reduzierenden Gasen/Gemischen zur Herstellung von Anoden- oder Halbzeugkupfer ist bei hohen Temperaturen besonders günstig. Bei der Verwendung von reinen Reduktionsgasen wird die Schmelze jedoch gerade im Brennfleck abgekühlt, weil die Gase durch die adiabatische Expansion in der Düse relativ kalt sind und teilweise vor der Reaktion noch Zerfallswärme benötigen. Gleicht man die benötigte Wärmemenge durch Zuführung von Brenn-Sauerstoff aus, so geht das Reduktionspotential des Gases und damit die Reduktionsgeschwindigkeit zurück. Die vorgeschlagene Verfahrenstechnik verhindert dagegen die Abkühlung der Schmelze im Brennfleck und ermöglicht bei hohen Temperaturen günstigere Reaktionswärmen und Reduktionswirkungen mit einer vergleichsweise geringen Reduktionsgasmenge.
  • NE-Metall-Schmelzen mit relativ niedrigen Dampfdrücken, z. B.
  • Kupfer oder Zinn, die Verunreinigungen mit höheren Dampfdrücken enthalten, wie z. B. Blei oder Wismut, lassen sich mit heißen, neutral bis reduzierenden Gasgemischen raffinieren. Auch für diesen metallurgischen Vorgang kann die vorgeschlagene Verfahrenstechnik vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Mit heißen, reduzierenden Flammen können durch die vorgeschlagene Verfahrenstechnik die in der Schlacke oxidiert vorliegenden NE-Nutzmetalle bis zu außergewöhnlich niedrigen Gehalten herausreduziert werden. Sie können entweder unter der Schlacke schmelzflüssig gesammelt oder in Form von Metall oder Oxid verflüchtigt werden. Eine wirksame Abtrennung der flüchtigen Bestandteile von der flüssigen Schlacke setzt voraus, daß an der Phasengrenze im Brennfleck genau einstellbare Sauerstoffpartialdrücke herrschen, damit die Rückoxidation nicht zu früh erfolgt.
  • NE-metallurgische Schlacken enthalten relativ viel Eisen in Form von FeO, das als ein zähigkeitsvermindernder Bestandteil zählt. Oxydierende Behandlung der Schlacke und zu niedrige Temperaturen sowie geringe Konvektion sind der Grund für die Bildung von Magnetit, Fe304, das die Löslichkeit für einige Metalloxide erhöht und zähigkeitserhöhend wirkt. Zähe Schlakken weisen ein ungünstiges Trennverhalten in Bezug auf die nutzmetallalti-e Phase, wie z. B. Metall oder Stein, auf, hohe Verluste sind die Folge. Mit einer reduzierenden Behandlung der Schlacke bei hohen Temperaturen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist der Magnetitgehalt der Schlacke leicht steuerbar.
  • L e e r s e i t e

Claims (4)

  1. PATENTANS P RUCIIE 1) Verfahren zum Aufblasen von Reaktions- und Brenngasen auf Schmelzbäder zum Zweck gleichzeitig optim]tr Stoff- uni Wärmeübertragung dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgas aus einer zentralen Düse und das Brenngas aus melireren konzentrischen Düsen gesondert und mit unterschiedlichen Drücken sowie Konzentrationen aus einer gemeinsamen Lanzenspitze divergierend austreten und wegen des Anstellwinkels der Brenngasdüsen im wesentlichen ohne Vermischung in einem gemeinsamen Brennfleck auftreffen, so daß beide Gase nach Art der Staupunktströmung, jedoch in zwei Schichten abströmen.
  2. 2) Der Anstellwinkel der Brenngasdüsen beträgt im allgemeinen das 1,5-fache bis 2,5-fache des Freistrahlausbreitungswinkels.
  3. 3) Die Brenngasdüsen können Anstellwinkel in je zwei Ebenen parallel zur Lanzenachse aufweisen.
  4. 4) Die zentrale Reaktionsgasdüse ist als angepaßte Laval-Düse ausgeführt.
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