DE2735808A1

DE2735808A1 - Vorrichtung zum schmelzen und raffinieren von roh- oder blisterkupfer

Info

Publication number: DE2735808A1
Application number: DE19772735808
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl Ing Berndt; Jens-Uwe Dipl Ing Hansen; Gerhard Dipl Ing Kapell; Anton Dipl Ing Schummer
Original assignee: Norddeutsche Affinerie AG
Current assignee: Aurubis AG
Priority date: 1977-08-09
Filing date: 1977-08-09
Publication date: 1979-02-22
Also published as: GB2002500A; FR2400065B1; FR2400065A1; IT7826478A0; IT1097662B; US4200265A; AU517887B2; PL208923A1; SE7808494L; AU3873778A; SE434304B; CA1099508A; ZA783947B; DE2735808C2; ZM7078A1; FI67880B; YU40200B; FI67880C; GB2002500B; BE869593A

Description

Vorrichtung zum Schmelzen und Raffinieren von Roh- oder Blisterkupfer

Die Erfindung "betrifft eine Vorrichtung zum Schmelzen und Raffinieren von Roh- oder Blisterkupfer, die im wesentlichen einen Schachtofen mit als Schleuseneinrichtung ausgebildeter Aufgabevorrichtung für das Einsatzgut und einen Herdofen zur Kupferraffination aufweist.

Neben elektrischen Öfen oder Flammöfen sind insbesondere in Jüngerer Zeit auch Schachtöfen zum Einschmelzen von Roh- oder Blisterkupfer bekannt geworden, die mit mehreren übereinander liegenden Reihen von Brennern betrieben werden (DT-AS 20 62 144). Hierbei wird das Kupfer im Schachtofen selbst geschmolzen und durch ein Stichloch in einen oder mehrere Flamm- oder Kippöfen übergeführt. Es kann auch eine Überführung in hintereinandergeschaltete öfen, in denen zwecks Entfernung der Verunreinigungen verblasen und zur Einstellung des Sauerstoffgehaltes gepolt wird, erfolgen.

Nachteilig beim Erschmelzen des Roh- oder Blisterkupfers im Ofenschacht selbst ist, daß die Ofenausmauerung durch unvermeidbaren Kontakt mit der flüssigen Schlacke einem erheblichen Verschleiß unterworfen ist, daß die Brenner unter erheblichem Überdruck arbeiten müssen und daß die Gasdurchlässigkeit im Schmelzbereich der Kupfersäule gering und insbesondere ungleichmäßig ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Schmelzen und Raffinieren von Roh- oder Blisterkupfer bereitzustellen, die die bekannten, insbesondere die vorgenannten Nachteile vermeidet und dennoch konstruktiv nicht aufwendiger als die herkömmlichen Vorrichtungen ist.

- 4 -909808/0142

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Vorrichtung der eingangs genannten Art entsprechend der Erfindung derart ausgestaltet v/ird, daß der Schachtofen 1 mit dem Herdofen 2 eine bauliche Einheit bildet und derart auf dem Herdofen 2 aufsitzt, daß sich - nach Besetzen der Vorrichtung,- eine auf der Herdofensohle abstützende und mindestens in Richtung des außerhalb der Projektion des Schachtofens 1 liegenden Herdofenrauines abböschende Kupfersäule 5 ausbilden kann^ im Übergangsbereich 3 von Schachtofen 1 und Herdofen 2 auf die Böschung 5 der Kupfersäule richtbare Brenner 4 angeordnet sind und der Herdofen 2 die an sich bekannten zur metallurgischen Behandlung erforderlichen Vorrichtungsteile 9» 12 aufweist.

Durch die vorgenannte Ausgestaltung der Vorrichtung wird erreicht, daß sich unterhalb des Schachtofens eine sich auf dem Boden des Herdofens abstützende und mindestens teilweise frei stehende Kupfersäule ausbildet und der Schmelzprozeß im wesentlichen an dieser frei stehenden Säule abläuft. Das geschmolzene Einsatzgut tritt dadurch ohne Wandberührung in die im Herdofen befindliche Schmelze ein.

Grundsätzlich kann die Schachtofenwand mit dem Gewölbe des Herdofens - in dessen Längsrichtung gesehen - einen Winkel von etwa 90° bilden. In diesem Fall sind die auf die sich abböschende Kupfersäule richtbaren Brenner im Gewölbe des Herdofens angeordnet. Aus konstruktiven Gründen ist Jedoch eine Ausgestaltung besonders zweckmäßig, bei der der untere Bereich des Schachtofens mindestens auf der in Richtung des außerhalb der Projektion des Schachtofens liegenden Herdofenraumes weisenden Seite als sich nach unten erweiternder Übergangskonus ausgebildet ist, wobei die Erweiterung die Ausbildung einer Böschung zuläßt, maximal Jedoch einen Winkel von 70° einschließt,und die Brenner im Übergangskonus angeordnet sind. Hierdurch ist bei derartiger Ausführung des Herdofens eine lange durch die Brenner bestreichbare Böschungsfläche gegeben, die eine hohe Schmelzleistung zuläßt.

909808/0U2 " ⁵ "

Die Schmelzleistung kann zusätzlich erhöht v/erden, v/enn in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der untere Bereich des Schachtofens über seinen gesamten Umfang als Übergangskonus ausgebildet ist und derart mit dem Herdofen zu einer baulichen Einheit verbunden ist, daß sich eine allseits abböschende Kupfersäule ausbilden kann. Bei nur unwesentlicher Vergrößerung des Herdofens im Bereich des Schachtofens kann dann die Zahl der Brenner erhöht, die Schmelzfläche und damit die Schmelzleistung mehr als verdoppelt werden. Zwischen Kupfersäule und dem nahe der Säule befindlichen Herdofenteil bildet sich ein freier, etwa ringförmiger Bereich aus, der ein ungestörtes Abfließen des geschmolzenen Einsatzgutes ermöglicht.

Damit im Einschmelzbereich des Herdofens ein Kontakt von frisch gebildeter Schlacke und Ofenausmauerung unterbunden \vird, empfiehlt es sich, eine Schutzschicht aus erstarrter Schlacke im Bereich des Schmelzniveaus zu bilden. Dies kann durch Anordnung von Kühlstücken in der entsprechenden Höhe der Herdofenwandung geschehen, wobei eine zusätzliche geeignete Einstellung der Brenner die Schutzschichtausbildung unterstützen kann. Eine geeignete Ausbildung der Schutzschicht läßt sich jedoch auch durch geeignete Brennereinstellung erzielen. Im weiteren Herdofenbereich findet ein Angriff der Ofenausmauerung v/egen der praktisch nicht vorhandenen Relativbewegung von Schlacke im Bereich der Herdofenwandung nahezu nicht statt.

Konstruktion und insbesondere Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich vereinfachen, wenn der Übergangskonus aus jeweils mindestens einen Brenner aufweisenden Segmenten gebildet v/ird. Beispielsweise läßt sich ein den gesamten unteren Schachtοfenurafang einnehmender Übergangskonus aus 8

909808/0U2 " ⁶ "

Segmenten fertigen. Diese Segmente samt Brenner können schnell ausgev/echselt werden, ohne daß der Schachtofen leergefahren werden müßte. Es genügt, lediglich die Brenner abzustellen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung können die im Übergangskonus befindlichen Brenner schwenkbar angeordnet sein, so daß der Abschmelzprozeß gezielt, insbesondere gleichmäßig über die frei stehende Säule hinweggeführt werden kann. Durch im Herdofen angebrachte Öffnungen zur Beobachtung des Schmelzprozesses läßt sich die geeignete Brennereinstellung in einfachster V/eise erzielen. Diese Ausführungsform ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Beschaffenheit des Einsatzgutes nicht hinreichend bekannt ist und die geeignete Brennerstellung durch Beobachtung des Abschmelzvorgangs erst zu ermitteln ist. Eine schwenkbare Anordnung ist allerdings entbehrlich, wenn die Eigenschaften des Einsatzgutes und die Betriebsbedingungen, beispielsweise aus Parallelvorrichtungen, hinreichend bekannt sind.

In weiterer zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung können im Unterteil des Schachtofens Vorwärmbrenner vorgesehen werden. In Verbindung mit den heißen Abgasen der im Übergangsbereich befindlichen Brenner, die auf ihrem Weg durch den Schachtofen ihre fühlbare Wärme an die Kupfersäule abgeben, ist mit ihrer Hilfe eine weitgehende beliebige Vorwärmung des Roh- oder BIisterkupfers, gegebenenfalls bis nahe an den Schmelzpunkt, möglich. Im Unterschied zu den sonst üblichen, im Ofenschacht angeordneten Schmelzbrennern sind sie nicht nachteilig, da ja ein Abschmelzvorgang unterbleibt, und der schädliche Eontakt zwischen Schlacke und Schachtofenausmauerung nicht zustande kommen kann. Die Vorwärmbrenner können in ein oder zwei Reihen angeordnet werden.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung besitzt der Schachtofen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein über Regelvorrichtungen

- 7 -909808/0142

bis in den Herdofen wirkendes Sauggebläse. Hierdurch läßt sich einerseits der Druck bzw. Unterdruck im Herdofen in weiten Grenzen einstellen und andererseits die Gasgeschwindigkeit im Schachtofen derart regeln, daß die Abgase den Schachtofen in technisch und wirtschaftlich sinnvoller Weise abgekühlt verlassen.

Im unterhalb und seitlich vom Schachtofen liegenden Herdofen können am erschmolzenen Kupfer die erwünschten bzw. erforderlichen metallurgischen Operationen durchgeführt werden. Um Operationen unterschiedlichster Art, insbesondere in kontinuierlicher Weise, durchführen zu können, ist es zweckmäßig, den Herdofen mit mindestens einer siphonartigen Trennwand und schachtofenseitig mit Düsen oder Lanzen zum Eintrag . oxidierender Gase, die neben Luft vorzugsweise auch sauerstoffreiche Gase oder technisch reiner Sauerstoff selbst sein können, auszustatten. Hierdurch lassen sich die im' erschmolzenen Kupfer befindlichen Verunreinigungen in die Schlacke überführen, die durch Schlackenabzugsöffnungen entfernt werden kann. In Verbindung mit der weiterhin vorteilhaften Anordnung von Düsen oder Lanzen zum Eintrag reduzierender Gase in den hinter der Trennwand liegenden Teil des Herdofens, lassen sich beliebige metallurgische Haßnahmen ergreifen, so daß Kupfer mit in weiten Grenzen variierbaren Eigenschaften gewonnen werden kann. Durch regelbare Abgasgebläse lassen sich innerhalb des Herdofenbereiches getrennte Gasführungen oder die Einleitung des Abgases des Polprozesses in den Blasbereich des Herdofens zur Ausnutzung des Energiegehaltes durch Nachverbrennung bewerkstelligen.

Im Herdofen können die öffnungen zur Handhabung der Schlacke und des Überlaufs des schmelzflüssigen Gutes derart ausgebildet werden, daß das Niveau der Schmelze variierbar ist. Dabei kann beispielsweise die Schlackenentnahme, ggf. nach Zugabe von Flußmitteln, chargenweise oder kontinuierlich, erfolgen. Ebenso kann das Kupfer diskontinuierlich oder kontinuierlich, z.B. in eine Gießmulde geleitet werden.

909808/0142 -8-

Sofern erforderlich oder wünschenswert, kann der Herdofen der erfindungsgemäßen Vorrichtung flüssiges Kupfer anderer Quellen, etwa eines Kupferkonverters, aufneliinen, das dann gemeinsam mit dem im Schachtofen erschmolzenen Kupfer den erforderlichen metallurgischen Operationen unterworfen wird.

Die Erfindung wird anhand der Figuren ;eispielsweise und näher erläutert.

Fig. 1 veranschaulicht schematisch Möglichkeiten der Anordnung von Herdofen und Schachtofen, jeweils als Schnitt und als Draufsicht.

Fig. 2 stellt einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung in der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1d dar.

In Figur 1 zeigt die Ausführungsform a einen seitlich auf dem Herdofen 2 aufsitzenden Schachtofen 1, dessen Wandung mit dem Gewölbe des Herdofens 2 einen Winkel von praktisch 90° bildet. Bei der Ausgestaltung gemäß b ist der untere Bereich des Schachtofens 1 als Übergangskonus 3 ausgebildet. Deutlich sichtbar ist bei gleicher Herdofenhöhe die Böschung langer und damit die Schmelzfläche stark vergrößert. Den Ausgestaltungen gemäß a und b ist gemeinsam, daß eine Schmelzfläche entsprechend der durch die Herdofenbreite sich ergebenden Böschung 5 zur Verfügung steht.

Bei den Anordnungen gemäß c und d sitzt der Schachtofen 1 derart auf dem Herdofen 2 auf, daß sich eine allseits abböschende, frei stehende Kupfersäule ausbilden kann,

Hit 4 sind die auf die Kupfersäule richtbaren Brenner bezeichnet.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 besitzt einen Schachtofen 1 und einen Herdofen 2, die durch den Übergangskonus 3 miteinander

909808/0142 - 9 -

zu einer taulichen Einheit verbunden sind. Im Übergangskonus 3 befinden sich die abwärts gerichteten Brenner 4, die auf die frei stehende Kupfersäule gerichtet sind. Die Böschung der Kupfersäule ist durch gestrichelten Linien 5 kenntlich gemacht·

Zur Vorwärmung des Roh- oder Blisterkupfers befinden sich im Unterteil des Schachtofens 1 Vorwärmbrenner 6.

Der Herdofen ist durch zwei siphonartige Trennwände 7 und 8 in drei separate Bereiche getrennt. Im schachtofenseitig ersten Bereich sind Blaslanzen 9 angeordnet, mit deren Hilfe, gegebenenfalls unter Zugabe metallurgisch wirkender Stoffe, über Aufgabevorrichtung 1O₁ die Verunreinigungen verschlackt werden können. Die Schlacke wird über die Schlackeaustrittsöffnungen 11 abgezogen.

Zur Einstellung des Sauerstoffgehaltes wird im schachtofenseitig zweiten Herdofenbereich über Lanzen 12 Polgas eingetragen. Dabei gegebenenfalls gebildete Schlacke wird über die Schlackeaustrittsöffnung 13 abgezogen. Reines Kupfer wird über die Vorrichtung 14 abgezogen.

Die bei Schachtofen zum Einschmelzen von Roh- oder Blisterkupfer üblichen Eintragsschleuse und Sauggebläse sind in der Figur nicht dargestellt.

909808/0U2

Claims

norddeutsche Affinorio 8. August 1977 Alsterterrasse 2 DrOz/CPA 2000 Hamburg 36 Hr. 8077 Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Schmelzen und Raffinieren von Roh- oder Blisterkupfer, die im v/esentlichen einen Schachtofen mit als Schleuseneinrichtung ausgebildeter Aufgabevorrichtung für das Einsatzgut und einen Herdofen zur Kupferraffination aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen (1) mit den Herdofen (2) eine bauliche Einheit bildet und derart auf dem Herdofen (2) aufsitzt, daß sich - nach Besetzen der Vorrichtung - eine auf der Herdofensohle abstützende und mindestens in Richtung des außerhalb der Projektion des Schachtofens (1) liegenden Herdofenraumes abböschende Kupfersäule (5) ausbilden kann, im Übergangsbereich (3) von Schachtofen (1) und Herdofen (2) auf die Böschung (5) der Kupfersäule richtbare Brenner (4) angeordnet sind und der Herdofen (2) die an sich bekannten zur metallurgischen Behandlung erforderlichen Vorrichtungsteile (9, 12) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ichnet, daß der untere Bereich des Schachtofens (1) mindestens auf der in Richtung des außerhalb der Projektion des Schachtofens (1) liegenden Herdofenraumes weisenden Seite als sich nach unten erweiternder Übergangskonus (3) ausgebildet ist, wobei die Erweiterung die Ausbildung einer Böschung zuläßt, maximal jedoch einen Winkel von 70° einschließt, und die Brenner (4) im Übergangskonus angeordnet sind.

909808/0142

ORIGINAL INSPECTED

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Bereich des Schachtofens (1) über seinen gesanten Uruang als Über^angskonus (3) ausgebildet ist und derart mit den Herdofen (2) zu einer baulichen Einheit verbunden ist, daß sich eine allseits abböschende Kupfersäule ausbilden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergangskonus (3) aus jeweils mindestens einen Brenner (4) aufweisenden Segmenten gebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Übergangsbereich (3) befindlichen Brenner (4) schwenkbar angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im zylindrischen Unterteil des Schachtofens (1) Vorwärmbrenner (6) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schachtofen (1) mit einem über Regelvorrichtungen bis in den Herdofen (2) wirkenden Sauggebläse ausgestattet ist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Herdofen (2) mindestens eine siphonartige Trennwand (7) und schachtofenseitig Düsen oder Lanzen (9) zum Eintrag oxidierender Gase aufweist.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Herdofen (2) hinter der Trennwand (7) Düsen oder Lanzen (12) zum Eintrag von reduzierenden Gasen aufweist.

- 3 909808/0142