DE2827277A1

DE2827277A1 - Verfahren und vorrichtung zum raffinieren von schmelzen mit hilfe von pulvrigem stoff (feststoff) und/oder gas

Info

Publication number: DE2827277A1
Application number: DE19782827277
Authority: DE
Inventors: Matti Elias Honkaniemi; Helge Johannes Krogerus; Launo Leo Lilja; Juho Kaarlo Maekinen; John Hendrik Relander; Grans Heikki Tuovinen
Original assignee: Outokumpu Oyj
Current assignee: Outokumpu Oyj
Priority date: 1977-06-21
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1979-01-11
Also published as: CA1110078A; DE2827277C3; JPS5431004A; GR63740B; JPS5643376B2; FI771947A; PL136256B1; FI56857C; PL207756A1; FI56857B; ZA783157B; SE444120B; SE7807053L; TR20069A; MX148856A; US4211553A; DE2827277B2

Description

DIPL.-ING. HANS W, GROENING

PATEKTAHWAIT

03-38

OUTOKUMPU OY
Outokumpu, Finnland

Verfahren und Vorrichtung zum Raffinieren von Schmelzen mit Hilfe von pulvrigem Stoff (Feststoff) und/oder Gas

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Raffinieren von Schmelzen mit Hilfe von pulvrigem Stoff und/oder Gas, wobei pulvriger Stoff und/oder Gas während des Eingießens der heißen Schmelze in den Reaktionsbehälter in letzteren eingeblasen wird um im Hinblick auf das Gelingen der gewünschten Gas-Schmelze- und Feststoff-Schmelze-Reaktionen ein möglichst schnelles und gutes Vermischen von Feststoff und Schmelze zu erzielen.

Das Mischen von pulvrigen Reagenzien mit heißer Schmelze wurde bereits früher auf vielerlei Weise bewerkstelligt, wie zum Beispiel durch Einblasen von pulvrigem Reagens in die im Reaktionsbehälter befindliche Metallschmelze-Charge über einen an der Behäl-

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SISBERTSTR. 4 · 8000 MÜNCHEN 88 · POB 880810 · KABEL: RHEINPATENT · TSI.. (089) «71079 · TEÜEX 5-22939

terwand stationär angeordneten, unterhalb des Schmelzespiegels mündenden Kanal (Schacht) oder über einen in den Behälterboden eingearbeiteten Kanal. Weiter hat man auch Aufblaslanzen benutzt um das pulvrige Reagens mit hoher Geschwindigkeit unter die Oberfläche der im Reaktionsbehälter befindlichen Schmelzecharge zu treiben, oder man hat die Lanze in die Schmelzecharge eingeführt und das pulvrige Reagens unterhalb der Schmelzeoberfläche in die schmelzflussige Charge eingeblasen.

Der Mischungseffekt bei den erstgenannten Blasverfahren war allerdings ziemlich gering- Man versuchte ihn zu steigern indem man zur Aufblasmethode überging und unter Verwendung .sehr kleiner Düsenöffnungen die Suspension (Dispersion?) aus Trägergas und pulvrigem Stoff mit hoher Geschwindigkeit in die Schmelze trieb, wobei es allerdings zu einem sehr schnellen Verschleiß der Düsen durch die Wirkung des pulvrigen Stoffes kam. Man hat deshalb gerade in die Schmelze eintauchende Lanzen von großem Durchmesser verwendet, die jedoch zur Bildung unzerteilter großer Gasblasen in der Schmelze führen, in deren Innerem der Feststoff an die Oberfläche der Schmelze steigen kann, ohne mit letzterer überhaupt in Berührung zu kommen. Außerdem führen die großen Blasen zu einer starken Oberflächenbewegung der Schmelze.

Bekannt ist ferner eine Mischungsmethode, bei der während des Eingießens der Schmelze in den Reaktionsbehälter das pulvrige Reagens über eine von oben in den Behälter einzusenkende Lanze in die Schmelze eingeblasen wird.Die Turbulenz der Schmelze im Reaktionsbe-

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hälter fördert dabei das Vermischen derselben mit dem Reagens. Allerdings kann die Lanze nicht allzu nahe an den Behälterboden herangeführt werden, ohne daß es zu einem Verschleiß des Behälterbodens durch das ausströmende Reagens kommt, Auch in diesem Falle kommt es im Behälter zu Spritzerscheinungen/ die allerdings durch Arbeiten mit der in der finnischen Patentschrift (Anmeldung Nr. 3167/74) beschriebenen Spezialdüse verringert werden können. Diese Spezialdüse gestaltet sich freilich kostspieliger als eine gewöhnliche Lanze.

Mit der vorliegenden Erfindung wird somit bezweckt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum schnellen und wirksamen Untermischen von pulvrigem Reagens und/oder Gas unter heiße Schmelze zu schaffen, ohne dabei mit hohen Blasgeschwindigkeiten zu arbeiten, die zu einem schnellen Verschleiß der Düsen führen würden, und ohne daß es dabei zu nennenswerten Oberflächenbewegungen oder Spritzerscheinungen der Schmelze kommt.

Die Hauptmerkmale der Erfindung gehen aus dem beigefügten Patentanspruch 1 hervor.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 die theoretische Mischintensitätszahl Pt in Abhängigkeit vom Schmelze-Füllstand h,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Mischvorrichtung, und Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine alternative zum Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dienende Ausführung der

Mischvorrichtung.

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In Fig. 2 und Fig. 3 ist die als Reaktionsbehälter dienende Kipp-Pfanne mit der Bezugszahl 1, die Gießpfanne mit der Bezugszahl 2 bezeichnet. In Fig. 2 wird das pulvrige Reagens mit Hilfe einer von oben in den Reaktionsbehälter 1 einzuführenden, im wesentlichen vertikalen Lanze 3 eingetragen, deren unteres Ende zwecks Blasens des pulvrigen Reagens längs dem B.oden 6 des Behälters 1 zur gegenüberliegenden Behälterwand 5 hin mit dem Lanzenschaft ungefähr einen rechten Winkel bildet, d.h. etwa waagrecht nach der Seite zu verläuft. Bei der in Fig. 3 dargestellten billigeren Ausführung ist die Lanze 9 zwecks Blasens des pulvrigen Reagens längs dem Boden 6 zur gegenüberliegenden Wand 5 hin im wesentlichen waagrecht und kurz über dem Behälter-

1.5 boden 6 durch die Wand 10 des Behälters geführt.

Wie aus Fig. 2 -und 3 deutlich ersichtlich ist, wird heiße Schmelze aus der vom Schmelzespiegel 8 im Behälter t gerechneten Höhe h so in den Reaktionsbehälter 1 gegossen, daß der Schmelzestrahl 7 nahe bei der Wand 5 des Reaktionsbehälters 1 niedergeht, die der Einblasöffnung des pulverförmigen Reagens gegenüberliegt, so daß der etwa parallel zum Behälterboden 6 einschwenkende Schmelzestrom auf den ihm entgegenfließenden Reagensstrom prallt. Hierbei werden die Fallenergie der Schmelze und die Einblasenergie des Reagens nahezu vollständig in Mischenergie umgewandelt und kompensieren sich gegenseitig in einem Maße, daß es zu keiner nennenswerten Bewegung der Oberfläche 8 oder zu Spritzerscheinungen kommen kann.

Das Einblasen des pulvrigen Reagens setzt vorzugsweise gleichzeitig mit dem Eingießen der Schmelze ein, denn man hat festgestellt, daß die Ausnutzung der Fallenergie der Schmelze gerade in der Anfangsphase des Um-

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gießens am wirksamsten erfolgt„ Anfangs kann das Ausgießen der Schmelze aus der Gießpfanne 2 in kürzerer Entfernung vom Schmelzespiegel des Reaktionsbehälters erfolgen, und nach und nach wird dann die FaIlhöhe vergrößert, so daß der niederfallende Schmelzestrahl tiefer in die Schmelze eindringt und so auf wirksame Weise mit frischem Reagens in Berührung kommt.

Mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung wird ein ebenso guter Mischungseffekt wie mit der in Fig» 3 dargestellten Vorrichtung erzielt, jedoch ist die letztere Vorrichtung billiger. Die in Fig. 2 dargestellte Blaslanze erfordert einen besonderen Absenk-und Hochfahrmechanismus; außerdem vermag sie den hohen Temperaturen (über looo C), die in solchen schmelzflüssigen Metallbädern herrschen, bei ständigem Betrieb nur eine beschränkte Zeit standzuhalten.

Wenn auch der in Fig. 3 gezeigte Reaktionsbehälter 1 mit seiner durch die Behälterwand 10 hindurchgeführten Lanze 9 an sich nichts Neues ist, sondern das Neue vielmehr die Art und Weise des Einsatzes ist, so ist doch zu konstatieren, daß bei den bekannten Reaktionsbehältern dieser Art früher besondere mechanische Absperrvorrichtungen oder ein Neigen des Reaktionsbehälters vor Beendigung des Pulvereinblasens erforderlieh waren, um zu verhindern, daß Schmelze in die Lanze 9 eindrang. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind hingegen weder besondere Absperrvorrichtungen für die Lanze 9, noch ein Neigen des Reaktionsbehälters 1 erforderlich, denn das Verschließen der Lanze erfolgt

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in der Form, daß man als pulvriges Reagens bzw. als einen Bestandteil desselben einen Stoff wählt, der bei der im Reaktionsbehälter herrschenden Schmelzetemperatur schmilzt oder versintert und bei Abschalten der Trägergaszufuhr in de.r Mündung des Einblaskanals oder der Lanze 9 einen Pfropfen bildet. Nach dem Entleeren des Reaktionsbehälters kann dann dieser in der öffnung der Lanze sitzende Pfropfen losgeschlagen werden.

Die in Fig. 1 dargestellten Kurven wurden auf folgender Grundlage berechnet und konstruiert;

Gesamtschmelzemenge 10t Ferrochrom

Umgießzeit 10 min.

Fallhöhe (von der Gießpfanne zum
Boden des Entschwefelungsbehälters) 2,9 m lichter Durchmesser der Blasdüse 12 mm Trägergasmenge 30 m /h Luft

Reagensmenge 25 kg/min CaO

Zur Definition des Mischens der Schmelze kann als eines der in Frage kommenden Maße die Größe der Beschleunigung (a) gewählt werden, die die Schmelzemasse (m,) erhält. Definiert man ferner die dimensionslose Größe (Pt) als Verhältnis aus dieser (a) und der Erdbeschleunigung (g), so lassen sich mit Hilfe der "Impulse" (F- = m..w,.., F = Aw) sowohl des auszugießenden Schmelzestroms (flu) als - zum Vergleich - auch der über die Düsen einzuspeisenden Feststoff-Gas-Su!
gende Beziehungen aufstellen:

zuspeisenden Feststoff-Gas-Suspensionsmenge (m__) folgt»

Pt_n

n^g (D

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gs m_Lg, rr^g

_niY-2g-1?

wobei:

W,, = Y 2gj^ h = die Geschwindigkeit des Schmelzestromes 7 beim Auftreffen auf die Schmelzeoberfläche 8, berechnet nach der Formel des freien Falls mit der Fallhöhe A h

= Abstand der Gießpfanne 2 von der Schmelzeoberfläche (8)

w = Geschwindigkeit des Suspensionsstrahls beim Austreten aus der Düse 4,9

j = lichte Querschnittsfläche der Düse

& = Dichte des Trägergases

= m /A - Reagenslast des Trägergases (kg/kg)

In Fig. 1 sind die Intensitätszahlen Pt₁ und Pt__ in Abhängigkeit von der Füllstandshöhe h der im Reaktionsbehälter 1 befindlichen Schmelze berechnet und dargestellt.

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Wie ersichtlich, beträgt im Beispielfall die vom Schmelzestrom gelieferte Intensität (Pt₁) das etwa 4-fache der vom Reagens-Gas-Suspensionsstrahl gelieferten Intensität (Pt ) .
gs

Wird gewünscht, daß die von dem Gas-Reagens-Strahl bewirkte Intensitätszahl (Pt ) betragsmäßig ebenso

gs

groß wie die vom Schmelzestrom bewirkte Intensitätszahl (Pt₁) ist, so erreicht man dies im Beispielfall (h = 1 m) durch Reduzieren des lichten Düsendurchmessers von 12 mm auf 5,8 mm, wodurch w von 56,3 m/s

gs

auf 238 m/s erhöht wird. Eine solche Situation wäre in der Praxis nicht sinnvoll, da durch den stark reduzierten Düsendurchmesser und die um ein Mehrfaches erhöhte Geschwindigkeit der Pulverfluss erschwert und die Verschleißwirkung verstärkt würde.

Geht man zur Veranschaulichung des Problems nun einmal davon aus, daß überhaupt kein Pulver (56= O), sondern auschließlich reines Gas in den o.g. Mengen eingeblasen wird, so erzielt man nach der oben dargelegten Methode den Zustand P = 1 dann, wenn man den lichten Düsendurchmesser von 12 mm auf 0,93 mm reduziert, wobei die Gasgeschwindigkeit (w = V /A/) von 56,3 m/s auf "9447 m/s" ansteigen würde. Das heißt also, auch mit reinem Gas ergeben sich zu hohe Anforderungen.

Das obige Rechenbeispiel dürfte ein klares Bild davon vermitteln, mit einer wie großen "Mischungshilfe" man es zu tun hat, wenn man die "Gießenergie", d.h. die Fallenergie der Schmelze, ausnutzt.

Eine Methode, die Vorteilhaftigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzuzeigen, besteht darin, das Mi-schungsphänomen auf der Grundlage der Penetration

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zu betrachten, d.h. klarzustellen, wie tief man innerhalb vernünftiger Grenzen überhaupt mit dem Gasstrahl in die Schmelze einzudringen vermag. Um ein Vergleichsbild zu erhalten, bieten sich zahlreiche Möglichkeiten; wir wählen hier die Horizontalblas-Formeln von V.A.Frolov: Izv.Vyss.Uceb.Zav. Cernaja Metallurgyja (1967): 3 S. 37-40:

L/d = 1,2

1 gs

gs

(4)

S/d = 1,9 Ar⁰'⁴⁷-= 1,9

gs

gd

0_r47

(5)

in denen L und S etwa die Eindringgrenzen des Strahls angeben. Mit den Werten des Beispielfalles w sr 56,3 m/s, 0 = 12 mm und X= O (d.h. f = f =1,69 kg/m³) erhält man durch Einsetzen in die Formeln (4) und (5) L = 37 mm und S = 55 mm. Infolge des Pulvereintrags

(^= 38,7) .nimmt die Dichte zu ( ξ = 67 kg/m³) mit

der Folge, daß auch die Penetration zunimmt, nämlich auf L = 233 mm und S = 312 mm. Läßt man die Dichte weiter zunehmen, so wächst natürlich auch die Penetration. Setzt man schlie.ßlich in die Formeln (4) und (5) die'Grenzdichte", das heißt P _β = f_Λ ein, mit anderen Worten,ersetzt man den Strahl durch einen Schmelzestrahl, so erhält man L ä; S»ec>. Natürlich trifft dies in Wirklichkeit nicht zu, dürfte aber klar erkennen lassen, daß die Chancen des Vermischens mit der im Reaktionsbehälter befindlichen Schmelze für den niederfallenden Schmelzestrahl 7 beträchtlich besser sind

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als für den Reagens-Gas-Strahl oder einen bloßen Gasstrahl, das heißt, daß es leichter ist, die frische Schmelze in die Nähe der Suspension zu bringen als umgekehrt .

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Hinweis auf Fig. 3 und angewandt auf einen Fall näher beschrieben, in welchem Ferrochromschmelze unter Einsatz von Calciumoxid als pulvriges Entschwefelungsreagens entschwefelt wird. Natürlich können anstelle der Ferrochromschmelze auch andere Metallschmelzen, zum Beispiel unreines Kupfer, behandelt werden.

Nach den Abschlackungs- und sonstigen notwendigen Maßnahmen wird die Ferrochromschmelze in den Blasbehälter 1 gegossen, in dessen Wand 10, möglichst nahe beim Boden 6, eine Injektionsdüse 9 stationär eingebaut ist, die im wesentlichen waagrecht zu dem entgegenfließenden, nahe bei der gegenüberliegenden Wand 5 niedergehenden Schmelzestrom hin gerichtet ist.

Die schlackenfreie Ferrochromschmelze wird mit passender Geschwindigkeit von einer bestimmten Höhe in den Blasbehälter 1 gegossen 7. Hierzu ist zu bemerken, daß durch Vergrößerung der Ausgießgeschwindigkeit und -höhe auch der Impuls des Schmelzestroms 7 wächst, was gleichbedeutend mit einer Intensivierung des Mischvorganges ist. Eine zu hohe Ausgießgeschwindigkeit hat allerdings Unterbrechungen (unregelmäßigkeiten) des Schmelzestromes 7 und damit eine Schwächung des Endergebnisses zur Folge.

Mit Einsetzen des Ausgießvorganges beginnt auch das Einblasen von Reagens-Gas-Suspension. Dadurch wird das

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Offenbleiben der Düse 9 gewährleistet; außerdem verläuft der Mischungsvorgang gerade in der Anfangsphase am intensivsten (vgl. Pig. 1).

Das Eingießen der Schmelze erfolgt also auf der zur Injektionsdüse 9 entgegengesetzten Seite des Behälters 1, wobei es zu einem kräftigen Vermischen von Schmelze und Reagens kommt, und eine gute Entschwefelung sowie ein hoher Ausnutzungsgrad des Reagens erzielt werden. Mit Fortschreiten des Ausgießvorganges nimmt die Schmelzemenge (und damit auch der Füllstand h) im Behälter 1 zu, wobei es zu einer Verringerung der Mischungsintensität kommt. Allerdings können durch strömungstechnisch optimale Verfahrensweise die frische Schmelze und Reagens-Gas-Suspension ständig zum Vermischen gebracht werden, da die Schmelze dem Suspensionsstrom entgegenzuwandern und teilweise in diesen einzudringen vermag und dabei dessen Impuls "vernichtet" und dadurch die Oberflächenbewegungen dämpft, was nach einer gewissen Zeit nach Beendigung des Ausgießvorganges festzustellen ist. Wird das Einblasen weiter fortgesetzt, so kommt es zu einem starken Spritzen der Schmelze, was während des Eingießens der Schmelze nicht der Fall ist.

Wird nun der an die Injektionsdüse 9 heranzuführende Trägergasstrom durch Sperren des mit dem pulvrigen Reagens ankommenden GasStroms sowie des der Düse eventuell zugeführten Zusatzgasstroms unterbrochen, so bleibt im Beispielfall das CaO-Pulver in der Düse sitzen und verhindert so, daß Schmelze aus dem Behälter 1 ausfließt. Nun kann die Pulverzuführleitung (nicht dargestellt) von der Düse 9 gelöst werden, und der Behälter 1 ist transportbereit.

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Nach dem Entleeren des Blasbehälters 1 läßt sich der Kalkpfropfen leicht aus der Injektionsdüse 9 entfernen, · und der Behälter 1 ist bereit für die nächste Charge.

In Tabelle 1 sind der Rückgang des Schwefelgehalts (^ S) und der Wirkungsgrad des Reagens (T^ ) beim Arbeiten mit folgenden Versuchsanordnungen zusammengestellt:

I - gerade, rohrförmige Lanze und Reagenseintrag in die Schmelzecharge;

II - Lanze nach dem finnischen Patent

(Anmeldung-Nr. 3167/74), bei der die über ein Zentralrohr eingetragene Gas-Reagens-Suspension durch separate, intensive Zerteilungsgasstrahlen unter die Schmelze gemischt wird;

III - in Richtung des niederfallenden Schmelzestroms

verlaufende, gerade, rohrförmige, in die Schmelze gesenkte Lanze;

IV - erfindungsgemäße, zur einströmenden Schmelze

hin gerichtete, in die Schmelze versenkte rohrförmige Lanze (Fig. 2);

V - erfindungsgemäßes Verfahren, kombiniert mit

der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung.

Wie aus der Tabelle deutlich hervorgeht, tritt, ausgehend von der geraden Lanze, zum erfindungsgemäßen Verfahren hin eine Verbesserung des Ergebnisses (AS, -ry ein.

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	Tabelle	1	^Si Ausgang	&S/Si	V
Verfahren	Hinweis	Beisp.	0,055	34,5	1,1
I gerade Lanze, Charge	Pat. Anm. 3167/74	1	0,044 0,042	47,8 64,3	4,0 1/4
II Zerteilungs- lanze,Charge		2 3	0,068	58,8	2,6
III gerade Lanze, Guß	vorlie gende Anm.	1	0,071	64,8	3,1
IV gewinkelte Lanze, Guß		2	0,091 0,095	80,2 65,3	5,2 4,4
V Wandlanze,Guß _		3 4

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen näher beschrieben.

Beispiel I (Vergleich)

Auf die oben umrissene Weise III (Tab. 1) wurde Ferrochrom (ca. 1600⁰C) durch Einblasen von CaO-Pulver über eine gerade Vertikallanze in den Blasbehälter entschwefelt. Mit dem Einblasen wurde in dem Stadium begonnen, da die kontinuierlich einzugießende Chromschmelze das untere Ende der Lanze (ca. 400 mm) erreicht hatte.

Dieses zum Schmelzestrom parallelgerichtete Blasen wurde bis zur Beendigung des Umgießens fortgesetzt. Die Mengenverhältnisse und Analysenwerte waren bei diesem Versuch folgende:

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Metallmenge 8,6 t

Reagensmenge 31,8 kg gebrannter Kalk

je Tonne FeCr

Injektionsgeschwindigkeit 31 kg/min Luftmenge (-durchsatz) 28 m /h

Metallanalysen Cr Si CS AS_M/S_M (Ausgang)

%a S- 9- S-

vor dem Blasen 52,1 2,2 6,9 0,068 nach dem Blasen 52,0 2,0 6,9 0,028 58,8

Der Reagens-Wirkungsgrad in bezug auf CaO betrug 2,6 %.

Beispiel 2

CaO-Pulver wurde gemäß Verfahren IV und unter Verwendung der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung über eine gewinkelte Lanze in den Blasbehälter geblasen; mit dem Eingießen von Ferrochrom wurde nahezu gleichzeitig begonnen. Diese Gleichzeitigkeit wurde verwirklicht, um die um 90° nach der Seite abgewinkelte Lanze bis ganz nahe an den Behälterboden absenken zu können, damit es in der Anfangsphase nicht wie im vorangehenden Beispiel zum Stauben von Reagenspulver kommt. Im übrigen wurde wie in Beispiel 1 verfahren» Nachstehend die Mengenverhältnisse und Analysenwerte:

Metallmenge 9,2 t

Reagensmenge 30,5 kg gebrannter Kalk

je Tonne FeCr Injektionsgeschwindigkeit 30,5 kg/min Luftmenge (-durchsatz) 31 m /h

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Metallanalyse

vor dem Blasen nach dem Blasen

Cr

52,4 2,4 7,6 0,071
52,2 2,3 7,0 0,025

(Ausgang)

64,8

Der Reagens-Wirkungsgrad in bezug auf CaO betrug 3,1 %,

Beispiel 3

Unter Anwendung der erfindungsgemäßen Injektionsweise V und Verwendung des in Fig. 3 gezeigten Behälters wurde Ferrochrom durch Injektion von gebranntem Kalk mit Luft in die Schmelze entschwefelt. Die auf der Schmelze schwimmende FeCr-Schlacke war so vollständig wie möglich entfernt worden»

Metallmenge 8,6 t

beim Blasen anwesende FeCr-Schlacke 7,0 kg/t FeCr

Reagens 29 kg gebrannter Kalk

Injektionsgeschwindigkeit Luftmenge (-durchsatz)

pro Tonne FeCr, Korngröße - 1,5 mm

32,4 kg/min 30 m³/h

Metallanalyse (%)

vor dem Blasen nach dem Blasen

Cr Si

AS_M/S_M (Ausgang)

52,4 1,6 7,6 0,091

52,2 2,0 6,7 0,018 80,2

Der Reagens-Wirkungsgrad in bezug auf CaO betrug 5,2 %.

Beispiel 4

25 Ferrochrom wurde auf die in Beispiel 3 beschriebene Weise entschwefelt, jedoch ohne die aufschwimmende FeCr-Schlacke so vollständig zu entfernen.

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— -j Q _

Metallmenge

beim Blasen anwesende ; Fe/Cr-Schlacke

Reagens

Injektionsgeschwindigkeit Luftmenge (-durchsatz)

7,9 t

71 kg/t FeCr

29_f1 kg gebrannter Kalk pro Tonne FeCr

29,8 kg/min 21 m³/h

Metallanalyse (%)

vor dem Blasen nach dem Blasen

Cr

53,0 52,8

S», Ausgang

1,8 6,7 0,095 1,4 6,7 0,033

65,3

Der Reagens-Wirkungsgrad in bezug auf CaO betrug 4,4 %.

Zum Entfernen von Verunreinigungen (Beimengungen) aus schmelzflüssigem Metall gibt es zwei Hauptmethodenί

1. Das überführen der Verunreinigungen in eine andere schmelzflüssige Phase, gewöhnlich in die Schlackenphase.

2. Das Verdampfen der Verunreinigungen.

Die Raffination unreinen Kupfers ist zum Beispiel in den folgenden Aufsätzen beschrieben: (1) J.E. Stolarczyk et.al., Journal of the Institute

of Metals, 86_ (1957), 49-58;
(2) A. Asgari et al., Metallurgie, 1_3, (1973), 68-77.

In der Vorveröffentlichung (1) wird u.a. die Behandlung von bleihaltigem Kupfer im Anodenofen durch Auftragen

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von Sand auf das schmelzflüssige Kupfer und Einblasen des zur Bildung von Bleisilikaten erforderlichen Sauer^ Stoffs über Kanäle (Schächte) beschrieben. Diese Behandlung dauert bis zu 48 Stunden.

In der Vorveroffentlichung (2) wird u.a. die Raffination von bleihaltigem Kupferschrott im Konverter beschrieben; dabei wird auf die Oberfläche aufgetragene Kohle so als Brennstoff und Reduktionsmittel eingesetzt, daß das Blei in die Gasphase übergeht, aus der es als feinkörniger Staub abgetrennt werden kann. In den Versuchen betrug die Behandlungsdauer in schmelzflüssigem Zustand zum Beispiel 90 min, wobei der Bleigehalt des Metalls von 3,5 % auf 0,30 % zurückging.

Bereits bekannt sind ferner Verfahren, bei denen schlakkenbildender pulvriger Stoff (Feststoff) mit Hilfe von Trägergas in die Schmelze injiziert wird.

Beispiel 5 (Vergleich)

Zum Vergleich wurde schmelzflüssiges Kupfer entbleit durch Injektion von Sand mit sauerstoffangereicherter Luft; der Eintrag erfolgte über einen Kanal (Schacht). Die Sauerstoffanreicherung war so berechnet, daß sich die Temperatur der Schmelze im Laufe der Zeit im Hinblick auf die Kupferraffination auf günstigste Weise entwickelte. Die Raffination erfolgte in einem mit einem an sich bekannten Kanal (Schacht) ausgerüsteten, kippbaren Behälter, so daß der Kanal vor Beginn der Injektion oberhalb des Schmelzespiegels gehalten werden konnte. Nach erfolgtem Einfüllen der Schmelze

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wurde der Behälter in Blasstellung gebracht, und die Injektion begann auf herkömmliche Weise.

Tabelle 2 enthält eine Gegenüberstellung der Raffinationen nach Beispiel 5 und Beispiel 6. Die Injektionszeit betrug in beiden Fällen 10 min; danach ließ man die Charge vor der Probenentnahme 5 min absetzen.

Beispiel 6 (gemäß Erfindung)

Die Injektion, erfolgte gemäß Fig. 3 während des Eingießens des unreinen Kupfers- Tabelle 2 läßt erkennen/ daß die durch das Eingießen bedingte Intensivierung des Mischens vor ^.llem den durch Verdampfen erfolgenden Bleiabgang förderte.

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Tabelle

Beispiel 5 Beispiel 6

unreines Kupfer

Menge, kg Pb, % S, % O, % Cu, %

Luftmenge, Nm Sauerstoffmenge, Nm Sauerstoffanreicherung, %

1250	1140
0,68	0,79
0,49	0,41
0,15	0,13
98,8	98,6
42_f0	40,7
9,2	9,0
35,2	34,7

Sand Menge, kg	Kupfer	Cu	10	1	S	10	0 0
raffiniertes		100 97,1 2,9			100 1, 99,
Menge, kg Pb, % S, % O, % Cu, %			1220 0,23 0,005 0,9 98,8			110 0,12 0,003 1,1 98,7	6 4
Schlacke		100 97,4 2,6 ^ ^.* ^ Mb		100 0, 99,
Menge, kg Pb, % Cu, % SiO₂, %	, % (Beisp. 5)	45 2,4 63,3 20,1	45 2,9 65,2 18,2
Verteilungen	Cu	Pb
unreines Cu raffiniertes Schlacke Staub	, % (Beisp. 6)	100 33,0 12,5 54,5
Verteilungen	Cu Λ± ^l a ^t λα m
unreines Cu raffiniertes Schlacke Staub		100 14,8 14,4 70,8

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Claims

DIPI>.-ING. HAN3 1VV. GROEJIING 03-38 Patentansprüche

1. Verfahren zum Raffinieren von Schmelze mit pulvrigem Stoff und/oder Gas, wobei pulvriges Reagens und/oder Gas in den Reaktionsbehälter (1) geblasen (3, 4 oder 9) wird während gleichzeitig die Schmelze in den Reaktionsbehälter gegossen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vom freien Fallen veranlaßte Bewegungsenergie der Schmelze ■ zum Mischen des pulvrigen Reagens und des Gases mit der Schmelze ausgenutzt wird und die Bewegungen der Schmelzeoberfläche (8) dadurch gedämpft werden, daß man den Reagens- und Gasstrom einerseits und den Schmelzestrom andererseits im Reaktionsbehälter (1) aus im wesentlichen entgegengesetzten Richtungen aufeinanderprallen läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze nahe bei der Behälterwand (5) in den Reaktionsbehälter (1) gegossen wird und das pulvrige Reagens sowie das Gas von der gegenüberliegenden Wand (10) im wesentlichen parallel zum

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ORIGINAL INSPECTED

Behälterboden (6) unterhalb der Schmelzeoberfläche (8) in den Reaktionsbehälter (1) geblasen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einblasstelle (4) des pulvrigen Reagens in dem Masse, in dem der Schmelzespiegel (8) im Reaktionsbehälter (1) ansteigt, nach oben verlagert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das pulvrige Reagens durch den Boden des Reaktionsbehälters hindurch im wesentlichen senkrecht nach oben geblasen und die Schmelze so in den Reaktionsbehälter gegossen wird, daß der Schmelzestrahl ungefähr oberhalb der Einblasstelle des pulvrigen Stoffs auftrifft.

5. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fallhöhe der Schmelze gegenüber dem Reaktionsbehälterboden (6) in dem Maße, wie der Schmelzespiegel (8) im Behalter ansteigt, vergrößert wird.

6. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Einblasen des pulvrigen Reagens in den Reaktionsbehälter (1) gleichzeitig mit dem Eingießen oder erst nach Beginn des Schmelzeeingießens begonnen wird.

7. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Einblasen

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des pulvrigen Reagens in den Reaktionsbehälter (1) gleichzeitig mit dem Schmelzeeingießen oder bereits vor Beendigung des Schmelzeeingießens beendet wird.

8. Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als pulvriges Reagens ein Stoff oder Stoffgemisch verwendet wird, der bzw. das bei Absperren der Trägergaszufuhr bei noch schmelzegefülltem Reaktionsbehälter versintert und dadurch die Einblasöffnung verschließt.

9. Zum Arbeiten nach dem in Anspruch 1 dargelegten Verfahren dienende Vorrichtung, bestehend aus einem Reaktionsbehälter (1), einer Einrichtung (2) zum Eingießen der Schmelze in den Behälter (1) und einer von oben in den Reaktionsbehälter (1) absenkbaren Düse (3) zum Einblasen des pulvrigen Reagens in den Reaktionsbehälter (1) unter die Schmelzeoberfläche (8), dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Düse (3) zum Blasen von pulvrigem Reagens parallel zum Boden (6) des Reaktionsbehälters (1) in Richtung auf den Schmelzestrom hin eingerichtet ist oder eingerichtet werden kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende (4) der Düse (3) im wesentlichen rechtwinklig nach der Seite gebogen ist.

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