DE3214211A1 - Verfahren und vorrichtung zur oxidationsverhinderung bei frisch gegossenen kupferprodukten nach dem austritt aus giessmascchinen mit zwei giessbaendern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Zweiband-Stranggießmaschinen zum Gießen von Kupferbrammen oder -streifen und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verhindern der Oberflächenoxidation frisch gegossener Kupferbrammen oder -streifen nach dem Austritt aus der Stranggießmaschine.

Bei derzeit angewandten Verfahren unter Benutzung von Zweiband-Stranggießmaschinen neigen die heißen, frisch gegossenen Kupferbrammen oder -streifen dazu, nach dem Verlassen der Stranggießmaschine schnell zu oxidieren, bevor sie eine erste Bearbeitungsstation erreichen, die gewöhnlich eine Trenn- oder Schneidestation ist. Wenn eine breite Kupferbramme in einer Zweiband-Gießmaschine gegossen wird, um Anoden für ein nachfolgendes elektrolytisches Reinigen herzustellen, ist es wichtig, daß die Bramme bis nach dem Trennvorgang heiß bleibt, um die erforderlichen mechanischen Trennkräfte wesentlich zu vermindern oder um die Brennschneidwärme zu verringern, je nachdem, welches Trennverfahren angewandt wird. Nach dem längenmäßigen Abtrennen der Kupferanoden werden diese bei den herkömmlichen Verfahren normalerweise auf Raumtemperatur abgekühlt, wobei Niederdruck-WassersprUheinrichtungen verwendet werden.

Die Oberflächenoxidation, die während der Bewegung der Kupferbrammen zwischen der Gießmaschine und der Heißtrenn- oder Schneidestation erfolgt, führt zu einem Kupferverlust bei der Bramme oder bei dem Streifen und bewirkt zusätzlich eine unerwünschte Kupferoxidverunreinigung des Behälterelektrolyten, wenn die abgetrennte Bramme als Anode zum elektrolytischen Reinigen verwendet wird.

Bei erhöhten Temperaturen nahe der Erstarrungstemperatur tritt bei Kupfer erfahrungsgemäß eine sehr schnelle Oberflächenoxidation auf, wenn es der Luft ausgesetzt ist. Diese extrem schnelle Oxidationsbildung beim Kupfer bei derartigen erhöhten Temperaturen wurde —Jtch bereits als "katastrophale" Oxidation bezeichne. Andererseits ist Kupfer bei Raumtemperatur sehr beständig gegen Oxidation infolge Luftkontakt, wie dies durch den täglichen Gebrauch zahlreicher Kupferprodukte bekannt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, um die Oxidation frisch gegossener Kupferbrammen oder -streifen nach dem Austritt aus einer Zweiband-Stranggießmaschine weitestgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die den Patentanspruch 1 bzw. den Patentanspruch 11 kennzeichnenden Merkmale gelöst.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, die saubere, oxidfreie Kupferanoden aus einer Zweiband-Stranggießmaschine ergeben.

Unter den Vorteilen der Erfindung sind besonders je ie zu erwähnen, die sich aus der Tatsache ergeben, daß das gegossene Kupfer durch Vermeidung einer wesentlichen Oxidation vor dem Schneiden oder Trennen bewahrt wird. Weiterhin wird der Behälterelektrolyt vor unerwünschter Beschmutzen™ durch Kupferoxid bewahrt.

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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei dem neuen und verbesserten Verfahren bzw. der Vorrichtung, die eine Zweiband-Stranggießmaschine verwenden, der Kupferverlust verringert wird, indem die Ausbildung von Kupferoxid auf dem gegossenen Kupfer verhindert wird und daß der Wirkungsgrad eines Tankbehälters verbessert wird, indem oxidfreie Anoden verwendet werden, die durch das Zweiband-Stranggießverfahren hergestellt sind.

Mit dem Ausdruck "Trennen", wie er hier für das Schneiden oder Trennschneiden fortlaufender Kupferbrammen oder -streifen in Anoden verwendet wird, sollen die verschiedensten Trennvorgänge bezeichnet werden, einschließlich mechanischen Trennens, mechanischen Scherens und Schneidens mittels Brenneinrichtungen oder Äquivalenten.

Die Erfindung und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung ii Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen deutlicher, wobei die Zeichnungen nicht notwendig maßstabsgerecht dargestellt sind, sondern so, daß die Merkmale und Prinzipien der Erfindung deutlich herausgestellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Maschine zum Herstellen von Kupferanoden, einschließlich einer Stranggießmaschine vom Zweiband-Typ, gefolgt von einer Einrichtung zur Verhinderung der Oxidation, wobei Teile abgebrochen dargestellt sind;

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Fig. 1A eine teilweise abgebrochene Seitenansicht einer Einrichtung zum schnellen Kühlen der Anoden stromab von einer Abscher- oder Schneidstation;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1j

Fig. 3 einen vergrößerten Querschnitt einer anderen Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verhinderung der Oxidation;

Fig. 4 einen vergrößerten Querschnitt einer Kupferbramme oder einer Kupferstange, wobei das Verfahren zum Verhindern der Oxidation gemäß der Erfindung dargestellt ist; die relative Dicke der Dampf- und Wasserschichten ist zu ihrer deutlicheren Darstellung vergrößert;

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Vorrichtung zur Verhinderung der Oxidation gemäß Fig. 3, entlang der Linie 5-5 in Fig. 3.

Die in Fig. 1 dargestellte Zweiband-Stranggießmaschine 10 weist ein oberes Gießband 12 auf, das um zwei Hauptrollen 14 und 16 umläuft, die an gegenüberliegenden Enden eines oberen Trägers 15 angebracht sind und ein unteres Gießband 18, das un zwei Hauptrollen 20 und 22 umläuft, die an gegenüberlieger ien Enden eines unteren Trägers 19 angebracht sind. Die Rollen 14 und sind nahe dem Eingang der Gießmaschine 10 und die Rollen 16 und 22 nahe dem Ausgang der Maschine angebracht. Eine bewegliche Gießform wird zwischen dem unteren Gießband 18, einem Paar beabstandeter Seitendämme 24 und dem oberen Gießband 12

gebildet, wenn diese zusammen parallel durch eine Gießzone C geführt werden.

Wenn die Gießbänder 12 und 18 durch ihre jeweiligen Rollen in Umlauf gebracht werden, bewegen sich die Seitendämme 24 mit den Gießbändern, wobei sie die Gießzone C durchlaufen und dann vom Ausgang der Maschine zum Eingang entlang eines von der Gießzone entfernten Bewegungsweges zurücklaufen, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Wie in Fig. 1 gleichfalls dargestellt ist, ist beim Gießbetrieb für geschmolzenes Metall in der Stranggießmaschine 10 der Ausgang gewöhlich tiefer angeordnet als der Eingang, so daß die Schwerkraft das Einführen des Stromes des flüssigen Metalls in die Gießzone C unterstützt.

Flüssiges Metall, welches im vorliegenden Fall Kupfer ist, wird dem Eingang 29 der Gießzone C aus einer Gießpfanne 26 über einen, isolierten Ausguß 28 zugeführt. Das Kupfer, das der Gießzone C zugeführt wird, verfestigt sich und bildet dabei eine fortlaufende Stange oder Bramme 30, die durch den Ausgang 31 der Gießzone austritt.

Zur weiteren Information Zweiband-Gießmaschinen betreffend, wird auf die US-PS'en 2 904 860, 3 036 348, 3 167 830, 3 041 686, 3 865 176, 3 937 270 und 3 955 615 der Anmelderin Bezug genommen.

Die heiße Stange oder Bramme 30 aus gegossenem Kupfer, die aus der Maschine 10 austritt, wird in Stücke geschnitten, beispielsweise um Anoden zu bilden, die in einen Elektrolyten in einen Behälter getaucht werden, um das Anodenkupfer elektrolytisch zu reinigen. Das heiße gegossene Material 30 oxidiert jedoch bei den bekannten Verfahren während des Transfers von dem

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Haschinenausgang 31 zur Scher- oder Schneidstation 27 sehr rasch. Es ist wichtig, daß das gegossene Material '30 bis nach dem Längentrennvorgang, d.h. bis nach dem Schneiden oder Abscheren, heiß bleibt, um die erforderlichen mechanischen Scherkräfte oder die zum !^ennschneiden erforderliche Energie, je nachdem, v/elches Trennverfahren angewandt wird, in hohem Maße zu vermindern.

Um eine Oxidation zu verhindern, die zu einem Kupferverlust an der Stange oder der Bramme 30 führt,und zusätzlich unerwünschte Oxide am gegossenen Material zu vermeiden, die die Wirksamkeit der in den Behälterelektrolyten eingetauchten Anoden vermindern, wird das gegossene Metall 30 nach dem Austritt aus der Maschine unmittelbar in eine Umhüllung 32 eingeführt. Diese Umhüllung 32 endet unmittelbar vor der Trennstation 27, wo die gegossene Kupferstange oder', r·bramme 30 längenmäßig abgetrennt wird.

Um das frisch gegossene Metall der Spange oder Bramme 30 nahe am Ausgang 31 von allen Stoß- oder Zugkräften freizuhalten, die aufgrund von stromabwärts an der Stange oder Bramme ausgeführten Vorgängen, beispielsweise infolge des Trennvorganges, auftreten können, ist ein Paar Klemmrollen 33 vorgesehen, die synchron mit der Gießmaschine 10 angetrieben werden. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind diese Klemmrollen 33 in 3inem vergrößerten Teil 37 der Umhüllung 32 untergebracht. Sie nehmen die oberen und unteren Flächen der Stange oder Bramme 30 nahe der großen Radiuskrümmung 35 in Eingriff, wo die bewegte Stange oder Bramme langsam von einem leicht nach unten geneigten Bewegungsweg in einen .Horizontalen Bewegungsweg übergeführt wird.

Die Umhüllung 32, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist mit einer Schicht einer Faser- oder Keramikisolierung ~5^L\ ausgerichtet, um einen Wärmeverlust an der Stange oder Bramme 30

wie auch ein Überhitzen und eine Deformierung des Umhüllungsgehäuses zu verhindern, das aus Stahlblechen oder -platten besteht. Wie am besten in Fig. 1 zu sehen ist, wird die Umhüllung 32 entweder mit gesättigtem Dampf oder inertem Gas geflutet, welches aus einer Quelle 39 durch die Leitung 36 und durch Zweigleitungen 40 und 41, die stromaufwärts und stromabwärts von den Klemmrollen 33 in das Innere der Umhüllung 32 münden, der Umhüllung zugeführt. Die Umhüllung 32 ist mit einer Entlüftungsleitung 42 versehen, die einen von Hand oder automatisch einstellbaren Dämpfer 43 enthält, der einen unerwünschten Druckaufbau im Inneren der Umhüllung verhindert.

Das stromaufwärts gelegene Ende der Umhüllung 32 v/eist eine Eingangsöffnung 44 auf, die nur etwas größer ist als die Stange oder Bramme 30, um zu verhindern, daß am Eingang eine wesentliche Menge atmosphärischer Luft in die Umhüllung eintritt. Das stromabwärts gelegene Ende der Umhüllung 32 weist eine ähnlich kleine Ausgangsöffnung 47 auf, um gleichfalls die Luft abzuhalten. Darüber hinaus ist der Druck der Quelle 39 größer als der atmosphärische Druck, so daß das inerte gasförmige Fluid 38 den atmosphärischen Druck übersteigt und gleichfalls dazu dient, die Luft abzuhalten. Die Quelle 39 des inerten gasförmigen Fluids 38 kann ein Boiler sein, um gesättigten Dampf mit einem Druck zu erzeugen, der etwas oberhalb des atmosphärischen Druckes liegt oder ein Behälter für ein inertes, nicht oxidierendes Gas, wie Stickstoff.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, ist die Umhüllung 32 auf einem aufrechten Gestell 45 montiert und weist eine Anzahl kontinuierlich angetriebener Förder-Tragachsen 46 auf, die

sich quer darüber erstrecken und die in am Gestell 45 angebrachten Lagern 48 gelagert sind. Die Tragachsen 46 tragen eine Anzahl relativ schmaler kreisringförmiger Scheiben oder Rollen 50, die die untere Fläche der Kupferstange oder -bramme 30 in Eingriff nehmen, wenn diese stromabwärts durch die Umhüllung 32 geführt wird. Der Zweck dieser schmalen vorspringenden Scheiben 50 ist es, die Wärmeleitung von der Stange oder Bramme 30 in die Trägerwellen 46 zu vermindern, um den Wärmeenergieverlust des heißen gegossenen Metalls 30 möglichst gering zu halten.

Diese Scheiben 50 erlauben auch den Durchtritt einer Wasserschicht, falls dies gewünscht ist, nahe der Oberfläche der Stange oder der Bramme, wie später beschrieben ist. Die Wellen 46 werden von einer geeigneten Förderwellen-Antriebseinrichtung 51 angetrieben, die über mechanische Kupplungen 53 mit jeder Welle verbunden ist.

Wie in der Ausgestaltung der Fig. 1 und 2 dargestellt ist, wird die Umhüllung 32 mit einem inerten gasförmigen Fluid in Form gesättigten Dampfes oder eines inerten Gases, beispielsweise Stickstoff, geflutet, um die Luft aus der Umhüllung auszuschließen, wobei eine Dampf- oder Gasabdeckschicht um die Kupferstange oder -bramme 30 gelegt vird, um die Luft an einer Berührung mit dem Kupfer zu hinde η und dadurch die Oxidausbildung in großem Maße zu verhindern.

Das Oberteil 51 der Umhüllung 32 ist bei 57 angelenkt, um etwa in Höhe der Durchgangslinie zur Inspektion, Wartung und zum Wiedergängigmachen bei Verstopfungen geöffnet zu werden. Die Leitung 36 weist ein flexibles Gelenk oder eine

Schwenkverbindung 49 auf, um die Leitung und die dazugehörigen Zweigleitungen 40, 41 aus dem Weg zu schwenken, wenn das Oberteil 51 der Umhüllung geöffnet werden soll. Die Entlüftungsleitung 42 ist auf ähnliche Weise mit einem flexiblen Gelenk oder einer Schwenkeinrichtung 49 versehen, um die Leitung von der Umhüllung 32 wegzuschwenken, wenn das Oberteil 51 geöffnet werden soll.

Die in den Fig. 3 bis 5 dargestellte Ausgestaltung weist eine Anzahl oberer Wasserverteiler 54 und unterer Wasserverteiler 56 auf, die jeweils eine Reihe Düsen 58 besitzen, welche entlang der Wasserverteiler relativ dicht beieinander angeordnet sind. Diese Düsen 58 erzeugen gestufte niederströmende Wasserstrahlen 52, die oberhalb und unterhalb der Stange oder Bramme 30 angeordnet sind, wenn diese durch die Umhüllung 32 geführt wird. Jeder der Verteiler 54 und 56 weist eine zugehörige Ablenkeinrichtung bzw. ein Ablenkelement 60 auf, das daran befestigt ist, und das sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Verteilers innerhalb der Umhüllung 32 erstreckt. Mit anderen Worten erstrecken sich die Ablenkelemente 60 im wesentlichen über die gesamte Breite der Umhüllung 32. Sie sind in Bewegungsrichtung der Kupferstange oder -bramme 30 durch die Umhüllung 32 gekrümmt, so daß sie die Wasserstrahlen ausbreiten und die Oberflächen der Stange oder Bramme 30 mit einer Wasserschicht 66 (Fig. 4) niedriger Geschwindigkeit bedecken oder umhüllen, wenn das Kupfer durch die Umhüllung bewegt wird.

Die seitliche Ausbreitung der Wasserstrahlen 52 nach dem Auftreffen und nach dem Beginn des Herablaufens entlang der ge-

krümmten Ablenkelemente 60 zum heißen Kupfer 30 hin ist in Fig. 5 durch divergierende gestrichelte Linien 61 in der Nähe der Düsen 58 angedeutet. Nachdem die Wasserstrahlen sich über die Ablenkelemente 60 ausgebreitet haben und eine im wesentlichen gleichmäßige Wasserschicht auf jedem Ablenkelement bilden, verläßt diese Wasserschicht über die Lippe 63 das Ablenkelement und nähert sich der Ubergangsfläche 62 zur heißen gegossenen Stange oder Bramme 30, um die mit geringer Geschwindigkeit strömende Wasserschicht 66 und die Dampfisolierschicht 64 zu bilden. Wenn die Wasserschicht von dem Ablenkelement sich der Wasser-Metall-Übergangsfläche 62 nähert, wird ein Teil der Schicht 66 in eine unmittelbar an die heiße Metallfläche angrenzende Dampfschicht 64 umgewandelt, die die Bildung von Kupferoxid verhindert, indem ein Kontakt der Kupferbramme 30 mit der Luft \?eitestgehend ausgeschlossen wird. Die Erzeugung der Dampfschicht 64 kann vorteilhaft derart erfolgen, daß ein chemisches Reduziermittel nahe der Oberfläche des heißen Kupfers freigesetzt wird, um vorhandenes Kupferoxid zu reinem Kupfer zu reduzieren, wie weiter unten erklärt ist.

Wie Fig. 3 zeigt, sind Schutzeinrichtungen, wie beispielsweise Platten 59, an der Vorderseite der jeweiligen oberen Verteiler 54 und der zugehörigen Ablenkelemente 60 vorgesehen. Diese schützenden Führungsplatten 59 werden zweckmäßig dicht neben den Verteilern 54 und den Ablenkelementen 60 angeor Jiet, um diese vor aufgebogenen Brammen oder Stangen 30 zu schützen. Die unteren Verteiler 56 und ihre Ablenkelemente 60 sind durch Anordnungen jeweils einer Rolle 46, 50 stromauf nahe bei jedem Verteiler 56 geschützt.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, wird dicht neben den mit einer Schicht 66 langsam strömenden Wassers bedeckten heißen Kupferoberflächen eine überdeckende Dampfschicht 64 gebildet. Vorteilhaft isoliert die überdeckende Dampfschicht 64 die Wasserschicht 66 vom heißen Kupfer 30 und verhindert dadurch, daß das Wasser die Stange oder die Bramme 30 übermäßig abkühlt, bevor diese die Scher- oder Trennstation erreicht. Wie oben erläutert ist, isoliert diese Dampfabdeckschicht 64 in vorteilhafter Weise die Bramme 30 von Luft, um eine Oxidation zu verhindern.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die gekrümmten Ablenkelemente 60 weiter von der Stange oder Bramme 30 an den oberen Verteilern 54 beabstandet,, um Wasser in einem kleinen Winkel gegen die obere Fläche des heißen Kupfers zu führen. Darüber hinaus ist dieser vertikale Abstand zwischen den Lippen 63 der Ablenkelemente und der Stange oder dem Streifen 30 so bemessen, daß er einen oberen Freiraum beläßt, um dickere Brammen 30 zu gießen, falls dies gewünscht ist. Der vertikale Abstand ist auch nützlich, um am Anfang oder am Ende eines Gießvorganges genügend Platz zu lassen, falls der Anfangsabschnitt oder der Endabschnitt der gegossenen Stange oder Bramme nicht auf der normalen Höhe ist.

Auf der oberen Fläche der Stange oder Bramme 30 hält die Schwerkraft den Wasserfilm nahe der metallischen Oberfläche, um die Dampfschicht 64 zu bilden. Wenn diese Dampfschicht 64 gebildet ist, dringt die Wasserschicht 66 nicht in diese ein. Das Wasser wird von den Lippen 63 der Ablenkelemente 60 in eine Richtung 55 gelenkt, die sich der heißen metallischen Oberfläche in einem relativ kleinen Winkel von weniger als 35°

annähert, um die Wasser schicht 66 (Fig. 4) zu bilden und um die Wasserschicht vorwärts zur Stange oder Bramme 30 zu bewegen, wie dies durch die Pfeile 67 angedeutet ist. Die Strömungsgeschwindigkeit bei 55 ist geringer als 9,15 m/s (30 Fuß/sec), so da- die Kühlwirkung minimal ist, während die Ausbildung einer geeigneten Dampfabdeckung 64 gesichert ist.

Was die untere Fläche der Stange oder Bramme 30 anbelangt, so sind die Ablenkelemente 30 (Fig. 3) näher an dieser Fläche angeordnet, um die untere Wasserschicht 66 kräftiger zu machen, da diese infolge der Schwerkraft dazu neigt, nach unten abgelenkt zu werden. Zusätzliche Geschwindigkeit und zusätzliches Strömungsvolumen kann erforderlich sein, um die Wasserschicht an der unteren Fläche nahe der Bodenfläche der Stange oder Bramme 30 ausgebreitet zu halten. Die unteren Ablenkelemente 60 führen das Wasser in einem ähnlich kleinen Winkel (ähnlich A) gegen die untere Fläche des heißen Kupfers 30. Die Wasserschichten 66 werden wesentlich schneller bewegt als die Kupferstange oder -bramme 30, wie durch die Pfeile 67 angedeutet ist, die länger als die die Bewegung des Kupfers andeutenden Pfeile 69 sind.

In Fig. 5 ist ein zirkulierendes System zum kontinuierlichen Zirkulieren von Wasser in der Umhüllung 32 zur Erze* gung der DampfSchutzschicht 64 dargestellt. Die Umhüllung 32 ist mit einem Boden 65 versehen, der zu einem Abfluß 66 führt, der in einen Behälter 68 führt, welcher gleichfalls mit einem geneigten Boden 70 versehen ist. Die geneigte Ecienfläche 70 des Behälters führt das Wasser zu einem Sumpf 71, in dem eine Pumpe 72 angeordnet ist, deren Einlaßöffnung 73 am Boden des

Sumpfes angeordnet ist. Die Versorgungsleitung 74 am Pumpenausgang 76 ist mit den oberen und unteren Verteilern 54 und 56 verbunden. Demgemäß wird das durch die Verteiler 54 und strömende Wasser der Bramme zugeführt, in Dampf umgewandelt, wobei überschüssiges Wasser und wieder zu Wasser kondensierter Dampf zum Behälter zurückgeführt und durch die Sumpfpumpe 72 wieder in Umlauf gebracht wird. Von Hand einstellbare Ventile 78 und 80 sind vorgesehen, um den Wasserstrom zu den jeweiligen Verteilern zu steuern.

Eine geringe Zundermenge kann in der Umhüllung 32 von der Kupferbramme oder -stange 30 entfernt werden. Eine Stauplatte oder ein Wehr 75 ist stromaufwärts vom Pumpeneinlaß 73 angeordnet, um ein Absetzen des Zunders stromaufwärts nahe der Stauplatte 75 zu ermöglichen, wobei dieses Absetzen durch die Neigung des Bodens 70 erleichtert wird. Die Flüssigkeit im Behälter 68 kommt von einem Kühlturm und wird diesem über entsprechende Leitungen 81 und 83 im Umlauf wieder zugeführt, um Wärme vom heißen Kupfer, die vom Dampf und der Flüssigkeit absorbiert wurden, abzuführen. Es wird empfohlen, ein Filter 77 in der Leitung 74 stromabwärts vom Pumpenausgang 76 vorzusehen, um Schmutz oder Zunder zu sammeln, der über den Pumpeneinlaß 73 in die Pumpe geraten sein könnte und die Düsen 58 verstopft. Dieses Filter weist eine abnehmbare Abdeckplatte 79 auf, um periodische Wartungs- und Reinigungsarbeiten vorzunehmen.

Der obere Abschnitt der Versorgungsleitung 74 und/oder die Verteiler 54 weisen flexible Gelenke oder Schwenkverbindungen 49 auf, um ein Verschwenken der oberen Verteiler 54 nach oben und zurück zu ermöglichen, wenn der obere Teil 51 der Umhüllung 32 geöffnet werden soll.

Es sei angemerkt, daß eine Kombination der beiden S_auerstoff-Ausschlußverfahren der Erfindung angev/endet werden kann, wobei die Umhüllung mit einem inerten Gas oder gesättigten Dampf geflutet wird, während gleichzeitig Wasserschichten 66 auf die Stange oder Bramme 30 gebracht werden, die Dampfabdeckschichten 64 (Fig. 5) MLden. Dieses Verfahren unl die entsprechende Vorrichtung zum Verhindern von Oxidationen reduzieren den Kupferverlust wesentlich, der sonst in Form von Kupferoxid auftreten würde. Auch ist die Verwendung der durch Stranggießverfahren hergestellten Stangen oder Brammen als Anoden, die in einem Behälter in einen Elektrolyten eingetaucht sind, infolge der reduzierten Kupferoxidverschmutzung effizienter« Das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen auch, daß das Kupfer heiß bleibt, bis es getrennt wird, wodurch die mechanischen Scherkräfte oder Wärmemengen beim Brennschneiden reduziert werden, je nachdem, welche Trennmethode im Einzelfall angewendet wird.

Unmittelbar stromabwärts der Trennstation 27 ist eine Schnellkühleinrichtung 90 (Fig. 1A) angeordnet, um die Kupferanoden B zu kühlen, die über Rollen oder Wellen 46 mit schmalen Ringen 50 transportiert werden. Die Schnellkühleinrichtung 90 weist eine Umhüllung 82 mit einem engen Eingang 44 und einem engen Ausgang 47 auf. Quer über die Umhüllung 82 erstreckt sich eine Anzahl oberer und unterer Verteiler 84 und 86. Jec ar Verteiler weist eine Vielzahl von Düsen 88 auf, die in einem Winkel im Bereich von 15° bis 35° gegen die jeweilige obere oder untere Fläche des Anodenrohlings B gerichtet ist. Eine (nicht dargestellte) kräftige Pumpe zieht V/asser aus einem mit einem Behälter 98 verbundenen Sumpf unterhalb der Umhüllung 82, ähnlich der Anordnung gemäß Fig. 5, mit der Abweichung, daß die

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Pumpe kräftiger ist, und die Leitungen und Verteiler einen größeren Durchmesser aufweisen, um ein größeres Durchflußvolumen zu ermöglichen.

Die Pumpe versorgt alle Kühlverteiler 84 und 86 mit einem Wasserstrom großen Drucks, großer Geschwindigkeit und großen Volumens, um kräftige Kühlwasser-Strahlströme 92 aus den Düsen 88 gegen die heißen Metallflächen zu führen. Diese Strahlströme 92 kühlen die oberen und unteren Flächen der Anoden A symmetrisch und gleichmäßig, um thermische Verformungen zu verhindern. Die Strahlströme sind hinreichend kräftig, um eine Dampfschicht, die durch schnellen Wärmeentzug vom heißen Kupfer gebildet wird, zu durchdringen.

Darüber hinaus entfernen diese Strahlströme allen Kupferoxidzunder, der sich an den Oberflächen der Anoden gegebenenfalls ausgebildet hat, durch thermischen Schock und durch kräftige mechanische Impulse infolge ihres kräftigen Auftreffens in einem spitzen Winkel, wie in Fig. 1A dargestellt, wodurch der abgetrennte Kupferoxidzunder von den Anoden v/egge schlagen wird. Die Strahlströme haben eine Geschwindigkeit von mehr als 18,3 m/s (60 Fuß/sec). Infolgedessen kommen saubere und nicht oxidierte Anoden B aus der Ausgangsöffnung 47 der Umhüllung 82, wie durch die Pfeile 96 angedeutet ist, die für ein nachfolgendes effizientes elektrolytisches Reinigen in einem Tankgehäuse bereit sind. Das Wasser und der entfernte Zunder fallen durch einen Abfluß 66 in einen großen offenen Tank 94, in dem das Sammelbecken 98 angeordnet ist. Die Kühlflüssigkeit aus dem Sammelbecken 98 wird über eine Leitung 91 einem Kühlturm zugeführt und im Kreislauf über eine Leitung 93 zurückgeführt, um die Wärme abzuführen, die von den gekühlten Anoden B absor-

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biert wurde. Der Tank 94 weist Einrichtungen auf, die ein Absetzen von Zunder oder Schmutz ermöglichen und die verhindern, daß derartige Teilchen zum Pumpeneinlaß gelangen, ähnlich der Anordnung gemäß Fig. 5. Es wird auch empfohlen, ein Sieb in der Versorgungsleitung von der Pumpe zu den oberen und unteren Verteilern 84 und 86 vorzusehen, um Teilchen, die in die Pumpe gelangt sind, abzufangen und dadurch ein Verstopfen der Düsen 88 zu verhindern.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind Wischerblätter aus einem flexiblen wärmebeständigen Material, beispielsweise aus Asbestgewebe, am Eingang und Ausgang 44 und 47 der Umhüllungen 32 und 82 vorgesehen, um die Gas- und/oder E'lüssigkeitsmenge zu reduzieren, die durch diese Eingänge und Ausgänge entweicht.

Die Entlüftung 42 weist ein flexibles Gelenk oder eine Drehverbindung 49 auf, um ein Aus-dem-Wegschwenken der Entlüftungsleitung und dadurch ein öffnen des Oberteils der Umhüllung zu ermöglichen. Die oberen Verteiler 84 sind gleichfalls so angeordnet, daß sie nach oben und zurück geschwenkt werden können, ähnlich den Schwenkverbindungsanordnungen der oberen Verteiler 54 in Fig. 5.

Das Wasser in den Sammelbecken 68 und 98 weist einen geeigneten Korrosionsinhibitor auf, um die Rollen, Lager und Stahlteile zu schützen. Das Wasser kann vorteilhaft ein chemisches Reduziermittel aufweisen, welches beim Erwärmen im Bereich der Oberfläche des heißen Kupfers in den Umhüllungen 32 und 82 frei wird, um vorhandenes Kupferoxid zu unoxidiertem (d.h» reinem) Kupfer zu reduzieren. Beispielsweise kann das Wasser

eine Emulsion auf Alkoholbasis enthalten. In Gegenwart heißen Kupfers bricht diese Emulsion auf Alkoholbasis zusammen und gibt Wasserstoff frei, der auf vorhandenes Kupferoxid als Reduziermittel -wirkt, um dieses zu reinem Kupfer zu reduzieren. Eine derartige Emulsion auf Alkoholbasis ist im Handel von der G. Whitfield Richards C₀mpany, Philadelphia, Pennsylvania, unter der Handelsbezeichnung HR LUBE-WELL und HRIi LUBE-WELL erhältlich.

Es wird angenommen, daß die zahlreichen Vorteile der Erfindung und die Art und Weise, in der diese die gesetzten Ziele verfolgt, dem Fachmann nun verständlich sind. Es wird auch d'avon ausgegangen, daß zahlreiche Variationen und Modifikationen an den dargestellten Ausführungsbeispielen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Rahmen der Erfindung abzuweichen. Demzufolge ist die vorstehende Beschreibung lediglich illustrativ und nicht beschränkend. Die Erfindung wird vielmehr lediglich durch den Rahmen der Patentansprüche und aller Äquivalente beschränkt.

Claims (1)

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   Oörtz, Dr. Fuoh», Dr. Herdtr·

   Paten ianwäUe

   Poetfach 700345

   SchneckönhöfstraBe 27

   D-e000 Frankfurt am Main 70

   Telefon (0611) 617079

   16. April 1902 Gzg/Ra.

   Hazelett Strip-Casting Corporation, Winooski, Vermont 05404

   Verfahren und Vorrichtung zur Oxidationsverhinderung bei frisch gegossenen Kupferprodukten nach dem Austritt aus Gießmaschinen mit zwei Gießbändern

   Patentansprüche

   1. Verfahren zum Vermindern der Oberflächenoxidation bei gegossenem Metall, wobei flüssiges Kupfer kontinuierlich in einer Zweiband-Gießmaschine gegossen und vom Ausgang der Maschine zu einer Trennstation geführt wird, um dort in Anoden zum nachfolgenden elektrolytischen Reinigen getrennt oder geschnitten zu werden, wobei das gegossene Metall bis nach dem Schneiden heiß gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße gegossene Kupfer (30) bei der Bewegung vom Ausgang der Gießmaschine (10) zur Trennstation (27) in einer Umhüllung (32) eingeschlossen wird, um die Atmosphäre von dem heißen gegossenen Kupfer al zuhalten, daß die Umhüllung isoliert wird (34), um den Wärmeverlust des heißen Kupfers zu reduzieren und daß die Oberflächen des heißen gegossenen Kupfers in der Umhüllung (32) mit einem gasförmigen Fluid (38 oder 64) überdeckt werden, um einen Kontakt des heißen gegossenen Kupfers mit in der Umhüllung vorhandenen Sauerstoff zu verhindern.

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   .2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Fluid zur Überdeckung der Oberfläche des heißen gegossenen Kupfers in der Umhüllung Dampf (64) ist<

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Fluid eine Zusammensetzung enthält, um ein chemisches Reduziermittel bei Anwesenheit heißen gegossenen Kupfers freizusetzen, um vorhandenes Kupferoxid chemisch zu reinem Kupfer zu reduzieren.

   4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wasserschicht (55) unter einem relativ kleinen Winkel "A" von weniger als 35° relativ zur Oberfläche der jeweiligen Fläche des heißen gegossenen Metalls (30) geführt wird, um eine Wasserschicht (66) zu erzeugen, die nahe und parallel zur heißen Metalloberfläche bewegt wird, um benachbart der heißen Metallfläche eine Dampfschicht (64) zu erzeugen, die zwischen der Wasserschicht und der heißen Metalloberfläche gebildet wird, um die heiße Metalloberfläche mit Dampf zu überdecken und so Luft von dieser Fläche abzuhalten.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserschicht mit einer Geschwindigkeit von weniger als 9,15 m/s (30 Fuß/sec) der jeweiligen Oberfläche des heißen gegossenen Kupfers zugeführt wird, um die Kühlwirkung der Wasserschicht minimal zu halten, bei Gewährleistung einer geeigneten Dampfschutzschicht.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zur Dampfschicht (64) neben der Metalloberfläche die Umhüllung mit einem inerten Gas gefüllt wird.

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Fluid eine Kombination aus gesättigtem Dampf angrenzend an die heiße Kupferoberfläche und aus inertem Gas innerhalb der gesamten Umhüllung ist.

   8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Anoden (B) unmittelbar nach dem Trennen in eine zweite Umhüllung geführt werden, und daß kräftige, schnelle und großvolumige Kühlwasser-Strahlströme symmetrisch und gleichmäßig in der Umhüllung gegen die oberen und unteren Flächen der Anoden geführt werden, in einem spitzen Winkel relativ zu diesen Flächen, um die Anoden schnell zu kühlen, wobei der Kupferoxidzunder durch thermische Schocks und kräftige mechanische Impulse von diesen Oberflächen entfernt wird.

   9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlwasser-Strahlströme (92) eine Geschwindigkeit oberhalb 18,3 m/s (60 Fuß/sec) aufweisen und an denselben Stellen entlang des Längsbewegungsweges der Anoden inner ialb der zweiten Umhüllung auftreffen, um die Anoden symmetrisch schnell zu kühlen und so die thermische Verformung der Anoden beim schnellen Kühlen möglichst gering zu halten.

   10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die starken Kühlwasser-Strahlströme (92) in einem spitzen Winkel im Bereich von 15° bis 35° auf die oberen und unteren Flächen der Anoden auftreffen.

   11. Vorrichtung zur Verbesserung der Qualität von Anoden und zum Vermindern der Kupferoxidverunreinigung des Elektrolyten in einem Frischbehälter, wobei flüssiges Kupfer kontinuierlich in einer Zweiband-Gießmaschine gegossen wird und das gegossene Kupfer vom Ausgang der Maschine einer heißen Trennstation zugeführt wird, um in Anoden geschnitten zu werden, zum nachfolgenden elektrolytischen Reinigen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umhüllung (32) vorgesehen ist, um das heiße gegossene Kupfer (30) einzuschließen, wenn es vom Ausgang der Gießmaschine zur Trennstation geführt v/ird, daß eine thermische Isolierung (34) die Wände der Umhüllung (32) bedeckt, um einen Wärmeverlust der gegossenen Kupferbramme zu vermeiden, und daß Abdeckeinrichtungen (39, 40, 41 oder 54, 56, 60) vorgesehen sind, um die Flächen des heißen gegossenen Kupfers in der Umhüllung mit einem gasförmigen Fluid (38 oder 64) zu überdecken und so einen Kontakt des heißen gegossenen Kupfers mit in der Umhüllung vorhandenem Sauerstoff zu verhindern.

   12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckeinrichtungen aufweisen: eine Quelle (72) für Wasser (66) mit relativ geringem Druck, eine Anzahl Wassersprüheinrichtungen (54, 56, 58, 60), die mit der Quelle verbunden und von dieser versorgt werden und die nahe den oberen und unteren Flächen des heißen gegossenen Kupfers

   (30) angeordnet sind, um niedrig strömende Wasserschichten (66) nahe den Oberflächen zu verteilen und so Dampfschichten (64) jeweils unmittelbar neben den oberen und unteren Flächen zu bilden, um die heißen Kupferflächen von der Luft zu Isolierer¹ und von unerwünschten Kühlwirkungen der Wasserschichten.

   13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserverteiler (54, 56, 58, 60) Wasser in einem relativ kleinen Winkel (A) von weniger als 35° relativ zur Oberfläche gegen die Fläche des heißen gegossenen Kupfers (30) führen, um eine Wasserschicht (66) zu erzeugen, die parallel und nahe der heißen Metallfläche verläuft, um eine Dampfschicht (64) neben der heißen Metallfläche zu erzeugen, die zwischen der Wasserschicht und der heißen Metallfläche gebildet wird, um die heiße Metallfläche mit Dampf zu bedecken und so die heißen Kupferflächen von Luft und von unerwünschten Kühlwirkungen der Wasserschichten zu isolieren.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserverteiler (54, 56, 58, 60) das Wasser zu einer jeweiligen Oberfläche des heißen gegossenen Kupfers mit einer Geschwindigkeit von weniger als 9,15 m/s (30 Fuß/sec) geführt wird, um die Kühlwirkung des Wassers mögl'chst gering zu halten, während die Erzeugung einer geei£ leten Dampfabdeckschicht unmittelbar angrenzend an die heiße Oberfläche gewährleistet ist.

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   15. Vorrichtlang nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (39, 40, 41) vorgesehen sind, um die Umhüllung (32) mit dem inerten Gas (38) zusätzlich zu der an die heißen Metalloberflächen angrenzenden Dampfschicht zu füllen.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckeinrichtungen in der Umhüllung Einrichtungen (39, 40, 41) zum Füllen der Umhüllung mit inertem Gas (38) und Einrichtungen (54, 56, 58, 60) zum Erzeugen einer Schicht gesättigten Dampfes (64) neben den heißen Kupferschichten aufweisen.

   17· Vorrichtung nach Anspruch 11, 12, 13, 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Klemmrollen (33) in der Umhüllung (32) vorgesehen sind, die die jeweilige obere und untere Fläche des heißen gegossenen Kupfers in Eingriff nehmen, um das gegossene Kupfer stromaufwärts der Klemmrollen von Längskräften zu befreien, die stromabwärts der Klemmrolleri aufgebracht werden.

   18. Vorrichtung nach Anspruch 11, 12, 13, 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Umhüllung (82) vorgesehen ist, die unmittelbar nach der Trennstation (27) angeordnet ist, daß Fördereinrichtungen für die getrennten heißen Kupferanoden (B) von der Trennstation zur zweiten Umhüllung vorgesehen sind, und daß Hochleistungs-Sprüheinrichtungen (84, 86, 88) in der zweiten Umhüllung gegen die jeweiligen oberen und unteren Flächen der Anoden in der zweiten Umhüllung gerichtet sind, um kräftige, schnelle

   und hochvolumige Kühlwasser-Strahlströme (92) symmetrisch und gleichmäßig in die oberen und unteren Flächen der Anoden zu richten, in einem spitzen Winkel relativ zu diesen Flächen, um die Anoden mit möglichst geringer thermischer Verformung schnell zu kühlen, während Kupferoxidzunder
   mittels thermischer Schocks und kräftiger mechanischer
   Impulse von diesen Oberflächen entfernt wird.

   19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungs-Sprüheinrichtungen (84, 86, 88) die Kühlwasser-Strahlströme mit einer Geschwindjgceit von mehr als 18,3 m/s (60 Fuß/sec) versprühen, wobei die Strahlströme in Längsrichtung des Bewegungsweges der Anoden innerhalb der zweiten Umhüllung an denselben Stellen auf die oberen und unteren Flächen aiftreffen, um die thermische Verformung der schnell abgekühlten Anoden möglichst gering zu halten.

   20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochleistungs-Sprüheinrichtungen (84, 86, 88) in einem spitzen Winkel im Bereich von 15° bis 35° entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Anoden in der zweiten
   Umhüllung gegen die jeweilige obere und untere Fläche gerichtet sind.

   21. Vorrichtung nach Anspruch 12, 13, 14, 15 oder 1j, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfschicht (64) ein Reduziermittel-Freisetzmedium aufweist, um ein chemisches Reduziermittel im Bereich neben der heißen Kupferfläche (30) freizusetzen, um vorhandenes Kupferoxid chemisch zu reiixom Kupfer zu
   reduzieren.