DE596770C - Verfahren und Ofen zur Verarbeitung von Kupferstein, Rohkupfer oder Kupferlegierungen auf Feinkupfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das es ermöglicht, Kupferstein, Rohkupfer (Schwarzkupfer) oder für das Verblasen im Konverter geeignete zinn- oder zinkhaltige Kupferlegierungen, wie Bronzen oder Messing, in einem Arbeitsgang und in dem gleichen Ofen auf Feinkupfer zu verarbeiten.

Bekanntlich konnte bisher das Verblasen der erwähnten Metallverbindungen nicht bis zur

ίο vollständigen Entfernung des Eisens, Schwefels, Zinns, Zinks und ähnlicher Metalle, d. h. leicht oxydierbarer Bestandteile, getrieben werden, sondern der Prozeß mußte als beendet angesehen werden, wenn die Hauptmenge der zu entfernenden schädlichen Fremdmetalle in Oxyde überführt war, weil die durch die Oxydation hervorgerufene große Wärmequelle erschöpft war. Bei geschickter Betriebsführung war dieser Punkt erreicht, wenn der Einsatz auf etwa 98 bis 99 °/₀ Kupfer angereichert war. Das Kupfer wurde dann entweder in Blöcke vergossen, die dann zwecks Raffination nochmals im Raffinierofen eingeschmolzen wurden, oder es wurde in noch flüssigem Zustande unmittelbar in den Raffinierofen überführt. Auf alle Fälle sind also bis heute zwei Aggregate, Konverter und Raffinierofen, nötig gewesen, um Feinkupfer aus den eingangs erwähnten Kupferverbindungen erzeugen zu können.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Verblasen in einem innenbeheizten Ofen vorgenommen, so daß am Schlüsse des Verblaseprozesses die weitere Oxydation durch Einblasen von Luft unter gleichzeitiger Heizung des Ofens ausgeführt wird, worauf man nach dem vollzogenen Verblasen Kohlenpulver durch mechanischen Druck unter die Oberfläche des geschmolzenen Metalls einpreßt. Infolgedessen lassen sich die durch Oxydation zu beseitigenden fremden Bestandteile des Kupfers in einem und demselben Ofen in dem gleichen Maße entfernen wie beim bisherigen in getrennten Öfen durchgeführten Verblasen und Raffinieren.

Für das Verfahren eignen sich schwefelarme oder schwefelfreie Kohlen, wie Anthrazit, insbesondere in entgastem Zustande, am besten wird aber Holzkohle verwendet.

Zur Ausführung des Verfahrens eignet sich am besten ein um seine Längsachse schaukelbarer Trommelofen, der an seinen Stirnwänden mit Öffnungen versehen ist. Durch die eine Öffnung können mittels eines Brenners gasförmige, flüssige oder staubförmige Brennstoffe zwecks Beheizung des Ofens eingeführt werden, ebenfalls der Einsatz, während die andere Öffnung zum Entleeren dient, zu welchem Zweck der Ofen um eine Querachse kippbar gelagert ist. Der Ofen ist wie beim Konverter in bekannter Weise mit einer Reihe von Düsen versehen, die entweder zum Einblasen von Oxydationsluft oder zum Einführen des Kohlenpulvers unter die Oberfläche des geschmolzenen Metallbades dienen. Es können zwei besondere Düsensätze für das Einblasen der Luft und zur Einführung des Kohlenstaubes vorgesehen sein, oder es können die gleichen Düsen für beide

Zwecke verwendet werden, doch wird dabei abwechselnd bloß Luft eingeblasen oder bloß Kohlenstaub ohne Luft eingepreßt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, das Polen des Rohkupfers in einem vom Konverter unabhängigen besonderen Raffinierofen durch Einblasen von flüssigen oder stückigen Reduktionsmitteln auszuführen. Gegenüber diesem Verfahren ergibt sich bei Verwendung von entgaster to feingepulverter Kohle der Vorteil, daß diese mit dem geschmolzenen Einsatz des Ofens an einer äußerst großen Oberfläche in unmittelbare Berührung kommt, so daß die Reduktion mit der ganzen zur Durchführung der Reduktion erforderlichen Kohlenmenge nahezu gleichzeitig, also in äußerst kurzer Zeit, verläuft. Auch entstehen keine kohlenwasserstoffhaltige Gase, die von dem Kupfer aufgenommen werden könnten, wogegen die bei der Verwendung von unentgasten festen Brennstoffen, wie beispielsweise beim .üblichen Polen mittels einer Holzstange, entstehenden Destillationsgase vom Kupfer aufgenommen werden, wodurch das Feinkupfer porös wird. Durch das neue Verfahren läßt sich ferner das so gefürchtete Überpolen sicher vermeiden. Bei Verwendung von flüssigen Reduktionsmitteln entstehen weitere Nachteile, z. B. die Verkokung des Öles in den Düsen, auch steht die Explosionsgefahr der praktischen Ausführung des Verfahrens entgegen.

Auch wurde bereits vorgeschlagen, in einem Konverter durch das geschmolzene Metall entweder Luft allein oder ein Gemisch von Luft und Brennstoff durchzublasen. Beim Durchblasen von Kohlenstoff ,kommt aber nur ein Teil des Kohlenstaubes in unmittelbare Berührung mit dem Metall, während ein großer Teil des Kohlenstaubes unwirksam durch das Metall hindurchgeblasen wird, so daß die durch Einpressen von Kohlenstaub allein ohne Luft erzielte energische Reduktion nicht erreicht werden kann, zumal gleichzeitig mit den verhältnismäßig geringen Mengen des Kohlenstaubes, die mit dem Metall in Berührung kommen, auch der Sauerstoff der eingeblasenen Luft oxydierend auf das Metall einwirken kann. Im Gegensatz hierzu wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die feingepulverte Kohle ohne Anwendung von Luft unmittelbar durch Druck unter die Oberfläche des geschmolzenen Metalles eingepreßt, weil es sich herausgestellt hat, daß feingepulverte Kohle, auch gut getrockneter Holzkohlenstaub, wie eine Flüssigkeit fließt, so daß der Kohlenstaub mittels den Flüssigkeitspumpen ähnlichen Pumpen unter Druck auch durch verhältnismäßig lange Rohre und Schläuche ohne Stockungsgefahr gefördert werden kann.

Gemäß der Erfindung können nun die Düsen

wechselweise an eine Preßluftleitung und an eine Zuleitung für das Reduktionsmittel angeschlossen werden. Zweckmäßig sind die Einführungsdüsen derart in zwei mit der Schaukelachse des Ofens parallelen, voneinander in einem solchen Abstand befindlichen Reihen angeordnet, daß in der Arbeitsstellung der einen Düsenreihe mit unterhalb der Oberfläche des Metallbades liegenden Düsenmündungen sich die Mündungen der anderen Düsenreihe außerhalb des Bades befinden, um nötigenfalls gereinigt werden zu können. Die einzelnen Düsen sind dabei zweckmäßig derart gerichtet, daß in der Arbeitsstellung der Düsen die Düsenkanäle von der inneren Düsenmündung aus nach auswärts ansteigen, und zwar in einer Richtung, die tangential zur inneren Mantelfläche des Ofens liegt, um beim Einpressen von Luft oder Reduktionsmitteln eine Wirbelbewegung des Bades hervorzurufen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Ofens schematisch dargestellt.

Abb. ι ist ein Aufriß des Ofens, teilweise im Schnitt, und

Abb. 2 ein Grundriß desselben. Abb. 3 zeigt den Querschnitt des Ofens gemäß der Linie 3-3 (Abb. 1) in der Stellung, in der die beiden Sätze der Einpreßdüsen außer Betrieb sind, während in

Abb. 4 sich der eine Düsensatz in der Arbeitsstellung befindet.

Abb. 5 zeigt eine zweckmäßige Anschlußweise einer größeren Anzahl von Düsen an eine gemeinsame Kohlenstaubpumpe;

Abb. 6 und 7 sind Querschnitte gemäß den Linien 6-6 bzw. 7-7 der Abb. 5.

Abb. 8 zeigt den Anschluß der Düse an ihre Speiseleitung.

Der Ofen besteht aus der mit einem feuerfesten Futter ausgerüsteten zylindrischen Trommel 1, die an ihren beiden Enden mit kegelig verjungten Ansätzen 2 und 3 und an deren Enden mit öffnungen 4 bzw. 5 ausgerüstet ist. Die auf Rollen 6, 6 gelagerte Trommel 1 kann um ihre Längsachse χ, χ mittels eines nicht dargestellten Wendegetriebes wechselweise in der Richtung der Pfeile 23 oder 24 gedreht werden. Die Lagerrollen 6 befinden sich auf einem Lagerbett j, das mittels der Zapfen 8, 8 um die waagerechte Querachse y, y drehbar gelagert ist und mittels der Segmente 9, 9 und der von no der Welle 10 angetriebenen Zahnräder 11 gekippt werden kann. Gegenüber der einen Stirnöffnung 4 des Ofens befindet sich die in bekannter Weise um die Achse 13 in der Richtung des Pfeiles 35 schwingbar gelagerte Feuerungsdüse 12, die mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff oder mit Kohlenstaub gespeist werden kann. Die gegenüberliegende Stirnöffnung 5 ist an einen nicht dargestellten Abzug für die Verbrennungsgase angeschlossen. Die Zapfen 8, 8 des Lagerbettes 7 sind durchbohrt und einerseits mittels Stopfbuchsen an Rohr-

leitungen 14, 14 und andererseits mittels biegsamer Schläuche 15, 15 an Verteilungskästen 16, 17 angeschlossen, von denen die Düsen 18 und 19 ausgehen, die, tangential zur inneren Mantelfläche 21 des Ofenfutters gerichtet, das Futter 20 des Ofens durchsetzen. Die Düsen 18, 19 sind zweckmäßig in zwei Reihen 18 bzw. 19 angeordnet, die getrennte Zuführungen und Absperrmittel erhalten und in bezug auf einander um den Winkeln versetzt sind. Der Ofen kann infolgedessen mittels der Lagerrollen 6 aus der Stellung Abb. 3 in der Richtung des Pfeiles 23 oder 24 derart gedreht werden, daß entweder die eine Düsenreihe 18 oder die andere Düsenreihe 19 in die in Abb. 4 dargestellte Arbeitsstellung gelangt, in der die eine Düsenreihe, beispielsweise die Düsenreihe 18, in der Sohle des Ofens zu liegen kommt, wobei unter Ofensohle derjenige Teil des Umfanges des Ofens gemeint ist, der jeweils durch den Einsatz 22 bedeckt wird. Während also in der Arbeitsstellung der einen Düsenreihe, beispielsweise 18, diese letztere sich unterhalb des Spiegels des geschmolzenen Einsatzes befindet, liegt die andere Düsenreihe, beispielsweise 19, oberhalb des Spiegels des Einsatzes, so daß die letzteren Düsen nach Entfernen des Deckels der Verteilungskammer 17 gereinigt werden können. Dadurch, daß die Kippachse y, y sich unterhalb der Längsachse χ, χ des Ofens möglichst tief befindet, kann der Ofen, ohne von den Düsenanschlüssen gehindert zu werden, in beiden Richtungen etwa eine ³/₄ Umdrehung ausführen. Die Rohre 14, 14 sind über Ventile 25 mit einer Preßluftleitung 26 und ihrer Ventile 27 mit Kohlenstaubpumpen 28 verbunden. Diese bestehen aus einem Pumpenzylinder, in dem ein Kolben 29 beweglich ist, dessen Stange 30 durch eine Stopfbüchse des Zylinderdeckels hindurchgeführt ist und mittels irgendeiner nicht dargestellten Hebevorrichtung nach oben gezogen werden kann. Das obere Ende des Pumpenzylinders steht durch ein Ventil 31 mit der' Preßluftleitung 26 und durch einen knapp unterhalb der höchsten Stelle des Kolbens mündenden Kanal 32 und einen Verschlußschieber 33 mit einem -Kohlenstaubbunker 34 in Verbindung.
Die Arbeitsweise ist die folgende:

Der Ofen wird bei kaltem Einsatz nach Zurückschwingen der Feuerungsdüse 12 in der Richtung des Pfeiles 35 um die Querachse y, y gekippt und durch die nach oben gerichtete eine öffnung, z. B. 4, mit dem zu verarbeitenden Gut beschickt, während die andere öffnung 5 verschlossen ist. Hierauf wird der Ofen wieder in die waagerechte Lage zurückgestellt. Man kann nun den Einsatz entweder wie beim Konverter durch Anblasen von vorher in den Ofen gefüllten Koks oder mittels der Feuerungsdüse 12 zum Schmelzen bringen. Ist dieses erfolgt, so wird im zweiten Falle die Heizung abgestellt und der Ofen in die. Stellung Abb. 4 gebracht, während der iri die Arbeitsstellung gelangte Düsensatz, etwa 18, durch das Ventil 25 mit der Preßluftleitung 26 in Verbindung gesetzt wurde. Die durch diesen Düsensatz in das Metallbad eingeblasene Luft bewirkt das Verblasen, solange die Verbrennungswärme der dabei oxydierten Bestandteile des Einsatzes genügt, um den Einsatz vor dem Erstarren zu schützen. Darauf wird die Heizung wieder angestellt und die Oxydation durch fortgesetztes Einblasen der Luft bis zu dem Grade, wie sie bisher im Raffinieröfen vorgenommen wurde, vollendet.

Nun werden die Ventile 27 und 31 geöffnet, wodurch die Druckluft den Kolben 29 nach unten treibt und die zur Reduktion des am Schlüsse des Verblasens gebildeten Kupferoxyduls erforderliche Kohlenstaubmenge aus dem Zylinder 28 durch die Düsen 18 in das geschmolzene Kupferbad drückt, nachdem die Oxydationsluft gleichzeitig mittels des Ventils 25 abgesperrt wurde. Der Kohlenstaub verteilt sich augenblicklich im Kupferbad und bewirkt eine sofortige Reduktion des Kupferoxyduls im entsprechenden Verhältnis. War die eingepreßte Menge Kohlenstaub zur restlosen Desoxydation nicht genügend, so wird der Ofen nunmehr nach der anderen Seite gedreht und die Reduktion in derselben Weise durch Absperren der Düsen 18 und Öffnen der Düsen 19 fortgesetzt. Dieses wird wechselweise so lange wiederholt, bis der Raffinationsprozeß beendet ist, wobei jeweils einer der beiden nicht benutzten Zylinder 28 wieder frisch mit Kohlenstaub beschickt werden kann, indem der Kolben 29 mittels der Stange 30 hochgezogen und der Schieber 33 geöffnet wird, worauf aus dem Bunker 34 durch den Kanal 32 dem Zylinder 28 frischer Kohlenstaub zufließt. Hat das Kupfer den gewünschten Feinheitsgrad nach beendeter Reduktion nicht erreicht, so kann derselbe wie beim Raffinierofen durch wiederholte Oxydation und Reduktion erzielt werden. Die Oxydation, wie namentlich die Reduktion, erfolgt in Anbetracht der durch zahlreiche Düsen unter das Metallbad gelangenden Luft bzw. Reduktionsmittel in einem Bruchteil der Zeit gegenüber den jetzt ausgeübten Verfahren.

Nach beendeter Raffination wird der Ofen wieder in die in Abb. 3 gezeigte Lage gebracht und nach Lösen des Brennens durch Kippen um die Achse y-y in kürzester Zeit entleert.

Bei nicht völlig trockenem Kohlenstaub, insbesondere wenn seine Korngröße nicht ganz entsprechend ist, kann in den Verteilungskammern 17 leicht eine Stauung auftreten. Zur Vermeidung dieses "Übelstandes ist es zweckmäßig, eine größere Anzahl von Düsen 19 mit einer gemeinsamen Kohlenstaubpumpe 28 in

der in Abb. 5 schematisch angegebenen Weise dadurch zu verbinden, daß man die von dem Pumpenzylinder ausgehende Druckleitung 14 mehrfach in zwei oder mehrere Äste 14a, 14b gabeln läßt, wobei schon aus dem Pumpenzylinder mehrere Druckleitungen ausgehen können. Die Druckleitung 14b. wird zweckmäßig unter einem spitzen Winkel zur Achse z-z der Düse 19 (Abb. 8) gestellt, wobei die Düse hinter der Anschlußstelle einen in die Düsenachse liegenden Stutzen 36 erhält, durch den die Düse nach Entfernen des Verschlusses 37 gereinigt werden kann.
Zweckmäßig wird der lichte Querschnitt der Druckleitung 14a knapp vor den Verzweigungsstellen durch Querwände 38 (Abb. 6 und 7) der Anzahl der Verzweigungen entsprechend unterteilt.

Claims (9)

1. Patentansprüche: 20

   ι. Verfahren zur Verarbeitung von Kupferstein, Rohkupfer oder Kupferlegierungen auf Feinkupfer, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz in einem innenbeheizten und mit Düsen zum abwechselnden Einführen von Luft und Kohlenpulver ausgerüsteten Ofen geschmolzen, flüssig erhalten und unter die Oberfläche des geschmolzenen Metalles abwechselnd Luft eingeblasen und Kohlenpulver mechanisch eingepreßt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktion mittels entgasten Kohlenpulvers erfolgt.
3. 3. Trommelofen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Düsen, die wechselweise an eine Preßluftleitung und an eine Zuleitung für das Kohlenpulver angeschlossen werden können.
4. 4. Trommelofen nach Anspruch 3, bei dem die Düsen in zwei um einen gewissen Winkel gegeneinander versetzten Sätzen angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeder der Düsensätze mittels eines besonderen biegsamen Schlauches mit den in den waagerechten Kippzapfen angebrachten Anschlüssen verbunden ist.
5. 5. Trommelofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Kohlenstaubpumpe zu den Düsen führenden Leitungen mehrfach gegabelt sind, so daß eine jede Düse an einen besonderen Zweig der gegabelten Leitung angeschlossen ist.
6. 6. Trommelofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsleitung der Düse unter einem spitzen Winkel zur Düsenachse in die Düse mündet, die einen an der Einmündungsstelle der Zuführungsleitung in der Richtung der Düsenachse nach hinten ragenden, mit einem lösbaren Verschluß ausgerüsteten Stutzen aufweist.
7. 7. Trommelofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen derart gerichtet sind, daß in der Arbeitsstellung der Düsen die Düsenkanäle von der inneren Düsenmündung aus nach aufwärts steigen.
8. 8. Trommelofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenkanäle tangential zum inneren Umfang der Ofenwandung stehen.
9. 9. Trommelofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur drehbaren Lagerung der Ofentrommel dienenden Rollen in einem Lagerbett angeordnet sind, das um eine unterhalb der Längsachse des Ofens liegende waagerechte Querachse kippbar gelagert ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen