EP2871008B1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung von Kupferhalbzeug sowie Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen einer Schlichte - Google Patents

Verfahren und Anlage zur Herstellung von Kupferhalbzeug sowie Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen einer Schlichte Download PDF

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EP2871008B1
EP2871008B1 EP14400044.5A EP14400044A EP2871008B1 EP 2871008 B1 EP2871008 B1 EP 2871008B1 EP 14400044 A EP14400044 A EP 14400044A EP 2871008 B1 EP2871008 B1 EP 2871008B1
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EP
European Patent Office
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copper
accordance
finishing
moulds
semi
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EP2871008A2 (de
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Thomas Winterfeldt
Michael Schwarze
Hardy Jungen
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SMS Group GmbH
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Publication date
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    • C25D17/10—Electrodes, e.g. composition, counter electrode

Definitions

  • the invention relates to a method and a plant for the production of semi-finished copper products.
  • the invention is based on the basic idea that not all copper has to be obtained electrolytically in a very pure form, but that it is possible, with suitable edge parameters, to further process some of the copper immediately after refining, if appropriate with the addition of electrolytically obtained copper.
  • a process for the production of copper semi-finished products in which first of all copper is melted and cast into copper anodes within a plurality of molds, subsequently formed by electrolysis using at least one of the copper anode copper cathodes and these copper cathodes are then further processed into copper semifinished, can be characterized in that at least one of the molds a long-term coating is applied as sizing.
  • a sizing set up as a long-term coating has the advantage that it can hold much longer reliable compared to known sizing.
  • a long-term coating is to be understood as a coating with which at least two prototypes or pouring of copper into the molds is possible, without this leading to any significant damage or changes to the long-term coating.
  • the use of such a long-term coating can substantially reduce any possible introduction of material of sizing material into the cast copper anodes in comparison with the known sizings.
  • each cast copper anode or in the respective mold cast workpiece can be provided compared to known methods with a much lower contamination or contamination by sizing material.
  • the considerably slower contamination or contamination with the sizing material also advantageously enables direct further processing of at least a portion of the refined copper or the copper anodes or workpieces cast in the molds, if appropriate with the addition of electrolytically recovered copper - with an acceptable or desired degree of purity of the respective copper semi-finished product, without upstream of an electrolysis.
  • electrolysis can be carried out with the copper anode cast in the mold, which is advantageously connected to a sludge or electrolyzed sludge considerably less contaminated than known processes, in particular due to the low contamination described above the copper anode with sizing material.
  • the molten copper is preferably poured into the copper anodes in a single pass within a plurality of molds.
  • the puncture can in this case be carried out in particular quasi-continuously or even in relatively short-lasting cycles, in particular the puncture can be made or made, for example, only about two to six hours, with each mold, for example, about 30 seconds to three minutes, as a rule around 1.5 minutes can be needed.
  • This further processing of the copper cathodes into copper semifinished products can e.g. comprise a master mold in an oven, in which the copper cathodes are introduced, wherein after the primary molding by pouring out of the oven and then rolling, e.g. a copper semi-finished product can be formed in the form of a wire.
  • a process for the production of semi-finished copper in which first copper is melted and cast in a single pass into a plurality of molds to copper anodes, then formed by electrolysis using at least one of the copper anodes copper cathodes and these copper cathodes are then processed into semi-finished copper, can also be characterized in that on at least one of the molds a sulfur-free size is applied.
  • a sulfur-free size can advantageously be avoided contamination of the cast in the molds copper anodes or contamination of cast in the molds workpieces with sulfur effectively or reduced to a minimum, so that even by providing the sulfur-free size or by applying a sulfur-free size of the respective mold the above efficiency - especially by the possible with the sulfur-free size direct further processing of refined copper even without electrolysis - can be significantly increased. Furthermore, a substantial increase in the above efficiency is also possible because the application of a sulfur-free size to the respective mold allows electrolysis, which is associated with a much less contaminated electrolysis sludge, accompanied by a corresponding substantial reduction of the energy required for the electrolysis ,
  • the molds are fed during a puncture clocked a Eing manvorraum and at least a portion of the size is applied outside the clocking.
  • the application of at least a portion of the size outside of the timing brings with it the advantage that, in contrast to known application processes for the application more time available, so that the application of the layer can be very controlled, along with the advantageous development of a very uniform Layer, which can ensure appropriate service life for their use as a long-term coating especially with appropriate process control.
  • At least one base layer of the size can be applied outside the cycle, and preferably also a working layer applied to the base layer is applied outside the cycle.
  • a coating comprising a base layer and a working layer has a very high fatigue strength or operational reliability, in particular such that they survive at least twice prototyping or pouring of the copper into the respective mold or used as a long-term coating without significant erosion phenomena can be.
  • this can also be applied to the respective mold within the clock cycle - ie in the cycle in which the molds are fed to the pouring device.
  • This procedure is particularly advantageous if, in the case of individual molds in which a large amount of sizing material is removed, a subsequent coating can contribute to improving the quality of the cast copper anodes by applying a working layer, in particular also to partial surfaces or partial areas of the base layer.
  • a process for the production of semi-finished copper in which first of all copper is melted and cast in a single pass into a plurality of molds to copper anodes, then formed by electrolysis using at least one of the copper anodes copper cathodes and then further processed these copper cathodes to copper semis be distinguished by the fact that a part of the cast in the molds workpieces is further processed into semi-finished copper.
  • At least some of the workpieces to be further processed directly from the copper anodes into copper semifinished products are further processed together with the copper cathodes to produce copper semi-finished products.
  • the degree of impurities, which are usually introduced in particular by the copper anodes in the copper semi-finished product can be adjusted accordingly.
  • the workpieces to be further processed directly into semi-finished copper products may in particular, as already explained above, be workpieces which, for example as a result of an uneven casting process or uneven removal from the respective mold, have poor handleability and are therefore not suitable for electrolysis are.
  • the degree of quality of the copper semifinished product to be produced can be advantageously adapted to desired or predetermined conditions.
  • the co-processing of the workpieces to be processed with the copper cathodes for example, by mixing them in an oven and then re-prototyping done.
  • a method for applying a size to a mold may be characterized in that the size is applied in multiple layers, in particular two layers, as already described by way of example by the application of a base layer and a working layer.
  • a coating in the form of a long-term coating can be formed, which is much more durable or substantially longer reliable over known sizing coatings durable.
  • such a long-term coating can withstand at least a two-time prototyping or pouring of molten metal or molten copper into the respective mold without appreciable erosion or incorporation of sizing material into the respective cast product, along with an advantageous and partially already explained above Increase or improve the efficiency.
  • a method for applying a size to a mold can also be distinguished by the fact that the size is sprayed on sequentially, which may also be advantageous in particular when providing a size applied in several layers, if appropriate also only for the application of one of the layers.
  • sequential spraying can be advantageously realized a coating with an advantageous small pore size and a very smooth surface, along with a substantial increase in the fatigue strength of the layer, which - as already stated above - is accompanied by a significant improvement in the efficiency.
  • a method for applying a size to a mold which is characterized in that the mold is tempered during application, has the advantage that due to the tempering during application, the fatigue strength or long-term strength of the size coat over known size Layers can be significantly improved. This, in turn, is associated with a substantial increase in the efficiency of a method of making copper blank using one or more dies, as stated above.
  • the fact that tempering during application can substantially improve the fatigue strength or long-term stability is, in particular, a consequence of the fact that the size can be applied to the respective mold very uniformly and in a constant thermodynamic state by the tempering.
  • empering is not limited to a mere heating, as is the case, for example, during a puncture caused by the introduction of the copper into the molds, but rather to a specific maintenance of specific temperatures or temperatures. a certain temperature profile, in particular possibly also with a decrease in temperature, is directed.
  • the mold is tempered during application to below 200 ° C, preferably below 180 ° C. It has been found that when the mold is tempered during application below these temperature limits, high fatigue strength can be achieved for the size coat or size coat provided by the application. In particular, a tempering of the mold to 110 ° C or to about 110 ° C has proven to achieve a very high fatigue strength or long-term strength of the sizing layer particularly advantageous.
  • the mold is tempered during application to between 100 ° C and 125 ° C, preferably to between 105 ° C and 115 ° C.
  • a restriction to these temperature ranges has the advantage that in these temperature ranges, the vaporization which occurs during application of the size does not unnecessarily impair the formation of the layer and, in particular, forms a stable and solid layer.
  • the mold is tempered during application to between 105 ° C and 115 ° C, the processes associated with the resulting evaporation are hardly or not at all present.
  • the formation of water vapor is preferably present at a level at which it can not lead to damaging effects on the mold or the sizing layer by Krater formations, ie by evaporation of existing in the sizing material water.
  • the size is applied as a base layer and as a working layer.
  • a very durable or reliable coating especially in the form of a long-term coating are formed.
  • the base layer at a temperature of the mold to between 100 ° C and 125 ° C, preferably between 105 ° C and 115 ° C, and the working layer at a temperature of the mold to below 200 ° C, preferably below 180 ° C. , applied.
  • application of the base layer during tempering of the mold to between 100 ° C. and 125 ° C., preferably to between 105 ° C. and 115 ° C. may involve incorporation or contamination of the mold with the evaporation of layered material By storing sizing material in the mold material to a minimum or almost completely excluded.
  • the layer thickness of the size is controlled by controlling the volume flow and / or the pressure of the size.
  • the volume flow and / or the pressure of the size can advantageously be controlled, along with the creation of a layer with a smooth surface and a very small pore size.
  • a plant for the production of copper semi-finished products with a refining furnace (i), with the refining furnace downstream molds that are filled from the refining furnace (ii), with an electrolytic bath (iii), with an anode transport for transporting cast in the mold anodes to the electrolytic bath (iv), with a further processing device (v) downstream of the electrolytic bath and with a cathode transport for transporting cathodes from the electrolysis bath to the further processing device (vi) is characterized in that a bypass transport is provided between the molds and the further processing device, with the in the molds Urgeformten workpieces are bypassable to the electrolysis bath transported to the processing device.
  • Such a system is particularly suitable for carrying out the above method, in which a part of the cast into the molds workpieces is further processed directly to semi-finished copper, in particular accompanied by a significant improvement in the efficiency in the production of copper semifinished product.
  • bypass transport In order to directly process the workpieces cast into the molds, ie bypassing the electrolysis, to copper semi-finished products, the bypass transport is provided. By the bypass transport urformed or shaped workpieces are in the molds, bypassing the electrolysis bath to the further processing device transportable.
  • the urgeformten workpieces may in particular be workpieces that should originally be provided as anodes, but due to e.g. uneven casting operations or as a result of other damage, for example, in the attempt to remove from a mold, over a predetermined anode shape are excessively deformed so that they can not be used for the electrolysis.
  • these may be workpieces in which anode ears are not present or not present in a desired shape, so that effective handling of the anodes via the anode ears acting as hooks is not possible.
  • These workpieces can then be advantageously transported by using the bypass transport, bypassing the electrolytic bath to the further processing device.
  • the further processing of the uroformed in the molds workpieces can be made into semi-finished copper.
  • the uroformed in the molds workpieces, bypassing the electrolytic bath to the Further processing device to be transported, together with the copper cathodes, which were formed in the electrolysis bath by electrolysis of the copper anodes, are further processed together to copper semis.
  • the further processing device may e.g. a furnace into which the workpieces and / or the copper cathodes may be introduced for liquefaction by heating.
  • the further processing means may be e.g. a press and / or a casting device and / or a rolling mill. In a rolling mill, it can be e.g. to act a rolling mill, which is adapted to form a semi-finished copper in the form of a rod-shaped material or a wire material.
  • the circumvention possible by means of the bypass transport may in particular be a bypass with the interposition or interposition of a buffer and / or a cleaning device, such that the urgeformten workpieces or the anodes in the bypass or the cathodes are cached and / or cleaned before they get to the processing device.
  • the molds following the refining oven are, as already indicated above, able to be filled from the refining oven, the filling being carried out in a simple and practical manner, e.g. can be made with the interposition of multiple wells.
  • the electrolysis bath may be an electrolysis bath of any desired design, which is set up to recover pure or almost pure metal by deposition on a cathode using the anodes cast in the molds, the metal in particular being copper can.
  • the anode transport for transporting anodes poured into the molds to the electrolysis bath can comprise any transport device which is set up for this functionality, ie for transporting molds cast in the molds to the electrolysis bath.
  • an industrial robot may be provided for this purpose, e.g. equipped with suction cups to remove the anodes from the dies and to transport to the electrolysis or to bring the cast in the mold anodes in the electrolytic bath.
  • the cathode transport may include any transport device that is set up for the intended functionality, ie for transporting cathodes from the electrolysis bath to the further processing device.
  • bypass transport may also comprise any transport device which is adapted to transport the workpieces which have been formed in the molds, bypassing the electrolysis bath, to the further processing device.
  • the bypass transport may include an industrial robot, which is provided with suction or equipped to hold the formed in the mold or urgeformten workpieces by suction and to transport by appropriate activation of the industrial robot, bypassing the electrolysis bath to the further processing device.
  • the anode transport and the bypass transport on a common conveyor which optionally - preferably according to specifiable parameters - workpieces from the dies as anodes in the direction of further anode transport to the electrolysis on the one hand workpieces from the dies in the direction of further bypass transport on the other transported.
  • the anode transport and the bypass transport can be realized in a simple and practical manner.
  • the conveyor is adapted to selectively transport workpieces from the molds as anodes in the direction of further anode transport to the electrolysis or to transport workpieces from the molds in the direction of further bypass transport, so that common transport paths of the anode transport and by a single common conveyor of the bypass transport can be realized in a simple and practical way.
  • the conveying device can be any conveying device which is set up to carry out the described functionality.
  • This can be, in particular, an industrial robot, which is provided, for example, with suction lifters, for example, to remove or separate the anodes cast in the molds from the molds and then to transport them in the direction of the further anode transport to the electrolysis bath.
  • the molds are preferably arranged on a common mold carrier.
  • a common Kokillenhov By arranging the molds on a common Kokillenhov a very compact arrangement can be provided with which in a simple and practical way filling the molds on the refining oven or from the refining oven is possible.
  • the mold carrier may advantageously be rotatable about a preferably vertical axis, so that by rotating the mold carrier, each mold can be introduced into an intended filling position for filling the mold with molten metal of the refining oven.
  • a plurality of molds can be filled by turning the Kokillenismes in a simple and practical way and process reliable with liquid metal or in particular with liquid copper.
  • an application device for applying a size is provided, the working area of which is arranged in the area of the mold holder.
  • the working area is arranged in the Kokillenismes, can be easily and practically applied to each of the molds a sizing layer or finishing coating, the provision of molds with the sizing layer or Simple coating is associated with the advantageous effects already set out above.
  • a very reliable application of the size to the respective mold can be realized in that the working area of the application device is arranged in the region of the mold holder.
  • a working layer during ongoing operation, possibly also under a particular cooling, while a base layer and possibly also a first working layer can be applied during maintenance operations or, in particular, between two taps.
  • a device for applying a size to a mold can be characterized in that the application device has an arm which comprises an applicator and is movable sequentially over the mold.
  • an application device with such an arm-that is, an arm which is adapted to move sequentially over the mold-a very smooth coating with size or size material can be formed on a mold, which also has a very small pore size .
  • a very smooth coating with size or size material can be formed on a mold, which also has a very small pore size .
  • the application device may comprise, for example, a nozzle or a brush in order, in particular, to be able to create a sizing coating or sizing layer with a very small pore size by applying the sizing.
  • the arm may comprise two linearly independent drives.
  • the arm can advantageously be moved via the two drives in two dimensions over the mold in order to provide the respective mold with a layer of layer in a simple and practical manner.
  • this provided mobility of the arm can also be used to easily and practically form a layer or coating with a predetermined thickness distribution on a respective mold surface.
  • a given thickness distribution of the sizing layer can substantially affect the quality of the cast product, e.g. an anode, contribute.
  • the movement components in particular a movement parallel to the movement direction of the mold without intended movement, but possibly also both movement components can also be realized by a corresponding movement of the mold. It is also understood that, if necessary, an industrial robot or the like can be used for this purpose.
  • a mold temperature control preferably a mold heater, and a mold thermometer are provided.
  • the Kokillentemper ist or mold heating can be connected in particular in conjunction with a mold thermometer, the application of the size with a very accurate temperature control of the mold.
  • the mold temperatures required for the formation of a very durable or long-term coating can be predetermined by controlling and / or regulating.
  • the in the FIGS. 1 and 5 schematically illustrated Appendix 26 for the production of copper semi-finished product 10 comprises a refining furnace 28, the refining furnace 28 downstream molds 12, which can be filled from the refining furnace 28 with the interposition of a Eing manwanne 22 and a Portionierwanne 24, and an electrolytic bath 30.
  • the Eing manwanne 22 and the Portionierwanne 24 are troughs of a pouring device 20 are for pouring molten metal in the molds 12 and for filling the molds 12 with molten metal.
  • the production plant 26 further comprises an anode transport 31 for transporting anodes 14 cast into the molds 12 to the electrolytic bath 30, a further processing device 32 downstream of the electrolytic bath 30 (cf. FIG. 5 ) and a cathode transport 34 (cf. FIG. 1 ) for transporting cathodes 16 from the electrolysis bath 30 to the further processing device 32.
  • a bypass transport 36 is provided between the molds 12 and the further processing device 32, with the workpieces 15 which have been formed into the molds 12 by circumvention of the electrolytic bath 30 to the further processing device 32 (cf. FIG. 5 ) are transportable.
  • the anode transport 31 and the bypass transport 36 have a common conveyor 38, the optional workpieces 14, 15 from the molds 12 as anodes 14 in the direction of further anode transport 31 to the electrolytic bath 30 on the one hand workpieces 14, 15 from the molds 12 in the direction of the other Bypass transport 36 transported on the other.
  • the molds 12 are arranged on a common Kokillenlie 54 which is rotatable about a vertical axis 84.
  • the manufacturing facility 26 further includes an applicator 40 (see FIG. 1 ) for applying a size 18 (cf. FIG. 4 ) on a mold 12, whose working area is arranged in the region of the Kokillenlies 54 (see FIG. 1 ).
  • the applicator 40 has an arm 42 (see FIG FIG. 4 ), which comprises an applicator 44 with a nozzle 86 and is sequentially movable over the respective mold 12.
  • the arm 42 includes two linearly independent drives 50, 52 to provide two-dimensional mobility of the arm 42 over the respective mold 12 (see also FIG FIG. 2 , there also in connection with the two double arrows).
  • the drive 52 is adapted to provide a straightforward movement of the arm 42 in a direction perpendicular to the longitudinal extent of the arm 42 and perpendicular to the longitudinal extent of the applicator 40 using a carriage 60 longitudinally movably mounted on a base 58 in the direction of movement.
  • the drive 50 is adapted to provide a linear mobility of the arm 42 parallel to the longitudinal direction of the arm 42 and parallel to the longitudinal extent of the applicator 40, wherein the drive 50 for this purpose a linear actuator 88 (see FIG. 2 ) connected to the carriage 60.
  • the applicator 40 is further provided with a Kokillentemper ist in the form of a Kokillenterrorismung 46 and with a Kokillenthermometer 48 (see FIGS. 3 and 4 ).
  • the downstream of the electrolysis bath 30 downstream processing device 32 comprises a charging device 62 and a furnace 64.
  • a charging device 62 copper cathodes 16 formed by electrolysis using copper anodes 14 in the electrolytic bath 30 can be introduced into the furnace 64.
  • copper anodes 14 and Workpieces 15 can be introduced, which may in particular be cast in the molds 12 workpieces, which are not suitable for transport to the electrolysis bath 30, for example due to an uneven removal from the molds 12 or as a result of non-uniform casting process, for example, the transport provided anode tubes 100 were not formed in the required shape.
  • the molten metal provided by heating in the furnace 64 is fed to a casting and holding furnace 66 for further processing.
  • the molten metal is supplied to further devices of the further processing device 32, specifically a runner 68, a caster 70, a billet processing 78 with a guide 72 and a separator 74, a rolling mill 76, a cooling section 80 and a spiral collector 82, for collecting the copper semi-finished product 10 in the form of a wire.
  • copper is first melted in the refining furnace 28 and cast in a single pass within several of the dies 12 to form copper anodes.
  • the molds 12 are filled from the refining oven 28, with the interposition of the Eing manwanne 22 and the Portionierwanne 24.
  • the molds 12 are filled in succession, the molds 12 each for this purpose by turning the Kokillenarmes 54 about the vertical axis 84th in which are brought by the refining 28 defined filling position.
  • the pouring trough 22 and the portioning trough 24 can be filled with molten copper from the refining oven for forwarding into the respective mold 12.
  • copper cathodes 16 are formed by electrolysis using at least one of the copper anodes 14 in the electrolytic bath 30, and these copper cathodes 16 are then added to the copper semi-finished product 10 in the form of a wire by means of the further processing device 32 (cf. FIG. 5 ) further processed.
  • the above method is now characterized by the fact that a part of the cast into the molds 12, workpieces 14, 15, which are taken after pouring into the molds 12 and after reaching a certain dimensional stability by means of the removal device 56 from the molds 12, directly to the copper semifinished product 10 are further processed, wherein at least a portion of the direct to copper semi-finished product 10 continues to processing workpieces 15 is further processed together with the copper cathodes 16 to the copper semi-finished product 10 (see also FIG. 5 ).
  • the workpieces 15 are transferred by means of a transfer device 96 of the conveyor 38 in a first latch 94. Starting from this position in the first intermediate storage 94, the workpieces 15 are brought into a second temporary storage 98 via a gripper 90 in the direction of the further anode transport 31 and also in the direction of the further bypass transport 36, bypassing the electrolytic bath 30.
  • Another gripper 92 which is also provided for the realization of the bypass transport 36, removes the workpieces 15 from the second intermediate storage 98 for the purpose of transport to the further processing device 32 (cf. FIG. 5 ).
  • the further processing in the further processing device 32, bypassing the electrolysis in the electrolytic bath 30 is not limited only to the workpieces 15, which - as already stated above - are not suitable for transport or introduction into the electrolysis bath 30.
  • cast copper anodes 14 or cast products generally provided by casting in the respective molds 12 can be further processed by means of the bypass transport 30 bypassing the electrolysis in the further processing device 32 to the copper semi-finished product 10.
  • the first gripper 90 serves to transfer the respective copper anode 14 from the first intermediate storage 94 into the electrolytic bath 30.
  • the second gripper 92 serves - if no bypass is provided - also the removal of the electrolysis in the electrolysis bath 30 provided copper cathode 16 from the electrolytic bath 30 and the subsequent transport of the copper cathode 16 to the further processing device 32 (see FIG. 5 ).
  • a part of the directly to the copper semi-finished 10 further processed workpieces 15 with copper cathodes 16 are then processed together to the copper semi-finished product 10, in such a way that the workpieces 14 and the copper cathodes 16 by means of the charging device 62 introduced into the furnace 64 are heated and there to a molten semi-finished material.
  • the molten semi-finished material is the casting and holding furnace 66 and fed from there via the over the runner 68, the caster 70 of the ingot processing 78, from where a further processing takes place in the rolling mill 76.
  • the semi-finished material 10 processed into a wire is collected after passing through a cooling section 80 in a spiral collector 82.
  • the molds 12 are clocked while the Kokillenarmes 54 is supplied to the pouring device 20. Outside of this clocking - ie in particular e.g. During breaks in operation, in which no filling of the molds 12 with molten copper takes place, a long-term coating is applied to each of the molds 12 as a size, wherein the long-term coating is formed in two layers and comprises a base layer and a working layer.
  • the working layer is applied to the same after application of the base layer.
  • the application is carried out using the applicator 40, for which purpose the arm 42 is moved sequentially with the applicator 44 via the respective mold 12 to spray the size 18 sequentially via the nozzle 86 to the respective mold 12.
  • the layer thickness of the size is controlled.
  • the control of the layer thickness of the sizing is thereby improved or refined in that also a control of the volume flow and the pressure of the sizing 18 is carried out, which via the nozzle 86 (cf. FIG. 4 ) exits the applicator 44.
  • the respective dies 12 are tempered.
  • the tempering of the molds 12 is carried out using the Kokillentemper réelle the applicator 40 in the form of Kokillenworksung 46. In this way, a very accurate temperature control is possible, especially because the Kokillentemper réelle has a non-illustrated control device for controlling the temperature measurable by means of the Kokillenthermometers 48.
  • each of the dies 12 is tempered so that the base layer is applied at a temperature of the molds 12 to between 105 ° C and 115 ° C, and that the working layer at a temperature of the molds 12 to below 180 ° C is applied.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Kupferhalbzeug.
  • Es ist bekannt bei Verfahren und Anlagen zur Herstellung von Kupferhalbzeug zunächst Kupfer zu schmelzen und in einem Anstich innerhalb mehrerer Kokillen zu Kupferanoden zu gießen, anschließend durch Elektrolyse unter Verwendung wenigstens einer der Kupferanoden Kupferkathoden zu bilden und diese Kupferkathoden dann zu Kupferhalbzeug weiterzuverarbeiten. Hierfür sind ferner auch Verfahren und Vorrichtungen zum Auftragen einer Schlichte auf eine Kokille bzw. auf die Kokillen vorgesehen. Bei Schlichten handelt es sich um Überzugsstoffe, die auf die Kokillen aufgetragen werden, um die in der Regel poröse Kokillenoberfläche vor dem Gießvorgang zu glätten. Die aus der EP 1 103 325 A1 oder US2010/0057254A1 bekannte technische Lehre befasst sich hierbei mit dem Abreinigen gegossener Kupferanoden von anhaftenden Resten einer Schlichteverkrustung.
  • Insbesondere der Einsatz der Elektrolyse ist sehr energieintensiv und hat mithin einen entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad, also auf das Verhältnis der Menge an fertig hergestelltem Kupferhalbzeug zu der hierfür erforderlichen Energiemenge.
  • Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, bei der Kupfergewinnung den Wirkungsgrad zu erhöhen.
  • Als Lösung werden ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von Kupferhalbzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen, in der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung.
  • Hierbei geht die Erfindung von der Grundidee aus, dass nicht alles Kupfer elektrolytisch in sehr reiner Form gewonnen werden muss, sondern dass es möglich ist, bei geeigneten Randparametern einen Teil des Kupfers unmittelbar nach dem Raffinieren ggf. unter Beigabe von elektrolytisch gewonnenem Kupfer weiterzuverarbeiten.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Kupferhalbzeug, bei welchem zunächst Kupfer geschmolzen und in einem Anstich innerhalb mehrerer Kokillen zu Kupferanoden gegossen, anschließend durch Elektrolyse unter Verwendung wenigstens einer der Kupferanoden Kupferkathoden gebildet und diese Kupferkathoden dann zu Kupferhalbzeug weiterverarbeitet werden, kann sich dadurch auszeichnen, dass auf wenigstens eine der Kokillen eine Langzeitbeschichtung als Schlichte aufgetragen wird.
  • Eine als Langzeitbeschichtung eingerichtete Schlichte bringt den Vorteil mit sich, dass diese im Vergleich zu bekannten Schlichten wesentlich länger betriebssicher halten kann. Eine Langzeitbeschichtung ist hierbei als eine Beschichtung zu verstehen, mit welcher ein wenigstens zweimaliges Urformen bzw. Eingießen von Kupfer in die Kokillen möglich ist, ohne dass es hierdurch zu wesentlichen Beschädigungen bzw. Veränderungen der Langzeitbeschichtung kommt. Durch den Einsatz einer derartigen Langzeitbeschichtung wiederum kann ein ggf. entstehender Materialeintrag von Schlichte-Material in die gegossenen Kupferanoden gegenüber den bekannten Schlichten wesentlich reduziert werden.
  • Aufgrund der durch die Langzeitbeschichtung möglichen wesentlichen Reduktion des Materialeintrags von Schlichte-Material in die jeweilige Kupferanode bzw. aufgrund der durch die Verwendung der Langzeitbeschichtung möglichen wesentlichen Reduktion der Verunreinigung der Kupferanoden durch Schlichte-Material kann die jeweils gegossene Kupferanode bzw. das in der jeweiligen Kokille gegossene Werkstück im Vergleich zu bekannten Verfahren mit einer wesentlich geringeren Kontamination bzw. Verunreinigung durch Schlichte-Material bereitgestellt werden.
  • Die durch die Langzeitbeschichtung ermöglichte wesentlich geringere Kontamination bzw. Verunreinigung mit dem Schlichte-Material ermöglicht - bei geeigneten Randparametern - auch vorteilhaft eine unmittelbare Weiterverarbeitung zumindest eines Teils des raffinierten Kupfers bzw. der in den Kokillen gegossenen Kupferanoden bzw. Werkstücke - ggf. unter Beigabe von elektrolytisch gewonnenem Kupfer - mit einem akzeptablen bzw. erwünschten Reinheitsgrad des jeweiligen Kupferhalbzeugs, und zwar ohne Vorschalten einer Elektrolyse.
  • Insbesondere kann auch unter Verwendung einer Kokille mit der beschriebenen Langzeitbeschichtung eine Elektrolyse mit der in der Kokille gegossenen Kupferanode durchgeführt werden, die vorteilhaft mit einem gegenüber bekannten Verfahren wesentlich weniger kontaminierten Schlamm bzw. Elektrolyseschlamm verbunden ist, und zwar insbesondere in Folge der oben beschriebenen geringen Kontamination der Kupferanode mit Schlichte-Material.
  • Insgesamt betrachtet kann aufgrund des oben Dargelegten durch Auftragen der Langzeitbeschichtung als Schlichte auf wenigstens eine der Kokillen letztlich der Wirkungsgrad bei der Herstellung von Kupferhalbzeug wesentlich reduziert werden - also das Verhältnis der Menge des hergestellten Kupferhalbzeugs zu der hierfür aufgewendeten Energiemenge.
  • Bei dem obigen Verfahren wird das geschmolzene Kupfer vorzugsweise in einem Anstich innerhalb mehrerer Kokillen zu den Kupferanoden gegossen. Der Anstich kann hierbei insbesondere quasi-kontinuierlich oder auch in relativ kurz dauernden Zyklen vorgenommen werden, insbesondere kann der Anstich beispielsweise nur über zwei bis sechs Stunden erfolgen bzw. vorgenommen werden, wobei je Kokille beispielsweise ca. 30 Sekunden bis drei Minuten, in der Regel um die 1,5 Minuten benötigt werden können.
  • Diese Weiterverarbeitung der Kupferkathoden zu Kupferhalbzeug kann z.B. ein Urformen in einem Ofen umfassen, in welchen die Kupferkathoden eingebracht werden, wobei nach dem Urformen durch Ausgießen aus dem Ofen und anschließendes Auswalzen z.B. ein Kupferhalbzeug in Form eines Drahts gebildet werden kann.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Kupferhalbzeug, bei welchem zunächst Kupfer geschmolzen und in einem Anstich innerhalb mehrerer Kokillen zu Kupferanoden gegossen, anschließend durch Elektrolyse unter Verwendung wenigstens einer der Kupferanoden Kupferkathoden gebildet und diese Kupferkathoden dann zu Kupferhalbzeug weiterverarbeitet werden, kann sich auch dadurch auszeichnen, dass auf wenigstens eine der Kokillen eine schwefelfreie Schlichte aufgetragen wird.
  • Durch Vorsehen einer schwefelfreien Schlichte kann vorteilhaft eine Kontamination der in den Kokillen gegossenen Kupferanoden bzw. eine Kontamination von in den Kokillen gegossenen Werkstücken mit Schwefel wirksam vermieden bzw. auf ein Minimum reduziert werden, so dass auch durch das Vorsehen der schwefelfreien Schlichte bzw. durch Auftragen einer schwefelfreien Schlichte auf die jeweilige Kokille der obige Wirkungsgrad - insbesondere durch die mit der schwefelfreien Schlichte mögliche unmittelbare Weiterverarbeitung des raffinierten Kupfers auch ohne Elektrolyse - wesentlich erhöht werden kann. Ferner ist eine wesentliche Erhöhung des obigen Wirkungsgrad auch dadurch möglich, dass die Auftragung einer schwefelfreien Schlichte auf die jeweilige Kokille eine Elektrolyse ermöglicht, die mit einem wesentlich weniger kontaminierten Elektrolyse-Schlamm verbunden ist, einhergehend mit einer entsprechenden wesentlichen Reduzierung des für die Elektrolyse erforderlichen Energieaufwands.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Kokillen während eines Anstichs getaktet einer Eingießvorrichtung zugeführt und wenigstens ein Teil der Schlichte wird außerhalb der Taktung aufgetragen.
  • Das Auftragen wenigstens eines Teils der Schlichte außerhalb der Taktung bringt den Vorteil mit sich, das im Unterschied zu bekannten Herstellungsverfahren für die Auftragung mehr Zeit zur Verfügung steht, so dass das Auftragen der Schicht sehr kontrolliert erfolgen kann, einhergehend mit der vorteilhaften Ausbildung einer sehr gleichförmigen Schicht, die insbesondere dann bei geeigneter Verfahrensführung auch entsprechende Standzeiten für ihre Verwendung als Langzeitbeschichtung gewährleisten kann.
  • Insbesondere kann vorteilhaft zumindest eine Grundschicht der Schlichte außerhalb der Taktung aufgetragen werden, wobei vorzugsweise auch eine auf die Grundschicht aufgetragene Arbeitsschicht außerhalb der Taktung aufgetragen wird.
  • Dadurch, dass die Grundschicht und gegebenenfalls auch die Arbeitsschicht außerhalb der Taktung aufgetragen werden, kann das Auftragen dieser Schichten sehr kontrolliert erfolgen, so dass die Grundschicht bzw. die Arbeitsschicht vorteilhaft sehr gleichförmig ausgebildet werden kann. Eine eine Grundschicht und eine Arbeitsschicht umfassende Beschichtung weist im Vergleich zu bekannten Beschichtungen eine sehr hohe Dauerfestigkeit bzw. Betriebssicherheit auf, insbesondere derart, dass sie ohne wesentliche Abtragungserscheinungen wenigstens ein zweimaliges Urformen bzw. Eingießen des Kupfers in die jeweilige Kokille überstehen bzw. als Langzeitbeschichtung genutzt werden kann.
  • Alternativ zu dem Auftragen der Arbeitsschicht auf die Grundschicht außerhalb der Taktung kann diese jedoch auch innerhalb der Taktung - also in dem Takt, in welchem die Kokillen der Eingießvorrichtung zugeführt werden - auf die jeweilige Kokille aufgetragen werden. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann von Vorteil, wenn bei einzelnen Kokillen, bei denen viel Abtrag von Schlichte-Material erfolgt, eine Nachbeschichtung durch Auftragen einer Arbeitsschicht, insbesondere auch auf Teilflächen bzw. Teilbereichen der Grundschicht zur Verbesserung der Güte der gegossenen Kupferanoden beitragen kann.
  • Ein Verfahren zur Herstellung von Kupferhalbzeug, bei welchem zunächst Kupfer geschmolzen und in einem Anstich innerhalb mehrerer Kokillen zu Kupferanoden gegossen, anschließend durch Elektrolyse unter Verwendung wenigstens einer der Kupferanoden Kupferkathoden gebildet und diese Kupferkathoden dann zu Kupferhalbzeug weiterverarbeitet werden, zeichnet sich dadurch aus, dass ein Teil der in den Kokillen gegossenen Werkstücke unmittelbar zu Kupferhalbzeug weiterverarbeitet wird.
  • Dadurch, dass ein Teil der in den Kokillen gegossenen Werkstücke unmittelbar zu Kupferhalbzeug weiterverarbeitet wird - also eine Weiterverarbeitung unter Umgehung der Elektrolyse vorgenommen wird - kann eine wesentliche Energieeinsparung bei der Herstellung des Kupferhalbzeugs realisiert werden, da für diese Werkstücke auf die energieintensive Elektrolyse verzichtet wird. Diese Vorgehensweise ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die in den Kokillen gegossenen Werkstücke z.B. infolge eines ungleichmäßigen Gießvorgangs oder infolge einer ungleichmäßigen Entnahme aus der Kokille - z.B. mittels einer Hebelstange - beschädigt und nicht für die nachfolgende Elektrolyse geeignet handhabbar sind. Insofern sind diese Werkstücke zwar nicht für die Elektrolyse geeignet, weisen jedoch gegebenenfalls die für das jeweilige Kupferhalbzeug erforderliche Materialgüte auf, so dass von der elektrolytischen Verarbeitung vorteilhaft abgesehen werden kann. Durch die Umgehung der energieintensiven Elektrolyse kann daher insgesamt gesehen der oben näher definierte Wirkungsgrad bei dem Herstellen des Kupferhalbzeugs wesentlich verbessert werden.
  • Vorteilhaft wird zumindest ein Teil der unmittelbar aus den Kupferanoden zu Kupferhalbzeug weiter zu verarbeiteten Werkstücke mit den Kupferkathoden gemeinsam zu Kupferhalbzeug weiterverarbeitet. Auf diese Weise kann der Grad an Verunreinigungen, die in der Regel insbesondere von den Kupferanoden in das Kupferhalbzeug eingebracht werden, entsprechend eingestellt werden.
  • Bei den unmittelbar zu Kupferhalbzeug weiter zu verarbeitenden Werkstücken kann es sich insbesondere, wie bereits oben dargelegt, um Werkstücke handeln, die z.B. in Folge eines ungleichmäßigen Gieß vorgangs oder einer ungleichmäßigen Entnahme aus der jeweiligen Kokille eine schlechte Handhabbarkeit aufweisen und mithin nicht für die Elektrolyse geeignet sind. Durch die gemeinsame Verarbeitung der Kupferkathoden mit den unmittelbar zu Kupferhalbzeug weiter zu verarbeitenden Werkstücken kann eine wesentliche Erhöhung bzw. Verbesserung des oben definierten Wirkungsgrads dadurch realisiert werden, dass diese Werkstücke unter Umgehung der energieintensiven Elektrolyse mit durch die Elektrolyse bereitgestellten Kupferkathoden kombiniert werden, um das Kupferhalbzeug herzustellen. Insbesondere kann durch geeignete Kombination der Werkstücke mit den Kupferkathoden bzw. durch geeignete Anpassung des Verhältnisses der Anzahl der unmittelbar zur Weiterverarbeitung vorgesehenen Werkstücke zu der Anzahl der Kupferkathoden der Gütegrad des herzustellenden Kupferhalbzeugs an erwünschte bzw. vorgegebene Verhältnisse vorteilhaft angepasst werden.
  • Das gemeinsame Verarbeiten der weiter zu verarbeitenden Werkstücke mit den Kupferkathoden kann beispielsweise durch Vermischen derselben in einem Ofen und daran anschließendes erneutes Urformen erfolgen.
  • In obigen Verfahren, bei denen vorgesehen ist, auf wenigstens eine Kokille bzw. mehrere der Kokillen eine Langzeitbeschichtung als Schlichte aufzutragen, eine schwefelfreie Schlichte auf die wenigstens eine Kokille aufzutragen bzw. einen Teil der in den Kokillen gegossenen Werkstücke unmittelbar zu Kupferhalbzeug weiterzuverarbeiten, wird von der Grundidee ausgegangen, dass nicht alles Kupfer elektrolytisch in sehr reiner Form gewonnen werden muss, sondern es möglich ist, bei geeigneten Randparametern einen Teil des Kupfers unmittelbar nach dem raffinieren ggf. auch unter Beigabe von elektrolytisch gewonnenem Kupfer weiterzuverarbeiten.
  • Ein Verfahren zum Auftragen einer Schlichte auf eine Kokille kann sich dadurch auszeichnen, dass die Schlichte mehrlagig, insbesondere zweilagig, aufgetragen wird, wie bereits vorstehend durch den Auftrag einer Grundschicht und einer Arbeitsschicht beispielhaft dargelegt. Durch ein mehrlagiges Auftragen der Schlichte kann eine Beschichtung in Form einer Langzeitbeschichtung gebildet werden, die gegenüber bekannten Schlichte-Beschichtungen wesentlich dauerfester bzw. wesentlich länger betriebssicher haltbar ist. Insbesondere kann eine derartige Langzeitbeschichtung wenigstens einem zweimaligen Urformen bzw. Eingießen von geschmolzenem Metall bzw. geschmolzenem Kupfer in die jeweilige Kokille ohne nennenswerte Abtragungen bzw. Einbindungen von Schlichte-Material in das jeweilige Gießprodukt widerstehen, einhergehend auch mit einer vorteilhaften und zum Teil bereits vorstehend erläuterten Erhöhung bzw. Verbesserung des Wirkungsgrads.
  • Ein Verfahren zum Auftragen einer Schlichte auf eine Kokille kann sich auch dadurch auszeichnen, dass die Schlichte sequenziell aufgesprüht wird, was insbesondere auch bei einem Bereitstellen einer mehrlagig aufgetragenen Schlichte, ggf. auch lediglich für den Auftrag einer der Lagen, vorteilhaft sein kann. Durch das sequenzielle Aufsprühen kann vorteilhaft eine Beschichtung mit einer vorteilhaften geringen Porengröße und einer sehr glatten Oberfläche realisiert werden, einhergehend mit einer wesentlichen Erhöhung der Dauerfestigkeit der Schicht, die - wie bereits oben dargelegt - auch mit einer wesentlichen Verbesserung des Wirkungsgrads einhergeht.
  • Besonders vorteilhaft wird durch Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit bei dem sequenziellen Auftrag die Schichtdicke der Schlichte gesteuert. Auf diese Weise kann eine Schlichte-Schicht bzw. Schlichte-Beschichtung mit einer gleichbleibenden bzw. mit einer im Wesentlichen gleichbleibenden bzw. mit einer an einen Verschleiß der Schlichte angepassten Schichtdicke geschaffen werden, was wiederum mit einer vorteilhaften Erhöhung der Dauerfestigkeit bzw. Langzeitfestigkeit der aufgetragenen Beschichtung verbunden ist.
  • Auch ein Verfahren zum Auftragen einer Schlichte auf eine Kokille, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Kokille während des Auftragens temperiert wird, bringt den Vorteil mit sich, dass infolge des Temperierens während des Auftragens die Dauerfestigkeit bzw. Langzeitfestigkeit der Schlichte-Schicht gegenüber bekannten Schlichte-Schichten wesentlich verbessert werden kann. Dies ist wiederum mit einer wesentlichen Erhöhung des Wirkungsgrads bei einem Verfahren zur Herstellung von Kupferhalbzeug unter Verwendung einer oder mehrerer Kokillen verbunden, wie bereits oben dargelegt. Dass durch Temperieren während des Auftragens die Dauerfestigkeit bzw. Langzeitfestigkeit wesentlich verbessert werden kann, ist insbesondere eine Folge des Umstands, dass die Schlichte durch das Temperieren sehr gleichmäßig und in einem gleichbleibenden thermodynamischen Zustand auf die jeweilige Kokille aufgetragen werden kann.
  • In diesem Zusammenhang sei betont, dass der Begriff der "Temperierung" vorliegt nicht auf eine bloßes Erwärmen, wie dieses beispielsweise auch während eines Anstichs durch das Einbringen des Kupfers in die Kokillen bedingt ist, gerichtet ist, sondern auf ein gezieltes Einhalten bestimmter Temperaturen bzw. eines bestimmten Temperaturprofils, insbesondere ggf. auch unter einer Temperatursenkung, gerichtet ist.
  • Vorzugsweise wird die Kokille während des Auftragens auf unter 200°C, vorzugsweise auf unter 180°C, temperiert. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Temperierung der Kokille während des Auftragens unterhalb dieser Temperaturgrenzen eine hohe Dauerfestigkeit für die durch das Auftragen bereitgestellte Schlichte-Schicht bzw. Schlichte-Beschichtung geschaffen werden kann. Insbesondere eine Temperierung der Kokille auf 110°C bzw. auf ca. 110°C hat sich zur Erzielung einer sehr hohen Dauerfestigkeit bzw. Langzeitfestigkeit der Schlichte-Schicht als besonders vorteilhaft erwiesen.
  • Vorteilhaft wird die Kokille während des Auftragens auf zwischen 100°C und 125°C, vorzugsweise auf zwischen 105°C und 115°C temperiert. Eine Einschränkung auf diese Temperaturbereiche bringt den Vorteil mit sich, dass in diesen Temperaturbereichen die beim Auftragen der Schlichte entstehende Verdampfung die Ausbildung der Schicht nicht unnötig beeinträchtigt und sich insbesondere eine stabile und feste Schicht ausbildet. Insbesondere wenn die Kokille während des Auftragens auf zwischen 105°C und 115°C temperiert wird, sind die mit der entstehenden Verdampfung einhergehenden Prozesse kaum oder gar nicht vorhanden. Bei einer Einschränkung auf die obigen Temperaturbereiche ist die Wasserdampfbildung vorzugswiese in einem Maße vorhanden, bei welcher es nicht zu schädigenden Wirkungen an der Kokille oder an der Schlichte-Schicht durch Kraterbildungen kommen kann, also durch Verdampfen des in dem Schlichte-Material vorhandenen Wassers.
  • Besonders bevorzugt wird die Schlichte als Grundschicht und als Arbeitsschicht aufgetragen. Auf diese Weise kann - vergleiche auch die obigen Ausführungen - eine sehr dauerfeste bzw. betriebssichere Beschichtung, insbesondere in Form einer Langzeitbeschichtung gebildet werden.
  • Vorzugsweise wird die Grundschicht bei einer Temperierung der Kokille auf zwischen 100°C und 125°C, vorzugsweise auf zwischen 105°C und 115°C, und die Arbeitsschicht bei einer Temperierung des Kokille auf unter 200°C, vorzugsweise auf unter 180°C, aufgetragen.
  • Wie bereits oben dargelegt kann durch die Auftragung der Grundschicht bei einer Temperierung der Kokille auf zwischen 100°C und 125°C, vorzugsweise auf zwischen 105°C und 115°C eine mit der Verdampfung von Schichte-Material einhergehendes Einbinden bzw. Verunreinigung der Kokille durch Einlagern von Schlichte-Material in das Kokillenmaterial auf ein Minimum reduziert bzw. nahezu vollständig ausgeschlossen werden. Ferner hat sich gezeigt, dass, auch ein Auftragen der Arbeitsschicht bei einer Temperierung der Kokille auf unter 200°C, vorzugsweise auf unter 180°C mit einer sehr hohen Dauerfestigkeit bzw. Betriebssicherheit der Arbeitsschicht einhergeht, die wenigstens ein zweimaliges Urformen bzw. Eingießen in die Kokille ermöglicht, ohne dass es dabei zu einer wesentlichen Formveränderung der Arbeitsschicht bzw. zu einem Materialabtrag an der Arbeitsschicht kommt, die sich nachteilig auf die Dauerfestigkeit bzw. Langzeitfestigkeit der Arbeitsschicht auswirken könnte. Insbesondere die Arbeitsschicht wird beim Eingießen von geschmolzenem Kupfer sehr hohen Belastungen ausgesetzt, da das Kupfer mit der Arbeitsschicht in unmittelbaren Kontakt tritt, so dass also eine sehr hohe Dauerfestigkeit dieser Schicht von großem Vorteil ist.
  • Besonders bevorzugt wird die Schichtdicke der Schlichte durch Steuerung des Volumenstroms und/oder des Drucks der Schlichte gesteuert. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Schlichte-Schicht mit einer gleichbleibenden bzw. an den jeweiligen Verschleiß angepasster Dicke realisiert werden, einhergehend mit der Schaffung einer Schicht mit einer glatten Oberfläche und einer sehr geringen Porengröße.
  • Eine Anlage zur Herstellung von Kupferhalbzeug mit einem Raffinierofen (i), mit dem Raffinierofen nachgeordneten Kokillen, die aus dem Raffinierofen befüllbar sind (ii), mit einem Elektrolysebad (iii), mit einem Anodentransport zum Transport von in den Kokillen gegossenen Anoden zu dem Elektrolysebad (iv), mit einer dem Elektrolysebad nachgeordneten Weiterverarbeitungseinrichtung (v) und mit einem Kathodentransport zum Transport von Kathoden aus dem Elektrolysebad zu der Weiterverarbeitungseinrichtung (vi) zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den Kokillen und der Weiterverarbeitungseinrichtung ein Umgehungstransport vorgesehen ist, mit dem in den Kokillen urgeformten Werkstücke unter Umgehung des Elektrolysebads zu der Weiterverarbeitungseinrichtung transportierbar sind.
  • Eine derartige Anlage eignet sich insbesondere zum Durchführen des obigen Verfahrens, bei dem ein Teil der in die Kokillen gegossenen Werkstücke unmittelbar zu Kupferhalbzeug weiterverarbeitet wird, insbesondere einhergehend mit einer wesentlichen Verbesserung des Wirkungsgrads bei der Herstellung des Kupferhalbzeugs.
  • Um die in die Kokillen gegossenen Werkstücke unmittelbar - also unter Umgehung der Elektrolyse - zu Kupferhalbzeug zu Verarbeiten ist der Umgehungstransport vorgesehen. Durch den Umgehungstransport sind in den Kokillen urgeformte bzw. geformte Werkstücke unter Umgehung des Elektrolysebads zu der Weiterverarbeitungseinrichtung transportierbar.
  • Bei den urgeformten Werkstücken kann es sich insbesondere um Werkstücke handeln, die ursprünglich als Anoden vorgesehen sein sollten, jedoch infolge z.B. ungleichmäßiger Gießvorgänge oder infolge einer sonstigen Beschädigung, beispielsweise bei dem Versuch einer Entnahme aus einer Kokille, gegenüber einer vorgegebenen Anodenform übermäßig verformt sind, so dass sie sich nicht für die Elektrolyse nutzen lassen. Insbesondere kann es sich hierbei um Werkstücke handeln, bei denen Anodenohren gar nicht oder nicht in einer erwünschten Form vorhanden sind, so dass eine wirksame Handhabung der Anoden über die als Haken wirkenden Anodenohren nicht möglich ist. Diese Werkstücke können dann vorteilhaft unter Verwendung des Umgehungstransports unter Umgehung des Elektrolysebads zu der Weiterverarbeitungseinrichtung transportiert werden.
  • In der Weiterverarbeitungseinrichtung kann die Weiterverarbeitung der in den Kokillen urgeformten Werkstücke zu Kupferhalbzeug erfolgen. Insbesondere können die in den Kokillen urgeformte Werkstücke, die unter Umgehung des Elektrolysebads zu der Weiterbearbeitungseinrichtung transportiert werden, zusammen mit den Kupferkathoden, welche in dem Elektrolysebad durch Elektrolyse der Kupferanoden gebildet wurden, gemeinsam zu Kupferhalbzeug weiterverarbeitet werden.
  • Die Weiterverarbeitungseinrichtung kann z.B. einen Ofen, in welchen die Werkstücke und/oder die Kupferkathoden zwecks Verflüssigung durch Erhitzen eingebracht werden können, umfassen. Ferner kann die Weiterverarbeitungseinrichtung z.B. eine Presse und/oder eine Gießeinrichtung und/oder ein Walzwerk umfassen. Bei einem Walzwerk kann es sich z.B. um ein Walzwerk handeln, welches dazu eingerichtet ist, ein Kupferhalbzeug in Form eines stangenförmigen Materials oder eines Drahtmaterials zu bilden.
  • Die mittels des Umgehungstransports mögliche Umgehung kann insbesondere eine Umgehung unter Einschaltung bzw. Zwischenschaltung eines Zwischenspeichers und/oder einer Reinigungsvorrichtung sein, derart, dass die urgeformten Werkstücke bzw. die Anoden bei dem Umgehen bzw. die Kathoden zwischengespeichert und/oder gereinigt werden, bevor sie zu der Weiterverarbeitungseinrichtung gelangen.
  • Die dem Raffinierofen nachgeordneten Kokillen sind, wie bereits vorstehend angedeutet, aus dem Raffinierofen befüllbar, wobei das Befüllen auf einfache und praktische Weise z.B. unter Zwischenschaltung mehrerer Wannen vorgenommen werden kann.
  • Bei dem Elektrolysebad kann es sich um ein beliebig ausgebildetes Elektrolysebad handeln, welches dazu eingerichtet ist, unter Verwendung der in den Kokillen gegossenen Anoden reines bzw. nahezu reines Metall durch Abscheidung an einer Kathode zu gewinnen, wobei es sich bei dem Metall insbesondere um Kupfer handeln kann.
  • Der Anodentransport zum Transport von in den Kokillen gegossenen Anoden zu dem Elektrolysebad kann eine beliebige Transporteinrichtung umfassen, die für diese Funktionalität eingerichtet ist, also für das Transportieren von in den Kokillen gegossenen Anoden zu dem Elektrolysebad. Insbesondere kann hierfür ein Industrieroboter vorgesehen sein, der z.B. mit Saughebern ausgestattet ist, um die Anoden aus den Kokillen zu entnehmen und zu dem Elektrolysebad zu transportieren bzw. um die in den Kokillen gegossenen Anoden in das Elektrolysebad einzubringen.
  • Auch der Kathodentransport kann eine beliebige Transportvorrichtung umfassen, die für die vorgesehene Funktionalität eingerichtet ist, also für das Transportieren von Kathoden aus dem Elektrolysebad zu der Weiterverarbeitungseinrichtung.
  • Ferner kann auch der Umgehungstransport eine beliebige Transportvorrichtung umfassen, die dazu eingerichtet ist, die in den Kokillen urgeformten Werkstücke unter Umgehung des Elektrolysebads zu der Weiterverarbeitungseinrichtung zu transportieren. Insbesondere kann auch der Umgehungstransport einen Industrieroboter umfassen, der mit Saughebern versehen bzw. ausgestattet ist, um die in den Kokillen geformten bzw. urgeformten Werkstücke durch Saugkraft zu halten und durch entsprechende Aktivierung des Industrieroboters unter Umgehung des Elektrolysebads zu der Weiterverarbeitungseinrichtung zu transportieren.
  • Bei einer praktischen Ausführungsform der Herstellungsanlage weisen der Anodentransport und der Umgehungstransport eine gemeinsame Fördereinrichtung auf, die wahlweise - vorzugsweise nach vorgebbaren Parametern - Werkstücke aus den Kokillen als Anoden in Richtung des weiteren Anodentransports zu dem Elektrolysebad einerseits Werkstücke aus den Kokillen in Richtung des weiteren Umgehungstransports andererseits transportiert.
  • Durch Vorsehen der gemeinsamen Fördereinrichtung kann auf einfache und praktische Weise der Anodentransport und der Umgehungstransport realisiert werden. Hierfür ist die Fördereinrichtung dazu eingerichtet, wahlweise Werkstücke aus den Kokillen als Anoden in Richtung des weiteren Anodentransports zu dem Elektrolysebad zu transportieren bzw. Werkstücke aus den Kokillen in Richtung des weiteren Umgehungstransports zu transportieren, so dass durch eine einzige gemeinsame Fördereinrichtung gemeinsame Transportwege des Anodentransports und des Umgehungstransports auf einfache und praktische Weise realisiert werden können.
  • Bei der Fördereinrichtung kann es sich um eine beliebige Fördereinrichtung handeln, die dazu eingerichtet ist, die beschriebene Funktionalität durchzuführen. Hierbei kann es sich insbesondere um einen Industrieroboter handeln, welcher z.B. mit Saughebern versehen ist, um z.B. die in den Kokillen gegossenen Anoden aus den Kokillen herauszunehmen bzw. herauszutrennen und anschließend in Richtung des weiteren Anodentransports zu dem Elektrolysebad zu transportieren. Insbesondere kann dieser oder ein weiterer Industrieroboter - der z.B. mit Saughebern versehen sein kann - dafür vorgesehen sein, gegossene Werkstücke aus den Kokillen herauszunehmen bzw. herauszutrennen und in Richtung des weiteren Umgehungstransports zu transportieren.
  • Bevorzugt sind die Kokillen an einem gemeinsamen Kokillenträger angeordnet. Durch die Anordnung der Kokillen an einem gemeinsamen Kokillenträger kann eine sehr kompakte Anordnung bereitgestellt werden, mit welcher auf einfache und praktische Weise ein Befüllen der Kokillen über den Raffinierofen bzw. aus dem Raffinierofen möglich ist.
  • Insbesondere kann der Kokillenträger vorteilhaft um eine vorzugsweise vertikale Achse drehbar sein, so dass durch Drehen des Kokillenträgers jede Kokille in eine vorgesehene Befüllposition zum Befüllen der Kokille mit geschmolzenem Metall des Raffinierofens einbringbar ist. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Kokillen durch Drehen des Kokillenträgers auf einfache und praktische Weise und prozesssicher mit flüssigem Metall bzw. insbesondere mit flüssigem Kupfer befüllt werden.
  • Bei einer praktischen Ausführungsform der Herstellungsanlage ist eine Auftragsvorrichtung zum Auftragen einer Schlichte vorgesehen, deren Arbeitsbereich im Bereich des Kokillenträgers angeordnet ist.
  • Durch eine Auftragsvorrichtung zum Auftragen einer Schlichte, deren Arbeitsbereich im Bereich des Kokillenträgers angeordnet ist, kann auf einfache und praktische Weise auf jede der Kokillen eine Schlichte-Schicht bzw. Schlicht-Beschichtung aufgetragen werden, wobei das Versehen der Kokillen mit der Schlichte-Schicht bzw. Schlicht-Beschichtung mit den bereits oben dargelegten vorteilhaften Wirkungen verbunden ist. Insbesondere kann ein sehr betriebssicheres Auftragen der Schlichte auf die jeweilige Kokille dadurch realisiert werden, dass der Arbeitsbereich der Auftragsvorrichtung im Bereich des Kokillenträgers angeordnet ist.
  • Hierbei ist es insbesondere beispielsweise möglich, eine Arbeitsschicht im laufenden Betrieb, ggf. auch unter einer besonderen Abkühlung, aufzutragen bzw. zu regenerieren, während eine Grundschicht und ggf. auch eine erste Arbeitsschicht während Wartungsvorgängen bzw. insbesondere zwischen zwei Anstichen aufgetragen werden können.
  • Eine Vorrichtung zum Auftragen einer Schlichte auf eine Kokille kann sich dadurch auszeichnen, dass die Auftragsvorrichtung einen Arm aufweist, der eine Auftragseinrichtung umfasst und sequentiell über die Kokille bewegbar ist.
  • Durch eine Auftragsvorrichtung mit einem derartigen Arm - also einem Arm, der dazu eingerichtet ist, sich sequentiell über die Kokille zu bewegen - kann auf einer Kokille eine sehr glatte Beschichtung mit Schlichte bzw. Schlichte-Material ausgebildet werden, welche zudem eine sehr geringe Porengröße aufweist. Eine derartige Schlichte-Beschichtung bzw. Schlichte-Schicht weist infolge der sehr geringen Porengröße und insbesondere infolge ihrer sehr glatten Ausbildung eine sehr hohe Dauerfestigkeit bzw. Langzeitfestigkeit auf, so dass diese insbesondere mehrmaligen Eingießvorgängen von flüssigem erhitztes Metallmaterial ohne wesentliche Beeinträchtigungen bzw. Abtragungserscheinungen widerstehen kann. Die Auftragseinrichtung kann z.B. eine Düse oder einen Pinsel umfassen, um vorteilhaft durch Auftragen der Schlichte insbesondere eine Schlichte-Beschichtung bzw. Schlichte-Schicht mit einer sehr geringen Porengröße schaffen zu können.
  • Insbesondere kann der Arm zwei linear unabhängige Antriebe umfassen. Durch Vorsehen von zwei linear unabhängigen Antrieben kann der Arm vorteilhaft über die zwei Antriebe in zwei Dimensionen über die Kokille bewegt werden, um auf einfache und praktische Weise die jeweilige Kokille mit einer Schichte-Schicht zu versehen. Vor allem kann durch diese bereitgestellte Beweglichkeit des Arms auch auf einfache und praktische Weise eine Schicht bzw. Beschichtung mit einer vorgegebenen Dickenverteilung auf einer jeweiligen Kokillenfläche ausgebildet werden. Je nach Anwendungsfall kann eine vorgegebene Dickenverteilung der Schlichte-Schicht wesentlich zur Qualität des Gießprodukts, also z.B. einer Anode, beitragen.
  • Es versteht sich, dass zumindest eine der Bewegungskomponenten, insbesondere ein Bewegung parallel zu der ohne vorgesehen Bewegungsrichtung der Kokille, ggf. aber auch beide Bewegungskomponenten auch durch ein entsprechendes Bewegen der Kokille realisiert werden können. Ebenso versteht es sich, dass ggf. auch ein Industrieroboter oder ähnliches hierfür zum Einsatz kommen kann.
  • Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform der Auftragsvorrichtung ist eine Kokillentemperierung vorzugsweise eine Kokillenheizung, sowie ein Kokillenthermometer vorgesehen.
  • Durch Vorsehen der Kokillentemperierung bzw. Kokillenheizung kann insbesondere in Verbindung mit einem Kokillenthermometer die Auftragung der Schlichte mit einer sehr genauen Temperaturführung der Kokille verbunden werden. Auf diese Weise können insbesondere die für die Ausbildung einer sehr dauerfesten bzw. langzeitfesten Beschichtung erforderlichen Kokillentemperaturen durch Steuern und/oder Regeln vorgegeben werden.
  • Allen obigen Verfahren, Anlagen und Vorrichtungen beruhen auf der gemeinsamen Grundidee, dass nicht alles Kupfer elektrolytisch in sehr reiner Form gewonnen werden muss, sondern, dass es möglich ist, bei geeigneten Randparametern einen Teil des Kupfers unmittelbar nach dem Raffinieren ggf. unter Beigabe von elektrolytisch gewonnenem Kupfer weiterzuverarbeiten.
  • Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
  • Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Aufsicht auf einen Teil einer Anlage zur Herstellung von Kupferhalbzeug;
    Figur 2
    die Auftragsvorrichtung nach Figur 1 in Aufsicht;
    Figur 3
    die Auftragsvorrichtung nach Figuren 1 und 2 in einer Frontansicht;
    Figur 4
    die Auftragsvorrichtung nach Figuren 1 bis 3 in einer Seitenansicht; und
    Figur 5
    eine schematische Ansicht des restlichen Teils der in Figur 1 dargestellten Anlage zur Herstellung von Kupferhalbzeug.
  • Die in den Figuren 1 und 5 schematisch dargestellte Anlage 26 zur Herstellung von Kupferhalbzeug 10 (vergleiche hierzu insbesondere auch Figur 5) umfasst einen Raffinierofen 28, dem Raffinierofen 28 nachgeordnete Kokillen 12, die aus dem Raffinierofen 28 unter Zwischenschaltung einer Eingießwanne 22 und einer Portionierwanne 24 befüllbar sind, und ein Elektrolysebad 30. Bei der Eingießwanne 22 und der Portionierwanne 24 handelt es sich um Wannen einer Eingießvorrichtung 20 sind zum Eingießen von schmelzflüssigem Metall in die Kokillen 12 bzw. zum Befüllen der Kokillen 12 mit schmelzflüssigem Metall.
  • Die Herstellungsanlage 26 umfasst ferner einen Anodentransport 31 zum Transport von in den Kokillen 12 gegossenen Anoden 14 zu dem Elektrolysebad 30, eine dem Elektrolysebad 30 nachgeordnete Weiterverarbeitungseinrichtung 32 (vergleiche Figur 5) und einen Kathodentransport 34 (vergleiche Figur 1) zum Transport von Kathoden 16 aus dem Elektrolysebad 30 zu der Weiterverarbeitungseinrichtung 32.
  • Ferner ist zwischen den Kokillen 12 und der Weiterverarbeitungseinrichtung 32 ein Umgehungstransport 36 vorgesehen, mit dem in den Kokillen 12 urgeformte Werkstücke 15 unter Umgehung des Elektrolysebads 30 zu der Weiterverarbeitungseinrichtung 32 (vergleiche Figur 5) transportierbar sind.
  • Der Anodentransport 31 und der Umgehungstransport 36 weisen eine gemeinsame Fördereinrichtung 38 auf, die wahlweise Werkstücke 14, 15 aus den Kokillen 12 als Anoden 14 in Richtung des weiteren Anodentransports 31 zu dem Elektrolysebad 30 einerseits Werkstücke 14, 15 aus den Kokillen 12 in Richtung des weiteren Umgehungstransports 36 andererseits transportiert.
  • Die Kokillen 12 sind an einem gemeinsamen Kokillenträger 54 angeordnet, der um eine vertikale Achse 84 drehbar ist.
  • Die Herstellungsanlage 26 weist ferner eine Auftragsvorrichtung 40 (vergleiche Figur 1) zum Auftragen einer Schlichte 18 (vergleiche Figur 4) auf eine Kokille 12 auf, deren Arbeitsbereich im Bereich des Kokillenträgers 54 angeordnet ist (vergleiche Figur 1).
  • Die Auftragsvorrichtung 40 weist einen Arm 42 (vergleiche Figur 4) auf, der eine Auftragseinrichtung 44 mit einer Düse 86 umfasst und sequentiell über die jeweilige Kokille 12 bewegbar ist. Der Arm 42 umfasst zwei linear unabhängige Antriebe 50, 52, um eine zweidimensionale Beweglichkeit des Arms 42 über der jeweiligen Kokille 12 bereitzustellen (vergleiche auch Figur 2, dort auch in Verbindung mit den zwei Doppelpfeilen).
  • Der Antrieb 52 ist dazu eingerichtet, eine geradlinige Beweglichkeit des Arms 42 in einer Richtung rechtwinklig zur Längserstreckung des Arms 42 bzw. rechtwinklig zur Längserstreckung der Auftragsvorrichtung 40 unter Verwendung eines Schlittens 60 bereitzustellen, welcher in Bewegungsrichtung auf einem Sockel 58 längsbeweglich angebracht ist.
  • Der Antrieb 50 ist dazu eingerichtet, eine geradlinige Beweglichkeit des Arms 42 parallel zur Längsrichtung des Arms 42 bzw. parallel zur Längserstreckung der Auftragsvorrichtung 40 bereitzustellen, wobei der Antrieb 50 hierfür einen Linearaktuator 88 (vergleiche Figur 2) umfasst, der mit dem Schlitten 60 verbunden ist.
  • Die Auftragsvorrichtung 40 ist ferner mit einer Kokillentemperierung in Form einer Kokillenheizung 46 sowie mit einem Kokillenthermometer 48 versehen (vergleiche Figuren 3 und 4).
  • Die dem Elektrolysebad 30 nachgeordnete Weiterverarbeitungseinrichtung 32 (vergleiche Figur 5) umfasst eine Ladevorrichtung 62 und einen Ofen 64. Über die Ladevorrichtung 62 sind Kupferkathoden 16, welche unter Verwendung von Kupferanoden 14 in dem Elektrolysebad 30 durch Elektrolyse gebildet wurden, in den Ofen 64 einbringbar. Ferner sind über die Ladevorrichtung 62 in den Ofen 64 auch Kupferanoden 14 bzw. Werkstücke 15 einbringbar, bei denen es sich insbesondere um in den Kokillen 12 gegossene Werkstücke handeln kann, die sich z.B. infolge einer ungleichmäßigen Entnahme aus den Kokillen 12 oder infolge eines ungleichmäßigen Gießvorgangs nicht für den Transport zu dem Elektrolysebad 30 eignen, weil z.B. die zum Transport vorgesehenen Anodenohren 100 nicht in der erforderlichen Form ausgebildet wurden. Das durch Erhitzen in dem Ofen 64 bereitgestellte schmelzflüssige Metall wird zur weiteren Verarbeitung einem Gieß- und Warmhalteofen 66 zugeführt.
  • Über den Gieß- und Warmhalteofen 66 wird das schmelzflüssige Metall weiteren Vorrichtungen der Weiterverarbeitungseinrichtung 32 zugeführt, und zwar im einzelnen einer Gießrinne 68, einem Gießer 70, einer Barrenverarbeitung 78 mit einer Führung 72 und einem Trennwerk 74, einem Walzwerk 76, einer Kühlstrecke 80 und einem Spiralsammler 82, zum Sammeln des Kupferhalbzeugs 10 in Form eines Drahtes.
  • Bei einem Verfahren zur Herstellung von Kupferhalbzeug 10 unter Verwendung der Herstellungsanlage 26 wird zunächst Kupfer in dem Raffinierofen 28 geschmolzen und in einem Anstich innerhalb mehrerer der Kokillen 12 zu Kupferanoden gegossen. Zur Realisierung des Anstichs werden die Kokillen 12 aus dem Raffinierofen 28 befüllt, und zwar unter Zwischenschaltung der Eingießwanne 22 und der Portionierwanne 24. Die Kokillen 12 werden zeitlich aufeinanderfolgend gefüllt, wobei die Kokillen 12 hierfür jeweils durch Drehen des Kokillenträgers 54 um die vertikale Achse 84 in die durch die den Raffinierofen 28 definierte Füllposition gebracht werden.
  • Über eine mit dem Raffinierofen 28 verbundene Zulaufrinne 29 können die Eingießwanne 22 und die Portionierwanne 24 mit schmelzflüssigem Kupfer des Raffinierofens zum Weiterleiten in die jeweilige Kokille 12 gefüllt werden. Nach dem Gießen der Kupferanoden 14 werden durch Elektrolyse unter Verwendung wenigstens einer der Kupferanoden 14 in dem Elektrolysebad 30 Kupferkathoden 16 gebildet und diese Kupferkathoden 16 dann zu dem Kupferhalbzeug 10 in Form eines Drahts mittels der Weiterverarbeitungseinrichtung 32 (vergleiche Figur 5) weiterverarbeitet.
  • Das obige Verfahren zeichnet sich nun dadurch aus, dass ein Teil der in die Kokillen 12 gegossenen Werkstücke 14, 15, die nach dem Eingießen in die Kokillen 12 und nach Erreichen einer gewissen Formbeständigkeit mittels der Entnahmevorrichtung 56 aus den Kokillen 12 entnommen werden, unmittelbar zu dem Kupferhalbzeug 10 weiterverarbeitet werden, wobei zumindest ein Teil der unmittelbar zu Kupferhalbzeug 10 weiter zu verarbeitenden Werkstücke 15 mit den Kupferkathoden 16 gemeinsam zu dem Kupferhalbzeug 10 weiterverarbeitet wird (vergleiche auch Figur 5).
  • Bei den Werkstücken die unmittelbar - also unter Umgehung einer Elektrolyse in dem Elektrolysebad 30 - zu dem Kupferhalbzeug 10 weiterverarbeitet werden, handelt es sich - wie bereits oben dargelegt - insbesondere um Werkstücke 15, die sich infolge eines ungleichförmigen Füllvorgangs bzw. infolge einer ungleichmäßigen Entnahme aus den Kokillen und eine damit einhergehende Verformung nicht für die Einbringung in das Elektrolysebad 30 mittels des Anodentransports 31 eignen. Ebenso können natürlich als Anoden geeignete Werkstücke dementsprechend unmittelbar weiterverarbeitet werden.
  • Um die Werkstücke 15 unter Umgehung der Elektrolyse unmittelbar zu dem Kupferhalbzeug 10 zu verarbeiten, werden die Werkstücke 15 mittels einer Überführungseinrichtung 96 der Fördereinrichtung 38 in einen ersten Zwischenspeicher 94 überführt. Ausgehend von dieser Position in dem ersten Zwischenspeicher 94 werden die Werkstücke 15 über einen Greifer 90 in Richtung des weiteren Anodentransports 31 und ferner in Richtung des weiteren Umgehungstransports 36 unter Umgehung des Elektrolysebads 30 in einen zweiten Zwischenspeicher 98 gebracht. Ein weiterer Greifer 92, der auch zur Realisierung des Umgehungstransports 36 vorgesehen ist, entnimmt die Werkstücke 15 dem zweiten Zwischenspeicher 98 zwecks Transports zu der Weiterverarbeitungseinrichtung 32 (vergleiche Figur 5).
  • Selbstverständlich ist die Weiterverarbeitung in der Weiterverarbeitungsvorrichtung 32 unter Umgehung der Elektrolyse in den Elektrolysebad 30 nicht nur auf die Werkstücke 15 beschränkt, die sich - wie bereits oben dargelegt - nicht für den Transport bzw. das Einbringen in das Elektrolysebad 30 eignen. Auch gegossene Kupferanoden 14 oder allgemein durch Gießen in den jeweiligen Kokillen 12 bereitgestellte Gießprodukte können mittels des Umgehungstransports 30 unter Umgehung der Elektrolyse unmittelbar in der Weiterverarbeitungseinrichtung 32 zu dem Kupferhalbzeug 10 weiterverarbeitet werden.
  • Sofern eine Elektrolyse vorgenommen werden soll, dient der erste Greifer 90 dem Überführen der jeweiligen Kupferanode 14 von dem ersten Zwischenspeicher 94 in das Elektrolysebad 30. Der zweite Greifer 92 dient - sofern keine Umgehung vorgesehen ist - auch der Entnahme der durch die Elektrolyse in dem Elektrolysebad 30 bereitgestellten Kupferkathode 16 aus dem Elektrolysebad 30 und dem sich hieran anschließenden Transport der Kupferkathode 16 zu der Weiterverarbeitungseinrichtung 32 (vergleiche Figur 5).
  • In der Weiterverarbeitungseinrichtung 32 werden dann ein Teil der unmittelbar zu dem Kupferhalbzeug 10 weiter zu verarbeitenden Werkstücke 15 mit Kupferkathoden 16 gemeinsam zu dem Kupferhalbzeug 10 weiterverarbeitet, und zwar derart, dass die Werkstücke 14 und die Kupferkathoden 16 mittels der Ladevorrichtung 62 in den Ofen 64 eingebracht werden und dort zu einem schmelzflüssigem Halbzeugmaterial erhitzt werden. Das schmelzflüssige Halbzeugmaterial wird dem Gieß- und Warmhalteofen 66 zugeführt und von da aus über die über die Gießrinne 68, den Gießer 70 der Barrenverarbeitung 78 zugeführt, von wo aus eine Weiterverarbeitung in dem Walzwerk 76 erfolgt. Das zu einem Draht verarbeitete Halbzeugmaterial 10 wird nach Durchlaufen einer Kühlstrecke 80 in einem Spiralsammler 82 gesammelt.
  • Während eines Anstichs werden die Kokillen 12 unter Drehung des Kokillenträgers 54 getaktet der Eingießvorrichtung 20 zugeführt. Außerhalb dieser Taktung - also insbesondere z.B. in Betriebspausen, in denen kein Befüllen der Kokillen 12 mit geschmolzenem Kupfer erfolgt, wird auf jede der Kokille 12 eine Langzeitbeschichtung als Schlichte aufgetragen, wobei die Langzeitbeschichtung zweischichtig ausgebildet ist und eine Grundschicht und eine Arbeitsschicht umfasst.
  • Die Arbeitsschicht wird nach dem Auftragen der Grundschicht auf dieselbe aufgetragen.
  • Das Auftragen erfolgt unter Verwendung der Auftragsvorrichtung 40, wobei hierfür der Arm 42 mit der Auftragseinrichtung 44 sequentiell über die jeweilige Kokille 12 bewegt wird, um die Schlichte 18 sequentiell über die Düse 86 auf die jeweilige Kokille 12 aufzusprühen. Hierbei wird unter anderem durch Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit bei dem sequentiellen Auftrag die Schichtdicke der Schlichte gesteuert. Ergänzend wird die Steuerung der Schichtdicke der Schlichte dadurch verbessert bzw. verfeinert, dass auch eine Steuerung des Volumenstroms und des Drucks der Schlichte 18 vorgenommen wird, welcher über die Düse 86 (vergleiche Figur 4) aus der Auftragseinrichtung 44 austritt.
  • Während des Auftragens der Schlichte auf die Kokillen 12 zum Bilden der Langzeitbeschichtung werden die jeweiligen Kokillen 12 temperiert. Die Temperierung der Kokillen 12 erfolgt unter Verwendung der Kokillentemperierung der Auftragsvorrichtung 40 in Form der Kokillenheizung 46. Hierdurch ist eine sehr genaue Temperaturführung möglich, insbesondere weil die Kokillentemperierung eine nicht näher veranschaulichte Regelungseinrichtung zum Regeln der mittels des Kokillenthermometers 48 messbaren Temperatur aufweist.
  • Zum Erzielen einer sehr dauerfesten bzw. betriebssicheren Langzeitbeschichtung wird jede der Kokillen 12 derart temperiert, dass die Grundschicht bei einer Temperierung der Kokillen 12 auf zwischen 105°C und 115°C aufgetragen wird, und dass die Arbeitsschicht bei einer Temperierung der Kokillen 12 auf unter 180°C aufgetragen wird. Bezugszeichenliste:
    10 Kupferhalbzeug 54 Kokillenträger
    12 Kokille 56 Entnahmevorrichtung
    14 Kupferanode 58 Sockel
    15 Werkstück 60 Schlitten
    16 Kupferkathode 62 Ladevorrichtung
    18 Schlichte 64 Ofen
    20 Eingießvorrichtung 66 Gieß- und Warmhalteofen
    22 Eingießwanne 68 Gießrinne
    24 Portionierwanne 70 Gießer
    26 Herstellungsanlage 72 Führung
    28 Raffinierofen 74 Trennwerk
    29 Zulaufrinne 76 Walzwerk
    30 Elektrolysebad 78 Barrenverarbeitung
    31 Anodentransport 80 Kühlstrecke
    32 Weiterverarbeitungseinrichtung 82 Spiralsammler
    34 Kathodentransport 84 vertikale Achse
    36 Umgehungstransport 86 Düse
    38 Fördereinrichtung 88 Linearaktuator
    40 Auftragsvorrichtung 90 Greifer
    42 Arm 92 Greifer
    44 Auftragseinrichtung 94 erster Zwischenspeicher
    46 Kokillenheizung 96 Überführungseinrichtung
    48 Kokillenthermometer 98 zweiter Zwischenspeicher
    50 Antrieb 100 Anodenohr
    52 Antrieb

Claims (16)

  1. Verfahren zur Herstellung von Kupferhalbzeug (10), bei welchem zunächst Kupfer geschmolzen und in einem Anstich innerhalb mehrerer Kokillen (12) zu Kupferanoden (14) gegossen, anschließend durch Elektrolyse unter Verwendung wenigstens einer der Kupferanoden (14) Kupferkathoden (16) gebildet und diese Kupferkathoden (16) dann zu Kupferhalbzeug (10) weiterverarbeitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der in den Kokillen (12) gegossenen Werkstücke (14, 15) unmittelbar zu Kupferhalbzeug (10) weiterverarbeitet wird.
  2. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der unmittelbar zu Kupferhalbzeug (10) weiter zu verarbeitenden Werkstücke (14, 15) mit den Kupferkathoden (16) gemeinsam zu Kupferhalbzeug (10) weiterverarbeitet wird.
  3. Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens eine der Kokillen (12) eine Langzeitbeschichtung als Schlichte (18) und/oder eine schwefelfreie Schlichte (18) aufgetragen wird.
  4. Herstellungsverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillen (12) während eines Anstichs getaktet einer Eingießvorrichtung (20) zugeführt werden und wenigstens ein Teil der Schlichte (18) außerhalb der Taktung aufgetragen wird.
  5. Herstellungsverfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Grundschicht der Schlichte (18), vorzugsweise auch eine auf die Grundschicht aufgetragene Arbeitsschicht, außerhalb der Taktung aufgetragen wird.
  6. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlichte (18) mehrlagig aufgetragen wird, dass die Schlichte (18) sequentiell aufgesprüht wird und/oder dass wenigstens einer der Kokillen (12) während des Auftragens temperiert wird.
  7. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Steuerung der Bewegungsgeschwindigkeit bei dem sequentiellen Auftrag die Schichtdicke der Schlichte gesteuert wird.
  8. Herstellungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokille (12) während des Auftragens auf unter 200 °C, vorzugsweise auf unter 180 °C, insbesondere auf zwischen 100 °C und 125 °C, vorzugsweise auf zwischen 105 °C und 115 °C, temperiert wird.
  9. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlichte (18) als Grundschicht und als Arbeitsschicht aufgetragen wird, wobei vorzugsweise die Grundschicht bei einer Temperierung der Kokille (12) auf zwischen 100 °C und 125 °C, vorzugsweise auf zwischen 105 °C und 115 °C, und die Arbeitsschicht bei einer Temperierung der Kokille auf unter 200 °C, vorzugsweise auf unter 180 °C, aufgetragen wird.
  10. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Steuerung des Volumenstroms und/oder des Drucks der Schlichte (18) die Schichtdicke der Schlichte (18) gesteuert wird.
  11. Anlage (26) zur Herstellung von Kupferhalbzeug (10)
    i. mit einem Raffinierofen (28),
    ii. mit dem Raffinierofen (28) nachgeordneten Kokillen (12), die aus dem Raffinierofen (28) befüllbar sind,
    iii. mit einem Elektrolysebad (30),
    iv. mit einem Anodentransport (31) zum Transport von in den Kokillen (12) gegossenen Anoden (14) zu dem Elektrolysebad (30) und
    v. mit einer dem Elektrolysebad (30) nachgeordneten, in den Kokillen (12) urgeformte Werkstücken zu Kupferhalbzeug (10) weiterverarbeitenden Weiterverarbeitungseinrichtung (32) und
    vi. mit einem Kathodentransport (34) zum Transport von Kathoden (16) aus dem Elektrolysebad (30) zu der Weiterverarbeitungseinrichtung (32),
    dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kokillen (12) und der Weiterverarbeitungseinrichtung (32) ein Umgehungstransport (36) vorgesehen ist, mit dem in den Kokillen (12) urgeformte Werkstücke (14, 15) unter Umgehung des Elektrolysebads zu der Weiterverarbeitungseinrichtung (32) transportierbar sind.
  12. Herstellungsanlage (26) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Anodentransport (31) und der Umgehungstransport (36) eine gemeinsame Fördereinrichtung (38) aufweisen, die wahlweise Werkstücke (14, 15) aus den Kokillen (12) als Anoden (14) in Richtung des weiteren Anodentransports zu dem Elektrolysebad einerseits und Werkstücke (14, 15) aus den Kokillen (12) in Richtung des weiteren Umgehungstransports andererseits transportiert.
  13. Herstellungsanlage (26) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kokillen (12) an einem gemeinsamen Kokillenträger (54) angeordnet sind, wobei vorzugsweise ein Arbeitsbereich einer Auftragsvorrichtung (40) zum Auftragen einer Schlichte (18) im Bereich des Kokillenträgers (54) angeordnet ist.
  14. Herstellungsanlage (26) nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (40) zum Auftragen einer Schlichte (18) auf eine Kokille (12), wobei die Auftragsvorrichtung (40) einen Arm (42) aufweist, der eine Auftragseinrichtung (44) umfasst und sequentiell über die Kokille (12) bewegbar ist.
  15. Herstellungsanlage (26) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (42) zwei linear unabhängige Antriebe (50, 52) umfasst.
  16. Herstellungsanlage (26) nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch eine Kokillentemperierung, vorzugsweise durch eine Kokillenheizung (46), sowie durch ein Kokillenthermometer (48).
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