FI72752C - Desoxidation av smaelt koppar. - Google Patents

Description

72752

SULAN KUPARIN DEOKSIDAATIO

Tämä menetelmä kohdistuu hapen poistoon kuparisulasta lähinnä anodiuunissa käyttämällä pelkistykseen kaasumaista hiilivetyä kuten propaania tai butaania ia inerttiä kaasua kuten typpeä.

Kuparisulaan liuenneen hapen poistamiseksi käytetään nykyisin yleensä kaasumaisia hiilivetyjä kuten luonnon-kaasua, propaania tai butaania. Hiilivedyn reagoidessa sulan kuparin kanssa se hajoaa pelkistyskomponenteik-seen eli hiileksi ja vedyksi. Pelkistyksen tarkoituksena on, että hiili ja vety reagoivat kupariin liuenneen hapen kanssa. Tunnettua on, että pelkistyksen hyötysuhde jää yleensä pieneksi. Se osa kaasusta, joka ei reagoi toivotulla tavalla sulassa olevan hapen kanssa, palaa osittain uunin kaasutilassa sulan yläpuolella, osittain uunin jälkeisissä laitteissa ja osittain jää palamatta ja näkyy nokena poistokaasuissa. Hyötysuhde yleensä vielä huononee prosessin kuluessa ja jää 20-40 % tuntumaan, joten huono hyötysuhde merkitsee tarpeettoman suurta propaanin kulutusta.

Huono hyötysuhde johtuu ainakin osittain siitä, että pelkistävä kaasu ei kohtaa kupariin liuennutta happea riittävän tehokkaasti. Asiaa on yritetty ratkaista mm. siten, että uunin pohjalle sijoitetaan useita suuttimia tai varsinaisena suuttimena on huokoinen tiili tai sen tyyppinen rakenne. Huokoinen tiili dispergoi kaasun ja osittain parantaa hyötysuhdetta, mutta tällä tavoin ei vielä saada aikaan tehokkaaseen pelkistymiseen tarvittavaa riittävää pelkistettävän materiaalin sekoitusta.

Aikaisemmin on happea poistettu sulasta kuparista esim. luonnonkaasun (pääasiassa metaania) avulla, joka on ennen uuniin syöttöä lähes kokonaan reformoitu hiilimonoksidiksi ja vedyksi, kuten on kuvattu patentti- 2 72752 julkaisussa US 2 989 397. Reformoitu kaasu saadaan kun maakaasu osittain poltetaan ilmalla sopivan katalyytin läsnäollessa. Reformoidussa kaasussa on CO-pitoisuus noin 17 %, H^-pit. 30 % ja ^-pitoisuus noin 47 %.

Kuten edellä olevastakin käy ilmi, kaasun käsittelyyn tarvitaan erillinen reformointilaite ennen anodiuunia.

US-patenttijulkaisussa 3 604 698 on kuvattu hiilivedyn kuten metaanin, etaanin, propaanin tai butaanin syöttöä uuniin yhdessä vesihöyryn kanssa. Hiilivedyn ja vesihöyryn syöttö tapahtuu lanssin kautta siten, että hiilivety osittain reformoituu lanssissa hiilimonoksidiksi ja vedyksi vesihöyryn vaikutuksesta.

Tunnetaan myös US-patenttijulkaisun 3 619 177 mukainen tapa poistaa happea kuparisulasta, jolloin luonnonkaasua johdetaan ilman kanssa sulaan. Ilman happi hapettaa luonnonkaasua, deformoi sitä, jolloin syntyy vetyä ja hiilimonoksidia. Sulan pintaan johdetaan vielä edullisesti ilmaa, jolloin myös kylvyn yläpuolelle syntyy hapettava atmosfääri, joka vähentää poistokaasujen saastuneisuutta.

US-patenttijulkaisun 3 767 383 mukaisella menetelmällä kuparisulan happi poistetaan alipaineessa, joka on alle 0,002 atm, kiinteän hiilen avulla. Samanaikainen sulan huuhtelu inertillä kaasulla kuten typellä tai argonilla pienentää niitä vaikeuksia, jotka liittyvät liuenneeseen vetyyn alhaisissa happipitoisuuksissa.

Nyt olemme suoritetuissa kokeissa todenneet, että käyttämällä kaasumaisen hiilivedyn kuten propaanin tai butaanin lisäksi typpeä sulan kuparin deoksidoimiseen, saadaan käytetyn hiilivedyn hyötysuhde nousemaan, joka merkitsee hiilivedyn kulutuksen laskua. Lisäksi täy-dellisemmästä hiilivedyn palamisesta johtuen nokipäästöt vähenevät. Keksinnön olennaiset tunnusmerkit käyvät esille vaatimuksesta 1.

3 72752

Kuten edellä esitetystä tekniikan tasosta käy ilmi, aikaisemmin on kaasumaisen hiilivedyn kanssa syötetty ilmaa tai vesihöyryä, mutta näiden tehtävänä on ollut hiilivedyn reformoiminen ennen sen joutumista sulaan tai sulassa, kiinteää polttoainetta käytettäessä on tvppihuuhtelu liittynyt liuenneeseen vetyyn ja lisäksi deoksidointi on tapahtunut suuressa alipaineessa.

Nyt kehitetyssä menetelmässä on typpilisäyksellä pystytty parantamaan sulan kuparin kiertoliikettä anodiuunis-sa, jolloin uunissa syntyvät propaanin hajoamistuotteet pääsevät mahdollisimman hyvään kosketukseen kupariin liuenneen hapen kanssa. Syötettäessä pelkkää hiilivetyä hajoamistuotteet reagoivat vain syöttöpisteen läheisyydessä sijaitsevan hapen kanssa, nyt reaktiot tapahtuvat kautta koko sulan.

Hapen määrän vähentäminen kuparisulasta suoritetaan atmosfäärisissä olosuhteissa anodiuunissa, ja tehokkaan sekoituksen aikaansaamiseksi sulaan puhalletaan propaanin tai butaanin lisäksi typpeä. Typpi on lämpötalou-dellisesti edullisempi vaihtoehto kuin esim. vesihöyry ja se on myös laiteteknisesti helpompi käsitellä kuin vesihöyry.

Typen ja propaanin (tai butaanin) johtaminen sulaan tapahtuu olemassa olevien hormien kautta, joten mitään erityisiä laiteratkaisuja ei tarvita.

Koska typpi tai jokin muu sopiva inerttikaasu kuten argon toimii sekoittajana deoksidaatiossa, on edullista, että tämän kaasun määrä on riittävän suuri, esim. 40-80 % koko kaasumäärästä. On myös mahdollista johtaa sulaan pelkästään inerttikaasua, jos uunin lämmitykseen syötettävä öljy poltetaan riittävän pienellä ilmakertoimella, esim. alle 0.8.

4 72752

Edullisesti pelkistys voidaan suorittaa prosessin kuluessa säätämällä propaani-typpisuhdetta sulan kuparin happipitoisuuden funktiona. Kun pelkistysjakson alussa sulan kuparin happipitoisuus on suuri, propaanin määrä kaasuseoksessa on typen määrää suurempi, esim. 3:1. Happipitoisuuden laskiessa pelkistävän kaasun määrä inerttikaasun määrään nähden portaattomasti pienenee. Pelkistys voidaan suorittaa myös ns. porrasajona, jolloin on edullista, että ensimmäisessä vaiheessa propaani/typpisuhde on noin 3:1, mutta toisessa vaiheessa typen osuus on propaanin osuutta suurempi, ja kokonaisuutena typen osuus koko kaasumäärästa on edellä esitetyllä tasolla.

Typpeä lisäämällä on propaanin hyötysuhde saatu nousemaan alueelle 50-80 %, mutta on ilman muuta selvää, että syötysuhdetta voidaan tästäkin vielä nostaa seos-suhteita yms. optimoimalla. Samalla on todettu, että poistokaasuissa on entistä vähemmän hiiltä, jolloin noen määrä poistokaasuissa pienenee. On myös todettu, että uunin pölymäärät pienenevät ja että käytetty typpi jäähdyttää jonkin verran poistokaasuja.

Keksintöä kuvataan vielä oheisten esimerkkien avulla:

Esimerkki 1.

Teollisuusmittakaavaiseen anodiuuniin, jossa oli sulaa kuparia noin 200 t, syötettiin propaania ja typpeä ns. porrasajona, jolloin alussa propaania ja typpeä syötettiin kumpaakin 200 Nm^/h. Tämän ensimmäisen vaiheen pituus oli 30 min. Toisessa jaksossa, jonka pituus oli 3 100 min, propaania syötettiin 100 Nm /h ja tvppeä 300 Nm /h. Sulan happipitoisuus oli deoksidoinnin alussa 9500 ppm ja lopussa 5863 ppm. Arvoista voidaan laskea, että propaanin käytön hyötysuhde oli 54,7 %.

5 72752

Esimerkki 2.

Deoksiäointi suoritettiin jälleen porrasajona. Ensimmäisessä jaksossa, jonka pituus oli 30 min, syötettiin 3 3 propaania 300 Nm /h ja typpeä 100 Nm /h. Toisessa jak- 3 sossa syötettiin sekä propaania, että typpeä 200 Nm /h ja jakson pituus oli 30 min. Sulan kuparin happipitoisuus oli alussa 7594 ppm ja lopussa 1894 ppm. Propaanin käytön hyötysuhde oli 70,2 %.

Esimerkki 3.

Sulaa kuparia sisältävään anodiuuniin syötettiin koko deoksidointijakson ajan propaania 100 Nm^/h ja typpeä 400 Nm /h. Lämmitykseen käytettiin öljyä 665 kg ja se poltettiin ilmakertoimella 0.78. Sulan happipitoisuus deoksidoinnin alussa oli 7624 ppm ja lopussa 3082 ppm. Propaanin käytön hyötysuhde oli 89,4 %.

Claims (10)

1. 6 72752
2. 1. Menetelmä hapen poistamiseksi sulasta kuparista, tunnettu siitä, että sulaan puhalletaan kaasumaista hiilivetyä, ja tämän ohella inerttiä kaasua hyvän sekoituksen aikaansaamiseksi kuparisulassa.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasumainen hiilivety on propaani.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasumainen hiilivety on butaani.
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inerttikaasu on typpi.
6. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inerttikaasu on argon.
7. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että inerttikaasun määrä on 40-80 % kokonaiskaasumäärästä. 7. ' Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapen poisto suoritetaan säätämällä hiilivety/inerttikaasu-suhdetta portaattomasti sulan kuparin happipitoisuuden funktiona. 7 72752
8. 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että deoksidoinnin alussa hiilivety-inerttikaasusuhde on 3:1 ja hiilivedyn määrä kaasuseoksessa laskee happipitoisuuden laskun funktiona.
9. 9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapen poisto suoritetaan porrasajona, jolloin ensimmäisessä vaiheessa kaasumaisen hiilivedyn osuus kokonaismäärästä on suurempi kuin inerttikaasun ja toisessa vaiheessa inerttikaasun määrä on vähintään sama kuin kaasumaisen hiilivedyn osuus.
10. 10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä vaiheessa hiilivety/inerttikaasusuhde on 3:1. 8 72752