NO149103B

NO149103B - Analogifremgangsmaate til fremstilling av dehydropeptider

Info

Publication number: NO149103B
Application number: NO800151A
Authority: NO
Inventors: Eugen Etschenberg; Haireddin Jacobi; Wolfgang Opitz
Original assignee: Troponwerke Gmbh & Co Kg
Priority date: 1979-02-07
Filing date: 1980-01-22
Publication date: 1983-11-07
Also published as: JPS55105654A; DE2904512A1; DE3060669D1; CA1147725A; IL59295A; ES488301A0; EP0017705B1; IL59295A0; DK52080A; EP0017705A1; US4285935A; GR73033B; NO800151L; ES8203334A1; ATE1352T1; HU181052B; FI800350A

Abstract

Nye dehydropeptider med formel (). hvori. betyr hydrogen, eventuelt substituert alkyl, alkenyl, aralkyl, aralkenyl, aryl, alkoksy eller en heterocyklisk ring, . betyr en eventuelt med alkyl, aryl, alkoksy, hydroksy, nitro, amino, acylamino eller halogen substituert fenylrest,. Rog R. betyr hver et hydrogenatom eller sammen en ekstra. binding mellom de to C-atomer. Rbetyr hydroksy eller eventuelt substituert. alkoksy, aralkoksy eller amino og. n betyr 1 eller 0,. samt forbindelsene hvori Rogbetyr hydrogen, hvori asymmetrisentret C kan foreligge i substituenten Ri racemat- samt D- og L-form,. anvendelige som tumor- og vevsopplsende midler.Fremstilling av peptidene er beskrevet.

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av smeltet kobber med

et ønsket oksygeninnhold.

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for smelting av kobber med varme gasser i en vertikal ovn uten inn-

føring av uønskede mengder av oksygen i kobberet under smeltingen. Særlig ved-

rører oppfinnelsen smelting av kobber-

katoder med slike gasser i en sådan ovn uten innføring av uønskede mengder av oksygen eller svovel i kobberet, så at nød-vendigheten av blåsdng eller poling av det smeltede metall før støping unngåes.

Det er tidligere gjort mange forsøk på

å smelte kobber i en vertikal brenselfyrt ovn. De tidligere forsøk var imidlertid metallurgisk uheldige derved at kobberet under smeltingen ble forurenset med uaksepterbare mengder av oksygen og svovel. En konsekvens av disse feilslåtte forsøk er at til tross for visse iakttatte potensielle fordeler ved sådan smelting, er kobberkatoder hittil aldri blitt smeltet industrielt i en vertikal brenselfyrt ovn.

Isteden har industrien, i mangel av en

bedre prosess, hittil smeltet slike katoder enten i elektriske ovner eller i konvensjo-

nelle flammeovner ved bruk av strålings-

varme, og derefter underkastet det smelte-

de kobber blåsing og poling for å fjerne svovel og oksygen før kobberet støpes.

Oppfinnelsen er særlig nyttig for smel-

ting av kobberkatoder. Som kjent frem-

stilles kobberkatodene industrielt ved en elektrolytisk raffineringsprosess hvor urent kobber brukes som anode og såkalte kob-

berstartplater, som er relativt tynne blikk av handelsrent kobber, brukes som katoder i en egnet elektrolytt — eksempelvis en vandig oppløsning av svovelsyre og kob-bersulfat. Under elektrolysen oppløses kob-

beret i anoden og går over i elektrolytten,

og fra denne utfelles det som handelsrent kobber på startblikkene og danner kobberkatoder. Når en tilstrekkelig mengde kob-

ber på denne måte er blitt utfelt, fjernes katodene fra elektrolytten og vaskes for å

fjerne så meget som gjørlig av den ved-heftende elektrolytt. I praksis anvendes det anoder og katoder med samme gene-

relle form og størrelse. I alminnelighet har de en plan form, hvor de plane over-

flater enten er rektangulære eller, vanli-

gere, kvadratiske; dimensjonene av sidene av den plane overflate strekker seg fra omtrent 62 til 100 cm, skjønt i noen tilfed-

fer fremstilles de både med større og min-

dre dimensjoner. Det er også alminnelig å fjerne elektrodene fra elektrolytten når de, som følge av kobberavsetningen, har nådd en tykkelse på omtrent 0,5—1" (12—

25 mm), selv om også her katoder med

både større og mindre tykkelser fremstil-

les.

Skjønt det katodisk utfelte kobber er handelsrent når det bortses fra uunngåelige mindre mengder sulfater som er tilstede på overflaten av katodene eller er inneslut-

tet i dem, anvendes kobberkatodene van-

ligvis ikke som sådanne på grunn av deres

form og fysiske egenskaper, særlig korn-strukturen av det katodisk utfelte kobber. For å overføre dem til en nyttigere form, må katodene smeltes og det smeltede metall støpes til ett eller annet halvfabrikata, for eksempel stykker, blokker, stenger så som trådemner, finemner og staver og lig-nende former hvorfra det kan forarbeides ferdigprodukter som, for eksempel, tynn-plater, tråd, rør og de mange andre kom-mersielle produkter som fremstilles av handelsrent kobber. Dessuten, i tilfelle av at kobberet av en eller annen grunn blir forurenset med kommersielt uaksepterbare mengder av oksygen og svovel under smeltingen, er det av vesentlig betydning at innholdet av svovel og oksygen i det smeltede kobber nedsettes til aksepterbare mengder ved blåsing og poling før det smeltede metall støpes.

En av de mest betydningsfulle fordeler ved oppfinnelsen er at den mulig-gjør smelting av kobberlegemer, spesielt kobberkatoder, i en brenselfyrt vertikal ovn uten at uønskede mengder av oksygen innføres i kobberet under smeltingen. En annen viktig fordel er at den gjør det mulig å gjennomføre sådan smelting uten at uønskede mengder av svovel innføres i kobberet. En ytterligere viktig fordel er at anvendelse av oppfinnelsen muliggjør smelting av kobberkatoder så at det fåes et ferdig forråd av smeltet, kommersielt rent kobber som, uten blåsing eller poling, imøtekommer nåtidens mer fordringsfulle krav når det gjelder oksygen- og svovelinnhold. Med dagens fordringer bør således smeltet, kommersielt rent kobber til støp-ing inneholde mindre enn omkring 0,05 vektprosent oksygen og i de fleste tilfeller bør oksygeninnholdet være mindre enn 0,35 vektprosent. Smeltet kobber som til-fredsstiller slike krav, så vel som smeltet kobber som inneholder mindre enn 0,01 vektprosent og så lite som 0,002 vektprosent oksygen eller mindre, fremstilles ved anvendelse av oppfinnelsen. Ennvidere kan smeltet kobber med lavt oksygeninnhold fremstilles på samme tid; dette er en særlig viktig fordel, idet oppfinnelsen derved muliggjør støping av relativt ensartede kobberprodukter. Således kan eksempelvis fosfordesoksydert kobber med lite resi-duum (såkalt D.L.P. kobber), som inneholder så lite som 0,005 vektprosent tilsatt fosfor for å bevirke desoksydasjon av de siste spor av oksygen i kobberet, fremstilles på enkel og ensartet måte.

På samme vis kan det fremstilles smeltet kobber som inneholder mindre enn 0,002 vektprosent svovel og så lite som under 0,001 vektprosent, og så lavt som 0,0003 vektprosent eller lavere, av svovel. Videre kan oppfinnelsen anvendes for å tilveiebringe en ønsket overflateform av det støpte kobber, hvilken form kan være konkav, konveks eller den kan være plan; dette trekk er spesielt fordelaktig ved støping av kobber i konvensjonelle kokiller med lukket bunn til trådemner med såkalt «level set», dvs. flat eller forhøyet (svakt konveks) overflateform.

En annen meget viktig fordel ved oppfinnelsen er at den gjør det mulig å smelte kobberet i en vertikal brenselfyrt ovn praktisk talt uten slaggdannelse og uten at det er nødvendig å tilsette slagg eller slaggdannende materialer til ovnen. Et resultat av dette er at forbruket av ovnsforing, pr. tonn smeltet kobber, er nedsatt til under forbruket ved tidligere brenselssmeltingsprosesser. Ennvidere er der liten, om i det hele tatt noen, forurensning av det smeltede kobber som følge av jern som inneholdes i ovnsf firingen, og det kan fremstilles smeltet kobber som inneholder mindre jern enn 0,001 vektprosent, og så lite som 0,0003 vektprosent og ned til spor.

Videre fremskaffer, oppfinnelsen, på grunn av det lave jern-, svovel- og oksygeninnhold i metallet, et nytt trådemne med «level set» og som inneholder, i vektprosent, omkring 0,01 til omkring 0,035 pst. oksygen og fra spor til 0,0007 pst. av hvert av elementene jern og svovel, fra hvilket produkt en tråd med nye egenskaper fremstilles. Innenfor disse grenser inneholder det nye trådemne fortrinnsvis, i vektprosent, mindre enn 0,03 pst. oksygen og mindre enn 0,0005 pst. av hvert av elementene jern og svovel. Med «spor» skal man i denne beskrivelse forstå en på-visbar, men kvantitativt ikke målbar mengde av jern og svovel.

En annen viktig fordel ved oppfinnelsen er at en ønsket strøm av smeltet kobber kan fås i løpet av minutter efter igang-setting av ovnen, og strømmen av kobber kan likeledes stanses på minuttet, så at kobber kan smeltes for tilførsel av smeltet metall efter behov. Dette siste trekk inne-bærer et annet viktig fortrinn sammenlignet med de smelteprosesser som anvendes i industrien, fordi at ved slike prosesser har det vært nødvendig først

å smelte fullstendig en relativt stor mengde kobber og derefter å tappe metall efter behov fra den fullstendig smeltede dam;

slik praksis er beheftet med den alvorlige bakdel ved, og den meget alvorlige risiko som oppstår ved, nødvendigheten av å

holde en relativt stor mengde smeltet metall i forholdsvis lang tid. En ytterligere viktig fordel ved oppfinnelsen er at den frembyr relativt stor reduksjon i kapital-og arbeidsomkostningene ved smelting av kobberkatoder.

I henhold til oppfinnelsen er det frem-skaffet en fremgangsmåte til å smelte en søyle av kobberlegemer i en vertikal ovn i en reduserende atmosfære ved direkte kontakt mellom søylen og varme forbrenningsprodukter, hvilken fremgangsmåte omfatter å innblåse i ovnen en strøm av nedsmeltningsmiddel som er fått ved å forene et brensel med en oksygenholdig gass i mengder som gir utilstrekkelig oksygen i nedsmeltningsmidlet til å bevirke fullstendig forbrenning av brenslet, idet nevnte strøm av nedsmeltningsmiddel antennes før den innblåses i ovnen, og innholdet av fritt oksygen i strømmen holder under en på forhånd bestemt grense før strømmen kommer inn i ovnen, hvorved kobberet smeltes uten innføring av uønskede mengder av oksygen i kobberet under smelteprosessen.

Under arbeidet som ledet til oppfinnelsen ble det gjort forsøk på å smelte kobberkatoder i en vertikal ovn ved direkte kontakt med varme forbrenningsprodukter fått ved å forbrenne naturgass med en luftmengde som var utilstrekkelig til fullstendig forbrenning av naturgassen. En søyle av katoder ble opprettholdt i ovnen under smeltningen. De varme, forbrenningsprodukter ble innblåst i ovnen fra en flerhet av brennere montert i ovnsveggen i en flerhet av soner, med brennerne i hver sone anordnet i avstand til hverandre rundt ovnsperiferien og med sonene vertikalt forskjøvet i forhold til hverandre med den laveste sone tilstøtende ovnsbunnen. De varme forbrenningsprodukter ble tilført ovnen i en tilstrekkelig mengde og ved en tilstrekkelig hastighet til å smelte kobber og gi en reduserende atmosfære i ovnen; sådan reduserende atmosfære omfatter hydrogen og karbonmonoksyd som oppstår ved den ufullstendige forbrenning av brenslet.

For å hindre at oksygen utenfra ble innført i ovnen på grunn av luftinntreng-ning gjennom brenner åpningene og gjennom ovnens ildfaste materialer, som er kjennetegnet ved at de er porøse og gass-gjennomtrengelige, ble ovnens sidevegger og bunn fremstilt i form av et sveiset stålskall utforet med ildfast sten og brennerne var innkapslede brennere. Hver av disse brennere ble forsynt med en monterings-plate av stål og hver brenner ble montert i sin respektive åpning i ovnens sidevegg ved å bolte monteringsplaten godt til stål-skallet for å fullstendiggjøre det sistnevnte og gjøre det praktisk talt gasstett. Videre ble hver brenner tilført en strøm av brensel og en strøm av en oksygenholdig gass som ble forenet i brennerlegemet og antent der og derefter innblåst i ovnen. Ovnen var åpen ved toppen for innføring av katoder og for å gi avløp for forbren-ningsgassene fra ovnen, og det smeltede kobber ble uttatt gjennom et åpent tappehull ved ovtisbunnen.

Under de tidligere forsøk ble det funnet at kobberet ble forurenset med uønskede mengder av oksygen til tross for den reduserende atmosfære som ble opprettholdt i ovnen under smeltningen. Det ble antatt at denne forurensning kan skyldes inntrengning av atmosfæreluft i ovnen siden ovnen var åpen til atmosfæren ved toppen og ved tappehullet. For å under-søke om sådan inntrengning av luft fant sted og, i bekreftende fall, hvorvidt den ville forårsake oksygenforurensning av kobberet i nærvær av reduserende ovnsatmosfære, ble brennernes belastning øket for å øke trykket av den reduserende atmosfære i ovnen og deretter ble belastningen senket for å senke dette trykk. Det ble funnet at ingen endring i størrelsen av oksygenforurensningen ble funnet når trykket ble senket så lenge som trykket av ovnsatmosfæren inne i ovnen var tilstrekkelig høyt til ved tappehullet ved bunnen av ovnen å gi et trykk som tilsvarte, eller var litt høyere enn det omgivende atmo-> sfæretrykk. Når trykket av ovnsatmosfæren ble ytterligere senket, øket oksygeninnholdet i det smeltede kobber som forlot ovnen ved tappetuten. Imidlertid ble det funnet at oksygenforurensning gjennom tappetuten lett kunne hindres ved å rette mot tappetuten en reduserende flamme fra en gassbrenner plasert på utsiden av ovnen og tilstøtende tappetuten. Mens disse resultater viste at forurensning av kobberet med oksygen kunne bevirkes ved inntrengning av atmosfærisk luft i ovnen og ønskeligheten av å nedsette eller for-hindre sådan inntrengning, forklarte de ikke den uønskede oksygenforurensning som fant sted ved høyere trykk i den reduserende atmosfære.

Det ble så antatt at den uønskede forurensning av kobberet med oksygen kan ha funnet sted fordi ovnsatmosfæren ikke var av tilstrekkelig reduserende karakter eller kapasitet, selv om prøver av ovnsatmosfæren tatt inne i ovnen ved dennes bunn gjennom tappehullet og i den øvre del av ovnen over de øvre brennere viste at ovnsatmosfæren inneholdt mer enn 2 volumprosent hydrogen på basis av tørr gass. Por å undersøke denne mulighet ble forholdet mellom tilført brensel og luft til ovnen endret ved å øke mengden av brensel. Efterhvert som forholdet mellom tilført brensel og luft til ovnen ble øket, øket den reduserende kapasitet av ovnsatmosfæren ved at konsentrasjonen av hydrogen i ovnsatmosfæren øket; imidlertid ble vi overrasket over å finne at oksygeninnholdet i det smeltede • kobber også øket. Av disse resultater ble det fastslått at for å eliminere eller kontrollere oksygenforurensningen av det smeltede kobber, var det ikke tilstrekkelig å blott og bart sørge for en reduserende ovnsatmosfære under smeltingen av kobberet i ovnen. Det ble også fastslått at oksygen ble gjort til-gjengelig for kobberet under smeltingen fra en uventet, og ved dette stadium i våre forsøk, ukjent kilde.

Under de foregående forsøk ble kobberet i ovnen observert gjennom glass-dekkede observasjonshull i den ytre ende av hver brennermontasje. Det ble iakttatt at smelting av kobberet ble innledet ved og over de øverste brennere ved de ytre kan-ter av søyleperiferien1, og at smelting av kobber tiltok ved den lavere brennersone og var høyest ved bunnen av søylen hvor den laveste brennersone var plasert til-støtende ovnsbunnen. Det. ble også iakttatt at efter hvert som bunndelen og den lavere del av søylen ble bortsmeltet, beveget seg den usmeltede del av de enkelte katoder, som utgjorde den overliggende søyle, nedover av tyngden til den lavere del av søylen hvor de i sin tur ble smeltet; de usmeltede deler av de enkelte katoder som overlevde nedsynkningen i søylen dannet bunndelen av søylen, hvor de tjente til å understøtte søylen fra ovnsbunnen inntil de i sin tur ble fullstendig smeltet.

Under studiet av søylen og katodenes nedsynkning i denne ble det lagt merke til at uansett på hvilken måte katodene ble påsatt ovnen, søkte søylen selv å anta ovnens generelle form og størrelse i den del av ovnen hvor søylen eksisterte. Når således kobber ble smeltet fra søylen og katodene i søylen ble noe mykere, endret katodene stilling under nedsynkningen, så at deler av søylen ble brakt i kontakt med innerveggene av ovnen og så at — i de deler av ovnsveggene hvor brenneråpningene var anbrakt — en liten del av ned-synkende katoder, under bevegelsen nedover i ovnen, passerte like foran brenneråpningene i ovnsveggene eller i tett nærhet av disse. Gjennom observasjonshullene ble det iakttatt at søylen oppviste huller og tomrom mellom katodene avhengig av arrangementet ved nedsynkningen. Den lavere del av søylen syntes imidlertid å være mer kompakt enn den øvre del, hvilket skyldes, antas det, den noe myknede tilstand av kobberet og vekten av de overliggende katoder.

Under observasjonen av smeltingen av det faste kobber efter hvert som det sistnevnte beveget seg forbi en brenneråpning umiddelbart foran eller tett inntil denne, dannet det seg og fløt «øyer» av mørk film på overflaten av det av kobberet som ble smeltet på overflaten av katodene. «Øyene» syntes å dannes og vokse fra ett eller flere punkter på overflaten av det smeltede kobber og derefter bevege seg hurtig bort fra punktet eller området hvor de oppsto og forsvinne fra overflaten av det smeltede kobber. Det ble også lagt merke til at når katodene beveget seg forbi brenneråpningene i lenger avstand fra disse, avtok størrelsen av de flytende «øyer» og fre-kvensen for deres dannelse efter hvert som denne avstanden øket inntil «øyene» opp-hørte å dannes.

Sammensetningen av gassen i ovnen foran brennerne ble bestemt. Gassprøver ble tatt gjennom et vannkjølt rør innsatt i veien for utstrømningen fra brennerne og derefter analysert. Analyse av prøvene viste at gassen ved siden av forbrenningsprodukter inneholdt forskjellige mengder av uforbrent brenselmateriale og uforbrent oksygen, og at disse uforbrente bestanddeler forble i gassen et stykke foran brennerne. Videre studium av sammensetningen av gassprøvene viste at de uforbrente bestanddeler forble i et lite, uregelmessig volum med langstrakt form som: strakte seg inn i ovnen i området foran hver brenner og hadde sin basis ved brenneråpningen. Studiet viste også at tverrsnittet av det lille, uregelmessige, langstrakte volum, som ved volumets basis var mindre enn tverrsnittet av brenneråpningen, avtok progressivt inntil det forsvant og at konsentrasjonen av de uforbrente bestanddeler i volumet likeledes avtok progressivt og ble null ved enden av volumet. Ved de foretrukne brennere som blir åpenbart i det følgende hadde det lille, uregelmessige, langstrakte volum en blyantlignende fa-song, men som generelt svarte til tverr-snittsformen av brenneråpningen. For en-kelthets skyld vil det lille, uregelmessige volum med langstrakt form, som ble funnet foran hver av brennerne, herefter bli omtalt som et «blyantlegeme» eller som et «blyantformet» legeme.

Studiet viste videre at ved de spesielle betingelser som eksisterte når prøvene ble tatt, opptok de samlede volumer av «blyantlegemene» bare en mindre del av ovns-volumet. Ennvidere viste iakttagelse av søylen gjennom observasjonsåpningene at av den samlede mengde kobber som beveget seg nedover i ovnen (dvs. både det faste kobber i søylen og det smeltede kobber som dryppet fra det faste kobber og falt tilbunns i ovnen), beveget bare en liten del seg forbi brenneråpningene, og av denne lille del passerte en enda mindre del gjennom noe område av et «blyantlegeme» eller hadde noen form for kontakt med et slikt. Av disse resultater og iakttagelser ble det konkludert med at i lys av den ringe kontakt mellom kobberet og den avtagende mengde av uforbrent oksygen i det «blyant-, formede» gasslegeme foran brenneråpningene, kunne forurensningen av det smeltede kobber med oksygen ikke antas å skyldes tilstedeværelsen av sådanne «blyantlegemer». Denne konklusjon syntes ytterligere å underbygges av det ovenfor omtalte fenomen med «film-øyer» på overflaten av det smeltede kobber. Antok man således at hinne- eller film- «øyene» som fløt på overflaten av det smeltede kobber var «øyer» av kobberoksyd dannet ved en foretrukket reaksjon av det uforbrente oksygen med det smeltede kobber heller enn med brenslet, viste det faktum at «øyene» forsvant efter hvert som de beveget seg ut. av det «blyantformede» gassvolum at kobberoksydet sannsynligvis ble .redusert av den sterkere reduserende atmosfære i ovnen forøvrig. Antok man på den annen side at «øyene» var «øyer» av karbon frembrakt ved spaltning av brenslet, kunne også sådant karbon ventes å redu-sere kobberoksyd dersom kobberoksyd kunne forventes dannet i nærvær av karbon. Følgelig viste dannelsen og forsvinnelsen av «film-øyene», i begeg tilfeller, at kilden til oksygenforurensningen av kobberet ikke kunne antas å være det uforbrente oksygen i gassen.

Som det imidlertid tidligere ble be-merket, under forsøkene på å øke den reduserende kapasitet av ovnsatmosfæren ved å øke forholdet mellom naturgass og luft avgitt til ovnen, steg oksygenforurensningen av det smeltede kobber til tross for økningen i den reduserende kapasitet av ovnsatmosfæren som helhet. Det tidligere arbeide ble gjentatt for å bestemme virk-ningen, dersom det var noen, av det endre-de forhold på det «blyantformede» gassvolum foran brennerne. Det ble funnet at «blyantlegemet» øker i tverrsnitt og lengde når naturgassandelen i forholdet ble øket, og at tverrsnittet og lengden avtok når naturgassandelen i forholdet ble senket. Imidlertid ble det, i motsetning til det som var ventet, funnet at oksygenforurensningen av kobberet også øket med økningen i størrelsen av «blyantlegemet» og avtok når størrelsen av «blyantlegemet» avtok.

Vi ønsker ikke å binde oss til noen bestemt teori; vi tror imidlertid at en kritisk faktor ved oppfinnelsen er at oksygenforurensningen av kobberet under smeltingen skyldes evnen av smeltet kobber til å oppløse relativt store mengder av dets eget oksyd sammenlignet med andre industrielle metaller. Når man således antar at de ovenfor beskrevne film-«øyer» er «øyer» av kobberoksyd, kan disse ikke desto mindre være kilden til oksygenforurensningen ved at noe av oksydet oppløses før filmen blir redusert. Mengden av oksygenforurensning som kan finne sted i «blyantlegemet» under hvilke som helst betingelser som eksis-terer der, kan da avhenge av den tid som gis for det smeltede kobber til å oppløse oksydet ved differensialet mellom dan-nelseshastigheten for film-«øyene» og re-duksjonshastigheten for oksydet ved de sterkere reduserende gasser i ovnsatmosfæren rundt de langstrakte «blyantlegemer». Oksyd som er oppløst i det smeltede kobber kan derefter bli fortynnet i kobberet, så at dets fjernelse fra det smeltede metall som tappes fra ovnene ville kreve en forholdsvis lang behandling av det smeltede metall under relativt kraftig reduserende betingelser, slik som frembys ved konvensjonell poling.

Ved smelting av en søyle av kobberlegemer i den brenselfyrte vertikale ovn viser det seg i alle fall at det faktum at en del av kobberet i søylen beveger seg nedover i ovnen mot eller i tett nærhet til ovnsveggen, og nærværet foran brennerne av et gassvolum som inneholder uforbrent oksygen, er faktorer av kritisk betydning for forurensningen av det smeltede kobber med uønskede mengder av oksygen. Ved ytterligere forskningsarbeide, som blir nærmere beskrevet i det følgende, ble det oppdaget at mengden av sådant uforbrent oksygen kunne nedsettes eller i det vesentlige reduseres ved å regulere betingelsene i gassene som ble innblåst i ovnen før inn-blåsningen.

Oppfinnelsen grunner seg på de foregående oppdagelser. Den innbefatter, i ett av sine aspekter, å smelte en søyle av kobberlegemer i en vertikal ovn i en reduserende atmosfære ved å bringe søylen i direkte kontakt med varme forbrenningsprodukter som fås ved å innblåse i ovnen en strøm av et nedsmeltningsmiddel erholdt ved å forene en strøm av brensel med en strøm av oksygenholdig gass i mengder som gir utilstrekkelig oksygen i nedsmeltningsmidlet til å bevirke fullstendig forbrenning av brenslet, (idetnevnte strøm av nedsmeltningsmiddel antennes efter foreningen av de to strømmer og før nedsmeltningsmidlet kommer i kontakt med søylen), samt gir på forhånd bestemte reduserende betingelser i strømmen av nedsmeltningsmiddel før denne innblåses i ovnen, idet disse reduserende betingelser reguleres for å kontrollere uønsket oksyda-sjonsvirkning som skyldes tilstedeværelsen av uforbrent oksygen i den innblåste strøm av nedsmeltningsmiddel og derved hindre innføring av uønskede mengder av oksygen i kobberet under smeltingen. For de fleste industrielle anvendelser bør de på forhånd bestemte reduserende betingelser være slike at oksygen som innføres i kobberet ved smeltingen er under 0,05 vektprosent av kobberet. Fortrinnsvis er de på forhånd bestemte reduserende betingelser slike at under 0,035 vektprosent, og helst under 0,01 vektprosent, oksygen innføres i det smeltede kobber.

Ved utøvelse av oppfinnelsen kan nedsmeltningsmidlet innblåses i ovnen som én strøm eller som en flerhet av strømmer. Når nedsmeltningsmidlet innblåses i form av en flerhet av strømmen, kan én eller flere eller alle strømmer antennes separat; eller én eller flere eller alle strømmer kan være separat forenet og hver av de separat forenede strømmer kan antennes ved et hvilket som helst tidspunkt efter at foreningen av strømmene har funnet sted og før de kommer i kontakt med kobberet som skal nedsmeltes. Således kan nedsmeltningsmidlet innblåses i ovnen som én eneste forenet strøm, eller i form av en flerhet av forenede strømmer, eller i form av en flerhet av deler av én forenet strøm eller strømmer. Hver separat forenet strøm av en flerhet av separat forenede strøm-mer blir i denne fremstilling kalt en «en-hetsstrøm». En innblåst strøm er en hvilken som helst forenet strøm eller enhets-strøm som kommer inn i ovnen. Det vil forstås at strømmen av nedsmeltningsmiddel er den strøm eller de strømmer i hvilke kobberet smelter.

Ved videre forskningsarbeide ble en søyle av kobberle.gemer smeltet i en vertikal ovn i hvilken nedsmeltningsmidlet ble innblåst i form av en flerhet av enhets-strømmer. Hver enhetsstrøm ble erholdt ved separat å forene en strøm av et breh-selfluidum med en strøm av oksygenholdig gass i et brennerlegeme, og hver av de separate enhetsstrømmer ble antent før den ble innblåst i ovnen fra dens brenner. Det ble oppdaget at i hver av enhets-strømmene, før dens innblåsning i ovnen, var det totale oksygeninnhold i prøver av enhetsstrømmen forskjellig for prøver tatt ved forskjellige punkter i et plan perpendikulært tii strømningsveien for enhets-strømmen, og at som mellom enhetsstrøm-mene, forskjellene i totalt oksygeninnhold var forskjellig enda ingen variasjon opptrådte i det gjennomsnittlige forhold mellom brensel og oksygenholdig gass tilført ovnen ved strømmen av nedsmeltningsmidlet (dvs. ved alle enhetsstrømmer regnet som en strøm). Det ble også funnet at disse forskjeller i det totale oksygeninnhold påvirket oksygenforurensningen av det smeltede kobber. Således ble det funnet at når forskjellen mellom det høyeste og laveste totale oksygeninnhold i strøm-men av nedsmeltningsmiddel ble øket, øket oksygeninnholdet i det smeltede kobber, og når. forskjellen mellom det høyeste og laveste totale oksygeninnhold i strøm-men av nedsmeltningsmiddel avtok, avtok oksygenforu<i>rensnmgen av det smeltede metall.

I samsvar med foranstående oppda-gelse innbefatter et annet trekk ved oppfinnelsen å regulere de reduserende betingelser i gassene som innblåses i ovnen ved å nedsette forskjellen i det totale oksygeninnhold i strømmen av nedsmeltningsmiddel tvers over et plan perpendikulært til nedsmeltningsmidlets strømningsvei til en verdi under en forutbestemt størrelse før strømmen av nedsmeltningsmiddel innblåses i ovnen. Ved utøvelse av dette trekk ved oppfinnelsen, hvor strømmen av nedsmeltningsmiddel erholdes ved ett eneste foreningstrinn, kan beliggenheten av dette perpendikulærplan velges hvor som helst i strømmen av nedsmeltningsmiddel før inblåsningen i ovnen Fortrinnsvis anbringes planet ved et punkt i strømmen av nedsmeltningsmiddel hvor denne fremdeles er én enkelt strøm. Hvor strømmen av nedsmeltningsmiddel er sammensatt av en flerhet av enhetsstrømmer, kan et perpendikulærplan anbringes i hver av en-hetsstrømmene ved en beliggenhet som i. hver strøm er valgt mellom dannelsespunk-tet for den forente strøm og det punkt hvor den innblåses i ovnen. Beliggenheten av planet i hver enhetsstrøm er fortrinnsvis i den samme relative posisjon i alle en-hetsstrømmer. Fortrinnsvis er også planet i hver enhetsstrøm beliggende ved et punkt i strømmen hvor denne fremdeles er én enkel strøm. Det vil forstås at det totale oksygeninhold ved et punkt beliggende i et plan perpendikulært til bevegelsesretningen for en strøm er ment å skulle bety volumprosenten av alt oksygen, enten det er fritt eller bundet, som finnes, ved analyse av en gassprøve tatt ved et punkt i planet, og at prøven kan analyseres på hvilken som helst egnet måte for å bestemme, enten direkte eller indh-ekte, dens totale oksygeninnhold; dette totale oksygeninnhold blir i denne beskrivelse kalt «totalt oksygeninnhold».

Videre undersøkelse av de ovenfor omtalte forskjeller i det totale oksygeninn- j hold viste at størrelsen av den del av i strømmen av nedsmeltningsmiddel som , hadde det avvikende totale oksygeninnhold og mengden av kobber smeltet ved hjelp , av denne, også påvirket oksygeninnholdet . i det smeltede kobber. Således ble det funnet at hvor det høyeste og laveste totale oksygeninnhold bare opptrådte i en relativt liten del av arealet av planet perpendikulært til bevegelsesretningen for strømmen av nedsmeltningsmiddel, hadde størrelsen av forskjellen mellom det høyeste og laveste totale oksygeninnhold tilsvarende mindre innvirkning på mengden av oksygen innført i det smeltede kobber. Når det gjelder dette aspekt av oppfinnelsen, er det mer hensiktsmessig å uttrykke variasjoner i det totale oksygeninnhold i planet perpendikulært til bevegelsesretningen for strømmen av nedsmeltningsmiddel som forskjellen mellom det. gjennomsnittlige

totale oksygeninnhold i den strøm av nedsmeltningsmiddel som er tenkt tilført ved

de totale mengder av brensel og oksygenholdig gass avgitt til ovnen ved strømmen

av nedsmeltningsmiddel og det høyeste totale oksygeninnhold som forekommer i planet perpendikulært på bevegelsesretningen for strømmen av nedsmeltnings-mliddel.

Ved fremstilling av smeltet kobber som inneholder mindre enn 0,05 vektprosent oksygen bør spredningen av det totale oksygeninnhold i planet perpendikulært til strømmen av nedsmeltningsmiddel fortrinnsvis reguleres slik at forskjellen (dvs. spredningen) mellom det gjennomsnittlige totale oksygeninnhold som er tenkt tilført strømmen av nedsmeltningsmiddel og det høyeste totale oksygeninnhold i det minste i en overveiende del av (og helst i hele) nevnte perpendikulærplan blir holdt under en på forhånd bestemt' verdi. Denne for-

håndsbestemte verdi er mindre enn K i

0,0632A

følgende ligning: K = . I ligningen

B+0,01A

er A innholdet av oksygen, i volumprosent, i den oksygenholdige gass som anvendes i nedsmeltningsmidlet B er den støkiome-triske (teoretiske) mengde av rent oksygen, i volumdeler oksygen ved normalbetingelsene (dvs, 20°C og atmosfæretrykk), som kreves til fullstendig forbrenning av en volumdel av det brensel (betraktet som en gass ved de samme normalbetingelser) som anvendes i nedsmeltningsmidlet. Ved fremstilling av smeltet kobber som inneholder mindre enn 0,035 vektprosent oksy-

gen, holdes fortrinnsvis spredningen mellom det høyeste totale oksygeninnhold som forekommer i planet perpendikulært til strømningsveien for strømmen av nedsmeltningsmiddel og det gjennomsnittlige totale oksygeninnhold som aktes tilført nedsmeltningsmidlet under en på forhånd bestemt verdi som er mindre enn % av verdien av K i ovennevnte ligning i det minste i en overveiende del av, og helst i vesentlig hele, det nevnte perpendikulærplan. Ved fremstilling av kobber som inneholder mindre enn 0,01 vektprosent oksygen, er fortrinnsvis spredningen mellom det høyeste totale oksygeninnhold som forekommer i vesentlig hele det nevnte perpendikulærplan og det gjennomsnittlige totale oksygeninnhold som aktes tilført nedsmeltningsmidlet mindre enn y3 av verdien av K i nevnte ligning. Hvor strømmen av nedsmeltningsmiddel er sammensatt av en flerhet av enhetsstrøm mer, holdes fortrinnsvis spredningen mellom det gjennomsnittlige totale oksygeninnhold som aktes tilført nedsmeltningsmidlet og det høyeste totale oksygeninnhold som forekommer i perpendikulærplanet tvers over strømningsveien for i det minste et overveiende antall av og helst alle, enhets-strømmene under en på forhånd bestemt verdi som er mindre enn den ovenfor fast-lagte verdi av K, når det skal fremstilles smeltet kobber som har et oksygeninnhold i det ovenfor angitte område. I denne fremstilling og i påstandene betegner uttryk-kene «overveiende», «større» og «mindre»

henholdsvis tilnærmet 75 pst., tilnærmet 50 pst. og tilnærmet 25 pst.

Eksempler på verdier av K i oven-

; nevnte ligning for forskjellige brensler med luft eller rent oksygen som oksygenholdig l gass i nedsmeltningsmidlet og ved bruk av r de angitte verdier av B, er oppsatt i den

- følgende tabell.

I samsvar med verdien av K i ovenstående tabell, hvor. for eksempel, naturgass (regnet som CH,) anvendes som brensel og luft som oksygenholdig gass i nedsmeltningsmidlet, holdes fortrinsvis spredningen mellom det gjenomsnittlige totale oksygeninhold som aktes tilført nedsmeltningsmidlet og det høyeste totale oksygeninnhold som forekommer i det minste i en overveiende del av (og helst i vesentlig hele) det forannevnte perpendikulærplan i strømmen av nedsmeltningsmiddel under en på forhånd bestemt verdi som er mindre enn tilnærmet 0,6 ganger det totale oksygeninnhold, for å fremstille smeltet kobber som inneholder mindre enn 0,05 vektprosent oksygen. Ved fremstilling av smeltet kobber som inneholder mindre en 0,035 vektprosent oksygen når naturgass og luft anvendes i nedsmeltningsmidlet,.holdes fortrinsvis spredningen mellom det høyeste totale oksygeninnhold som forekommer i perpendikulærplanet i strømmen av nedsmeltningsmiddel og det gjennomsnittlige totale oksygeninnhold som aktes tilført nedsmeltningsmidlet under en på forhånd bestemt verdi som er mindre enn tilnærmet 0,4 ganger det totale oksygeninnhold i det . minste en overveiende del av (og helst i det vesentlige hele) perpendikulærplanet. Ved fremstilling av smeltet kobber som inneholder mindre enn 0,01 vektprosent oksygen, er spredningen mellom det høyeste totale oksygeninnhold som forekommer i det vesentlige hele perpendikulærplanet i strømmen av nedsmeltningsmiddel og det totale oksygeninnhold som aktes tilført nedsmeltningsmidlet mindre enn tilnærmet 0,2 ganger det totale oksygeninnhold. For ytterligere å illustrere den foranstående ligning, skal den i tabellen oppgitte' verdi av K for naturgass og luft bestemmes. Verdien av A er for luft 21 pst. (dvs. luftens oksygeninnhold i volumprosent). Den stø-kiometriske mengde oksygen i volumdeler som kreves for fullstendig forbrenning av en volumdel naturgass (regnet som CH4) er gitt ved ligningen: CH4 + 202 = C02 + 2H20. Verdien av B er derfor 2. Følgelig er verdien av K gitt ved ligningen:

Den foranstående ligning skal ytterligere illustreres ved den følgende bestem-melse av den i ovenstående tabell oppgitte verdi av K når det anvendes et flytende brensel, slik som petroleum, og luft for å danne enhetsstrømmen. Verdien av A er atter 21 pst. som angitt i foregående eksempel. Av den følgende ligning:

2 C12H2fl + 37 02 = 24 COa + 26H20 sees verdien av B å være 18,5. Følgelig er verdien av K gitt ved ligningen:

Som tidligere omtalt, innvirker også det anvendte forhold mellom brensel og oksygenholdig gass i nedsmeltningsmidlet på mengden av oksygen som innføres i kobberet under smelteprosessen. Selv når total-innholdet av oksygen i nedsmeltningsmidlet ble regulert, som drøftet ovenfor, ble det funnet at oksygenforurensningen av det smeltede kobber øket når andelen av brensel i forholdet mellom brensel og oksygenholdig gass ble øket. Således ble det funnet at når ikke forvarmet naturgass ble brukt som brensel og ikke forvarmet luft som oksygenholdig gass i nedsmeltningsmidlet, og det sistnevnte ble innblåst i ovnen i form av en flerhet av enhetsstrømmer (av hvilke hver ble dannet i sin egen separate brenner og antent i den før vedkommende en-hetsstrøm ble innblåst i ovnen), øket stør-relsen av de tidligere omtalte «blyantlegemer» foran brennere så vel som innholdet og konsentrasjonen av uforbrent oksygen i «blyantlegemene» efter hvert som innholdet av naturgass i nedsmeltningsmidlet ble øket for å nedsette nedsmeltningsmidlets relative innhold av oksygen (og derved øke oksygenunderskuddet). Det ble også funnet at den resulterende nedgang i forbrenningsgraden for oksygenet som forefantes i gassene i «blyantlegemene» ble ledsaget av en økning av oksygeninnholdet i det smeltede kobber, idet kobber som inneholdt så lite som 0,002 vektprosent eller mindre av oksygen øket sitt oksygeninnhold til så meget som 0,07 vektprosent, enda variasjonen i det totale oksygeninnhold over perpendikulærplanet i hver av enhetsstrømmene og variasjonen i det totale oksygeninnhold enhetsstrømmene imellom før enhetsstrømmene ble innblåst i ovnen var mindre enn 0,2 ganger det totale oksygeninnhold, regnet på volum.

I et annet aspekt innbefatter følgelig oppfinnelsen å regulere størrelsen av nevnte «blyantlegemer» og innholdet og konsentrasjonen av uforbrent oksygen i disse ved å sørge for en på forhånd bestemt forbrenningsgrad av oksygenet som inneholdes nedsmeltningsmidlet før innblåsning i ovnen, for derved å ungå innføring av uønskede mengder av oksygen i kobberet under nedsmeltningen. Av erfaringene ved det forangående trekk ble det funnet av regulering av innholdet av uforbrent oksygen i nedsmeltningsmidlet mest hensiktsmessig oppnås ved å regulere forbrenningsgraden i nedsmeltningsmidlet før det innblåses i ovnen, som angitt ved forbrenningsgraden av oksygenet i nedsmeltningsmidlet efter at det sistnevnte har tilbakelagt en gitt avstand inn i ovnen. For å oppnå hensikts-messighet i målingene, bestemmer vi innholdet (på basis av tørr gass) av oksygen i en gassprøve tatt ved et punkt eller punkter som i ovnen er beliggende foran strømmen eller strømmene, omkring 15 cm fra ovnsveggen, og fortrinnsvis i lengdeaksen for strømmen som innblåses i ovnen, eller i lengdeaksen for én eller flere slike innblåste strømmer, som sammen utgjør strømmen av nedsmeltningsmiddel. For å unngå innføring av uønskede mengder av oksygen i kobberet under nedsmeltningen og spesielt for å fremstille smeltet kobber som inneholder mindre enn 0,05 pst. oksygen, blir fortrinsvis forbrenningen av det oksygen som initialt er tilstede i nedsmeltningsmidlet før antendelsen regulert i nedsmeltningsmidlet før dette innblåses i ovnen, så at det oppnås i det minste en mindre grad av oksygenforbrenning og helst en grad av oksygenforbrenning på i det minste 35 pst., i en overveiende del av, og helst i vesentlig hele, strømmen av nedsmeltningsmiddel ved det tidspunkt den sistnevnte har beveget seg inn i ovnen til en avstand av omkring 15 cm fra ovnsveggen. Ved fremstilling av smeltet kobber som inneholder mindre enn 0,035 vektprosent oksygen, blir fortrinnsvis forbrenningen av oksygenet som forefinnes i strømmen av nedsmeltningsmiddel før antendelsen regulert i strømmen av nedsmeltningsmiddel før denne innblåses i ovnen, så at det fås i hvert fall en større grad av oksygenforbrenning og helst en grad av oksygenforbrenning på minst 70 pst., i en overveiende del av, og helst i vesentlig hele, strømmen av nedsmeltningsmiddel ved det tidspunkt den sistnevnte har beveget seg inn i ovnen til en avstand av omkring 15 cm1 fra ovnsveggen. Ved fremstilling av smeltet kobber som inneholder mindre enn 0,01 vektprosent oksygen, kontrolleres oksygenforbrennin-gen så at det fortrinnsvis fås i hvert fall en overveiende grad av oksygenforbrenning, og helst en grad av oksygenforbrenning på minst 85 pst., i en overveiende del av, og helst i vesentlig hele, strømmen av nedsmeltningsmiddel ved det tidspunkt den sistnevnte har beveget seg omkring 15 cm inn i ovnen. For å få minst mulig oksygen-forurensning av det smeltede kobber bør graden av oksygenforbrenning i strøm-men av nedsmeltningsmiddel før denne innblåses i ovnen være slik at i det vesentlige alt (dvs. mer enn ca. 90 pst.) oksygen som initialt forefantes i strømmen av nedsmeltningsmiddel forbrennes før den sistnevnte har beveget seg omkring 15 cm inn i ovnen.

Det ble funnet at forbrenningsgraden av oksygenet i strømmen av nedsmeltningsmiddel for et hvilket som helst forhold mellom brensel og oksygen i dette øket ved forvarmning av brenselsstrømmen eller strømmen av oksygenholdig gass eller strømmen av nedsmeltningsmiddel eller en hvilken som helst eller flere eller alle av disse strømmer. Det ble også funnet at forbrenningsgraden av oksygenet øket for et hvilket som helst gitt forhold mellom brensel og oksygen i nedsmeltningsmidlet ved anvendelse av en oksygenholdig gass med øket oksygeninnhold, som for eksempel an-riket luft.

Det ble også funnet' at relativt små endringer i det i nedsmeltningsmidlet anvendte forhold mellom brensel og oksygenholdig gass bevirket relativt store endringer i graden av oksygenforbrenning i nedsmeltningsmidlet når det ble brukt hydrokarbonbrensler, spesielt flytende og mer spesielt gassformige hydrokarbonbrensler, og særlig når naturgass ble brukt som brensel. Når således, for eksempel, ikke forvarmet naturgass med sammensetning tilsvarende CH,t 80 og en brennverdi på 9166 kcal/ms ble anvendt som brensel og ikke forvarmet luft ble anvendt som oksygenholdig gass i nedsmeltningsmidlet, og sistnevnte ble innblåst i ovnen i form av en flerhet av enhetsstrømmer (av hvilke hver ble dannet i en. brenner og antent før innblåsning i ovnen), ble det funnet at graden av oksygenforbrenning i nedsmeltningsmidlet ca. 15 cm inne i ovnen avtok fra ca. 90 pst. til ca. 25 pst. når volumprosenten av oksygen innført i nedsmeltningsmidlet med luften var sunket fra 18,95 til 18,50 pst., på basis av tørr gass, i nedsmeltningsmidlet.

Når hydrokarbonbrensler, særlig flytende og spesielt gassformige hydrokarbonbrensler, anvendes som brensel og luft anvendes som oksygenholdig gass i nedsmeltningsmidlet, er fortrinsvis forholdet mellom brensel og luft et slikt at det i nedsmeltningsmidlet før antendelse fås et oksygeninnhold som er under den teoretiske (støkiometriske) mengde oksygen som kreves til fullstendig forbrenning av brenslet, men hvilket oksygeninnhold ikke er mer enn 0,6 volumprosent oksygen, på basis av tørr gass, under nevnte teoretiske oksygenmengde. Når naturgass anvendes som brensel og luft som oksygenholdig gass, er fortrinnsvis det til ovnen avgitte forhold mellom brensel og luft et slikt at det i nedsmeltningsmidlet fås et oksygeninnhold i området 18,50 til 18,95 volumprosent, på basis av tørr gass, når det skal fremstilles kobber som inneholder mindre enn 0,05 vektprosent oksygen. Fortrinnsvis er forholdet et slikt at det i nedsmeltningsmidlet fås et oksygeninnhold i området 18,65 til 18,95 volumprosent, på basis av tørr gass, når det skal fremstilles kobber som inneholder mindre enn 0,035 vektprosent oksygen. For å fremstille smeltet metall som inneholder mindre en 0,01 vektprosent oksygen, er forholdet fortrinnsvis et slikt, at det i nedsmeltningsmidlet fås et oksygeninnhold i området 18,70 til 18,85 volumprosent. For å oppnå de beste resultater, er forholdet et slikt at det i nedsmeltningsmidlet før antendelsen fås et oksygeninnhold på 18,80 volumprosent oksygen.

Når ovnen ble drevet i samsvar med oppfinnelsen, ble det funnet at når ønskede på forhånd bestemte reduserende betingelser var etablert i nedsmeltningsmidlet før dette ble innblåst i ovnen, var det derefter intensiteten av de reduserende betingelser av ovnsatmosfæren som bestemte oksygeninnholdet i det smeltede kobber. Det er også blitt funnet at temperaturen av det smeltede kobber som kommer ut av ovnen generelt ligger i området 1093—1176°C, og vanligvis i området 1105—1138°C. Ved utøvelse av oppfinnelsen for å fremstille smeltet kobber som forlater ovnen med en temperatur innenfor det forannevnte området og som inneholder mindre enn0,05 volumprosent av oksygen og så lite som 0,002 volumprosent eller mindre av oksygen, inneholder ovnsatmosfæren fortrinnsvis, i volumprosent og på basis av tørr gass, minst 0,5 pst. hydrogen eller 0,5 pst. karbonmonoksyd når det anvendes et hydrokarbonholdig brensel eller et hydrokarbonbrensel eller brenslet omfatter hydrogen og karbonmonoksyd. Mer foretrukket inneholder ovnsatmosfæren, på basis av tørr gass, omkring 2 volumprosent hydrogen eller 2 volumprosent karbonmonoksyd når slike, brensler anvendes.

Ved drift av ovnen for å nedsmelte kobber som var forurenset med sulfatkry-staller, hvilke var fysisk tilstede på overflaten av kobberet eller okkludert i kobberet slik tilfellet er ved kobberkatoder, ble det funnet at lite, om i hele tatt noe, av svovelinnholdet i sulfatet ble innført i det smeltede kobber. Det antas at sulfatet blir termisk spaltet i den øvre del av ovnen før smelting av kobberet finner sted og at svovelinnholdet i sulfatet frigjøres som gassformige svoveloksyder, som for eksempel svoveldioksyd, som forlater ovnen med av-gassen og kommer i litén eller ingen kontakt med smeltet kobber. Det er imidlertid blitt funnet at det svovel som forefinnes i det i ovnen innblåste nedsmeltningsmiddel praktisk talt kvantitativt innføres i det smeltede kobber. Det har vist seg at svovel som på denne måte innføres i det smeltede kobber forblir i metallet med mindre det senere fjernes ved inf øring av oksygen i det smeltede metall, som ved konvensjonell blåsing.

I henhold til et annet trekk ved oppfinnelsen holdes svovelinnholdet i det i ovnen innblåste nedsmeltningsmiddel under en på forhånd bestemt verdi. For å fremstille smeltet metall som inneholder mindre enn 0,002 vektprosent svovel, bør således det totale svovelinnhold i nedsmeltningsmidlet være mindre enn 0,0056 volumprosent på basis av tørr gass, beregnet som svoveldioksyd; og for å fremstille smeltet metall som inneholder mindre enn 0,001 vektprosent svovel, bør nedsmeltningsmidlet inneholde svovel i mengder under 0,0028 volumprosent på basis av tørr gass, beregnet som svoveldioksyd. Slike svovelinnhold i nedsmeltningsmidlet kan lett oppnås ved å anvende et brensel som har et tilstrekkelig lavt svovelinnhold. Det er blitt funnet at for å fremstille smeltet kobber som inneholder 0,002 vektprosent svovel eller mindre, bør det anvendes et brensel som inneholder mindre enn 18 g svovel pr. 2,5 . 105 Kcal; og for å fremstille smeltet metall som inneholder under 0,001 vektprosent svovel eller lavere, bør brenslet inneholde mindre enn 9 g svovel pr. 2,5.105 Kcal. Det vil forstås at uttrykket «gram svovel pr. 2,5 .105 Kcal» betyr vekten av det totale svovelinnhold, beregnet som svovel, som inneholdes i den mengde av vedkommende brensel som ved forbrenning med en støkiometrisk mengde luft frigir 2,5 . 105 Kcal varme.

Oppfinnelsen kan anvendes for smelting av kobber av hvilken som helst sammensetning og med hvilken som helst form eller former uten å innføre uønskede oksygenmengder i kobberet under smeltingen. Som allerede antydet, er oppfinnelsen særlig nyttig ved smelting av teknisk rent kobber, spesielt raffinert kobber slik som kobberkatoder. Som teknisk rent kobber for smelting kan, i tillegg til kobberkatoder, regnes ildraffinert kobber i forskjellige former eller kobberskrap, enten som skrap fra raffinerier eller som høykvalitetsskrap som i handelen er kjent som «No. 1 Copper Wire Scrap» og «No. 1 Heavy Copper Scrap». Som kjent er raffineriskrap sammensatt av kobberskrap fremstilt i den elektrolytiske kob-bertank i form av bånd og avfall fra katodene og skrap i form av skolmer, skjell, ut-slitte kobberkokiller og vrakede støpestyk-ker fremstilt ved støping av kobberlegemer av teknisk renhet. Beskaffenheten av «No. 1 Copper Wire Scrap» og «No. 1 Heavy Copper Scrap» er definert i Circular NF-— 58, datert 1. august 1958 med tittel «Standard Classification for Non-Ferrous Scrap Metals», utgitt av National Association of Secondary Material Industries, Inc., New York, N.Y.

Ved utøvelse av oppfinnelsen kan, som tidligere omtalt, nedsmeltningsmidlet innblåses i ovnen som én eller en flerhet av strømmer ved ett eller en flerhet av punkter eller soner i ovnen og foreningen av brenslet og den oksygenholdige gass gjennomfø-res i ett eller en flerhet av trinn. Videre kan antendelsen av den forenede strøm eller de forenede strømmer startes ved et hvilket som helst tidspunkt efter foreningstrinnet eller -trinnene og før den forenede strøm eller de forenede strømmer kommer i kontakt med kobberet som skal nedsmeltes. Således kan, for eksempel, nedsmeltningsmidlet bli forenet i ett enkelt trinn og derefter. avgitt til en flerhet av brennere og antent der før det innblåses i ovnen. Selv om en sådan fremgangsmåte kan anvendes, tilhører den ikke de mer foretrukne fremgangsmåter på grunn av muligheten for at flammened-slag kan finne sted i nedsmeltningsmidlet. Likeledes kan nedsmeltningsmidlet bli forenet i ett enkelt trin og derefter forbrent, hvorefter de hete forbrenningsprodukter kan bli avgitt til en flerhet av inntak i ovnen. Selv om en sådan fremgangsmåte kan anvendes, tilhører heller ikke den de mer foretrukne fremgangsmåter siden den ville fordre bruk av lange, ildfaste ledninger som er i stand til å tåle ytterst høye tem-peraturer. Nedsmeltningsmidlet utgjøres fortrinsvis av en flerhet av enhetsstrøm-mer av hvilke hver innblåses i ovnen fra dens eget brennerlegeme montert i ovnsveggen, idet hver av enhetsstrømmene antennes i vedkommende brennerlegeme og derefter innblåses i ovnen. Ved den mest foretrukne fremgangsmåte tilføres en strøm av brensel og en strøm av den oksygenholdige gass separat til hvert brennerlegeme, som er forsynt med en foreningsseksjon som mottar og forener de separat tilførte strømmer av brensel og oksygenholdig gass og derefter avgir enhetsstrømmen til en umiddelbart tilstøtende brennerseksjon i brennerlegemet, hvor enhetsstrømmen antendes og derefter innblåses i ovnen.

Brenneren eller brennerne kan være montert i ovnsveggene på en slik måte at gassene som avgis fra dem rettes direkte mot, eller generelt tangentialt til, kobber-søylen; det foretrekkes å rette gassene direkte mot søylen eftersom dette er blitt funnet å gi en høyere smeltehastighet.

Ved drift av ovnen er det blitt funnet at for en hvilken som helst varmemengde som tilføres ovnen, påvirkes nedsmeltningshastigheten for kobberet av den andel av den totale varmemengde som absorberes av kobberet som konveksjonsvarme og den andel som absorberes som strålingsvarme, og at nedsmeltningshastigheten øker når den varmemengde som opptas av kobberet ved konveksjon øker. Fortrinnsvis er opp-hetningsbetingelsene slike at i det minste en større del, og helst i det minste en overveiende del, av den totale varmemengde som absorberes av kobberet blir absorbert som konveksjonsvarme.

Det er også blitt funnet at for hvilken som helst gitt varmetilførsel påvirkes mengden av konveksjonsvarme som absorberes av kobberet av den hastighet hvormed nedsmeltningsmidlet innblåses i ovnen, og at økning i hastigheten av nedsmeltningsmidlet øker den varmemengde som absorberes åv kobberet som konveksjonsvarme.

Videre er det blitt funnet at under hvilke som helst gitte betingelser avhenger den varmemengde som av kobberet absorberes fra gassene i form av konveksj onsvar-me av temperaturen av gassene som slår an mot søylen, og at forhøyelse av temperaturen av disse gasser, øker den varmemengde som absorberes av kobberet i form av konveksjonsvarme. Temperaturen av gassene, oppnådd ved forbrenning av et hvilket som helst egnet brensel under anvendelse av et hvilket som helst egnet forhold mellom brensel og oksygenholdig gass, kan forhøyes ved å øke oksygeninnholdet i den oksygenholdige gass som anvendes i nedsmeltningsmidlet, eller ved forvarming av brenselstrømmen eller av strømmen av oksygenholdig gass eller av strømmen av nedsmeltningsmiddel før denne antennes, eller ved forvarming av en eller flere eller alle disse strømmer. Fortrinnsvis blir i det minste strømmen av oksygenholdig gass, og helst også brenselsstrømmen, forvarmet så meget som praktisk gjørlig. Og når disse gasser forvarmes, forvarmes de fortrinnsvis til en temperatur i området 149—538°C. Ved den mest foretrukne fremgangsmåte forvarmes i det minste strømmen av oksygenholdig gass ved indirekte kontakt med de hete avgasser fra ovnen.

Videre er det funnet at smeltehastlg-heten påvirkes av kompaktheten av søylen derved at, under hvilke som helst gitte betingelser, en øket grad av kompakthet i søy-len nedsetter smeltehastigheten. Det er også funnet at kompaktheten eller den til-synelatende tetthet av søylen kan reguleres ved den. måte på hvilken kobberet påsettes ovnen, så at anordningen av kobberlegemene i søylen reguleres. Ved smelting av kobberkatoder i den i eksempel 6 omhandlede ovn under de der gitte fyringsbetingelser ble det således funnet, som senere belyst i eksemplet, at når katodene ble påsatt ovnen på en slik måte at de enkelte katoder hvilte på toppen av søylen i en i det vesentlige horisontal stilling med katodene på linje i vertikalretningen, så at man fikk en relativt kompakt søyle, ble det oppnådd en smeltehastighet på omkring 30 tonn kobber pr. time i den betraktede ovn. Med samme fyringsbetingelser øket imidlertid smeltehastigheten til 45 tonn pr. time når katodene ble påsatt ovnen på en slik måte at de hvilte på toppen av søylen i en ikke lin-jerett, uregelmessig stilling, så at man fikk en mindre tett og mer åpen søyle. Vilkårlig, uregelmessig stilling av katodene oppnås fortrinnsvis ved å tilføre katodene til ovnen i porsj oner av hvilke hver er en haug av horisontalt anbrakte katoder med omkring 90 cm's høyde. Haugene påsettes ovnen ved å tillate dem å falle eller styrte inn på toppen av ovnen fra en ifyllingsma-skin. Iakttagelser av søylen når ovnen ble chargert på denne sistnevnte måte åpen-barte en helt vilkårlig anordning av katodene i søylen. Ved utøvelse av oppfinnelsen kan følgelig chargeringeh av ovnen med kobberlegemene som skal smeltes reguleres for å øve kontroll med den tilsynela-tende tetthet av søylen og derved regulere smeltehastigheten for kobberet i ovnen. Kobberlegemene påsettes fortrinnsvis ovnen på en slik måte at det oppnås en uregelmessig anordning av kobberlegemene i søylen.

Når ovnen skal startes, enten det er initialt eller efter driftsstans som har til-latt det ildfaste materiale å bli relativt koldt, oppfyres ovnen, fortrinnsvis langsomt, i tilstrekkelig tid — i alminnelighet under en time og vanligvis omkring 15 til 30 minutter — til å opphete det ildfaste materiale i det minste til mørk rødglød så at lite, om i det hele tatt noe, av det til å begynne med smeltede kobber som faller på det varme, ildfaste materiale størkner på dette. Kobber påsettes derefter ovnen så at det fås en søyle av egnet høyde og fyringsgraden økes til de ønskede driftsbetingelser. Derefter påsettes kobber efter behov, fortrinnsvis intermitterende eller halv-kontinuerlig, så at toppen av søylen holdes over et ønsket nivå i ovnen, og kobber smeltes fortrinnsvis kontinuerlig i ovnen. Det smeltede kobber kan oppsamles i en dam ved bunnen av ovnen og tappes derfra enten kontinuerlig eller intermitterende gjennom tappehullet. Fortrinnsvis anvendes ingen dam, men det smeltede metall får strømme fritt gjennom et åpent tappehull straks det smelter. Det smeltede metall fra ovnen kan avleveres på hvilken som helst egnet måte til et hvilket som helst ønsket sted for videre bruk. Fortrinnsvis får metallet renne fra tappehullet til en opphetet tapperenne som avgir det direkte til støpeorganer anordnet til-støtende ovnen, eller til en varmholdovn hvorfra det kan avgis til egnede støpeor-ganer.

Når ovnen skal stanses, avbrytes kob-bertilførselen; og dersom det ønskes å tømme ovnen, opprettholdes fyringen inntil gjenværende kobber i søylen er smeltet, hvorefter fyringen stoppes. Efter at ovnen er stanset på denne måten, kan den startes som angitt ovenfor, og når det ildfaste materiale fremdeles er tilstrekkelig varmt, kan den langsomme opphetningsperiode utelates. Når ingen dam av smeltet metall opprettholdes i ovnen under smeltingen, slik som tilfellet er ved den foretrukne driftsmåte, stanses ovnen fortrinnsvis ved å stanse metalltilførselen og tilførselen av brensel til ovnen, mens det fortsatt tilføres luft eller oksygenholdig gass inntil strøm-men av smeltet metall fra ovnen opphører, hvorefter også tilførselen av den sistnevnte gass avbrytes. Dersom ovnens ildfaste materiale ikke er blitt utilbørlig koldt, kan ovnen derefter startes på ny ved bare å starte oppfyringen ved den ønskede driftsgrad og tilføre kobber efter behov til toppen av den tilbakeværende søyle i ovnen. Dersom ovnens ildfaste materiale er blitt relativt koldt, som for eksempel når ovnen har vært stanset natten over, kan ovnen igjenstartes ved å opphetes langsomt i 15 til 30 minutter eller inntil kobber be-gynner å dryppe fra hjørnene av den gjenværende beskikning i ovnen, før ovnen fyres ved den ønskede driftsgrad.

Å drive ovnen uten å opprettholde i denne en dam av smeltet metall, under nedsmeltningen er, særlig i forbindelse med den foretrukne avbrytningsmåte, meget fordelaktig derved at smeltet kobber kan skaffes tilveie efter behov uten risikoen ved, eller ubekvemheten ved, nødvendigheten av å holde et stort forråd av smeltet metall på lager i ovnen. Således kan, når det startes med kold ovn, smeltet metall tilveiebringes innen 15—30 minutter efter start, og full smeltehastighét kan nås i løpet av de på-følgende 15—30 minutter, og ved igjen-starting av en varm ovn kan full smeltehastighét oppnås i løpet av 5 min. Videre kan hele strømmen av smeltet metall stanses hurtig, vanligvis i løpet av 2 minutter bg oftest i løpet av 1 minutt, uten at smeltet metall er tilbake i ovnen når den foretrukne avbrytningsmåte benyttes; det er særlig fordelaktig i tilfelle et uhell skulle oppstå som krever hurtig avbrudd i me-tallstrømmen. Ennvidere har avkjølingen av det hete kobber som er tilbake i ovnen med den oksygenholdige gass under den foretrukne avbrytningsprosess ingen påvi-selig ugunstig virkning på oksygeninnholdet av det fremstilte kobber når det således avkjølte kobber smeltes ved igjenstar-ting av ovnen.

Når ovnen drives kontinuerlig under forskjellige fyrings- og chargeringsbetin-gelser, har det vist seg at metall som er nedsmeltet fra søylen kan størkne i bunndelen av eller på bunnen av ovnen og at denne størkning kan finne sted i en sådan utstrekning at tilstopping av tappehullet kan inntre. Det vistse seg også at sådan tilstopping hurtig kan oppstå ved anvendelse av den ovenfor omtalte chargeringsprosess som tilsikter å oppnå en ukompakt søyle hvor kobberlegemene er uregelmessig

og tilfeldig anordnet. Sådan tilstopping viste seg å finne sted særlig hurtig når

denne chargeringsprosess ble anvendt i forbindelse med det trekk å tappe det smeltede

kobber fra ovnen efter hvert som det smeltede metall når ovnsbunnen så at ingen

dam, eller ingen dam av betydning, av smeltet metall finnes ved ovnsbunnen. Av iakttagelser som ble gjort gjennom observasjonsåpningene i brennerne fremgikk det at størkning som kan resultere i hurtig tilstopping, kan skyldes, i hvert fall til dels,

det faktum at den mer åpne karakter av

en søyle som er fremstilt ved en slik char-geringsmåte tillater søylen å bevege seg

relativt hurtig nedover til bunndelen av ovnen, eller tillater en del av søylen eller enkelte stykker av det usmeltede kobber å falle ned i det smeltede kobber som befin-ner seg ved eller renner tvers over ovnsbunnen og derved utilbørlig avkjøler det

smeltede kobber før dette uttappes av ovnen.

Når tappehullet av en eller annen grunn igjentettes av størknet metall, er det av viktighet å avbryte nedsmeltningen

i ovnen og fjerne den størknede metall-propp fra tappehullet, hvorefter ovnen kan

igjenstartes som, tidligere beskrevet. Nedsmeltningen avbrytes fortrinnsvis ved å stoppe tilførselen av brensel til ovnen, mens

tilførselen av luft eller oksygenholdig gass fortsettes så at dannelsen av smeltet metall i ovnen hurtig opphører; tilførselen av luft eller oksygenholdig gass innstilles også så snart smeltingen opphører.

Det er imidlertid blitt funnet at sann-synligheten for at størkning av det smeltede metall i ovnen skal finne sted i en slik utstrekning at tilstopping av tappehullet oppstår, kan elimineres eller i vesentlig grad reduseres ved å lede varme forbrenningsprodukter inn i ovnens bunndel, spesielt inn i den del av ovnsvplumet som omfatter de nedre 90 cm av ovnen, i en mengde som er tilstrekkelig til å tilføre bunndelen mer enn 13.300 Kcal pr. minutt pr. ms av bunndelen, regnet på basis av tom ovn. I denne beskrivelse refererer de nedre 90 cm av ovnen seg til en lineær måling langs den sentrale lengdeakse av ovnen regnet fra ovnsbunnen og 90 cm oppover langs nevnte akse. Fortrinnsvis anbringes en eller

flere brennere, og helst minst 3 brennere,

i området innenfor de nedre 90 cm av ovnen og helst med minst 3 brennere anbrakt

så nært ovnsbunnen som praktisk gjørlig (dvs. innenfor en avstand av ca. 30 cm fra ovnsbunnen), og brennerne fyres i tilstrekkelig grad til, regnet på basis av tom ovn, å innblåse slike mengder hete forbrenningsprodukter at det tilføres minst 17.800, og helst mer enn 27 700, Kcal pr. minutt pr. m« av området innenfor de nedre 90 cm av ovnen, for å unngå tilstopping av tappehullet som følge av størkning, av smeltet metall. I store ovner, for eksempel sirku-lære ovner med diameter over 1,5 m og høyde over 3 m, innføres fortrinnsvis varme i området innenfor de nedre 90 cm av ovnen i en mengde av minst 89.000 Kcal pr. minutt pr. ms av nevnte område.

I motsetning til hva man kunne vente, viste det seg at tilførselen av de ovenfor nevnte store varmemengder ikke øket oksygenforurensningen av kobberet til tross for det økede antall brennere eller de stør-re hastigheter som trengtes for å oppnå en sådan grad av varmetilførsel. Isteden viser det seg at en slik grad av varmetil-førsel i virkeligheten bidrar til å unngå oksygenforurensning av kobberet.

Et hvilket som helst brensel, særlig et hvilket som helst fluid brensel eller brensel som kan overføres til fluid form, kan anvendes ved utøvelse av oppfinnelsen. Fortrinnsvis er brenslet et som består av hydrogen og karbonmonoksyd, som for eksempel vanngass eller generatorgass, eller brenslet er et hydrokarbonholdig brensel (dvs. et brensel bestående av karbon og hydrogen). Av disse brensler er gassformige eller flytende hydrokarbonbrensler de mer foretrukne, og i den nevnte orden; naturgass er det. mest foretrukne brensel. Når de foretrukne brensler anvendes ved ut-øvelse av oppfinnelsen, gir de reduserende konstituenter i ovnsatmosfæren, hvilke konstituenter i det vesentlige består av hydrogen og karbonmonoksyd som et resultat av ufullstendig forbrenning av brenslet. Under smeltingen kan trykket av ovnsatmosfæren være et slikt at det opprett-holder trykket i ovnen i området tilstøtende tappehullet ved eller litt over eller under det omgivende atmosfæretrykk. Ved en slik fremgangsmåte foretrekkes det, som tidligere nevnt, å lede inn i tapperennen en reduserende flamme fra en brenner anbrakt på utsiden av ovnen og tilstøtende tapperennen. Når en åpen eller i det vesentlige åpen tapperenne anvendes for å bringe metallet til et ønsket sted, anbringes fortrinnsvis slike brennere også langs toppen av tapperennen med brennerflammene rettet inn i rennen for å beskytte metallet mot luften når-metallet strømmer gjennom rennen. Ovnen fyres fortrinnsvis med en fyringsgrad som gir tilstrekkelig overtrykk i ovnen til å bevirke at ovnsgassene strøm-mer igjennom og fyller tappehullet. Ved den mest foretrukne fremgangsmåte holdes trykket av ovnsatmosfæren tilstrekkelig høyt til å bevirke at hete gasser fra ovnen skyter inn i og gjennom tappehullet og en del av tapperennen, så at tappehullet og i det minste en del av tapperennen som er fylt med ovnsgass dekkes. Den eventuelle gjenværende del av tapperennen er delvis dekket og er forsynt med de ovenfor nevnte brennere for å beskytte denne del mot luften.

Under nedsmeltningen av kobberet i ovnen kan det tas prøver av smeltet kobber når dette strømmer gjennom tappehullet, og de reduserende betingelser i nedsmeltningsmidlet som innblåses i ovnen kan endres for å endre oksygeninnholdet i kobberet til en annen ønsket verdi som angitt ved en analyse av prøven. De reduserende betingelser i det innblåste nedsmeltningsmiddel kan også endres for å endre synkingen for kobberet til en annen ønsket synking som angitt ved synkingen av de størknede prøver. Når således, for eksempel, naturgass anvendes som brensel og det er ønskelig å senke synkingen av et kobber med høy synking (dvs. hvor synkingen er konveks), nedsettes de reduserende betingelser i nedsmeltningsmidlet inntil synkingen er senket i ønsket utstrekning. Når det er ønsket å høyne synkingen' av et kobber med lav synking (dvs. hvor synkingen er konkav), blir de reduserende betingelser i nedsmeltningsmidlet øket inntil den ønskede synking oppnås.

Oppfinnelsen er nyttig ved fremstilling av smeltet kobber for støping til hvilken som helst form ved hvilken som helst støpe-metode. Den er særlig nyttig i forbindelse med støping av kobbertrådemner og ved støping av stykker og finemner av seigpolet eller desoksydert kobber, spesielt stykker og finemner av desoksydert kobber med lavt fosforinnhold, og særlig når kontinuerlige støpeprosesser anvendes. Ved slike prosesser, særlig når de anvendes til stø-ping av stykker og finemner av seigpolet eller desoksydert kobber og spesielt stykker og finemner som er desoksydert med et des-oksydasj onsmiddel slik som fosfor, som vil forbinde seg med de siste spor av oksygen i kobberet, kan det smeltede kobber fra ovnen avgis til en varmholdovn hvorfra det gjennom egnede tappemidler kan ledes til det kontinuerlige støpeapparat. Varmholdovnen fungerer som en utj evningsbeholder for kobberet og også som tilsetningssted for desoksydasjonsmidlet. Videre kan temperaturen av metallet høynes i varmholdovnen da det ved mange støpearbeider ofte er ønskelig med en høyere metalltemperatur enn den som mest hensiktsmessig eller øko-nomisk tilføres i smelteovnen når den sistnevnte drives på den foretrukne måte uten en dam av smeltet metall.

Oppfinnelsen er spesielt fordelaktig ved at den fremskaffer en kilde av smeltet kobber for støping av tråemner i konvensjonelle støpeformer med lukket bunn. Som kjent er slike støpeformer forsynt med ett eller flere langstrakte formhulrom som hvert skråner ved dets ender, så at trådemnet som støpes har form av et langstrakt legeme med i alminnelighet stort sett kvadratisk tverrsnitt og avskrånede ender som gir gripeflater for mating av emnene til et valseverk. Ved utøvelse av oppfinnelsen til å fremskaffe smeltet kobber for støping av trådemnet, reguleres strømmen av nedsmeltningsmiddel så at det fås smeltet metall som inneholder mindre enn 0,05 vektprosent oksygen. For å få «level set» inneholder metallet som strømmer ut av ovnen fortrinnsvis mindre enn 0,035 vektprosent, og helst mindre enn 0,01 vektprosent, oksygen og mindre enn 0,002 vektprosent, og fortrinnsvis mindre enn 0,001 vektprosent, svovel. Ved fremstilling av smeltet metall for støpning av det nye «level set»-trådemne som tidligere er omtalt i denne beskrivelse inneholder metallet som strømmer ut av ovnen, i vektprosent, mindre enn 0,0007 pst., og fortrinnsvis mindre enn 0,0005 pst., av hvert av elementene jern og svovel og mindre enn 0,035 pst. oksygen. Helst inneholder metallet som kommer fra ovnen ved fremstilling av det nye trådemne, mindre enn 0,01 vektprosent oksygen og det smeltede metall tillates å absorbere oksygen fra atmosfæren når det tappes i støpeformen så at oksygeninnholdet stiger til en ønsket verdi under 0,035 vektprosent. Videre er det blitt funnet at det er vanskelig å oppnå «level set» i trådemnet med mindre det støpte emnet inneholder minst ca. 0,01 vektprosent oksygen. Dessuten, skjønt de foreliggende nye egenskaper er oppnådd i «level set»-trådemnene som er fritt for svovel og jern, er ikke den forbedring som kan oppnås tilstrekkelig stor til å berettige de anstrengelser og omkostninger som det krever å nedsette innholdet av disse konstituenter til mindre enn spor.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal ytterligere belyses ved hjelp av de ved-føyde tegninger. Det vil imidlertid forstås at tegningene har som formål å klargjøre og belyse og at fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen i dens bredere aspekt ikke be-grenses av tegningene.

Figur 1 er et oppriss, delvis i snitt, som viser den foretrukne metode og apparatur for utøvelse av oppfinnelsen;

figur 2 er et vertikalsnitt av ovnen og en del av sjakten vist på figur 1, tatt langs linjen 2-2 på figur 1, med deler av brenner-monteringene og tilføringsrørene til disse utelatt for å forenkle;

figurene 3, 4, 5 og 6 er tverrsnitt av ovnen efter linjene 3-3, 4-4, 5-5 og 6-6 respektive på figur 2, med en charge i ovnen som vist på figur 7;

figur 7 er et skjematisk riss i vertikalsnitt av ovnen og viser en foretrukket uregelmessig anordning av katodesøylen i ovnen under smelteprosessen;

figur 8 er et forstørret vertikalsnitt efter linjen 8-8 på figur 1 og viser brenner-monteringen mer i detalj;

figur 9 er et vertikalsnitt av en del av

et brennerlegeme;

figur 10 er et horisontalsnitt efter linjene 10-10 på figur 9;

figur 11 er et perspektivriss av et trådemne ;

figur 12 er et lengdesnitt av trådemnet

efter linjen 12-12 på figur 11, og

figur 13 er tverrsnitt av trådemnet efter

linjen 13-13 på figur 12.

På tegningene viser figur 1 en oppstil-ling bestående av smelteovnen 1, sjakten 2, tapperennen 3 og tilknyttede rørlednin-ger for å forsyne brennerlegemene 4 med brensel og oksygenholdig gass. Som vist på figurene 2 til 7 er ovnen 1 i sideveggene og bunnen forsynt med en ildfast foring 5 som er omgitt av et skall 6 forarbeidet av et egnet materiale, fortrinnsvis et metall som stål, og sammensatt på egnet måte, som ved sveising, til et i det vesentlige gasstett skall. Ovnens sidevegger er forsynt med en flerhet av åpninger 7 for brennerlegemene 4. Som vist på figur 2 og figur 7 skråner den nedre del 9 av ovens sidevegg innover og ovnsbunnen 10 skråner mot tappehullet 8 som leder ned i tapperennen 3.

Som vist på figurene 1 og 2 er sjakten

2 forsynt med en åpning 15 for innføring

av kobberlegemer i ovnen og en ovnsluke

16 for å lukke åpningen når ovnen ikke

chargeres. Bunnen av sjakten inneholder også et vannkjølt stativ 17 forarbeidet av egnede rør som tilføres kjølevann fra en ikke vist kilde; stativet tjener som styre-innretning for kobberet som innføres i ovnen. Sjakten er ved toppen forsynt med et spjeld 18 som kan anvendes for å oppnå et ønsket trykk i ovnsatmosfæren under smelteprosessen. Sjaktdelen over ovnsluken 16 tjener også som en forvarmerseksjon og er forsynt med en ringformet hylse 20 forarbeidet av et egnet metall, som for eksempel stål, og omgitt på utsiden med isolasjon 21. Luft fra ventilatoren 19 ledes ved et egnet overtrykk gjennom ledningen 22 til fordelingsrøret 23 fra hvilket den passe-rer nedover mellom hylsen 20 og sjakten 2 til fordelingsrøret 24 som også er omgitt av isolasjon 21; luften forvarmes på sin vei nedover. Den forvarmede luft går fra fordelingsrøret 24 gjennom de isolerte ledninger 25 og 26 til de isolerte fordelings-rør 27 og 28 respektive, fra hvilke den via isolerte ledninger 29 avgis ved et egnet overtrykk til de enkelte brennerlegemer 4. Brenslet, fortrinnsvis et gassformig brensel, fra en egnet (ikke vist) kilde trykkes av ventilatoren 37 med et egnet overtrykk gjennom den isolerte ledning 30 som er forsynt med en opphetningsanordning 31 for forvarmning av brenslet, hvilken opphetningsanordning kan tilføres varme på en-hver måte, for eksempel med en varme-utveksler som opphetes elektrisk eller som arbeider med hete forbrenningsprodukter. Det forvarmede brensel fra ledningen 30 ledes gjennom de isolerte ledninger 32 og 33 til de isolerte fordelingsrør 34 og 35 fra hvilke det via isolerte ledninger 36 avgis ved et egnet overtrykk til de enkelte brennerlegemer 4 som også kan være isolert for å hindre varmetap.

Som vist på figurene 1, 2 og 8 er det i hver av åpningene 7 i sideveggen innsatt et brennerlegeme 4 som blir holdt i stilling ved hjelp av bolter 38 som holder monteringsplaten 39 av hvert brennerlegeme tett av mot skallet 6, så at det fås en i det vesentlige gasstett montering. Denne montering sammen med den lukkede konstruk-sjon av brennerlegemene hindrer i det vesentlige innlekking av luft utenfra i ovnen gjennom åpningene 7. En flerhet av brennerlegemer er på denne måten montert i ovnsveggen i hver av en flerhet av brennersoner med brennerne i hver sone anordnet i avstand til hverandre rundt ovnsperiferien og med sonene vertikalt for-skjøvet i forhold til hverandre med de to laveste soner anordnet i den avskrånede del av ovnsveggen; den laveste sone er anordnet tilstøtende ovnsbunnen. Som tidligere påpekt medvirker dette arrangement av brennerne i kombinasjon med den inn-overskrånende ovnsvegg til å bevirke at bunndelen av søylen som smeltes antar en generelt konisk form, som vist ved formen av søylen på figur 7, og gir en høyere smeltehastighet enn det på annen måte kunne oppnås.

Ved forberedelse til oppstarting av ovnen, enten intialt eller når ovnen er kold, fjernes delvis dekkstenene 40 fra tapperennen og innsiden av tapperennen opphetes i hele dens lengde med gassbrennere inntil tapperennen er het nok til å tillate det første smeltede metall fra ovnen å passere gjennom den uten tilstopping på grunn av størkning; denne opphetning fortsettes i hvert fall inntil ovnen er klar til å levere smeltet metall. Ovnen selv oppfyres også, fortrinnsvis ved lav fyringsgrad, i omkring 15—30 minutter for å forvarme den ildfaste foring. Derefter påsettes ovnen tilstrekkelig kobber til å danne en søyle av kobberlegemer som strekker seg til toppen av ovnen og dekkstenene 40 legges tilbake på toppen av smelterennen 3. Derefter fyres ovnen ved den ønskede fyringsgrad, og det smeltede kobber renner efter hvert som det dannes nedover i ovnen til den skrånende bunn hvorfra det strømmer gjennom tappehullet 8 og ned i og gjennom tapperennen 3, fra hvilken det smeltede metall kan avgis enten direkte til en egnet støpe-innretning (ikke vist), eller til en varmholdovn (ikke vist) hvorfra det kan leveres til støpeinnretninger. Under nedsmeltningen tilføres kobber, fortrinnsvis intermitterende eller halv-kontinuerlig, efter behov, for å holde toppen av søylen ved eller nær toppen av ovnen. Dessuten holdes trykket i ovnsatmosfæren tilstrekkelig høyt til å bevirke at ovnsgassene fyller tappehullet 8 og i hvert fall en del av tapperennen 3. Ved avbrytning av smeltningen kan hvilken som helst av de avbrytningsmåter som tidligere er omtalt komme til anvendelse.

Ved innføring av kobber i ovnen, er ovnsluken 16 åpnet og små stabler eller hauger av kobberlegemer (se figur 2) inn-føres gjennom åpningen 15 ved hjelp av hvilke som helst egnede hjelpemidler, for eksempel en motortruck 41 utrustet med konvensjonelle løfteorganer 42 og skyve-organer 43, og sluppet ned i ovnen på en slik måte at kobberlegemene bringes til å innta en ikke-lineær, uregelmessig stilling i søylen. Efter at tilstrekkelig kobber er blitt påsatt, blir ovnsluken 16 lukket.

Ved innføring av katoder i ovnen, kan små hauger 44 av horisontalt anbrakte katoder innføres gjennom åpningen 15 og kan skyves fra løfteorganene 42 ved hjelp av skyveorganene 43 så at de faller eller tumler (se figur 7) ned i ovnen og der inn-tar en uregelmessig stilling slik som illustrert ved anordningen av katodene 45 på figurene 3—7.

Ved reguleringen av de reduserende betingelser i strømmen av nedsmeltningsmiddel, som utgjøres av alle enhetsstrøm-mene som innblåses i ovnen fra brennerne 4, kan reguleringen av det totale oksygeninnhold tvers over strømningsveien for en-hetsstrømmene før disse kommer inn i ovnen utføres på en hvilken som helst egnet måte. Imidlertid har det vist seg at et brennerlegeme av den art som er vist på figurene 8—10 er spesielt nyttig og fordelaktig når det gjelder å sørge for denne regulering, . særlig når gassformige brensler anvendes, og disse brennerlegemer fortrekkes ved utøvelse av oppfinnelsen. Som vist på figur 8 omfatter brennerlegemet 4 en seksjon 50 hvor en strøm av brensel og en strøm av oksygenholdig gass forenes til en enhetsstrøm som innføres i antendelsesseksjonen 51. Brennerlegemet er også utrustet med en forbrenningsseksj on 52 forarbeidet av et egnet ildfast materiale og montert på en ringformet flens 53 mot en skulder 54 av antendelsesseksjonen 51. Antendelsesseksjonen er også forsynt med en ringformet, ildfast ring 56 og en ringformet, ildfast hylse 57 som er avpasset til sammen med ringen 56 å danne en innsnev-ring 55 i seksjonen 51. Stangen 58 kan an-ordnes i innsnevringen og en konvensjonell elektrisk tenplugg 59 for antendelse av enhetsstrømmen kan monteres på siden av seksjonen 51 med den indre ende av tennpluggen anordnet tilstøtende stangen 58 som vist. Kombinasjonen av innsnevringen og stangen 58 er spesielt gunstig for opprettholdelse av forbrenning av enhets-strømmen i seksjon 52, særlig når enhets-strømmen føres gjennom brennerlegemet med en høy hastighet. Seksjonen 51 er også forsynt med åpninger 69 og 70 for uttagning av prøver av enhetsstrømmen; disse åpninger er normalt lukket méd propper 71. Iste-denfor å anvende antendelsesorganer slik som tennplugger 59, kan enhetsstrømmen antendes i ovnens indre, skjønt en sådan fremgangsmåte foretrekkes ikke. Ved oppstarting av ovnen kan det således, for eksempel, opptennes et bål av trematerialer i ovnen. Når den brenbare enhetsstrøm innblåses i ovnen med lav inblåsningshastig-het, vil enhetsstrømmen antendes og brenne tilbake til det normale antendelsespunkt i brenneren, ved hvilket punkt det er anordnet antendelsesorganer, hvorefter brenneren kan drives ved den tilsiktede fyringsgrad.

Seksjonen 50 har en ringformet for-delingssone 60, en hylse 61, et bende eller en albu 62, en munningsplate 63 og en ob-servasj onsåpning 64 forsynt med et tran-sparent okular 65. Hylsen 61, som støtter seg på skulderen 66 og den venstre ende av seksjonen 51, samvirker med den ringfor-mede del 60 så at det fås en fordeler for innføring av den minste av de to strømmer som skal forenes (i regelen brenselsstrøm-men) fra ledningen 36 gjennom åpningene 67 inn i foreningskammeret 68; størrelsen og

fordelingen av åpningene 67 rundt perife-rien av hylsen velges slik at tilførselen av

fluidum til kammeret reguleres. Den stør-ste strøm (i regelen luften eller den oksygenholdige gass) innføres i kammeret 68 fra ledningen 29 gjennom munningen i pla-ten 63 og albuen 62.

Ved drift av brenneren ble det funnet at det totale oksygeninnhold i prøver av en-hetsstrømmen tatt ved forskjellige punkter i planet A—A gjennom åpningene 69 og 70 ikke var det samme. Det ble også funnet at forskjellen i totalt oksygeninnhold for prø-ver av enhetsstrømmen tatt ved de samme

eller forskjellige punkter 1 planet A—A kunne økes eller minskes ved å forskyve

stillingen av munningsplaten 63 i platens plan på tvers av luftstrømmen ved innløps-enden av albuen 62 (se figur 10) for således å endre beliggenheten av munningen 72 og bringe luften til å slå an mot albuen

62 under en annen vinkel. Når imidlertid

munningsplaten 63 ble flyttet til en stilling ved utløpsenden av albuen 62 umiddelbart foran den venstre ende av hylsen 61 med

munningsplanet perpendikulært til hylsens

akse, ble det atter funet relativt store dif-ferenser i totalt oksygeninnhold i planet

A—A i enhetsstrømmen, men forskyvning

av munningsplaten på tvers av strømnings-veien for den største strøm hadde ingen

merkbar virkning på forskjellen i totalt oksygeninnhold i planet A—A i enhetsstrøm-men. Ennvidere viste det seg at et eksi-sterende variasjonsmønster i oksygeninnholdet tversover planet A—A fortsatte å

bestå i enhetsstrømmen ved dens passasje gjennom resten av brennerlegemet 4.

Ved drift av brennerne ledes følgelig den største av de to strømmer som skal forenes til brennerlegemet gjennom den munning inn i en albu som fører til foreningskammeret, idet nevnte strøm slår an mot en buet overflate i albuen hvorved den avbøyes inn i foreningskammeret, og stillingen av munningen forskyves, for å endre strømmens anslagsvinkel mot den buede overflate og derved regulere variasjoner i det totale oksygeninnhold tversover strømningsveien for enhetsstrømmen utblåst fra brenneren. Det har vist seg at minst variasjon i nevnte totale oksygeninhold oppnås når i det vesentlige hele den største strøm som går gjennom munningen 72 slår an mot den buede overflate av albuen 62 under slike betingelser at den minste vinkel mellom strømningsveien for nevnte strøm og en hvilken som helst tangent til den del av den buede overflate som strømmen slår an mot er over 45°, og hvorved den minste vinkel med en tangent til den del av den buede overflate som en større del av strøm-men slår an mot er over 65°. Således, som vist på figur 9, representerer linjen 73, som er trukket fra venstre side av munningen 72 parallell med lengdeaksen 74 av innløps-delen av albuen 62, den venstre side av strømningsveien for den største strøm. Som vist er vinkelen mellom linjen 73 og tangenten til den buede overflate hvor den sistnevnte skjæres av linjen 73 større enn 45° (vist ved vinkelen B), og vinkelen C mellom munningsaksen 74 og tangenten til den buede overflate hvor den sistnevnte skjæres av munningsaksen 74 er større enn 65°. Videre ble det funnet at avstanden mellom åpningene 67 for tilførsel av brensel og munningsplaten 63 påvirker følsom-heten av den regulering som oppnås ved forskyvning av munningsplaten 63 derved, at når denne avstand økes, nedsettes nevnte følsomhet. Fortrinnsvis plaseres alle åpningene 67 innen en avstand av ca. 30 cm fra munningsplaten, målt langs linjen 77 trukket langs den største indre radius av albuen, og helst så nær munningsplaten som gjørlig.

Som vist på fig. 8 er hver av ledningene 29 som fører den største strøm (luft) til brennerlegemene 4 forsynt med en ventil 80 for regulering av den luftmengde som under overtrykk avgis til brennerlegemet. Likeledes er hver av ledningene 36 som fører den minste strøm (brensel) til brennerlegemene forsynt med en ventil 81 for regulering av den brenselmengde som under overtrykk avgis til brennerlegemet. I tillegg kan, som vist på figur 1, luftledningene 25 og 266 ha ventiler 82 og 83 respektive for avstengning av lufttilførselen og hovedbrenselsledningén 30 kan også være utrustet med en ventil 84 for avstengning av brenseltilførselen. Dessuten kan, som vist på figur 8, hver av ledningene 36 være forsynt med en konvensjonell diafragma - regulert ventil 85 regulert av et konven-sjonelt diafragmaorgan 86 som er forsynt med et diafragma 87. Hvert av diafragma-organene er også forsynt med et rør 88 som leder fra innsiden av ledningen 29 til rom-met over diafragmaet i diafragmaorganet så at det overfører trykket av luften i ledningen 29 til diafragmaet. Et sådant arrangement, som anvender overtrykk på brensel og luft som avgis til foreningskammeret 68, er foretrukket da det derved oppnås at brenslet i ledningen 36 foran ventilen 81 holdes ved samme trykk som luften i ledningen 29 foran munningsplaten 63, hvorved det til brenneren avgitte forhold mellom brensel og luft, særlig ved endring av brennerens fyringsgrad, lettere kan reguleres til en ønsket verdi enn ved den regulering som oppnås ved et arrangement hvor den minste strøm innføres i kammeret 68 ved innblåsning. Når således, for eksempel, fyringsgraden av ovnen skal økes, økes trykket av luften i ledningen 29 i strømmen foran munningsplaten 63 ved å åpne ventilen 80. Diafragmaorganet 86 gir automatisk det samme trykk i ledningen 36 i strømmen foran ventilen 81 så at det samme forhold mellom' brensel og luft opprettholdes i enhetsstrømmen uten å endre stillingen av ventilen 81.

Eksempel 1.

Det ble konstruert en ovn av den art som er vist på figurene 1 og 2. Den ble utforet med konvensjonell ildfast aluminiumsilikatsten. Den invendige høyde av den utforede ovn var 198 cm og den indre diameter av samme over de avskrånede veg-ger var 183 cm. Ved bunnen var den indre diameter 115 cm og veggens avskråning sluttet 91 cm fra ovnsbunnen, målt langs ovnens lengdeakse. Ovnsbunnen var av-skrånet for å la det smeltede kobber renne ut av ovnen uten å samle seg i en dam. Hverken brenslet eller den oksygenholdige gass ble forvarmet.

9 brennere av den art som er vist på figur 8 ble anvendt og hver ble forsynt med diafragmaorganer 86. Utsiden av brenner-seksjonen 52 var kvadratisk med sidekant

på 23 cm. Den indre vegg 90 av brenner-seksjonen 52 var rund med en diameter på 13,3 cm. Hver brenner var forsynt med en «forbrenningsstang» 58 som skal med-virke til å opprettholde forbrenningen av enhetsstrømmen i seksjonen 52. Avstanden mellom skulderen 66 og venstre endepunkt av stangen 58 var 30,5 cm. Brennerne ble anordnet i 3 soner. Bunnsonen inneholdt 3 brennere anbrakt med jevne mellomrom rundt ovnsperiferien og med bunnen av brennerne anbrakt omtrent 20 cm over ovnsbunnen. Den neste overliggende sone inneholdt også 3 brennere anbrakt med jevne mellomrom rundt ovnsperiferien med brennerne anordnet midtveis mellom brennerne i den underliggende sone og med sentrum av brennerne 30,5 cm over sentrum av brennerne i bunnsonen. Den tredje brennersone inneholdt likeså 3 brennere anbrakt med jevne mellomrom rundt ovns-

periferien med brennerne anordnet midtveis mellom brennerne i den underliggende, annen sone og med sentrum av brennerne 61 cm som over sentrum av brennerne i den annen sone.

Det anvendte brensel var naturgass med en brennverdi på 9165 Kcal/m3 og den oksygenholdige gass var luft. Analyse av naturgassen viste at dens sammensetning tilsvarte CH.j8G og at gassen inneholdt mindre enn 0*9 g svovel pr. 2,52 .10^ Kcal. Forholdet mellom naturgass og luft avgitt til ovnen var et slikt at det ga et nedsmeltningsmiddel som inneholdt 18,85 volumprosent oksygen, på basis av tørr gass. Ovnen ble opphetet ved lav fyringsgrad i omkring 30 minutter for å opphete den ildfaste utforing. En søyle av kobberkatoder ble anbrakt i ovnen og, under nedsmeltningen, ble katoder påsatt intermitterende efter behov for å holde toppen av søylen på høyde med toppen av ovnen. Efter at ovnen på denne måten var forvarmet og søylen av katoder var inført i ovnen, ble brennerne fyrt ved deres driftskapasitet under smelteprosessen. Trykket i luftledningene 29 foran munningsplaten 63 og trykket i bren-selsledningene 36 foran ventilen 81 var 457,2 mm vannsøyle (manometer); trykket i brennerseksj onene 51 målt i åpningene 69 var 457,2 mm vannsøyle (manometer); dette trykk tilsvarer en hastighet på 76,5 m/sekund for de varme produkter som innblåses i ovnen ved en temperatur av 1427°C. Trykket inne i ovnen ved tappehullet var 15,2 mm vannsøyle (manometer).

Tilsammen ble de 6 brennere ved bunnen fyrt i en slik grad at de ga 450 Kcal pr. minutt pr. ems ovnsvolum i de nedre 90 cm av ovnen, regnet på basis av tom ovn. Den totale varmetilførsel til ovnen fra de 9 brennere var 38.200 Kcal pr! minutt.

Innen 5 minutter efter at brennernes fyringsgrad ble innstilt på deres driftskapasitet begynte smeltet kobber å renne fra tappehullet 8, og innen en halv time efter at nevnte fyringsgrad ble begynt, leverte ovnen smeltet kobber med en gjennom-snittlig hastighet på 12 tonn pr. time under skiftet. Temperaturen av det smeltede kobber som fløt ut av tappehullet var omtrent 1130°C. Under skiftet ble det med mellomrom tatt prøver av ovnsatmosfæren ved bunnen av ovnen ved et punkt 30 cm innenfor tappehullet og ved et punkt inne i ovnen omtrent 30 cm fra ovnstoppen. Analyse av disse prøver viste at ovnsatmosfæren under skiftet inneholdt 2,07 volumprosent hydrogen, på basis av tørr gass. Prøver av det smeltede metall fra ovnen ble under skiftet tatt ved tappehullet og viste seg å inneholde mer enn 0,05 vektprosent oksygen og så meget som 0,069 vektprosent oksygen.

Eksempel 2.

Den ovenfor opptrukne fremgangsmåte ble gjentatt med de samme resultater. Under det nye skift ble prøver av nedsmeltningsmidlet uttatt fra hver av brennerne; prøvene fra halvparten av brennerne ble tatt ut fra toppen gjennom munningen 69 og prøvene fra den annen halvdel ble uttatt fra munningen 69' (se figur 8) ved bunnen av brennerne.

Det viste seg at prøvene inneholdt forskjellige oksygenmengder, fra så lite som 18,58 volumprosent til så meget som 19,02 volumprosent, på basis av tørr gass. Det til de enkelte brennere tilførte forhold mellom brensel og luft ble derefter endret ved å endre innstillingen av ventilen 81 så at gassprøvene fra hver av brennerne inneholdt 18,80 volumprosent oksygen, på basis av tørr gass. Ved driften av ovnen efter denne endring viste det seg at totalforhol-det mellom til ovnen tilført naturgass og luft var i det vesentlige uforandret og at hydrogeninnholdet i ovnsatmosfæren ved toppen og bunnen av ovnen også i det vesentlige var uforandret ved 2,17 volumprosent, på basis av tørr gass. Imidlertid viste det seg at oksygéninnholdet i det smeltede kobber øket til 0,083 pst.

Gassprøver ble derefter tatt ved forskjellige punkter i planet A—A (se figur 8) i hver av brennerne. Disse prøver ble tatt gjennom et prøverør innført gjennom åpningene 69 og 70 i brennerseksj onen 51. Prøverøret var et hult, rundt rør som var lukket i den ende som ble innført i seksjonen 51 og var forsynt med et 1/16" munnstykke i dets sidevegg tilstøtende den luk-kende ende av røret. Ved prøvetagningen ble nevnte munnstykke i prøverøret vendt direkte mot strømmen i seksjonen 51.1 hver brenner ble det tatt prøver ved 3 eller flere jevnt fordelte punkter over planet A—A gjennom hver av åpningene 69 og 70. Ana-lyser av prøvene viste en bred variasjon i deres totale oksygeninnhold. Det laveste totale oksygeninnhold som ble funnet i noen prøve var 18,62 volumprosent, på basis av tørr gass, og det høyeste totale oksygeninnhold som ble funnet var 19,6 volumprosent, på basis av tørr gass; dette gir en spredning på mer enn 0,6 mellom det høyeste totale oksygeninnhold som ble funnet og det tilsiktede totale oksygeninnhold på 18,80 volumprosent, på basis av tørr gass, i nedsmeltningsmidlet.

Derefter ble munningsplaten 63 i hver av brennerne forskjøvet på tvers av strøm-ningsveien for luftstrømmen for å endre stillingen av munningen 72 til en stilling ved hvilken forskjellen mellom det høyeste og laveste totale oksygeninnhold som forekommer i planet A—A i hver av brennerne var mindre enn 0,1 volumprosent oksygen, på basis av tørr gass. Derefter ble, om nød-vendig, ventilen 81 i brennerne innstilt for å gi 18,80 volumprosent oksygen, på basis av tørr gass, i enhetsstrømmen i hver av brennerne. Ved drift av ovnen efter at disse reguleringer var gjort-viste det seg at det totale til ovnen tilførte forhold mellom naturgass og luft i nedsmeltningsmidlet forble i det vesentlige uforandret og at hydrogeninnholdet av ovnsatmosfæren ved toppen og bunnen av ovnen forble i det vesentlige uforandret ved 3,04 volumprosent hydrogen, på basis av tørr gass. Imidlertid viste det seg at oksygeninnholdet i det smeltede metall var blitt nedsatt og at det smeltede metall inneholdt 0,0079 vektprosent oksygen. Det ble også funnet at kobberet inneholdt mindre enn 0,0007 vektprosent svovel og mindre enn 0,001 vektprosent jern og at ingen slagg ble dannet under smeltingen av kobberet på dette vis.

Eksempel 3. i' En liten rektangulær ovn forsynt med en eneste brenner ble konstruert, Sideveggene og bunnen av ovnen ble utforet med konvensjonell ildfast aluminiumsilikatsten og var omgitt av et stålskall. Den utforede ovn var innvendig 36 cm bred, 69 cm lang og 43 cm høy og var åpen ved toppen. Et enkelt brenneraggregat av den art som er vist på figur 8 ble anvendt. Den indre vegg 90 av seksjonen 52 var rund med diameter 9,5 cm. Avstanden fra skulderen 66 til det venstre endepunkt av stangen 58 var 66 cm. Brenneren var anordnet ved bunnen av den ene endevegg av ovnen med brennerens sentrum midtveis mellom sidene og 30 cm fra ovnsbunnen. Et tappehull med diameter på 2,5 cm ble anordnet i en av sideveggene ved bunnen av ovnen 33 cm fra den indre overflate av den endevegg som inneholdt brenneren. Ovnsbunnen skrånet svakt mot tappehullet. Under smeltingen av kobber i ovnen var ovnstoppen delvis dekket for å opprettholde i ovnen et overtrykk som var tilstrekkelig til å bevirke at varme gasser fra ovnen skjøt inn i og gjennom tappehullet og en veilengde på 30 cm fra tappehullet.

Brennerne ble innregulert i tom ovn under fyring med full kapasitet og under

anvendelse av naturgass som brensel og luft som oksygenholdig gass. Prøver av nedsmeltningsmidlet tatt i planet A—A gjennom åpningene 69 og 70 i seksjonen 51 viste en forskjell i totalt oksygeninnhold på mindre enn 0,01 mellom det høyeste totale oksygeninnhold og det laveste totale oksygeninnhold som ble funnet i prøvene tatt i planet.

Derefter ble ovnen opphetet ved en lav fyringsgrad og en porsjon kobberkatoder (porsjonen var 30 cm bred, 35 cm lang og omtrent 2 cm tykk) ble anbrakt opp og ned i ovnen foran brenneren30 cm fra den endevegg i ovnen i hvilken brenneren var plasert. Brenneren ble derefter fyrt ved full kapasitet, idet ikke forvarmet naturgass og luft ble tilført brenneren for å gi et nedsmeltningsmiddel med et totalt oksygeninnhold på 18,80 volumprosent, regnet på basis av tørr gass. Med full fyringskapasi-tet ble 48 m3 naturgass pr. time tilført ovnen. Smeltet kobber begynte å strømme gjennom tappehullet inen 5 minutter efter at brenneren var satt på full fyringskapa-sitet og forsøket ble derefter fortsatt inntil hele katodeporsj onen var smeltet. Prøver av det smeltede kobber som strømmet ut av tappehullet ble tatt under forsøket. Ana-lyser av prøvene viste et oksygeninnhold i kobberet på mindre enn 0,01 vektprosent.

Det foregående forsøk ble gjentatt, men i dette tilfelle ble en porsjon katoder anbrakt foran brenneren i en opprettstående stilling i ovnen 15 cm fra den ovnsvegg som inneholdt brenneren. Analyse av det smeltede kobber som ble fremstilt under forsø-ket viste at det inneholdt 0,039 vektprosent oksygen.

Det foregående forsøk ble atter gjentatt med en porsjon katoder anbrakt i vertikal, opprettstående stilling i ovnen 30 cm

fra nevnte endevegg, men i dette tilfelle var

det til brenneren tilførte forhold mellom

ikke forvarmet naturgass og luft et slikt at det ble dannet , et nedsmeltningsmiddel som totalt inneholdt 18,6 volumprosent oksygen, på basis av tørr gass. Analyse av det smeltede kobber som ble fremstilt under forsøket viste at det inneholdt 0,035 vektprosent oksygen.

Eksempel 4.

Fremgangsmåten beskrevet i eksempel 3 ble gjentatt i en serie forsøk hvor det ved

dannelsen av nedsmeltningsmidlet ble anvendt de forskjellige forhold mellom naturgass og luft som er oppført i nedenstående tabell. Porsjonene av katoder ble i hvert forsøk plasert ved 30 cm's posisjonen unn-tatt ved forsøk 6 ved hvilket katodepor-

sjonen tale plasert i ovnen i en opprettstående stilling foran brenneren og 23 cm fra den ovnsveggen hvori, brenneren var anbrakt. Ved hvert forsøk ble det tatt en gass-prøve 15 cm inne i ovnen i brennerens lengdeakse. Disse gassprøver ble analysert på uforbrent oksygen og forbrenningsgraden for oksygenet som var tilført nedsmelt-

ningsmidlet fra luften ble bestemt. Prøver av det smeltede kobber som ble fremstilt ved hvert forsøk ble også tatt og analysert på oksygeninnhold. Resultatene er oppsatt i den følgende tabell i hvilken analysene på oksygen i den gassformige prøve og hydrogen i ovnsatmosfæren er angitt i volumprosent på taasis av tørr gass.

I dette eksempel og når det gjelder denne beskrivelse og påstandene, blir forbrenningsgraden for oksygenet i nedsmeltningsmidlet ved det tidspunkt det sistnevnte har tilbakelagt omkring 15 cm inn i ovnen funnet ved å bestemme volumprosenten, på basis av tørr gass, av uforbrent oksygen i en prøve av nedsmeltningsmidlet tatt i strømmen av dette omkring 15 cm inne i ovnen; denne prosent av uforbrent oksygen blir så dividert med volumprosenten, på basis av tørr gass, av oksygen som opprinnelig var tilstede i nedsmeltningsmidlet før det sistnevnte ble antent; kvotien-ten fra denne divisjon blir derefter subtra-hert fra tallet en (1) og differensen multi-pliseres med 100 for å få forbrenningsgraden for oksygen ved nevnte 15 cm's punkt.

Eksempel 5.

Det ble konstruert en rund ovn av den art som er beskrevet i eksempel 1, utrustet med brennere med dimensjoner som beskrevet i eksempel 3. Ovnen ble utforet med konvensjonell ildfast aluminiumsilikatsten. I indre dimensjoner var den utforede ovn 150 cm høy og 150 cm i diameter over den avskrånede vegg. Ved bunnen var ovnens indre diameter 105 cm. Avskråningen av sideveggen sluttet 60 cm fra ovnsbunnen, målt langs ovnens lengdeakse. Fire brennere ble anordnet i ovnsveggen med jevnstore mellomrom rundt ovnsperiferien med sentrum av brennerne 14 cm over det høye-ste punkt av den skrånende ovnsbunn.

Ikke forvarmet propan med en brennverdi på 23140 Kcal pr. ms ble anvendt som brensel ved drift av ovnen og ikke forvarmet luft ble anvendt som oksygenholdig gass. Det til ovnen avgitte forhold mellom propan og luft under smelteprosessen var et slikt at det ga et nedsmeltningsmiddel som før antendelse inneholdt 19,90 volumprosent totalt oksygen, på basis av tørr gass. Før kobber ble nedsmeltet i ovnen ble munningsplaten 63 i hver brenner forskjøvet inntil det høyeste totale oksygeninnhold som forekom i planet A—A for samtlige brennere var under 19,95 volumprosent oksygen, på basis av tørr gass.

Ovnen ble fyrt ved lav fyringsgrad i omkring 20 minutter for å opphete de ildfaste materialer. Derefter ble kobberkatoder påsatt ovnen og anordnet i ovnen under en vinkel på omkring 60° med horison-talplanet, og brennerne ble fyrt i en slik grad at varmetilførselen til det området av ovnen som utgjøres av ovnens nedre 90 cm var 17.800 Kcal pr. minutt pr. m». Under nedsmeltningen ble katoder påsatt efter behov for å holde nivået for katodene over ovnstoppen. Det viste seg at kobber ble smeltet med en hastighet på 4 tonn pr. time. Prøver av det smeltede kobber fra ovnen ble tatt i en prøvekokille av grafitt. Analyse av prøvene viste at de hadde oksygeninnhold under 0,005 vektprosent.

Eksempel 6.

Ovnen som er illustrert på tegningenes figurer 1—10 ble konstruert med 18 brennere av dimensjoner som angitt i eksempel 1. Ovnen ble utforet med konvensjonell ildfast aluminiumsilikatsten. I indre dimensjoner var den utforede ovn 427 cm fra ovnsbunnen til bunnen av stativet 17 og 183 cm i diameter over den avskrånede vegg. Ved bunnen var den indre diameter av ovnen 114 cm. Avskråningen av veggene sluttet 114 cm fra ovnsbunnen, målt langs ovnens lengdeakse. Fire brennersoner ble anordnet i ovnsveggene med brennerne i hver sone anordnet med jevnstore mellomrom rundt ovnsperiferien; hver av de to laveste brennersoner inneholdt 6 brennere og hver av de to øvre soner inneholdt 3 brennere. Senterlinjen for brennerne i bunnsonen var 17,8 cm over det høyeste punkt av den skrånende ovnsbunn. Avstanden mellom senterlinjene for første og annen brennersone var 50,8 cm. Avstanden mellom senterlinjene for annen og tredje brennersone var 61 cm. Avstanden mellom senterlinjene for tredje og fjerde brennersone var også 61 cm.

Ved drift av ovnen ble naturgass anvendt som brensel og luft som oksygenholdig gass. Naturgassen inneholdt mindre enn 4,5 g svovel pr. 2,52 .105 Kcal og hadde en brennverdi på 9523 Kcal/m». Luften ble forvarmet til ca. 150°C i sjakten 2 og naturgassen ble likeledes forvarmet til 150°C i forvarmeren 31. Det til ovnen tilførte forhold mellom naturgass og luft under smeltingen var et slikt at det ga et nedsmeltningsmiddel som før antendelse inneholdt 18,82 volumprosent totalt oksygen, på basis av tørr gass. Før kobber ble smeltet i ovnen ble munningsplaten 63 i hver av brennerne forskjøvet in til det høyeste totale oksygeninnhold som forekom i enhetsstrømmen i planet A—A for hver av brennerne var under 18,90 volumprosent totalt oksygeninnhold, på basis av tørr gass.

Ovnen ble chargert med kobberkatoder så at det ble dannet en søyle som strakte seg opp til ovnens topp. Derefter ble brennerne fyrt ved lav fyringsgrad i omkring en halv time for å opphete de ildfaste materialer, hvorefter fyringsgraden ble øket til brennernes driftsgrad. Ved driftsgraden ble varme tilført ovnen med en hastighet på 277.000 Kcal pr. minutt, og varme ble tilført fra den første brennersone til det området av ovnen som utgjøres av ovnens nedre 90 cm med en hastighet på 133.500 Kcal pr. minutt pr. ms av nevnte område. Under disse fyringsbetingelser inneholdt ovnsatmosfæren 2 volumprosent hydrogen, på basis av tørr gass, og trykket i ovnen ved ovnsbunnen var tilstrekkelig til å bevirke at ovnsgassene skjøt ut gjennom tappehullet 8 og 4,6 meter inn i den over-dekkede tapperenne 3. Ovnens fulle smeltehastighet ble nådd innen 15 minutter efter at brennerne ble fyrt ved ovennevnte driftsgrad.

Etter hvert som den opprinnelig på-satte søyle av katoder ble smeltet, ble katoder innført i ovnen og bibrakt den uregelmessige stilling i søylen som er vist på figurene 3—7. Smeltehastigheten ved denne uregelmessige katodestilling var omkring 45 tonn pr. time. Prøver av smeltet kobber tatt under denne smeltingen viste seg å inneholde under 0,005 vektprosent oksygen og under 0,0005'vektprosent av hvert av elementene jern og svovel.

Derefter, mens ovnen fortsatt ble drevet ved de ovennevnte driftsbetingelser, ble chargeringsmetoden for katodene endret så at katodene ble bibrakt en generelt horisontal stilling i søylen. Det viste seg at med denne chargering avtok smeltehastigheten til en hastighet så lav som 30 tonn pr. time og at innholdet av oksygen, jern og svovel i det smeltede kobber forble i det vesentlige uforandret.

Uregelmessig chargering av katodene ble atter anvendt, men kasserte trådemner som inneholdt mer enn 0,03 vektprosent oksygen ble jevnt chargert sammen med katodene i en mengde som utgjorde 15 vektprosent av den totale charge. Det ble funnet at innholdet av oksygen, jern og svovel i kobberet forble i det vesentlige uforandret og at smeltehastigheten. var omkring 45 tonn pr. time. Ovnen ble drevet på dag-skift på denne måte over en periode på

flere måneder for efter behov å levere

smeltet kobber til støpning ved det verk ovnen var installert. Under denne perio-den ble verkets behov lett tilfredsstilt ved å drive ovnen kontinuerlig i 6—12 timer dag-lig. Ved innstilling av dagens drift ble ovnen stanset ved å avbryte metallcharge-ringen og tilførselen av brensel, mens luft-tilførselen ble opprettholdt inntil strøm-men av smeltet metall stanset, hvorefter

lufttilførselen også ble avbrutt. Neste

driftsdag ble ovnen gj enoppstartet ved å

fyre ved lav fyringsgrad inntil ovnens ildfaste' materialer var opphetet i det minste til rødglød, hvorefter regulær fyringsgrad og chargering begynte. Når det ble arbeidet

på denne måten, over en slik periode, viste

det seg at smeltehastigheten og innholdet av oksygen, jern og svovel i det smeltede kobber forble i det vesentlige uforandret, og det var aldri nødvendig å stanse ovnen på grunn av tilstopping av tappehullet med størknet metall.

Eksempel 7.

Det smeltede kobber fremstilt i eksempel 6 ble avgitt av tapperennen 3 til et kon-vensjonelt støpehjul for trådemnet og ble støpt til konvensjonelle 112 kg's trådemner, illustrert ved tallet 95 på figurene 11—13. Under denne konvensjonelle støping absor-berte det smeltede kobber tilstrekkelig oksygen fra atmosfæren til å øke kobberets oksygeninnhold til en verdi i området 0,015 til 0,03 vektprosent. Det støpte trådemne hadde det «level set» som er illustrert ved overflaten 966 (se figur 13). Prøver av det på dette vis støpte trådemne ble tatt fra sentrum av emnet. Analyse av prøvene viste at kobberet ineholdt 0,015 til 0,03 vektprosent oksygen og fra spor til 0,0005 vektprosent av hvert av elementene jern og svovel. Trådemnet kan forarbeides til val-setråd med hittil ukjente egenskaper, hvorfra fintråd lett kan trekkes.

Eksempel 8.

Fremgangsmåten og ovnen beskrevet i eksempel 3 ble anvendt på ny med petroleum som brensel og luft som oksygenholdig gass. I brenneren som ble anvendt i ovnen ble foreningskammeret opphetet og petroleum innsprøytet som en forstøvet strøm i det opphetede kammer hvor den ble forenet med luft, og den således opphetede enhetsstrøm ble ledet inn i det tilstøtende forbrenningskammer hvorfra den ble innblåst i ovnen. Porsjonen av katoder ble anbrakt 30 cm fra den ovnsvegg som inneholdt brenneren. Ovnsatmosfæren viste seg å inneholde 2,64 volumprosent hydrogen, på basis av tørr gass. Graden av oksygenforbrenning ved det tidspunkt nedsmeltningsmidlet hadde tilbakelagt 15 cm inn i ovnen fra ovnsveggen var over 99 pst. Det ble ikke observert noen forskjell i totalt oksygeninnhold tvers over strømningsveien for nedsmeltningsmidlet når det sistnevnte strømmet ut fra brenneren. Det smeltede kobber fra ovnen viste seg å inneholde 0,002 vektprosent oksygen.

I de foranstående eksempler ble svovelinnholdet i kobberet bestemt ved fremgangsmåten kalt «Sulfur by the Direct Combustion-Iodate Method», som er beskrevet på side 382 i «1960 Book of ASTM Method for Chemical Analysis of Metals», utgitt i april 1961 av American Society for Testing Materials, 1916 Raet Street, Phila-delphia, Pennsylvania. Det ble anvendt en 3-grams prøve. Oksygeninnholdet i kobberet ble bestemt ved den fremgangsmåte som er angitt i bulletinen kalt «Instruction Manual for the Operation of Laco Oxygen Analyzer No. 534—300», utgitt i april 1958 av Laboratory Equipment Corporation, St. Joseph, Michigan. Det ble anvendt en plate-strøm på 350 til 400 milliampere.

Jerninnholdet i kobberet i de foranstående eksempler ble bestemt ved en emi-sjonsspektrografisk fremgangsmåte, ved hvilken stenger av kobberet med 8,9. cm's lengde og 8 mm's diameter ble anvendt som positiv og negativ elektrode; før de ble plasert i spektrografen ble stengene beiset i 5 sek. i konsentrert salpetersyre, vasket med destillert vann og innhyllet i filter-papir. Elektrodene ble excitert med like-strømsbue under anvendelse av 10 ampere og 250 volt. Før spektret ble registrert ble elektrodene excitert inntil en smeltet menisk av kobber dannet seg på den nedre elektrode. Derefter ble elektrodeavstanden innstilt på 5 mm og spektret registrert i ett minutt. Jerninnholdet i kobberet ble derefter bestemt ved å sammenligne med en kjent standard.

I eksemplene ble analyse av gassene på oksygen utført'ved den fremgangsmåte som er beskrevet i artikkelen «An Instrument for Determining the partial Pressure of Oxygen in a Gas» av Pauling et al., J.A.C.S. (1946) Vol. 68, p. 795—798, under bruk av et instrument betegnet som «Model F3 Oxygen Analyzer» fremstilt av Beck-man Instruments, Inc., Fullerton, California og beskrevet i sistnevntes bulletin «1040— A» under tittelen «Model F3 Oxygen Analyzer», utgitt oktober 1958. Gassprøver som inneholdt mindre enn omkring 10 volumprosent oksygen, på basis av tørr gass, ble også analysert med en massespektrograf. Videre kan oksygeninnholdet i prøvene av det uforbrente nedsmeltningsmiddel bestemmes ved en indirekte metode ved hvilken vedkommende prøve først brennes inntil prøvens oksygeninnhold er forbrukt.Derefter kan forbrenningsproduktene analyseres på hydrogen. Oksygeninnholdet i prø-ven kan derefter bestemmes ved å sammenligne resultatene av denne hydrogenanalyse med kjente verdier for det anvendte brensel og den anvendte oksygenholdige gass, ut-ledet fra normal driftserfaring.

Ved kontinuerlig smelting skal man i denne beskrivelse og påstandene forstå kontinuerlig smelting i bokstavelig for-stand så vel som intermitterende smelting, til forskjell fra satsvis smelting.

Claims

1. Fremgangsmåte for fremstilling av smeltet kobber med et ønsket oksygeninn-

hold, ved hvilken kobber føres nedover i en vertikal ovn gjennom en reduserende atmosfære som opprettholdes i ovnen ved å føre varme forbrenningsprodukter gjennom ovnen, karakterisert ved å innblåse i ovnen en strøm som er fått ved å bringe sammen et brensel med en oksygenholdig gass i mengder som gir utilstrekkelig oksygen i strømmen til å bevirke fullstendig forbrenning av brenslet, idet nevnte strøm antennes før den innblåses i ovnen, og innholdet av fritt oksygen i strømmen holdes under en på forhånd bestemt grense før nevnte strøm kommer inn i ovnen, hvorved man unngår innføring av uønskede mengder av oksygen i kobberet.

2. Fremgangsmåte ifølge påstand 1, karakterisert ved at f orskj ellen mellom det gjennomsnittlige totale oksygeninnhold i volumprosent som V Iføres den innblåste strøm og det høyeste totale oksygeninnhold i volumprosent som forekommer i det minste i en overveiende del av et plan perpendikulært til strømningsveien for den innblåste strøm, holdes på en verdi under 4,21 pst. total oksygen.

3. Fremgangsmåte ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at forbrenningen av oksygenet i den innblåste strøm reguleres for å oppnå en på forhånd fastsatt forbrenningsgrad av oksygenet i strømmen før sistnevnte innføres i ovnen.

4. Fremgangsmåte ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at før strømmen innblåses i ovnen nedsettes forskjellen mellom det gjennomsnittlige totale oksygeninnhold som tilføres strømmen og det høyeste totale oksygeninnhold som forekommer i det nrmte i en overveiende del av et plan perpendikulært til strømningsveien for strømmen til en verdi som er lavere enn verdien K i ligningen : 0,0632A K = hvor A er innholdet av ok- B -f 0,01A sygen, i volumprosent, i nevnte oksygenholdige gass og B er den støkiometriske . mengde av oksygen, i volumdeler oksygen ved normalbetingelsene, som kreves til fullstendig forbrenning av en volumdel av nevnte brensel, betraktes som en gass ved normalbetingelsene.

5. ' Fremgangsmåte ifølge en av de fo regående påstander, karakterisert v e d at forbrenningsgraden for oksygenet i strømmen før innblåsning i ovnen reguleres så at det oppnåes i det minste en mindre grad av oksygenforbrenning i en overveiende del av strømmen før den sistnevnte har beveget seg inn i ovnen til en avstand av omkring 15 cm fra ovnsveggen.

6. Fremgangsmåte ifølge påstand 2, karakterisert ved at den innblåste strøm før antennelsen består av naturgass og luft og at forskjellen mellom det gjennomsnittlige totale oksygeninnhold i volumprosent som tilføres strømmen og det høy-este totale oksygeninnhold i volumprosent som forekommer i i det minste en overveiende del av et plan perpendikulært til strømningsveien for strømmen, er redusert til en på forhånd bestemt verdi som er mindre enn 0,6 pst. total oksygen.

7. Fremgangsmåte ifølge hvilken som helst av de foranstående påstander, karakterisert ved at strømmen innblåses i ovnen med en slik hastighet at det området av ovnen som utgjøres av ovnens nedre 90 cm ikke tilføres mindre enn 13.300 Kcal pr. minutt pr. m3 av nevnte ovnsom-råde.

8. Fremgangsmåte ifølge hvilken som helst av de foranstående påstander, k a - rakterisertvedat brenslet er et fluid brensel som inneholder mindre enn 18 g svovel pr. 2,52 . 105 Kcal.

9. Fremgangsmåte ifølge påstand 8, karakterisert ved at den oksygenholdige gass er luft og det til ovnen til-førte forhold mellom gassformig hydrokarbonbrensel og luft er slik at det i den innblåste strøm før antennelsen fåes et oksygeninnhold som ikke er mindre enn 0,6 volumprosent, på basis av tørr gass, under den oksygenmengde som teoretisk kreves for fullstendig forbrenning av brenslet, og som ikke er over den mengde oksygen som er nødvedig for å gi minst 0,5 volumprosent karbonmonoksyd på tørr basis.

10. Fremgangsmåte ifølge hvilken som helst av de foranstående påstander, karakterisert ved at den innblåste strøm består av naturgass og luft og forholdet mellom naturgass og luft er slik at det i den uantente innblåste strøm fåes et oksygeninnhold i området 18,50 til 18,95 volumprosent og fortrinsvis i området 18,70 til 18,85 volumprosent, på basis av tørr gass.