DE1301583B

DE1301583B - Verfahren zum Schmelzen einer Saeule aus Kupferformstuecken

Info

Publication number: DE1301583B
Application number: DEA43397A
Authority: DE
Inventors: Phillips Albert John; Baier Richard
Original assignee: American Smelting and Refining Co
Current assignee: American Smelting and Refining Co
Priority date: 1962-06-22
Filing date: 1963-06-21
Publication date: 1969-08-21
Also published as: DE1551759B2; NO115156B; NO115486B; GB1044065A; GB1044063A; BE633958A; JPS497774B1; FI45768B; FI45768C; DE1551759A1; GB1044064A; SE345001B; GB1044066A; US3366465A; SE316310B

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum ist. Die Verbrennung des Brennstoffs wird so geSchmelzen einer Säule aus Kupferformstücken in regelt, daß wenigstens 25 % des Sauerstoffs in wenigeinem Schachtofen in reduzierender Atmosphäre stens 75% des Gemischs verbraucht werden, bevor durch direkte Berührung der Säule mit heißen Ver- letzteres mehr als etwa 15 cm von der Ofenwand in brennungsgasen unter Erzeugung von geschmolzenem 5 den Ofen gewandert ist. Es wird eine Vielzahl geKupfer mit weniger als 0,05 Gewichtsprozent Sauer- trennter Gemische hergestellt, wobei jedes durch stoff, indem heiße Verbrennungsgase, die durch Ver- mehrere von auf dem Ofenmantel in Reihen angebrennung von gasförmigem oder flüssigem Brennstoff ordneten Brennern in den Ofen eingeblasen wird, mit einer zur vollständigen Verbrennung des Brenn- Einer der wichtigsten Vorteile der Erfindung ist

Stoffs unzureichenden Menge an sauerstoffhaltigem io der, daß es ermöglicht wird, Kupferformstücke, ins-Gas erhalten wurden, in den unteren Teil des Ofens besondere Kupferkathoden, in einem senkrechten eingeblasen werden und auf die Formstücke auf- brennstoffbefeuerten Ofen ohne Verunreinigung des treffen und wobei das Gemisch von Brennstoff und Kupfers mit unerwünschten Mengen von Sauerstoff sauerstoffhaltigem Gas vor dem Einblasen in den zu schmelzen. Ein anderer wichtiger Vorteil ist die Ofen gezündet wird. 15 Möglichkeit, daß das Schmelzen ohne Verunreini-

Es sind bisher in der Technik viele Versuche ge- gung des Kupfers mit unerwünschten Mengen von macht worden, Kupferformstücke in einem senk- Schwefel ausgeführt werden kann. Ein weiterer rechten brennstoffbeheizten Schachtofen zu schmel- wichtiger Vorteil ist der, daß Kupferkathoden zu zen. Jedoch waren diese Versuche metallurgisch er- handelsüblichem Kupfer geschmolzen werden könfolglos, da das Kupfer während des Schmelzens mit 20 nen, welches ohne Blasen oder Polen die heutigen unannehmbaren Mengen von Sauerstoff und Schwefel Erfordernisse hinsichtlich des Sauerstoff- und verunreinigt wurde. Um ein besseres Produkt zu er- Schwefelgehalts erfüllt. So soll geschmolzenes hanhalten, wurden Kupferformstücke entweder in elek- delsübliches reines Kupfer zum Gießen weniger als irische Öfen oder in herkömmlichen Rückstrahlungs- etwa 0,05 Gewichtsprozent an Sauerstoff enthalten, öfen geschmolzen, die strahlende Hitze verwenden. 35 und in den meisten Fällen sollte sein Sauerstoff-Das geschmolzene Kupfer wurde dem Blasen und gehalt weniger als 0,35 Gewichtsprozent betragen. Polen unterworfen, um Schwefel und Sauerstoff vor Geschmolzenes Kupfer, welches die Erfordernisse dem Gießen des Kupfers zu entfernen. erfüllt und weniger als 0,01 Gewichtsprozent, vor-

Die Erfindung ist besonders nützlich beim Schmel- zugsweise 0,002 Gewichtsprozent oder weniger, zen von Kupferkathoden. 30 Sauerstoff enthält, wird durch das Verfahren nach

Obwohl das kathodisch abgeschiedene Kupfer der Erfindung erzeugt. Ferner kann geschmolzenes handelsüblich rein ist, abgesehen von unvermeid- Kupfer von geringem Sauerstoffgehalt konsistent erbaren geringen Sulfatmengen, die physikalisch auf zeugt werden, wobei dies ein besonders wesentlicher der Oberfläche der Kathoden haften oder darin ein- Vorteil ist, da es möglich ist, relativ gleichförmige geschlossen sind, werden die Kupferkathoden als 35 Kupfererzeugnisse zu gießen. Auf diese Weise kann solche im allgemeinen nicht verwendet, wegen ihrer z. B. leicht und gleichmäßig mit Phosphor desForm und physikalischen Eigenschaften, insbeson- oxydiertes Kupfer erzeugt werden, welches 0,005 Gedere der Kornstruktur des kathodisch abgeschiede- wichtsprozent Phosphor enthält, um die Desoxydienen Kupfers. Um sie in verwendbare Form zu brin- rung der letzten Spuren von Sauerstoff in dem gen, müssen die Kathoden geschmolzen und das 40 Kupfer zu bewirken.

geschmolzene Metall z. B. zu Drahtbarren, Platinen In ähnlicher Weise kann geschmolzenes Kupfer

und Stäbe und ähnliche Formen gegossen werden, erzeugt werden, das weniger als 0,001 Gewichtsaus denen Halbzeug, wie Bleche, Draht, Rohre und prozent oder 0,0003 Gewichtsprozent Schwefel entanderes mehr hergestellt wird. Ferner ist es, wenn hält. Ferner kann das Verfahren nach der Erfindung aus irgendeinem Grunde das Kupfer mit unzulässi- 45 in der Praxis ausgeführt werden, um eine gewünschte gen Mengen von Sauerstoff und Schwefel während Ausbildung der Oberfläche des gegossenen Kupfers des Schmelzens verunreinigt wird, erforderlich, daß zu schaffen, welche konkav, konvex oder eben sein der Schwefel und Sauerstoff in dem geschmolzenen kann. Dieses Merkmal ist besonders vorteilhaft beim Kupfer auf zulässige Mengen durch Blasen und Gießen von Kupfer in herkömmlichen geschlossenen Polen reduziert wird, bevor das geschmolzene Metall 50 Bodenformen zu Drahtbarren, die eine sogenannte gegossen wird. Niveauausbildung aufweisen, d. h. eine flache oder

Erfindungsgemäß wird vor dem Einblasen des eine erhöhte (leicht konvexe) Ausbildung.

Gemisches in den Ofen die Differenz zwischen dem Ein anderer sehr wichtiger Vorteil des Verfahrens

für das Gemisch vorgesehenen durchschnittlichen nach der Erfindung besteht darin, daß Kupfer in Sauerstoffgehalt und dem höchsten Sauerstoffgehalt, 55 einem senkrechten brennstoffbefeuerten Ofen im der in wenigstens 75% einer quer zur Strömungs- wesentlichen ohne die Erzeugung von Schlacke oder richtung des Gemisches verlaufenden Ebene gefun- die Notwendigkeit der Hinzufügung von Schlacke den wird, auf einem Wert gehalten, der geringer ist oder schlackenbildenden Materialien im Ofen zu

als der Wert K der Gleichung: schmelzen ist. Außerdem ist das Kupfer wenig oder

0 0632.4 ^6o ü^DernauPt- nicht durch Eisen verunreinigt, das aus

K = ..--_?_-—_._-. ₅ dem feuerfesten Ofenfutter stammt, und es kann

B + ϋ,υΙΑ Kupfer geschmolzen werden, das weniger als

in der A der in dem sauerstoffhaltigen Gas enthal- 0,001 Gewichtsprozent, z. B. 0,0003 Gewichtsprozent tene Volumprozentgehalt an Sauerstoff ist und B das Eisen enthält.

stöchiometrische Sauerstoffvolumen bei 20° C und 65 Ein anderer wesentlicher Vorteil, der durch die Atmosphärendruck ist, das zur vollständigen Ver- Erfindung geschaffen ist, ist der, daß ein gewünschbrennung des Brennstoffgemisches, bezogen auf ein ter Strom von geschmolzenem Kupfer Minuten nach Gas bei 20° C und Atmosphärendruck, erforderlich der Inbetriebnahme des Ofens erhalten werden kann.

Der Kupferstrom kann ebenso schnell angehalten werden. Dieses letztere Merkmal bedeutet einen weiteren wichtigen Vorteil gegenüber bekannten Schmelzverfahren, da es bei den bekannten Verfahren notwendig ist, eine verhältnismäßig große Menge an Kupfer zuerst vollständig zu schmelzen, bevor das Metall nach Bedarf aus dem Schmelzvorrat abgestochen werden kann. Diese Praxis hat schwerwiegende Nachteile und bringt Gefahren mit sich, die sich aus der Notwendigkeit des Haltens einer verhältnismäßig großen Menge von geschmolzenem Metall für verhältnismäßig lange Zeiträume ergeben. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Verfahrens gemäß Erfindung besteht darin, daß die Herstellungskosten des geschmolzenen Kupfers gesenkt werden.

Beim Schmelzen einer Säule aus Kupferformstücken im Ofen gelangt ein Teil des Kupfers nach unten gegen oder in dichter Nähe zu den Ofenwänden. Es ist eine Gasatmosphäre vorhanden, welche unverbrannten Sauerstoff enthält. Diese Faktoren sind von kritischer Bedeutung hinsichtlich der Verunreinigung des geschmolzenen Kupfers mit unerwünschten Sauerstoffmengen. Es wurde gefunden, daß dieser unverbrannte Sauerstoff verringert oder im wesentlichen ausgeschaltet werden kann, wenn die in den Ofen einzublasende Gasatmosphäre vor dem Einblasen gesteuert wird.

Zur Entwicklung des Verfahrens gemäß der Erfindung wurden Versuche gemacht, Kupferformstücke in einem Ofen durch direkte Berührung mit heißen Verbrennungsgasen zu schmelzen, die durch Verbrennung von Erdgas mit einer zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffs unzureichenden Menge an sauerstoffhaltigem Gas erhalten wurden. Die heißen Verbrennungsgase wurden in den Ofen durch mehrere auf dem Ofenmantel in Reihen angeordneten Brennern eingeblasen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Gemisch aus Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas als ein oder eine Vielzahl von Strömen in den Ofen eingeblasen werden.

In der nachfolgenden Tabelle sind verschiedene Werte für »K« in der weiter oben angegebenen Gleichung für verschiedene verwendete Brennstoffe mit Luft oder reinem Sauerstoff als sauerstoffhaltigem Gas und die entsprechenden Werte von »ß« aufgeführt.

Der Wert von »A« für Luft beträgt 21% (d.h. der in Luft enthaltene Volumprozentgehalt an Sauerstoff). Das stöchiometrische Sauerstoffvolumen, das zur vollständigen Verbrennung eines Volumens Erdgas erforderlich ist, ist durch die Gleichung gegeben:

CH₄ + 2O₂-

CO₂ + 2H₂O

Daher ist der Wert von »B« gleich 2. Dementsprechend ist der Wert von »K« durch die Gleichung gegeben:

K = °>^0632A ₌ 0,0632-21

B + 0,01 Λ 2 + (0,01 · 21) '

Diese Gleichung ist weiter durch die folgende Bestimmung des Wertes für »K« erläutert, der in der vorstehenden Tabelle gegeben ist, wobei ein flüssiger Brennstoff verwendet wird, der aus einem Gemisch aus Kerosin und Luft besteht. Der Wert für »A« ist

ao wiederum 21°/o, wie in den vorhergehenden Beispielen angegeben war. Der Wert für »ß« aus der folgenden Gleichung ist 18,5:

2 C₁₂H₂₆ + 37 O₂ -». 24 CO₂ + 26 H₂O

*⁵ Dementsprechend ist der Wert für »K«:

K = °>^0632A 0,0632 · 21 _

B + 0,01 Λ ~~ 18,5 + (0,01 · 21) ~

0,071.

Brennstoff

CO

H₂

Methylalkohol

(CH₃OH)

Erdgas (angenommen

CH₄)

Äthylalkohol

(C₂H₅OH)

Propan (C₃H₈)

Kerosin (angenommen

C₁₂H₂₆)

Gasolin, Diesel, öl,
Gasöl oder andere natürliche oder synthetische flüssige Kohlenwasserstoff enthaltende
Brennstoffe

1,87
1,87

0,776
0,60

0,414
0,255

0,071

0,07

für
Sauerstoff

4,21
4,21

2,53
2,11

1,58
1,05

0,324

0,32 Es wurde gefunden, daß der Verbrennungsgrad für irgendein vorgegebenes Verhältnis von Brennstoff und Sauerstoff durch Vorerhitzung des Gemisches oder des sauerstoffhaltigen Gases erhöht wird.

Relativ kleine Änderungen in dem Verhältnis Brennstoff zu dem sauerstoffhaltigen Gas bewirken relativ große Änderungen des Verbrennungsgrades, wenn insbesondere flüssige und gasförmige kohlenwasserstoffhaltige Brennstoffe und insbesondere Erdgas verwendet werden.

Während des Betriebes des Ofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde gefunden, daß bei vorherbestimmten reduzierenden Bedingungen vor Einblasen des Gemisches in den Ofen der in dem geschmolzenen Kupfer enthaltene Sauerstoff danach durch die Stärke der in der Ofenatmosphäre herrschenden reduzierenden Bedingungen bestimmt wird. Die Ofenatmosphäre enthält vorzugsweise mindestens 0,5 Gewichtsprozent Wasserstoff oder 0,5 Volumprozent Kohlenmonoxyd, wenn

ein kohlenwasserstoffhaltiger Brennstoff verwendet V₂ wird.

V₂ Der Schachtofen kann ein im allgemeinen senkrecht angeordneter Ofen von einer gewünschten 1-¹Z₂ 55 Form oder Größe sein, der eine Säule von irgendeiner gewünschten Größe und Form des zu schmelzenden Kupfers trägt, die sich in dem Ofen nach unten zu bewegt, wenn das Kupfer geschmolzen wird.

Es ist z. B. beim Schmelzen von Kupferkathoden 6o vorteilhaft, die Kathoden so in den Ofen einzuführen, daß sie darin in einer willkürlichen Anordnung

18,5 angeordnet sind.

Es ist gefunden worden, daß ein Erstarren des

geschmolzenen Metalls in dem Ofen und ein Verstopfen des Ofenabstichlochs ausgeschaltet oder weitgehend vermindert werden kann, indem man heiße Verbrennungsgase in den unteren Teil des

18,5 Ofens lenkt.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines teilweise gezeigten Schachtofens zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 eine Schnittansicht nach der Linie 2-2 in

Der in F i g. 1 gezeigte Schachtofen 1 weist einen

für etwa 15 bis 30 Minuten geheizt, um das feuerfeste Ofenfutter vorzuwärmen. Anschließend wird so viel Kupfer in den Ofen gegeben, daß eine Säule entsteht, die sich bis zur Spitze des Ofens erstreckt. 5 Die Decksteine 40 werden wieder auf die Abstichrinne 3 gesetzt. Danach wird der Ofen geheizt, wobei das geschmolzene Kupfer in dem Ofen nach unten auf den geneigten Boden läuft, von wo es durch das Abstichloch 8 in die Abstichrinne 3 fließt.

Schacht 2, eine Abstichrinne 3 und eine Rohrleitung io Vor dort kann das geschmolzene Kupfer beispielszur Speisung der Brenner 4 mit einem Gemisch aus weise direkt an geeignete, nicht gezeigte Gießvorrich-Brennstoff und einem sauerstoffhaltigem Gas auf. tungen geliefert werden. Während des Schmelzens Wie in Fig. 2 gezeigt ist, weist der Ofenmantel6 und wird Kupfer intermittierend oder fortlaufend in den der Ofenboden ein feuerfestes Futter 5 auf. Der gas- Ofen gegeben. Auch wird der Druck der Ofenatmoundurchlässige Ofenmantel 6 besteht aus einem ge- 15 Sphäre so hoch gehalten, daß die Ofengase bewirken, eigneten Material, wie Stahl. Der Ofenmantel 6 und daß das flüssige Kupfer durch das Abstichloch 8 das Futter 5 weisen Kanäle 7 für die Brenner 4 auf. fließt und mindestens einen Teil der Abstichrinne 3 Die untere Ofeninnenfläche 9 ist einwärts geneigt, füllt.

und der Ofenboden 10 ist gegen die Abstichöffnung 8 Im folgenden werden Beispiele für das nach der

geneigt, welche in die Abstichrinne 3 übergeht. Der ao Erfindung durchgeführte Verfahren angegeben. Schacht 2 ist mit einer Öffnung 15 zum Beschicken . ■ , ,

des Ofens versehen, wobei diese Öffnung 15 durch Beispiel 1

eine Tür 16 verschließbar ist. Zur Wasserkühlung Es wurde ein Ofen der in Fig. 1 und 2 gezeigten

des Schachtbodens ist ein Rohrgerüst 17 vorgesehen, Art verwendet, der mit herkömmlichen feuerfesten welches mit Kühlwasser aus einer nicht gezeigten 35 Aluminiumsilikatsteinen ausgekleidet war. Der Bo-Quelle gespeist wird. An dem oberen Schachtende den des Ofens war geneigt, um zu gewährleisten, daß ist eine Klappe 18 vorgesehen, die zwecks Aufrecht- geschmolzenes Kupfer aus dem Ofen ohne Sammerhaltens eines gewünschten Druckes während des lung als Schmelzbad darin abfließt. Weder der Schmelzverfahrens geschlossen ist. Der Teil des Brennstoff noch das sauerstoffenthaltende Gas wur-Schachtes über der Tür 16 dient als Vorerhitzungs- 30 den vorgewärmt.

abschnitt und ist mit einem ringförmigen Kanal 20 Als Brennstoff wurde Erdgas und als sauerstoff-

aus Stahl versehen, welcher an seiner Außenfläche haltiges Gas wurde Luft verwendet. Das an den Ofen von einer Isolierung 21 umgeben ist. Aus einem Ge- gelieferte Brennstoffgemisch enthielt 18,85 Volumbläse 19 wird Luft mit gewünschtem Druck durch prozent Sauerstoff. Der Ofen wurde für etwa 30 Midas Rohr 22 an die Verzweigung 23 geführt, von wo 35 nuten vorgeheizt, um das feuerfeste Ofenfutter zu sie abwärts zwischen dem Kanal 20 und dem erwärmen. Dann wurden Kupferkathoden in den Schacht 2 in die Verzweigung 24 strömt, welche Ofen gegeben, so daß eine Säule entstand. Während ebenfalls von einer Isolierung umgeben ist. Dabei des Schmelzens wurden weitere Kathoden zugegeben, wird die Luft erwärmt und strömt von der Verzwei- um die Spitze der Säule in der Höhe der oberen gung 24 durch isolierte Rohre 25 und 26 zu den iso- 40 Teile des Ofens zu halten. Anschließend wurden die lierten Verzweigungen 27 und 28, aus welchen sie Brenner beheizt.

mit einem gewünschten Druck an die einzelnen Innerhalb 5 Minuten nach Beginn der Beheizung

Brenner 4 durch isolierte Rohre 29 geführt wird. der Brenner auf ihre Betriebskapazität begann ge-Der vorzugsweise gasförmige Brennstoff aus einer schmolzenes Kupfer aus dem Abstichloch 8 zu nicht gezeigten Quelle wird von einem Gebläse 37 ₄₅ fließen; in V2 Stunde nach Beginn dieser Beheizung mit einem gewünschten Druck durch das isolierte lieferte der Ofen durchschnittlich 121 geschmolzenes Rohr 30, welches mit dem Erhitzer 31 versehen ist, Kupfer pro Stunde. Dabei wurden in Zeitabständen gedrückt. Der Erhitzer kann dabei beispielsweise Proben der Ofenatmosphäre entnommen. Analysen einen Wärmeaustauscher einschließen, der entweder dieser Proben zeigten, daß die Ofenatmosphäre elektrisch erzeugte Wärme oder heiße Verbrennungs- 50 2,07 Volumprozent Wasserstoff enthielt. An dem produkte verwendet. Der so vorgewärmte Brennstoff Abstichloch wurden Proben des geschmolzenen strömt dann durch isolierte Rohre 32 und 33 zu iso- Kupfers entnommen, wobei festgestellt wurde, daß lierten Verzweigungen 34 und 35 und wird dann
durch isolierte Rohre 36 mit dem gewünschten Druck
an die einzelnen Brenner 4 geführt, die ebenfalls zur 55
Vermeidung von Wärmeverlusten isoliert sein können.

Jeder Brenner 4 ist gasdicht in einen Schachtofen
eingesetzt. Dadurch wird verhindert, daß Luft in das

Ofeninnere durch die Kanäle 7 strömen kann. Es ist 60 von jedem Brenner genommen, eine Anzahl von Brennern in dieser Weise im Ofen- Die Proben enthielten Sauerstoffmengen von 18,58

mantel in einer Anzahl von Reihen angeordnet. Bei bis 19,02 Volumprozent. Das Verhältnis des Brennder Vorbereitung zum Anfahren des Ofens werden Stoffs zu der an die einzelnen Brenner gelieferten die Decksteine 40 teilweise entfernt, und die gesamte Luft wurde dann so eingestellt, daß die Gasproben Innenfläche der Abstichrinne 3 wird mit Gasbrennern 65 von jedem Brenner 18,80 Volumprozent Sauerstoff beheizt, um zu gewährleisten, daß das anfänglich enthielten. Nach dieser Einstellung blieb der Wassergeschmolzene Metall aus dem Ofen, ohne zu erstar- stoffgehalt der Ofenatmosphäre an der Spitze und ren, abfließen kann. Der Ofen selbst wird ebenfalls dem Boden des Ofens im wesentlichen unverändert

diese Proben mehr als 0,05%, nämlich 0,069 Gewichtsprozent Sauerstoff enthielten.

Beispiel 2

Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde
wiederholt, und es wurden die gleichen Ergebnisse
erhalten. Ferner wurden Proben des Gasgemischs

bei 2,17 Volumprozent. Es wurde jedoch gefunden, daß der Sauerstoffgehalt des geschmolzenen Kupfers auf 0,083% zunahm.

Es wurden dann Gasproben an verschiedenen Punkten in jedem Brenner genommen. Die Analyse der Proben zeigte eine weite Variation des Gesamtsauerstoffgehalts. Der niedrigste Gesamtsauerstoffgehalt betrug 18,62 Volumprozent, wogegen der höchste Gesamtsauerstoffgehalt mit 19,6 Volumprozent festgestellt wurde.

Dann wurde eine Lochplatte in jedem Brenner quer zum Weg des Luftstroms verschoben, und das Verhältnis von an die Brenner geliefertem Brennstoff zu Luft wurde auf 18,80 Volumprozent eingestellt. Anschließend blieb die Zufuhrmenge von Erdgas und Luft an den Ofen im wesentlichen unverändert, wobei der Wasserstoffgehalt der Ofenatmosphäre an der Spitze und dem Boden des Ofens im wesentlichen bei 2,04 Volumprozent blieb. Jedoch wurde gefunden, daß der Sauerstoff in dem geschmolzenen Kupfer so weit reduziert wurde, daß es 0,0079 Gewichtsprozent Sauerstoff enthielt. Ferner enthielt das Kupfer weniger als 0,0007 Gewichtsprozent Schwefel und weniger als 0,001 Gewichtsprozent Eisen. Auch bildete sich während des Schmelzvorgangs keine Schlacke.

Beispiel 3

Es wurde ein kleiner Ofen mit einem einzigen Brenner verwendet. Der Mantel und Boden des Ofens waren mit herkömmlichen feuerfesten Aluminiumsilikatsteinen ausgekleidet und durch ein Stahlgehäuse umgeben. Der Ofenboden war leicht gegen das Abstichloch geneigt. Während des Schmelzvorgangs war der Ofen teilweise abgedeckt.

Die Brenner wurden eingestellt, wobei die Beheizung mit einem Gemisch aus Erdgas als Brennstoff und Luft als sauerstoffhaltiges Gas erfolgte. Proben des Gasgemischs, die quer zum Strömungsweg in dem Brenner entnommen wurden, zeigten eine Differenz im Gesamtsauerstoffgehalt von weniger als 0,01.

Danach wurde der Ofen beheizt und eine Kupferkathode so in den Ofen gestellt, daß sie 30 cm von der Ofenwand entfernt war, in welcher der Brenner angeordnet war. Der Brenner wurde dann auf volle Heizung gestellt, wobei unvorgewärmtes Erdgas und Luft an den Brenner geliefert wurden. Dieses Brennstoffgemisch enthielt 18,80 Volumprozent Sauerstoff. In weniger als 5 Minuten begann geschmolzenes Kupfer durch das Abstichloch zu fließen. Während des Versuchs wurden Proben des geschmolzenen Kupfers am Abstichloch entnommen. Die Analyse der Proben ergab einen Sauerstoffgehalt in dem Kupfer von weniger als 0,01 Gewichtsprozent.

Dieser Versuch wurde wiederholt, wobei eine Kathode so in den Ofen gestellt wurde, daß die Entfernung der Kathode von der Ofenwand 15 cm betrug. Die Analysen ergaben in dem geschmolzenen Kupfer 0,039 Gewichtsprozent Sauerstoff.

Der Versuch wurde wiederholt, wobei die Kupferkathode 30 cm von der Ofenwand entfernt gesetzt wurde. In diesem Fall enthielt das Gemisch aus unvorgewärmtem Erdgas und Luft 18,6 Volumprozent Sauerstoff. Analysen des geschmolzenen Kupfers ergaben einen Sauerstoffgehalt von 0,035 Gewichtsprozent.

Beispiel 4

Das im Beispiel 3 beschriebene Verfahren wurde in einer Reihe von Versuchen wiederholt, wobei verschiedene Verhältnisse von Erdgas zu Luft eingestellt wurden, die in der folgenden Tabelle aufgeführt sind. Die Kathodenteile in jedem Versuch wurden 30 cm von der Ofenwand entfernt angeordnet. Bei Versuch Nr. 6 wurde der Kathodenteil im Innern des Ofens in aufrechter Stellung vor dem Brenner und 23 cm von der Ofenwand angebracht. Bei jedem Versuch wurde eine Gasprobe 15 cm im Innern des Ofens in der Längsachse des Brenners entnommen. Diese Gasproben wurden auf unverbrannten Sauerstoff analysiert; auch wurde der Verbrennungsgrad bestimmt. Es wurden ferner Proben des jeweils geschmolzenen Kupfers entnommen und auf den Sauerstoffgehalt analysiert. Die Ergebnisse sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich, wobei die Gehalte an Sauerstoff und Wasserstoff in Volumprozent angegeben sind.

	Versuch 1	Versuch 2	Versuch 3	Versuch 4	Versuch 5	Versuch 6
O₂ vor der Zündung % Unverbranntes O₂, 15 cm von der Ofenwand %	18,90 1,70 91	18,78 2,16 88V2	18,67 5,59 70	18,62 4,38 76Vg	18,61 5,24 72	18,55 13,4 27V2
Verbrennungsgrad, 15 cm von der Ofenwand %	0,01 1,0	0,005 2,55	0,015 4,00	0,029 4,80	0,035 5,00	0,047 5,65
Sauerstoff in Kupfer, nach Ge wicht %
Ofenatmosphäre, Wasserstoff .. %

Beispiel 5

Es wurde ein Ofen gemäß Beispiel 1 verwendet. Es wurden gleichmäßig in der Ofenwand verteilte Brenner angeordnet.

Als Brennstoff wurde nicht vorgewärmtes Propan und nicht vorgewärmte Luft als sauerstoffhaltiges Gas verwendet. Dieses Gemisch enthielt vor Zündung 19,90 Volumprozent Gesamtsauerstoff. Vor dem Schmelzvorgang wurde die erwähnte Lochplatte in jedem Brenner so verschoben, bis der maximale Gesamtsauerstoffgehalt, der in der Ebene quer zur Strömungsrichtung gefunden wurde, weniger als 19,95 Volumprozent betrug.

Zur Erwärmung des Ofenfutters wurde der Ofen für etwa 20 Minuten geheizt. Dann wurden Kupferkathoden in den Ofen gegeben, die unter einem Winkel von etwa 60° zur Horizontalen angeordnet wurden. Während des Schmelzens wurden Kathoden nachgefüllt. Das Kupfer wurde in einer Menge von

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41 pro Stunde geschmolzen. Es wurden Proben des aus dem Ofen austretenden geschmolzenen Kupfers in Graphitformen entnommen. Die Analysen der Proben zeigten, daß der Sauerstoffgehalt geringer als 0,005 Gewichtsprozent war.

Beispiel 6

aus dem Ofen austretende Kupfer enthielt 0,002 Gewichtsprozent Sauerstoff.

Das Eisen in dem Kupfer in den vorhergehenden

Beispielen wurde durch ein spektrographisches Verfahren bestimmt. Gasproben, die weniger als etwa Volumprozent Sauerstoff enthielten, wurden mit einem Massenspektrograph analysiert.

Der in der Zeichnung 2 dargestellte Ofen wurde so konstruiert, daß er 18 Brenner aufwies, die gleichmäßig verteilt in vier Reihen angeordnet wurden. Dabei enthielten die beiden unteren Reihen je sechs Brenner. Die Mittellinie der unteren Brenner lag 18 cm über dem höchsten Punkt des schrägen Ofenbodens. Der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Reihe betrug 50 cm, wobei der Abstand zwischen der zweiten Reihe und der dritten Reihe 60 cm und zwischen der dritten und der vierten Reihe ebenfalls 60 cm betrug.

Es wurde Erdgas als Brennstoff und Luft als ao sauerstoffhaltiges Gas verwendet. Die Luft wurde im Kanal 20 und das Erdgas in dem Erhitzer 31 vorgewärmt. Das Brennstoffgemisch enthielt vor der Zündung 18,82 Volumprozent Gesamtsauerstoff. Vor dem Schmelzvorgang wurde die erwähnte Lochplatte in jedem Brenner so verschoben, bis der maximale Gesamtsauerstoffgehalt, der in Ebene quer zur Strömungsrichtung jedes Brenners gefunden wurde, geringer als 18,90 Volumprozent war.

Der Ofen wurde mit Kupferkathoden beschickt. Die Brenner wurden dann für etwa Va Stunde geheizt, um das feuerfeste Material zu erwärmen. Danach wurden die Brenner mit voller Heizkapazität gefahren. Dabei enthielt die Ofenatmosphäre !Volumprozent Wasserstoff, wobei der Druck im Bereich des Ofenbodens so groß war, daß das geschmolzene Kupfer durch Abstichloch 8 in die abgedeckte Rinne 3 floß. Der Ofen erreichte seinen vollen Schmelzgrad in 15 Minuten.

Proben des geschmolzenen Kupfers zeigten, daß es weniger als 0,005 Gewichtsprozent Sauerstoff und weniger als 0,0005 Gewichtsprozent jeweils Eisen und Schwefel enthielt.

Beispiel 7

45

Das Verfahren nach Beispiel 3 wurde wiederholt, wobei Kerosin als Brennstoff und Luft als sauerstoffhaltiges Gas benutzt wurde. Die Ofenatmosphäre enthielt 2,64 Volumprozent Wasserstoff. Der Verbrennungsgrad während der Zeit, in der das Brennstoffgemisch von der Ofenwand 15 cm in das Ofeninnere wanderte, betrug mehr als 99%. Es wurde keine Differenz in dem Gesamtsauerstoffgehalt quer zur Strömungsrichtung festgestellt. Das geschmolzene

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schmelzen einer Säule aus Kupferformstücken in einem Schachtofen in reduzierender Atmosphäre durch direkte Berührung der Säule mit heißen Verbrennungsgasen unter Erzeugung von geschmolzenem Kupfer mit weniger als 0,05 Gewichtsprozent Sauerstoff, indem heiße Verbrennungsgase, die durch Verbrennung von gasförmigem oder flüssigem Brennstoff mit einer zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffs unzureichenden Menge an sauerstoffhaltigem Gas erhalten wurden, in den unteren Teil des Ofens eingeblasen werden und auf die Formstücke auftreffen und wobei das Gemisch von Brennstoff und sauerstoffhaltigem Gas vor dem Einblasen in den Ofen gezündet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einblasen des Gemischs in den Ofen die Differenz zwischen dem für das Gemisch vorgesehenen durchschnittlichen Sauerstoffgehalt und dem höchsten Sauerstoffgehalt, der in wenigstens 75% einer quer zur Strömungsrichtung des Gemischs verlaufenden Ebene gefunden wird, auf einem Wert gehalten wird, der geringer ist als der Wert K der Gleichung:

K =

0,0632Λ
B + 0,01 A

in der A der in dem sauerstoffhaltigen Gas enthaltene Volumprozentgehalt an Sauerstoff ist und B das stöchiometrische Sauerstoffvolumen bei 2O⁰C und Atmosphärendruck ist, das zur vollständigen Verbrennung des Brennstoffgemischs, bezogen auf ein Gas bei 2O⁰C und Atmosphärendruck, erforderlich ist, und daß die Verbrennung des Brennstoffs so geregelt wird, daß wenigstens 25% des Sauerstoffs in wenigstens 75% des Gemischs verbraucht werden, bevor letzteres mehr als etwa 15 cm von der Ofenwand in den Ofen gewandert ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl getrennter Gemische hergestellt wird, wobei jedes durch mehrere von auf dem Ofenmantel in Reihen angeordneten Brennern in den Ofen eingeblasen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen