DE2033580C - Schmelz verfahren für Kupfer-Zihk- Legierungen - Google Patents

Description

durch, dab .\ie sowohl tür lien kupieieuisaiz als auch für die weniger häufig verlangten Legierungstypen ein Lauer einrichten, um sich der flexiblen und stark rationalisierten Weiterverarbeitung arbeitstechnisch anpassen /u können. Diese Losungen sind jedoch unbefriedigend, da sie das technische Problem nur organisatorisch überwinden, wo/u außerdem Kapital unnötig gebunden wird.

L'S wird dauegen er.'indungsgemäß vorgeschlagen. das gießtaklsichcre Schmelzen von Kupfer-Zink-Legierungen wechselnder Zusammensetzung unter Verwendung verunreinigter Kupferschrotte dadurch /u \er\virkliehen. daß die Kupferschrotte kontinuierlich erschmolzen und raffiniert werden, wobei sie mehrere Behandlungsräume kaskadenartig durchlaufen und anschließend tHissig in den Legierungsofen zusammen mit den Schreiten aus Kupier-Zink-Leüieruneen und den Zinkanteilen eingesetzt werden.

Das kontinuierliche Schmelzen und Raffinieren der verunreinigten Kupferschrotte umfaßt dabei im wesentlichen folgende Verfahrensschritte.

a) Schmelzen in einem Schachtofen
h) Vorraffination in einem Herdofen

c) Entfernung von Blei und ahnlichen Verunreinigungen in einer ersten Behandlungskammer

d) Entfernung von Zinn und ähnlichen Verunreinigungen in einer zweiten Behandlungskammer

c) Feinraffination in eine··' Reaktionsschacht
1) Einstellung des Sauerstoffgehalts in einem Sammler.

Em gegebenenfalls unerwünscht hoher Sauerstoffgehalt wird dabei unter Anwendung von im Gegenstrom fließenden ReaktionsstotTen reduziert. Diese Reduktionsstoffe werden so zusammengesetzt, daß sie wesentlich schneller wirken als die üblicherweise angewandte Kohle, so daß durch die Sauerstoffreduktion der kontinuierliche Ablauf des Verfahrens nicht gestört wird.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß die Schlacke in mindestens einem Behandlungsraum entgegen dem Kupferstrom geführt wird. Dadurch wird gewährleistet, daß die Reaktion zwischen Kupfer und Schlacke auf den sich ändernden Grad der Verunreinigung optimal eingestellt ist. Mit anderen Worten, das einlaufende Kupfer — mit für den jeweiligen Behandlungsraum höchsten Grad an Verunreinigungen — - trifft auf eine Schlacke, deren ReakttonsstolTe schon weitgehend verbraucht sind, während auf das ablaufende Kupfer — mit dem fur den Behandlungsraum niedrigsten Grad an Verunreinigungen — frische Reaktionsstoffe aufgegeben werden. Auf diese Weise wird die zur Verfugung stehende Reaktionsfläche zwischen Kupfer und Schlacke am besten ausgenutzt.

Vorteilhaft ist es auch, wenn Schachtofen und Herdofen eine Einheit bilden und gemeinsam mit oxydierend eingestellter Flammen beheizt werden. . Dadurch wird auch hier das Gegenstromprinzip insofern angewandt, als die Oxydation des Kupfers in dem Teil des Herdes am stärksten ist, in dein die Verunreinigungen bereits teilweise entfernt sind. Das gleiche gilt für das Einbringen der Reaktionsstoffe. Diese werden in die Behandlungsräume so eingebracht, daß sie zumiHest teilweise im Gegenstrom zum Kunfer fließen.

Kme weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, daß der Kupferstrom beim übergang von einem Behandlungsraum zum andern in feine Gicßstmhlcn aufgeteilt wird and/oder daß er vor den Bthandlungsräumen angeordnete, mit einer Packung stückiger Reaktionsstotfe angefüllte Vorkammern durchläuft.

Das vorgeschlagene Verfahren eröffnet ferner Jr. Möglichkeit, ein oder mehrere Behandlungsräume zu ίο umgehen, wenn der Schrott nur geringe Mengen ode; bestimmte Arten an Verunreinigungen enthält.

Als Reaktionsstoffe haben sich bewährt: Soda für die Entfernung von Zinn und Phosphorkupfer, sowie Bor-Verbindungen zur Entfernung von Blei.
Schließlich wurde das Verfahren noch dadurch verbessert, daß die Schrotte aus Kupfer-Zink-Legierungen und die Zinkanteile vor dem Einsatz in den Legierungsofen erwärmt werden, wodurch gleichzeitig die gefährlichen Dampfexplosionen vermieder. werden.

Die Erfindung wird an Hand ^wi'ier schematisciici Darstellungen näher erläutert.

Figur 1 :

M'i 1 ist ein kombinierter Schacht- und Herdofen bezeichnet. In diesem werden Kupferschrott und gegebenenfalls Zuschläge an ReaktionsstofTen mittels Elevator oder anderer bekannter Vorrichtungen in

. den Schacht eingebracht. Der Schacht ist unten durch einen gekühlten Rost abgeschlossen. Das schmelzende Kupfer tropft durch den Rost und iälli in den darunter befindlicher flachen Herd. Dabei durchfällt es in Tropfenform, d. h. mit relativ großei Oberfläche, die vom Herd herkommenden Flammgase, wobei bereits ein großer Teil der oxydablen Verunreinigungen oxydiert wird und gasförmig entweicht. Ein anderer Teil verbindet sich mit den pulverförmig eingebrachten Reaktionssioffen und bildet auf dem Kupferbad eine Schlackenschicht. Das

.0 abschmelzende Kupfer wird sodann in flacher Schicht über den Herd geleitet, wobei sich die Schlackenreaktionen fortsetzen. Durch den (od;r die) am Ablaufende vorgesehenen Brenner oder getrennt davon werden die Reaktionsstoffe cingeblasen, und zwar derartig, daß die Schlacke entgegen der Fließrichtung des Kupfers in Bewegung gehalten wird. Ein Schlakkenabzug ist an der dem Brenner gegenüberliegenden Seite des Herdes vorgesehen. Die Beheizung erfolgt mit Gas oder 01. Mit dem Ablauf des Kupfers aus dem Herd ist die Vorraffination abgeschlossen, d. h. Fe, Zn und zum Teil Pb und Sn, sowie andere Verunreinigungen sind in Form ihrer flüchtigen Oxyde entwichen oder zum Teil -in dei Schlacke gebunden. Über einen mit regelbaren Stopfen versehenen Abstich gelangt das Kupfer in eine Vorkammer, die mit Holzkohle z. B. zur Regelung des O.₂-Gehaltes gefüllt sein k .nn und deren Boden eine gelochte. feuerfeste Platte aufweist. Das Kupfer fließt durch die Vorkammer in die Behandlungskammer 2 und wird nun durch eine dosierte Zugabe von Phosphorkupfer oder Borverbindungen gezielt von Blei befreit. Selbstverständlich werden auch solche Verunreinigungen, die ähnlich wie Blei reagieren, wie z. B. Cd, Fe, Mg, Mn und Ag, ebenfall·, weitgehend entfcrnt.

Wiederum über einen regelbaren Abstich und eine Vorkammer gelangt die Schmelze dann in die zweite Behandlungskammer 3, in der die gezielte F.nlfer-

innig von Zinn und ähnlichen Verunreinigungen erfolgt. Zugegeben wird dabei Soda. Optimale Verhältnisse werden dann erreicht, wenn das aus der Vorkammer in feinen Strahlen ablaufende Kupfer eine dicke Schicht flüssiger Soda »durchschwimmen« muß.

Hieran schließt sich noch der Reaktionsschacht 4 an, in dem praktisch kein Kupferbad vorhanden ist. Der durch die Bodenplatte der Vorkammer vcrdüste Kupferstrom wird einem aufsteigenden Gasstrom ausgesetzt, der gasförmige und staubförmigc Rcaktionsstoffc enthält. Infolge der intensiven Durchmischung von Kupfer- und Gasstrom und durch die Hinstcllung der Zusammensetzung der ReaktionsstofTe werden die letzten Reste an schädlichen Verunreinigungen entfernt.

Anschließend wird das Kupfer in einem Behälter 5 gesammelt, der auch zum Vergießen geeignet ist. In diesem Behälter können noch Korrekturen am Sauer stolfgehalt vorgenommen werden.

Nach dem Durchlauf dieser Bchandlungsstationcn ist ein Kupfer vorhanden, das ohne weiteres in den Legierungsofen 6 eingesetzt werden kann. Zweckmäßigerweise erfolgt der Einsatz im unmittelbaren Anschluß an das Schmelzen und Raffinieren, um Schmclzwärmeverkistc zu vermeiden.

Das Beispiel gemäß Fig. 2 ist gegenüber F i g. 1 lediglich bezüglich der Positionen 2 und 3 geändert, die ietzl durch flache, einem Herdofen ähnliche Behandlungskammern ersetzt sind.

Aus der Vorkammer des Ofens 1 fließt das Metall unmittelbar in einen tieferen Hcrdtcil einer angeschlossenen Behandlungskammer 7. Von dort fließt das Kupfer in sehr dünner Schicht über den länglichen Teil des nur sehr schwach geneigten Herdes. Dabei wird durch eine dosierte Zugabe von Phosphorkupfer oder Borverbindungen, die im Gegonstrom auf das abfließende Kupfer geblasen werden, das Blei aus dem Kupfer entfernt. Die sich bildende bleihaltige Phosphorschlackc sammelt sich auf dem im tieferen Teil des Herdes befindlichen flüssigen Metall und kann von dort seitlich abgezogen werden.

Das aus der Behandlungskammer 7 ausfließende Kupfer gelangt in eine unmittelbar angeschlossene Behandlungskammer 8, die im Aufbau und in der Konstruktion der Kammer 7 gleich ist. Nach der gleichen Methode wird hier zur Entfernung des Zinns aus dem zu reinigenden Kupfer dosiert Soda im Gegenstrom auf das abfließende Kupfer geblasen. Die zinnhaltige Sodaschlacke sammelt sich auch hier auf dem im tieferen Teil des Herdes befindlichen flüssigen Metall und kann von dort abgezogen werden.

Unter »kaskadenartig« gemäß der Erfindung sollen die beiden durch die Beispiele veranschaulichten Strömungsformen des flüssigen Kupfers verslanden werden, also einmal ein Fallen in feinen Gießstrahlen beim Übergang von der einen zur anderen Station, als auch andererseits das Fließen mit sanftem Gefälle.

ίο F.s sei noch darauf hingewiesen, daß die mit 2 bis 4, sowie mit 7 und 8 bezeichneten Stationen heizbar sind, damit der Kupfcrslrom an jeder Stelle des Prozesses auf der richtigen Temperatur gehalten werden kann. Im übrigen enthalten alle Bchandlungsstatio-

is.ncn jeweils nur relativ wenig Kupfer, gemessen an der Schmelzlcistung der ganzen Anlage. Dadurch bedingt, wirken die Rcgclcingriffc ohne große Verzögerung, was wiederum eine flexible Anpassung an die Gegebenheiten der Weiterverarbeitung und der Schrottqualität erlaubt.

Darüber hinaus weist das vorgeschlagene Verfahren eine Rnihc bemerkenswerter Vorteile auf. Zu nächst sei daran erinnert, daß der Lcgicrungsofer von der Schmclzarbeit für das Kupfer befreit ist. In folgedcsser kann bei Anwendung der erfindung^ gemäßen Lehre mit dem gleichen Ofen eine wesent lieh höhere Leistung erbracht werden. Wo jedocl eine neue Anlage installiert werden soll, kann de Legicrungsofcn noch stärker air bisher auf seim eigentliche Aufgabe hin konzipiert und kieinei yx hallen werden. Vor allem durch die mehrstufig·· kontinuierliche Kupferraffination im GegenMnnzum Schlackcnfluß ist ein Maß an Flexibilität ei reicht worden, was zur Erfüllung der eingangs >.v

nannten Bedingungen unbedingt erforderlich ist. P überdies das Erschmelzen des Kupfers mit »billu:ci Energie erfolgt, ergeben sich weitere wirtschafllii.! Vorteile. Außerdem wird das WiedcrcinschmeL·' des Kupfers beim Einsatz in den Lcgicrungsofen >■

spart. Ferner wird das Anwärmen für die Kn. behandlung gespart, weil die abgegossenen Form. unmittelbar der Weiterbearbeitung zugeführt werde Dadurch, daß die Kupferraffination in sehr kur. Zeit durchgeführt wird, läßt sich das vorgcschlaiu ■>

Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung belicbu Kupfer-Zink-Legierungen heranziehen. Dadurch · es auch möglich, Legierungen mit wechselnder /-sammensctzung in jeweils gleicher Taktzeit zu schmelzen und abzugießen und so kontinuierlich .

nachfolgende Verarbeitungsverfahren (z. B. Wal/ oder Ziehen) weiterzugeben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1. Patentansprüche:

   1 Gießtaiusicheres Schmelzverfahren für Kupl'er-Zink-Legierungen wechselnder Zusammensetzung unter Verwendung verunreinigter Kupferschroue zur Erzeugung gleichbleibender Leuierungsmengen. uriabhänaiü davun. welche spezielle Zusammensetzung der Leg^:erung eingestellt werden soll, und unabhängig von in Kupferschrotten enthaltenen Verunreinigunge;:i, dall U r e h g e k e η η ζ e i c Ii η e t, daß die Kupferschnnie kontinuierlich erschmolzen und raffinier; ■λerden, wobei sie mehrere Behandlungsräume kaskadenartig durchlaufen und anschließend flüssig in einen Leiverungsofen zusammen mit den Schlotten aus Kupter-Zink-Legierungen und den Zinkameilen eingesetzt werden.
2. 2. Verfahren ; ich Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das kontinuierliche Schmelzen und Raffinieren der verunreinigten Kupfersehro'.te folgende Verfahrensschritte unifaßt:

   a) Schmelzen in einem Schachtofen

   b) Vorraffination in e^;nem Herdofen

   c) Entfernung von Blei und ährlichen Verunreinigungen in einer ersten Behandlungskammer

   d) Entfernung von Zinn und ähnlichen Verunreinigungen in einer zweiten Behandlungskammer

   e) Feinrallination in einen Real·'ionsschacht

   f) Einstellung des Sauerste ft schalte? in einem Sammler.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke in mindestens einem Behandlungsraum entgegen dem Kupferstrom geführt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß Schachtofen und Herdofen eine Einheit bilden und gemeinsam mit oxydierend eingestellter r-lamme beheizt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß geeignete ReaktionsstofTe in die Behandlungskammer eingebracht werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupferstrom beim Überfang von einem Behandlungsraum zum andern in feine Gießstrahlen aufgeteilt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kfpferstrom vor den Behandlungsräumen angeordnete, mit einer Pakkung stückiger Reakiionsstoffe angefüllte Vorkammern durchläuft.

   K. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei nur geringer Verunreinigung der Kupferschrotte ein oder mehrere Behandlungsräume umgangen werden.

   ¹V Verfahren nach einem der Ansprüche I bis S, dadurch gekennzeichnet, daß als ReaktionsstolTe Soda und Borverbindungen oder Fhospliorkupfer angewendet werden.

   K). Verfahren nach einem d:r Ansprüche I bis ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilrolle aus Kiipl'er-Z.ink-l.jgierungCii und die Zinkanteile vor dem Einsatz in den Eegierungsofen erwärmt werden.

   Die Erfindung betriftt ein gießtaktsichea ■· Schmelzverfahren" für Kupfer-Zink-Legierunge:i wechselnder Zusammensetzung unter Verwendung verunreinigter Kupfer-Schrotte zur Erzeugung gleichbleibender Legierungsmerigen, unabhängig davon, welche spezielle Zusammensetzung der Legierung eingestellt werden soll und unabhängig von in Kupferschrotten enthaltenen Verunreinigungen.

   Die wirtschaftliche Bedeutung des vorgeschlagenen

   ίο gießtaktsichcrei: Schmelzverfahrens beruht darin, die Schmelz- und Gießeinrichtung so flexibel zu gestalten, daß eine reibungslose Weiterverarbeitung der Giißformate beispielsweise durch Knetbehandlung gewährleistet ist. Dadurch wird die Installation einer

   Überkapazität und die Bindung von Kapital durch Lagerhaltung vermieden.

   Diese, im Zuge der Rationalisierung allgemein antretende Problemstellung ist bc\ der Herstellung von Kupfer-Zink-Legierungen mit einigen zusät/-0 liehen Schwierigkeiten belastet.

   Dar, Einschmelzen von derartigen Legierungen erfolgt im Hinblick auf die Ziiikverdampfung üblicherweise in einem Elektroofen, wobei Rücklaufschrotte zusammen mit Kathodenkupfer oder normal erschmolzenem und raffiniertem Vormaterial (Ingot.·.) in fester Form eingesetzt werden. Ein solcher Elektroofen ist nicht nur auf eine bestimmte Temperatur und Schmelzleistung ausgelegt; er arbeitet optimal auch nur bei einem bestimmten Kupfer-Zink-Verhältnis. Dieses Verhältnis beeinflußt sowohl die Schmelzdauer als auch — in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit der zu schmelzenden Legierung — den Wirkungsgrad des Ofens. Da es selbstverständlich unwirtschaftlich ist, für jeden Legierungstyp eine spezielle Ofenanlage 2U installieren, richten die Produzenten von Kupfer-Zink-Legierungen die Ofenanlage auf den mengenmäßig größten Legierungstyp ein und nehmen dafür in Kauf, daß abweichende Legierungen unter Umständen wesent-Hch längere Schmelzzeiten erfordern und daher nicht optimal mit den Einrichtungen zur Weiterverarbeitung zusammenarbeiten.

   Häufig zwingt die Marktlage dazu, neben Kathodenkupfer und Ingots auch Schrotte zu verwenden.

   Die Verwendung von Ingots im Elektroofen ist zwar möglich, meist aber wegen des relativ hohen Sauers'.ofTgehaltes sehr zeitaufwendig. Schrotte können nur dann direkt eingesetzt werden, wein sie fr.i von Verunreinigungen sind. Diese Forderung läßt sich für den Rücklauf im eigenen Werk noch einigermaßen erfüllen; zugekaufte, insbesondere Draht-Schrotte sind in den meisten Fällen so stark verunreinigt, daß sie ohne Raffination nicht verwertbar sind. Die pyrometallurgische Raffination von Kupfer ist aber ihrem Wesen nach ein diskontinuierliches Verfahren. Die bekannten Verfahrensschritte wie Oxydieren und Polen bedingen ein chargenweises Arbeiten, bei dem in relativ großen Zeitabständen jeweils eine Charge fertig wird. Für eine direkte Weiterverarbeitung in einem kontinuierlichen Herstellungsverfahren für Kupfer-Zink-Legierungen sind diese Zeitabstände zu groß. Auch dieses Problem kann nicht durch die Installation mehrerer kleinerer Einheiten umgangen werden, weil mit kleinen Einheiten heute eine wirtschaftlichc Fertigung nicht mehr erreicht werden kann.

   Die Hersteller von Kupfer-Zink-Legierungen lösen tue vorstehend genannten Probleme vielfach da-