DE1533120A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Kupfer - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von KupferInfo
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Description
8 MÜNCHEN 2. HIUBLESTRASSE 2O
Ihr Zeichen Umer Zeichen Datum
VI/be 14 248 -JO. August 1966
Phelps Dodge Corporation, New York, N. Y0, USA
Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Kupfer
Die Erfindung betrifft das Reinigen von Kupfer und insbesondere die v/eitere Reinigung von elektrolytisch raffiniertem
Kupfer.
Im allgemeinen Sinn umfaßt die Erfindung das Verfahren zur Reinigung von Kupfer durch verlängerte Kupfer-Behandlunp;
in einer Atmosphäre, welche Y/asserstoff enthält, um
im wesentlichen die Oxyde in dem Kupfer zu reduzieren und um zusätzlich merkbare Mengen von Wasserstoff in dem
Akte 14 24ö - 2 -
Ο09β30/024ϊ
(0811) 5162081/8? Telegrcimm-Adr.: PATENTEULE München Bank: Bayerische Vereinibank Manchen 453100 Postscheck: München «5343
Kupfer zu lösen und. eine nachfolgende Vakuumbehandlung
des wasserstoffbehandelten Kupfers. Die Hauptvorteile dieses neuen Reinigungsverfahrens gegenüber den Verfahren
nach dem Stand der Technik sind den einheitlichen komplementären Wirkungen der verlängerten Wasserstoffbehandlung
und der ζ v/eckmäßig angewandten Vakuumbehandlung zuzuschreiben, wobei die eine die Nachteile der anderen
überbrückt. Bisher ist eine verlängerte Wasserstoffbe-
W handlung als Oxydreduktions-Verfahren in der Kupferreinigung
wirtschaftlich nicht angewendet worden, weil die hohe Löslichkeit des Wasserstoffes in Kupfer große Schwierigkeiten
der Porosität beim Gießen des gereinigten Kupfers verursacht· In diesem Zusammerteng, wenn die Wasserstoff
behandlung genug verlängert ist, damit die Oxydreduktion im wesentlichen vor Beendigung dieser Behandlung
gemäß der Erfindung abgeschlossen ist, entfernt die nachfolgende Vakuumbehandlung gemäß der Erfindung vollständig
den gelösten Wasserstoff und überbrückt dadurch die Schwierigkeit der Porosität auf dem Gußstück, Andererseits ist
bislang eine Vakuumbehandlung im bemerkenswerten Umfang . für diesen Zweck, obwohl sie im wesentlichen solch geringe
Verunreinigungen wie Blei', Selen und Tellur aus Kupfer entfernen kann, wirtschaftlich wegen der relativen Trägheit
ihrer Reinigungswirkung nichb angewandt worden. In
diesem Zusammenhang beschleunigb die Bewegung des geschmolzenen
Kupfers, verursacht durch da;.; schnelle Entweichen
durch die Vakuumbehandlung von gelöstem Wasner-
BAD OHlGlNAL 009830/0242 " 6 "
stoff aus der Wasserstoffbehandlung beträchtlich die Reinigungswirkung. Dabei wird die Entfernung von größeren
und geringeren Verunreinigungen aus dem Kupfer durch Kombination der verlängerten Wasserstoffbehandlung mit
zweckmäßiger Vakuumbehandlung mit der Vakuumbehandlung gemäß der Erfindung mit großer Leichtigkeit und dme die
Nachteile durchgeführt, welche aus diesen beiden Behandlungen
erwartet werden müssen, wenn sie getrennt angewandt werden. Demgemäß bildet die vorliegende Erfindung
eine beträchtliche Verbesserung in der Wirtschaftlichkeit der Kupferreinigung, welche Kupfer zu einem höheren Grad
als bislang und mit größerer Wirtschaftlichkeit als bislang reinigen kann.
Die allgemeine Aufgabe der Erfindung ist demgemäß, ein verbessertes
Verfahren zur Kupferreinir;ung zu schaffen. Entsprechende
Unteraufgaben der Erfindung sind die nachfolgenden:
Erstens: Ein Verfahren für die Anwendung einer verlängerten Wasserctoffbehandlung in der Reinigung von Kupfer ohne
die ungünstige Entstehung der Porosität in dem gereinigten Kupfer zu schaffen.
Zweitens ein Verfahren zur Anwendung einer Vakuumbehandlung bei dei" Reinigung von Kupfer zu schaffen, welches
keine i:oi:ipli;'iert.e Vorrichtuni" erfordert, ur:i so die Reinifrun,'-,iJW"i
-."kuiu- zu erhöhen.
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Drittens ein Verfahren zur Entfernung von Sauerstoff und Schwefel aus Kupfer zu schaffen, so daß eine nachfolgende
weitere Reinigung durch eine Vakuumbehandlung in einer Vorrichtung durchgeführt v/erden kann, welche aus einem .
Material ist, welches unerwünscht von in dem Kupfer vorhandenem Sauerstoff und Bchwefel beeinflußt würde.
Viertens ein Verfahren zur Entfernung von Sauerstoff, Schwefel, eingeschlossenen Gasen und metallischen Verunreinigungen
aus elektrolytischem Kathodenkupfer zu schaffen, wobei gleichzeitig dieses Kathodenkupfer geschmolzen
und in nützliche Formen für die Herstellung von Erzeugnissen wie Draht, Blech, Streifen, Folie und Rohr gegossen
wird.
Schließlich eine bevorzugte Vorrichtung für die Durchführung des allgemeinen Zwecks dieser Erfindung zu schaffen.
Ein Verstehen dieser verschiedenen Zwecke der Erfindung wird aus den beigefügten Zeichnungen erhalten werden.
Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Einflüsse der Sauerstoffmenge und der Temperatur auf die
Eindringmenge von Wasserstoff in Kupfer.
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung der Variation der Löslichkeit von Wasserstoff in Kupfer mit der Temperatur.
n ,,-,,-:·.»{; I
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Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Entfernungsmenge von Verunreinigungen aus geschmolzenem Kupfer
bei 1000° G durch Wasserstoff als Funktion der Zeit.
Fig. 4- ist eine graphische Darstellung der Entfernungsmenge von Verunreinigungen aus geschmolzenem Kupfer
durch Wasserstoff in Funktion der Zeit.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der Variation der
Löslichkeit von Wasserstoff in Kupfer bei 1200° mit dem Druck.
Fig. 6 lind 6 a sind schematische Darstellungen einer einfachen
Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
Fig. B ist eine schematische Darstellung einer bevorzugten
Vakuumeinrichtung, welche praktische konstruktive Einzelheiten gewisser Teile dieser Einrichtung
zei{',t.
Ei; aei verstanden, daß mit Hilfe eines elektrolytischen
Verfahrens gereinigtes Kupfer im allgemeinen als "Kathoden-
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. , BAD OFiivaiNAL
kupfer" bezeichnet ist. Kathodenkupfer ist gewöhnlich in .Form von Platten mit ungefähr 3 Quadratfeet und
12,7 mm Dicke. Diese Kathodenplatten sind für direktes Herstellen von Erzeugnissen wie Draht, Streifen, Röhren
usw. wegen ihrer Gestalt und rauhen Form ungeeignet, und sie werden deshalb geschmolzen und in zweckmäßige Formen
wie beispielsweise zylindrische Barren gegossen, bevor sie weiterverwendet v/erden. Wenn weitere Verschmutzung
^ während des Schmelzens und Gießens vermieden ist, weist
das gegossene Kupfer, welches so aus unbehandeltem Kathodenkupfer hergestellt ist, eine hohe Qualität auf, aber
enthält trotzdem Verunreinigungen, welche, obgleich in geringen Mengen, unerwünscht die Verarbeitung des Kupfers
für eine Anzahl von Anwendungen beeinflussen. Diese Verunreinigungen sind im wesentlichen Sauerstoff, Schwefel,
eingeschlossene Gase und Metalle wie Blei, Quecksilber, Tellur und Selen. Der Sauerstoff rührt in der Hauptsache
von der Oberflächenoxydation der Kathodenplatten während der Herstellung und Lagerung her. Der Schwefel rührt in
der Hauptsache von Einschlüssen und Oberflächenresten von Schwefelchemikalien aus dem elektrolytischen Verfahren
her. Die eingeschlossenen Gase rühren von einer GasasBimilation
während des elektrolytischeri Verfahrens während der Lagerung und während des Schmelzens hero Die mebtalischen
Verunreinigungen werden direkt von dem Kathodonkupfer
mitgerisüen und stellen Anodenverunreinigungen und Verunreinigungen
eic3 eloktrolytitjchen Bades das. hi« ist eine
PAD OfI^iNAL
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"7" 153312C
allgemeine Erfahrung, daß all diese Verunreinigungen gehalt smäßig "weitgehend variieren.
Die Verbesserung der Qualität von gegossenem Kupfer, welches durch Schmelzen und Gießen von Kathodenkupfer hergestellt
ist, ist deshalb in einer Anzahl von Wegen erhalten worden. Eine Atmosphäre, welche Oxydation während des
Schmelzens und Gießens verhindert, und Schmelzbehälter und Rinnen, welche das Kupfer nicht verunreinigen, sind -
natürlich von vorschreibender Verwendung, um zu gewährleisten,
daß die Verunreinigungen in dem gegossenen Kupfer die Verunreinigungen in dem Kathodenkupfer nicht weit übertreffen,
wie früher herausgestellt worden ist«, Wenn eine weitere Verschmutzung so vermieden ist, ist die Menge an
Verunreinigungen in dem gegossenen Kupfer deshalb allgemein und einfach durch Verminderung der Verunreinigungsmenge in dem Kathodenkupfer reduziert. Der Sauerstoffgehalt
wurde durch solche Auswahl des Kathodenkupfers reduziert, daß alles zurückgewiesen wurde, was eine schwere '
Oberflächenoxydation zeigte„ Der Üchwefelgehalt ist durch
Waschen des Kathodenkupfers mit Wasser reduziert, um die
Rückstände flüssiger Schwefelchemikalien von den Oberflächen zu entfernen. Die Gehalte an Sauerstoff und üchwefel
sind weiter durch cnemisc-he -behandlung des Kathodenkupfers
reduziert, um Oberflächenoxyde und wasserunlösliche Ablagerungen von Schwefelchemikalien zu entfernen. Diese verschiedenen
bekannten Vorbehandlungen des Kathodenkupfers
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vor dem Schmelzen können dazu dienen, die Mengen an Sauerstoff und Schwefel in dem gegossenen Kupfer auf
eine sehr niedrige Höhe zu reduzieren, wobei vorausgesetzt wird, daß das Kathodenkupfer, mit welchem begonnen
wird, von hoher Qualität ist; und unter diesen Umständen werden diese Vorbehandlungen weitgehend durchgeführt.
Wenn das Kathodenkupfer nicht eine solch hohe Qualität aufweist und beispielsweise so schwer oxydiert ist, daß
eine Auswahl nicht wirtschaftlich ist und Oberflächenägenschaften aufweist, welche keine vollwirksame chemikalische
Behandlung gestatten, wird die Entfernung von Sauerstoff v/ährend des Schmelzprozesses üblicherweise durchgeführt.
Diese Sauerstoffentfernung während des Schmelzens ist deshalb mit Hilfe eines oder beider Verfahren durchgeführt.
Das erste und weitgehender durchgeführte Verfahren ist das der "Kohlenstoffreduktion" wie beispielsweise durch Kohlepulver
in Berührung mit der Schmelze. Das zv/eite Verfahren
ist das der "Kohlenstoffmonoxyd-ßeduktion" wie beispielsweise durch öChnelzen in einer Atmosphäre, welche einen
hohen Prozentgehalt an Kohlenstoffmonoxyd enthält. Keines
dieser Desoxydationsverfahren ist mehr als teilweise wirksam, und demzufolge werden sie beide im allgemeinen lediglich
als Ergänzung für die Vorbehandlung.^ verfahren verwendet.
Das Schmelzen in einer Atmosphäre, welche Wasserstoff mehr als oder in Zusammenhang mi LohlsEtoffmonoxyd
enthält, ist für einen großen wirtschaftlichen Haßstab
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nicht für günstig befunden, und zwar aus dem früher erwähnten
Grund, daß die hohe Löslichkeit des Wasserstoffes in geschmolzenem Kupfer (Kohlenstoffmonoxyd hat eine
sehr niedrige Löslichkeit) Porositätsschwierigkeiten beim Gießen verursacht, obwohl Verfahren für die Vermeidung
dieser Schwierigkeit vorgeschlagen sind. Ein solches Verfahren ist die Verwendung einer Vakuumbehandlung, um die
Reduktionswirkung des Wasserstoffes zu fördern, so daß nur so viel Wasserstoff in dem geschmolzenen Kupfer vor- |
handen sein muß, wie dem Sauerstoff entspricht^ dabei ist durch dieses Verfahren im wesentlichen der ganze Wasserstoff
in dem geschmolzenen Kupfer in Wasserdampf überführt,
und das Problem von gelöstem Wasserstoff, v/elcher Porosität in dem gegossenen Kupfer verursacht, tritt nicht
auf. Es sollte erkennbar sein, daß das obige vorgeschlagene Verfahren für die Verwendung einer Vakuumbehandlung
zur Förderung der Reduzierwirkung von der Verwendung einer Vakuumbehandlung in dem Verfahren gemäß der Erfindung sich
dadurch unterscheidet, daß bei dem obigen vorgeschlagenen Verfahren die Vakuumbehandlung in der Hauptsache für die
Förderung wie das Nebenprodukt der reduzierenden Wirkung während des Verlaufes der Vakuumbehandlung entwickelt ist;
demgegenüber ist in dem Verfahren gemäß der Erfindung die Vakuumbehandlung entwickelt, um relativ große Mengen an
gelöstem Wasserstoff und flüchtigen metallischen Verunreinigungen zu entfernen, wobei die Reduzierwirkung und in
gewissem Maße das Entfernen der als Nebenprodukt anfal-
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lenden Gase während des Ablaufes der verlängerten Wasserstoffbehandlung
abgeschlossen sind.
Aus der obigen Aufzählung der bislang am häufigsten angewandten Verfahren zur Verbesserung der Qualität von gegossenem
Lupfer, welches durch Schmelzen und Gießen von Kathoderikupfer hergestellt ist, ist es verständlich, daß
keines dieser Verfahren eingeschlossene Gase oder metallisehe
Verunreinigungen entfernt. Weiterhin ist es klar, daß, obwohl Entfernen des Sauerstoffes im allgemeinen
sowohl durch Vorbehandlung des Kathodenkupfers vor dem
Schmelzen als auch durch .behandlung des geschmolzenen
Kupfers durchgeführt ist, das Entfernen von Schwefel im allgemeinen nur durch Vorbehandlung durchgeführt ist.
Weiterhin sei es verstanden, daß keines dieser Verfahren eine mehr als teilweise Entfernung von Sauerstoff oder
Schwefel durchführt und deshalb diese Verfahren, selbst wenn sie zusammen angewendet werden, Gehalte an Sauerstoff
und Schwefel in dem gegossenen Kupfer ergeben, welche, obwohl sie unter den Gehalten in dem Kathodenkupfer
liegen, noch ziemlich diese letzteren Gehalte widerspiegeln, d. h., daß die Reinheit des gegossenen Kupfers,
welches durch bislang angewandte Verfahren hergestellt ist, ziemlich von der Reinheit des Kathodenkupfers abhängt,
aus welchem es hergestellt ist und deshalb einer ähnlichen Variation ausgesetzt ist.
Es sei weiterhin bemerkt, daß soweit das Entfernen von
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eingeschlossenen Gasen und metallischen Verunreinigungen betroffen ist, das Verfahren einer Vakuumbehandlung, obwohl
es allgemein bekannt ist, bislang nicht in einem wirtschaftlichen Maßstab in der Reinigung von Kupfer
angewendet worden ist. Der vorwiegende Grund dafür ist, daß das Entfernen einiger dieser eingeschlossenen Gase
und der metallischen Verunreinigungen durch Vakuumbehandlung ein relativ sehr langsamer Prozeß ist, welcher auf
wirtschaftliche Weise nur mit Hilfe einer verpleichsweise sorgfältig gearbeiteten Anlage erhöht werden kann. Dabei
ist insbesondere das Entfernen von metallischen Verunreinigungen aus Kupfer durch eine Vakuumbehandlung des
geschmolzenen Kupfers bislang nicht als wirtschaftlich
durchführbar erachtet worden.
Im allgemeinen Sinn umfaßt das Verfahren gemäß der Erfindung das Behandeln von Kupfer in einer Atmosphäre, welche
Wasserstoff enthält (wie durch Vorwärmen und Schmelzen von Kupfer in einer Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält,
oder Vorwärmen von Kupfer in einer Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält und Schmelzen des kupfers in
einer anderen Atmosphäre oder Vorwärmen von Kupfer in einer anderen Atmosphäre und Schmelzen des Kupfers in
einer Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält), nachfolgendes Aussetzen des geschmolzenen Kupfers einem sehr
reduzierten Gasdruck und nachfolgendes Abkühlen und Erstarren des Kupfers. "Vorwärmen" von Kupfer soll heißen,
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daß das Kupfer unter Überwachung auf eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur erhitzt wird, so daß
beispielsweise das Kupfer bei einer erhöhten Temperatur, beispielsweise 1000° c gehalten wird, und zwar während
einer verlängerten Zeitdauer von beispielsweise 10 Minuten. Die Gründe für das Aufheizen werden unten erläutert.
Die in diesem Verfahren eingeschlossenen, hauptsächlichen physikalischen Grundsätze sind die folgenden:
Wenn Kupfer wie Kathodenkupfer in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre erwärmt wird, wobei diese Atmosphäre
sonst inert ist, treten drei hauptsächliche Wirkungen auf:
1. Wasserstoff dringt in das Kupfer ein und löst sich;
2. Kupferoxyde in und auf dem Kupfer werden von dem Wasserstoff zu Kupfer reduziert, wobei Wasserdampf gebildet
wird;
3· Schwefelzusammensetzungen in und auf dem Kupfer werden
teilweise zumindest in gasförmige Produkte zerlegt.
Die Geschwindigkeiten, bei welchen diese obigen drei Wirkungen verlaufen, hängen in der Hauptsache von der 'x'emperatur,
der Wasserstoffkonzentration, dem Druck und den Gehalten und Konzentrationen der Kupferoxyde und Schwefelzusammensetzungen
ab. Allgemein gesprochen verlaufen diese drei Wirkungen über 600° C in etwa im Gleichklang, wobei
die Reduktion der Kupferoxyde und die Umsetzung der
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Schwefelzusammensetzungen abgeschlossen sind, wenn der Wasserstoff vollständig eingetreten ist und das Kupfer
gesättigt hatο Demgemäß, wenn beispielsweise die Hasse
der Kupferoxyde auf der Oberfläche des Kupfers konzentriert ist, ist der Hauptteil der Oxydreduktion beendet,
wenn der Wasserstoff unter die Oberfläche eingedrungen ist. Bei Kupfer wie Kathodenkupfer ist diese
Geschwindigkeit des Eindringens in Fig. 1 angezeigt, welche die Einflüsse von temperatur, und Oxydanteilen auf
diese Geschwindigkeit zeigt. Schwefelzusammensetzungen
zeigen ein ähnliches Verhalten, obwohl die Situation komplexer ist.
Fig. 2 zeigt die Variation der Wasserstofflöslichkeit in Kupfer mit der Temperatur. Es ist erkennbar, daß, obwohl
Fig. 1 eine Maximaltemperatur von 1000° einschließt, welche unterhalb des Schmelzpunktes von Kupfer liegt,
Fig. 2 eine Maximaltemperatur von 1300° C aufweist, welche
über dem Schmelzpunkt liegt. Der Grund dafür ist, daß die Löslichkeit für geschmolzenes Kupfer leicht meßbar
ist, die Eindringgeschwindigkeit jedoch nicht. Es ist aus Fig. 2 weiterhin erkennbar, daß die Löslichkeit
einen scharfen Anstieg bei dem Schmelzpunkt aufweist (1083° C). Ein ähnliches Übergangsverhalten in der Geschwindigkeit
des Eindringens beim Schmelzpunkt kann verständig bei Kupfer erwartet werden, welches frei von
Oxyden und Schwefelzusammensetzungen ist, aber wenn diese Oxyde und Zusammensetzungen in merklicher Menge vorhanden
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sind, ist ihre V/iederverteilung beim Schmelzen der Hauptfaktor
in dem Übergangsverhalten der Eindringgeschwindigkeit.
Die Relevanz dieser verschiedenen in Fig. 1 und gezeigten Zustände sind weiter unten erkennbar.
Die Kupferoxyde und Schwefelverbindungen in Kathodenkupfer sind, wie früher erläutert ist, in der Hauptsache auf die
Oberfläche der Kathodenplatten beschränkt. Das heißt,
wenn die Oxyde und ochwefelzusammensetzungen als "überwiegende
Verunreinigung" bezeichnet werden, daß die Konzentration der überwiegenden Verunreinigung in Kathodenplatten sich sehr mit dem Eindringen von der Oberfläche
dieser Platte ändert. Die Geschwindigkeit des eindringens von V/asserstoff in Kathodenplatten unterhalb des Schmelzpunktes
variiert schnell mit der Zeit, wenn die Oberflächenschichten durchdrungen sind. Diese Tatsache führt dazu,
daß die Entfernung der Überwiegenden Verunreinigung durch Wirkung von V/asserstoff auf eine Kathodenplatte
bei 1000° C als eine Funktion der Zeit, wie in Fig. 3 gezeigt ist, angesehen werden kann. Vergleichsweise zeigt
Fig. 4 einen ähnlichen-Verlauf der Entfernung der überwiegenden Verunreinigung durch V/asserstoff aus Kathodenplatten über dem Schmelzpunkt unter der Voraussetzung,
daß die gleiche Anfangsmenge der Verunreinigung wie in Fig. J nun gleichförmig in der Schmelze verteilt ist und
daß die gleiche Größe der Oberfläche in Berührung mit Wasserstoff ist. Aus Fig. 3 und 4 ist erkennbar, daß,
obwohl die günstige Oberflächenanordnung gegeben ist,
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in geschmolzenem Zustand das Entfernen der überwiegenden Verunreinigung durch Wasserstoffbehandlung auf wenigstens
95 % Entfernung beträchtlich langsamer als im festen Zustand
ist.
Aus Fig. 5 und M- ist erkennbar, daß das vollständige Entfernen
der vorwiegenden Verunreinigungen durch eine Wasserstoffbehandlung entweder unterhalb oder oberhalb des
Schmelzpunktes durchgeführt werden kann. Eine Wasserstoffbehandlung vor dem Schmelzen ohne eine solche Behänd- ™
lung nach dem Schmelzen ist besonders zweckmäßig, wenn beispielsweise (a) ein Gehalt an gelöstem Wasserstoff
weit unter dem Sättigungsgrad in dem geschmolzenen Zustand erwünscht ist, und (b) die Berührungszeit und Berührungsfläche
im geschmolzenen Zustand schwer zu überwachen sind. Zustand (a) kann erhalten sein, wenn niedrige
Porosität mit minimaler Vakuumbehandlungszeit wichtiger als wesentliches Entfernen von flüchtigen Verunreinigungen
ist. Zustand (b) kann erhalten sein, wenn die i Schmelzeinrichtung von "Chargen"-Art ist, in welcher eine
relativ große Menge in einer Seit geschmolzen ist und in welcher folglich der Teil der Menge, welcher zuerst
schmilzt, für eine sehr viel größere Zeit als der Anteil der Menge geschmolzen ist, welcher zuletzt schmilzt.
Eine Wasserstoffbehandlung nach dem »Schmelzen ohne eine solche Behandlung vor dem Schmelzen ist insbesondere dann
zweckmäßig, wenn beispielsweise (a) die überwiegenden Ver-
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unreinigungen nicht auf die Oberflächen des ungeschmolzenen Kupfers beschränkt sind, (b) ein Gehalt an Wasserstoff
gewünscht ist, welcher annähernd oder gleich dem Sättigungsniveau in dem geschmolzenen Zustand ist und
(c) eine Erwärmung vor dem ochmelzen zweckmäßiger in einer Atmosphäre durchgeführt ist, welche anders als
eine Wasserstoff enthaltende Atmosphäre ist.
Zustand (a) kann in Kupfer anders als in elektrolytisch gereinigtem hupfer sein. Zustand (b) kann vorliegen, wenn
ein wesentlichen Entfernen von flüchtigen Verunreinigungen Grv.a.i..;cht ist. Zustand (c) kann enthalten sein, wenn
ein Vorwärrr.of en verfügbar ist. welcher für eine andere Atmosphäre anwendbar ist, aber nicht für eine Wasserstoffträger-Atmosphäre
anwendbar ist.
Bei Kathodenkupfer ist eine Kombination von Erhitzen unter
dem Schmelzpunkt und ein Erhitzen über dem ochmelzpunkt im
allgemeinen das bevorzugte Verfahren, wenn wesentliche üüchtige Verunreinigungen in dem Kupfer vorhanden sind
und wenn ein wesentliches Entfernen dieser flüchtigen Verunreinigungen erforderlich ist.
Aus Fig. 2 ist es erkennbar, daß bei 1200° C ungefähr viermal
soviel Wasserstoff im Kupfer gelöst ist als bei 1000°· der Gehalt an gelöstem Wasserstoff in dem Verfahren, in
welchem im wesentlichen das Entfernen der überwiegenden Verunreinigungen durch eine Kombination von Erhitzung
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_ λ η _
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unter dem Schmelzpunkt und Erhitzung über dem Schmelzpunkt
vollendet ist, hängt von der Länge der beiden Erhitzungsperioden ab, wobei vorausgesetzt ist, daß die
Dauer des Erhitzens über den Schmelzpunkt viel niedriger ist, als für die Sättigung erforderlich ist.
Soweit das Entfernen von Gas durch eine Vakuumbehandlung
betroffen ist, muß der gelöste Wasserstoff entfernt werden, und Jene verbliebenen Gase wie Wasserdampf, Wasserstoffsulfid
und ochwefeldioxyd, welche Hebenprodukte der
Zerlegung der Verunreinigungen sind, müssen ebenfalls entfernt werden. In diesem letzteren Zusammenhang entweichen
die meisten dieser als Nebenprodukte anfallendem Gase, welche während des Erhitzens unter dem Schmelzpunkt;
gebildet sind, aus dem Kupfer, sobald sie gebildet sind, da sie in der Hauptsache aus Verunreinigungen kommen, welche
an der Oberfläche konzentriert sind. Andererseits werden die als Nebenprodukte anfallenden Gase, welche während
des Erhitzens über dem Schmelzpunkt gebildet sind, zu einem gewissen Grad in dem Kupfer zurückgehalten, da sie
aus Verunreinigungen kommen, welche in dem Körper der Schmelze enthalten sindo Allgemein gesagt ist der gesamte
Gasgehalt einschließlich des gelösten Wasserstoffes und
der als Nebenprodukt anfallenden Gase in Kupfer, welches oberhalb des Schmelzpunktes behandelt ist, ungefähr viermal
so groß wie der Gasgehalt von Kupfer, welches unterhalb des Schmelzpunktes behandelt worden ist, vorausgesetzt,
daß in jedem Fall die gleiche Gesamtmenge von Ver-
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unreinigungen vorliegt.
V/as die Mechanismen anbetrifft, durch welche Gase aus geschmolzenem Kupfer durch eine Vakuumbehandiung entferne
werden, sollte bemernü werden, daß im allgemeinen
die Geschwindigkeiten des Entfernens von Gas durcii
Paktoren bestimmt werden, deren relative Bedeutung mit den entsprechenden Gasen variiert. Wasserstoff weist
eine geringe Weigung zum Veroleiben in geschmolzenem
Kupfer in Gehalten über c.e«i Sättigungsgrad bei beconcL·:·, ■: "■
Temperatur und Gasdruck auf« I/&s heißt, wenn bei normale
Druck mit Viasserstoff gesättigtes Kupfer einem reduzierten Druck ausgesetzt ist, sprudelt Wasserstoff schnell
aus, um den neuen Sättigungszustand zu bilden, welcher dem verminderten £>ruck angepaßt isc Die Variation in
dem Sättigungsgrad des Wasserstoffes mit dem Gasdruck bei einer temperatur von 1200° C ist in ?ig. 5 gezeigt«
Aus i'xg. 5 isu erkennbar, äxxil sich der Sättigungsgrad
schnell gegen Null nähert, wenn sich der Druck gegen Null nähert. Dieser Verhalten von in Kupfer gelöstem
Wasserstoff, soweit das Entfernen durch eine Vakuumbe~ handlung betroffen ist, steht in scharfem Widerspruch
zu dem Verhalten anderer Gase. Einige dieser anderen Gase, einschließlich Wasserdampf und Schwefelgase, werden
in Abwesenheit von Wasserstoff sehr begierig von geschmolzenem
Kupfer aufgenommen, und zwar selbst bei sehr niedrigen Drucken und selbst dann, wenn sie in Gehalten
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vorliegen, die über Ihren normalen Löslichkeitspehalten
sind. In Gegenwart von Wasserstoff jedoch ist diese Zähigkeit dieser Gase beträchtlich vermindert, wie in der 'i'at
in manchen Fällen die normale Löslichkeit dieser Gase ist. Gelöster Wasserstoff hemmt die Lösung anderer Gase in geschmolzenem
Kupfer und erleichtert deren Entfernung. Diese Einfachheit des Entfernens anderer gelöster Gase durch
gelösten Wasserstoff aus geschmolzenem Kupfer durch eine Vakuumbehandlung zeigt an, daß die Hengen und Arten von
anderen gelösten Gasen in geschmolzenem Kupfer einen Ein- "™
fluß auf eine optimale Arbeitsweise für die Wasserstoffbehandlung
hat. Beispielsweise zeigt eine große Kenne
von Schwefelverunreinigungen, welche einen relativ großen
Anteil an ochwefelgasen enthalten, daß ein optimales Entfernen
des gesamten Gases durch eine Vakuumbehandlung mit Hilfe einer etwas höheren Menge an gelöstem Wasserstoff
erzielbar ist, als lediglich für die Reduktion der Kupferoxyde und Zerlegung der Schwefelzusammensetzungen erforderlich
ist. Dieser besondere Beispiel wurde angeführt, um zu zeigen, daß solche Betrachtungen ebenfalls angestellt
wurden, und-nicht um ihnen eine besondere Bedeutung beizumessen.
Soweit das Verfahren der vorliegenden Erfindung betroffen ist, ist von größerer Bedeutung der Einfluß,
welchen der uehalt an gelöstem Wasserstoff auf das Entfernen von Verunreinigungen durch eine Vakuumbehandlung
wie Blei, Tellur, und iielen hat, welche durch eine Wasserstoff behandlung relativ unbeeinflußt sind. Dieser^Aspekt
— ΡΩ —
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des Verfahrens gemäß der Erfindung ist nachstehend erläutert.
In der Erfindung umfaßt eine Vakuumbehandlung das Unterwerfen des geschmolzenen Kupfers einem umgebenden Gasdruck,
welcher während einer Zeitperiode beträchtlich unter dem atmosphärischen Druck ist, wie beispielsweise
durch Umhüllen des Behälters, in welchem das Kupfer geschmolzen ist, wobei zunächst das die Schmelze umgebende
Gas abgepumpt wird, als eine Folge der vorhergehenden Behandlung und anschließendes kontinuierliches Abpumpen des
Gases, welches als Folge des reduzierten Gasdruckes aus der Schmelze tritt. \vie bereits hervorgehoben ist, ist
ein Ergebnis einer solchen Vakuumbehandlung von erhitztem und in \t;jasevztoff geschmolzenen Kupfer das schnelle
Entfernen von Wasserstoff und mit dem Wasserstoff das Entfernen von als iiebenprodukt anfallenden und anderen
oinge.r;chlc3r:e':en Gasen,, Ein weiteres Ergebnis der Vafc
kuumbehandlung ist, das Entfernen von Verunreinigungen,
welche bei Ίonperaturen von geschmolzenem Kupfer beträchtliche
Dampfdrücke aufweisen; diese Verunreinigungen schließen solche netalle wie Silber, Blei, Antimon,
Arsen, Zinn, Tellur und Selen ein.
Das Entfernen von Gasen, insbesondere von Viasserstoff und das Entfernen von flüchtigen metallischen Verunreinigungen
aus geschmolzenem Kupfer durch eine Vakuumbehandlung hänren beide von "Druckgleichgev/ichtszuständen",
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15331?"
jedoch zu einem unterschiedlichen Grad ab. Wasserstoff beispielsweise wird in dem Umfang entfernt, daß der Druck
auf dem Kupfer unzureichend ist, um den Wasserstoff im Kupfer in Lösung zu halten, wie durch das in Fig. 5 gezeigte
Verhältnis von Druck/Löslichkeit bestimmt ist. Wenn beispielsweise ein tiefes Bad von bei Atmosphärendruck
mit Wasserstoff gesättigtem geschmolzenen Kupfer einem Gasdruck ausgesetzt ist, welcher einem Millimeter
Quecksilber entspricht, tritt Wasserstoff aus der Schmelze bis zu einer Tiefe, in welcher der hydrostatische Druck ™
gleich dem Atmosphärendruck weniger 1 mm Quecksilber ist ■, Das heißt, daß bei mit Wasserstoff gesättigtem Kupfer
Wasserstoff aus dem geschmolzenen Kupfer in Volumen entweicht, welche von ungefähr 3000fach (bei 1200Q G und
einem Druck von 1 mm Quecksilber) des Volumens von Kupfer an der Oberfläche bis zu Null bei einer barometrischen
Tiefe weniger 1 mm variierte
Es sei natürlich verstanden, daß bei Einsetzen des Austxetens
von Wasserstoff aus dem geschmolzenen Kupfer die Austrittsgeschwindigkeit
in großem Umfang durch den Druck bestimmt ist, welcher in und über dem geschmolzenen Kupfer
von dem austretenden Wasserstoff selbst gebildet ist« Soweit der Druck über der Schmelze betroffen ist, hängt dieser
von der Geschwindigkeit ab, mit weicher Wasserstoff aus der Umhüllung gepumpt wird, bezogen aus die Geschwindigkeit,
in welcher Wasserstoff aus der Schmelze tritt»
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BAD
153312C
Die Drücke unter der Schmelzoberfläche nängen in einer sehr komplizierten «eise von der Sprudelwirkung des austretenden Wasserstoffes und von der hydrostatischen i'iefo
und Druck über der Schmelze ab. Bei einer Pumpleistung,
welche ausreichend iac, um über der· Jaehmelze einen Gas
druck.au halten, welcher unter dem Atmosphärendruck liegt, ist die Sprudelwirkung des austretenden Wasserstoffes
natürlich im Hinblick auf die relativ sein1 großen
volumen von eingeschlossenem "Wasserstoff äußerst hc„.'·■
tig.
Andereraaits sind die Lagen det Eruckgleichgevrie-tites,
welche aas Batfernen von flüchtigen Verunreinigungen wv-BIe:.
beherrschen, von sehr verschiedener Ordnung al.^ £<,nj }
welche daa Entfernen von Wasserstoff unu, anderen Gasen Ιο-herrschen.
Beispielsweise hat; Blei einen Dampf druck, der ungefähr 10 um Quecksilber bei 1200 Gra-i entspricht ν Das
heißt bei spielt weise j wenn uj.ei in dem geschmolzenen Καρ·>
fer in des Särtdgungsgshalt bei Atmosphärendruck vcrlie-^t,
BIe-dampf aus cer Scnmelze nur bis sa einer Tiefe von ungefähr Vi mm austritt, wenn der Druck über der Schmelzt'
auf das Äquivalent von 1 mm Quecksilber reduziert ist natürlich
vorausgesetzt, daß das Bad des geschmolzenen Kupfers ruhig ist. Dabei sei es verstanden, daß in einer
charakteristischen Situation mehr Blei aus geschmolzenem Kupfer in einer gegebenen Zeit durch Vakuumbehandlung entfernt
ist, wenn das Kupfer Dewegt ist, um das ganze Kupfer Oberflächendrücken auszusetzen als wenn es nicht bf-
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wegt ist. Ira allgemeinen ist diese Einfachheit des Entfernens durch Bewegung allen flüchtige:' Verunreinigungen
zuzuschreiben, welche im Kupfer vorhanden sein können, obwohl einige dieser Verunreinigungen, beispielsweise
Selen, sehr viel höhere Dampfdrücke als Jilei bei Temperaturen
von geschmolzenem Kupfer haben und deshalb nicht bedeutend durch den "Tiefeneffekt" beeinflußt werden. In
diesem Zusammenhang sei das allgemeine Beispiel erwähnt, welches eintritt, wenn Sodawasser geschüttelt ist, und -■
zwar als Erläuterung des Bewegungseffektes auf die Beibehaltung von Gasen und Dämpfen durch Flüssigkeiten. Dieser
"Soda-Wasser-Effekt" ist in unterschiedlichem Ausmaß
für alle Dämpfe und in geschmolzenem Kupfer erlöste Gase
anwendbar. Das heißt, daß das Entfernen von Verunreinigungen aus geschmolzenem Kupfer durch eine Vakuumbehandlung
durch Bewegung des Kupfers wegen de." "Sodawas:■erEffektes"
erleichtert ist, selbst wenn die Daraufdrücke
- ι
der Verunreinigungen hoch genug sind, so daß der vorerwähnte "Tiefeneffekt" nicht bedeutend ist. Andere Phäno- l\
mene wie die Vlirkung einer Verunreinigung auf die Zurück- j
haltung einer anderen sind natürlich ebenfalls in einem Entfernen einer Verunreinigung durch eine Vakuumbehandlung
eingeschlossen. Es ist nun vex^tändlich, daß das Entfernen von solchen flüchtigen Verunreinigungen wie
Zinn, Blei, Arsen, Antimon, Tellur, Selen und Silber aus geschmolzenem Kupfer durch eine Vakuumbehandlung durch
die Bewegung des geschmolzenen Kupfers erleichtert ist,
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welche dem Austreten von gelöstem Wasserstoff zuzuschreiben ist.
Es sei bemerkt, daß das Erleichtern des Entfernens von flüchtigen Verunreinigungen durch Wasserstoffaustritt
bei der Bestimmung eines optimalen Wasserstoffgehaltes für das geschmolzene Kupfer wichtig ist. Das heißt, daß
ein optimales Vorwärm- und Schmelzverfahren für das Kupfer,
welches den Wasserstoffgehalt, wie vorstehend hervorgehoben
ist, beeinflußt, teilweise zumindest durch die Anforderungen für das Entfernen von flüchtigen Bestand
teilen durch eine Vakuumbehandlung bestimmt ist, selbst wenn dieses Entfernen nicht direkt durch das Verfahren
beeinflußt ist. Die Bedeutung dieser und anderer Tatsachen bei der Auswahl einer bevorzugten Vorrichtung für
die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung sind nachstehend erläutert.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann leicht durch Einrichtungen durchgeführt werden, weiche schematisch in
Fig. 6a und 6b gezeigt cind. In diesen beiden Figuren ist rezeigt, dai; die V/asserstoffbehandlung und die Vakuumbehandlung
nacheinander in der gleichen Vorrichtung durch "Schritt 1" und "Schritt 2" durchgeführt werden. In Fig.
6a und 6b ist 1 Gin herkömmlicher Kupferachmelzofen von
der Art eines "kernlosen. Induktionsofens"; 2 ist eine herkenn!iehe Quelle einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre,
welche beispielsweise durch überwachte Verbrennung von
bad om 009830/0242 - 2J>
-
Erdgas hergestellt ist, 3 ist eine herkömmliche Vakuumpumpe,
4-, 5 und 6 sind Ventile für wahlweises Abschalten der Atmosphärenquelle oder der Vakuumpumpe, wie gezeigt
ist ο Es sei natürlich verstanden, daß Einrichtungen für das Beschicken und Entleeren des Ofens 1, weiche in Fig,
6a und 6b aus Gründen der Klarheit nicht gezeigt sind, notwendig sind, und diese können am einfachsten einen
entfernbaren Zutrittdeckel in der Umhüllung 7, durch weichen festes Kupfer in den Ofen 1 eingebracht v/erden kann,
eine Einrichtung zum Kippen des Ofens 1, einen entfernba
ren Durchgang in der Umhüllung 7> aus welchen geschmolzenes
Kupfer gegossen werden kann und eine Einrichtung für das Schaffen einer inerten Atmosphäre aufweisen, um das
Gießkupfer vor atmosphärischer Oxydation zu schützen. Diese letzteren verschiedenen Einrichtungen, welche in
S1Ig0 6a und 6b nicht gezeigt sind, sind sehr gut bekannt*
Das Reinigungsverfahren für die Vorrichtung gemäß Fig. 6a und 6b ist folgendermaßen: Der Ofen 1 wird mit nichtgereinigtem
Kupfer gefüllt» der Mantel 7 wird abgedichtet und mit einer Wasserstoffträger-AtmoSphäre gereinigt, welche
durch ein Ventil 4- eintritt und durch ein Ventil 5 austritt.
Das nichtgereinigte kupfer wird dann erhitzt und geschmolzen, während ein Strom einer wasserstoffhaltigen
Atmosphäre in dem Mantel 7 aufrechterhalten ist. Die Ventile 4- und 5 werden dann geschlossen, die Pumpe 3 in Betrieb
gesetzt und das Ventil 6 geöffnet. Gepumpt wird für eine Zeitdauer, nach welcher das Ventil 6 geschlossen und
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0 098 30/0242
BAD ORIGINAL
die Pumpe 3 ausgeschaltet wird. Das Ventil 5 wird dann
geöffnet, um die inerte Atmosphäre in den Hantel 7 einzulassen, der Ausgangsdeckel wird entfernt und das gereinigte
Kupfer durch Kippen des Ofens 1 gegossen.
Obwciil uie Vorrichtung gemäß J?ig. 6a und ob p
und z.ur Durchführung des Verfahrens gemäß der
iicu-aj.- xsir hat sie viele i^achteile.
und z.ur Durchführung des Verfahrens gemäß der
iicu-aj.- xsir hat sie viele i^achteile.
Ers''·'■=::■■:. ,3-?hi.fft die Vorrlcht-ang gemäß FIg. 6ε. ·χγΛ' <7y<
kei.no optier.:."-.- Verwendung für cL.« V-j^erstoiTbehandlu*;; ii.ch
für ("l:.:-'f Vakuumbehandlung ao;■:; i'-r ein cpbimalri? r'erbal<;~
nis swi^r.hin diesen beiden Leaaridlungen gemäß den oi;en
us^estellten Lehren»
Insbesondere im ersteren Zusammenhang ist die Zeit des
Erhitzens des nichtgereinigten Kupfers vor dem Schmelzen nicht vollkommen kontrollierbar; die Oberflächenberührung
des Kupfers mit der Wasserstoff tragenden Atmosphäre
vor, während und nach dem Schmelzen ist minimal, die
Tiefe des geschmolzenen Kupfers ist maximal und die Beschränkung der Sprudelwirkung des Wasserstoffes ist maximal .
vor, während und nach dem Schmelzen ist minimal, die
Tiefe des geschmolzenen Kupfers ist maximal und die Beschränkung der Sprudelwirkung des Wasserstoffes ist maximal .
Zweitens ist die Ofeneinrichtung nicht für große Kupferatücke
wie beispielsweise Kathodenplatten anwendbar.
Drittens kann die Vorrichtung gemäß Fig. 6a und 6b nur
chargenmäßig arbeiten., da die Beschickung» Wasserstoff-
BAD OrtiCiiNAL
009830/0242
behandlung, Vakuumbehandlung und Entleerung aufeinanderfolgend
durchgeführt werden, so daß jede die durchführung der anderen verbietet.
Wegen der vorerwähnten Hachteile, von welchen einige eine
verminderte Reinigungsleistung und andere von ihnen einen wirtschaftlichen iiachteil ergeben, ist die einfache Vorrichtung
gemäß Fig. 6a und 6b nicht für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung bevorzugt, obwohl diese
praktisch ist und die Möglichkeiten für die Anwendung vollständig konventioneller Einrichtungen erläutert.
Eine Vorrichtung, welche keine der Kachteile der Vorrichtung
gemäß Fig. 6 ausweist, ist in Fig. 7 gezeigt. Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung eine bevorzugte Vorrichtung
für die Reinigung von Kupfer p-enäi: der Erfindung, insbesondere
von Kathodonkupfer. Die Verrichtung gemäß Fir.
7 ist für eine anpassungsfähige und optimale Anwendung
des Reinigungsverfahrens gemäß :er Erfindung und für kontinuierliches
Arbeiten geschaffen; dabei erzielt diese Vorrichtung-eine maximale Hoinigunrsleistung und Wirtschaftlichkeit
der Herstellung. I:.- wesentlichen weist die Vorrichtung gemäß Fig. 7 einen'"Zonen"-Heiz- und bchmelzofen
für die Wasserstoffbehandlung und eine "Durchfluß"-Vakuumeinrichtu::g
für die Vakuumbehandlung- auf. Der "Zonenn-0fen,
welcher kontinuierlich mit kalten Kathoden beschickt wird, speist seinerseits kontinuierlich wasserstoff
behandeltes geschmolzenes Kupfer in die "Durchfluß"-
009830/0242 -2S-
Vakuum einrichtung, welche ihrerseits valcuunbehandeltes,
wasserstoffbehandeltes geschmolzenes Kupfer in eine Gießeinrichtung für Abkühlung und Erstarrung in nützlichen
Formen zuführt. Es sei natürlich verstanden, daß soweit der öfen gemäß Fig. 7 betroffen ist, eine große Variation
von "Zonen"-öfen in der hetallbehandlung gut bekannt ist,
welche in -^ezug auf Heizverfahren, entweder Gas oder elektrischer
Strom oder eine Kombination dieser beiden und in Bezug auf geometrische Anordnung variieren, welche entweder
vertikal oder horizontal oder anders nein kann. Demgemäß ist der Cfen in Fir;. V lediglich ein typisches Beispiel
eines solchen "Zonen"«Ofens. Andererseits sollte,
soweit die Vakuumeinrichtung in Fig. 7 betroffen ist, bemerkt sein, daß solche Einrichtungen für uie Kupferreinigung
nicht gut bekannt sind, -^ine Vakuumeinrichtung, welche
in allge:r.»i nen der Einrichtung 21 in i'ig. 7 ähnlich ist, v.'ird später im einzelnen in Verbindung mit Fig. 8
beschrieben.
Andere, im allgemeinen ähnliche </&kuumeinrichturigen, welche
für Zv:ec>e der vorliegenden Erfindung geeignet, sind,
sind in der gleichzeitig mit der vorliegenden Anmeldung
eingereichter, Patentanmeldung "Verfahren zur Vakuumreintgung
von Metallen" der Anmelderin gezeigt und beschrieben. Die zusätzlichen Gegenstände der Vorrichtung in Fig. 7,
das heißt die Gegenstände, welche anders als der Ofen und die Vakuumeinrichtung sind, sind alle herkömmlich und im
- 29 009 830/0242
BAD CESSiMAL
allgemeinen in verschiedenen 'J-'echniken einschließlich
der Kupferreinigung gut bekannt. Es wird keine detaillierte Erläuterung dieser zusätzlichen Gegenstände versucht,
da dies auch von der hauptsächlichen Erläuterung abweichen würde. Im Zusammenhang mit diesen zusätzlichen
Gegenständen sei im allgemehen verstanden, daß die Auswahl ihrer besonderen Ausführungen etwas willkürlich und
größtenteils eine Angelegenheit der Schicklichkeit ist. Solche Bezielrungen, in welchen die auswahl der -Ausführung
der verschiedenen Gegenstände der Vorrichtung in Pig. 7 bevorzugt durch die Erfindung vorgeschrieben ist, werden
aus der nachfolgenden -Erläuterung der vorrichtung gemäß
Fig. 7 versbändlich.
In Fig. 7 ist weiterhin 20 ein "Zonen"-He±z- und Schmelzofen,
21 isL eine "Durchfiui^-Vakuuir/oehandlungseinrichtung,
22 ist eine Gießeinrichtung, 25 ist ein wasserstoffatnoapiiären-Cenerator,
24 isr ein Generator einer inerten Atmosphäre und 2p ist ein Vakuumpumpsystem. In weiterer
Einzelheit ist 26 eine Rinne, welche den Ausgang des
Ofens 20 mit dem Eingang der Vakuumeinrichtung 21 verbindet, 27 ist eine Rinne, welche den Ausgang der Vakuumeinrichtung
21 mit dem Eingang der Gießeinrichtung 22 verbindet, 28 ist ein Rohr, welches den Atmoaphärengenerator
mit dem Ofen 20 verbindet, 29 isö ein Rohr, welches den
Generator 24 für die inerte Atmosphäre mit den Rinnen 26 und 27 verbindet. 50 ist ein Rohr, welches das Pumpsystem
25 mit der Vakuumeinrich rung 21 verbindet.
ÖQ9830/Q242 ~3°~
BAD
Mit weiterer Bezugnahme auf ?ig. 7 werden die Kupferkathoden
30, nachdem sie Kante an Kante nacheinander
auf Walzen in den Ofen 20 eintreten, stufenweise beim Durchgang durch den Ofen 20 auf eine Temperatur von ungefähr
"i000~ C in einer Zone A erhitzt v/erden, bei 1000
C durcm eine Zone B gehalten und v/erden schließlich m
der Zone C geschmolzen werden, ^ine Wasserstoffatmosphäre
y\ aus dem Generator 23 wird kontinuierlich in und
durch den Ofen 20 für den Ausschluß einer anderen Atmosphäre geleitet und tritt im Bereich des Einganges der
Kathode 30 aus, v/o sie verbrannt oder auf andere »eise
entfernt sind. Geschmolzenes Kupfer 32 aus der Zone C
des Ofens 20 fließt durch die Rinne 26 in einen behälter
33 der Vakuumeinrichtung 21, dann aufwärts durch einen ringförmigen Spalt 34->
dann über die Fläche 35 in den
Behälter 36 und dann durch die Rinne 27 in eine Gießform
37 der Gießeinrichtung 22. Die inerte Atmosphäre wird kontinuierlich in und durch die Rinnen 26 und 37 geleitet,
strömt dann durch einen inneren Mantel 39 und
einen äußeren Mantel 40 der Yakuumeinrichtung 21 und tritt auch in den Deckel 41 der Gießeinrichtung 22 ein, so daß
eine andere Atmosphäre gänzlich ausgeschlossen ist. Das geschmolzene Kupfer bildet eine Dichtung zwischen dem
Rohr 50 und dem Raum zwischen dem äußeren Mantel 40 und
dem inneren Mantel 39· Kupferdampf und flüchtige Verunreinigungen
42, welche aus dem geschmolzenen Kupfer 32 beim Durchgang durch die Vakuumeinrichtung 21 treten, wer-
- 31-"
O09850/02U
BAD OFaGiNAL
- 51 -
1N 153312C
den kontinuierlich an den Wänden des Rohres 50 mit Hilfe
einer Wasserkühlschlange 43 kondensiert. Die Verunreinigungen
sind fest und können periodisch von den Wänden des Rohres 50 entfernt werden. Die Rinnen 26 und 2? können,
wie gezeigt, beispielsweise durch elektrische Induktionsspulen 44 und 45 beheizt werden. Die Vakuumeinrichtung 21
kann beispielsweise durch eine elektrische Induktionsspule 46 beheizt werden. Heizspulen 44, 45 und 26 liefern
eine ausreichende Wärme, um Wärmeverluste zu überbrücken und halten das geschmolzene Kupfer 52 geschmolzen, ohne
seine Temperatur bemerkenswert .zu crnchen. In Fig. 7 ist
aus Klarheitsgründen keine Heizeinrichtung für den Ofen
20 gezeigt; diese Heizeinrichtungen können beispielsweise Strahlungsröhrenöfen für die Zonen A und B und indirekte
Induktionsöfen für die Zone Qsein.
Mit weiterer Bezugnahme auf Fir:. 7, wcbei vorausgesetzt
ist, daß die Wärmezufuhr ausreichend ist, bestimmt natürlich
die BeweguncsceEChwindigkeit der Kathoden 30 entlanr
den Ofen 20 die Durchfluß.-eschwindigkeit des geschmolzenen
Kupfers 52 durch die Vakuumeinrichtung 21. In Verbindungmit
der Bewegungsgeschwindigkeit der Kathode:. 50 bestimmen
die Längen der Zonen A, B u:ii C des Ofens 20 zusammen
die Zeiten und lemperatüren der Wasserstoffcehandlun.c und
dadurch eier. Gehalt an in der. geschmolzenen Kupfer 52 gelösten
Wasserstoff, wenn das Kupfer den Ofen 21 durch die Rinne 26 verläßt. (Das Wasserstoffanteil in der Atmosphäre
aus dem Generator 25 muß natürlich, wie angenommer., konstant
OO9Ö3O/O242 - 52 -
sein, da dieser Anteil auch teilweise die Eindringgeschwindigkeit von Wasserstoff in die Kathoden 30 bestimr.it)."
Beispielsweise ist mit besonderem Kathodenkupfer eine Beschickungsgeschwindigkeit von 0,30 m pro Hinute
äquivalent einer Produktionsmenge von ungefähr 2721 kg pro Stunde; bei dieser Produktionsgeschwindigkeit erzeugen
Zonenlängen im Ofen 20 für die Zone A von 4,57 m, für Zone B 4,57 m und für Zone C $.,05 m ungefähr ein Volumen
Wasserstoff (übertragen auf normale Temperatur und Druck) , welcher in jedem Volumen Kupfer bei einer Atmosphäre gelöst
ist, welche aus ungefähr 40 c,l Wasserstoff, 40 % Stickstoff
und 20 £; Kohlenstoffrnonoxyd zusammengesetzt ist.
Unter diesen Umständen wird eine lioiniijuncsleistung, soweit
das Entfernen von Sauerstoff betrachtet ist, von ungefähr 95 >
erhalten. Als weiteres Beispiel, wenn die Produktionsmenge auf 5442 kg pro Stunde durch Verdoppeln
der 5ecchickun£S!~eschwindigkeit der Kathoden und Erhöhen
der notwendigen Wärmezufuhr zum Ofen 20 verdoppelt ist, wobei andere Bedingungen unverändert bleiben, ist der Gehalt
an gelöster! Wasserstoff annähernd halbiert, jedoch ist die Leistung der Sauerstoffentfernung lediglich um
wenige Prozent vermindert. Der Grund dafür, daß die Reinigun~sleistung
der Wasserstoffbehandlung nur zu einem Bruchteil reduziert ist, wenn die Produktionsmenge verdoppelt
ist, ist,wie früher erwähnt, daß die Kasse der Verunreinigungen an Kußferoxyd in typischem Kathodenkupfer
- 35 009830/0242 ΕΑΰ ε:::: --.L
- 55 -
1 533.1 2Γ
auf die Oberfläche der Kathodenplatten beschränkt ist. Die obigen zwei Beispiele zeigen die Bedeutung der Zonenanordnung
im Ofen 20 und zeigen weiterhin, daß der Gehalt an gelöstem Wasserstoff in dem geschmolzenen Kupfer J>2,
welches den Ofen 20 verläßt, in Grenzen weitgehend verändert werden kann, ohne die Leistung der Wasserstoffbehandlung
im wesentlichen zu beeinflussen, soweit das Entfernen von Sauerstoff aus dem Kathodenkupfer betroffen
ist. Der Gehalt an gelöstem Wasserstoff in dem geschmolzenen Kupfer 32, welches den Ofen 20 verläßt, ist, wie bereits
vorstehend erläutert, von großer Bedeutung für die Vakuumbehandlung in der Vakuumeinrichtung 21o Einerseits
bestimmt der Gehalt an gelöstem Wasserstoff in Verbindung mit der Produktionsmenge teilweise die Kapazität, welche
von dem Vakuumpumpensystem 25 gefordert ist; je größer
der Gehalt bei einer vorgegebenen Produktionsmenge ist, desto größer ist die geforderte Punpsakapazität. Beispielsweise
ist bei einer Produktionsmenge von 2721 kg pro Stunde,
wie in dem obigen Beispiel, eine Pumpkapazität von ungefähr
■χ
226 nr pro Minute von dem Pumpensystem 25 gefordert, um einen Durchschnittsdruck von einem Zehntel eines Millimeter Quecksilber in der Vakuumeinrichtung 21 zu halten. Dieses Abschätzen der Pumpkapazität setzt voraus, daß der gelöste Wasserstoff im wesentlichen vollständig aus dem geschmolzenen Kupfer entfernt ist, wenn dieses durch die Vakuumeinrichtung 21 mit einer Geschwindigkeit von 2721 kg pro Stunde fließt, und deshalb ist ebenfalls vor-
226 nr pro Minute von dem Pumpensystem 25 gefordert, um einen Durchschnittsdruck von einem Zehntel eines Millimeter Quecksilber in der Vakuumeinrichtung 21 zu halten. Dieses Abschätzen der Pumpkapazität setzt voraus, daß der gelöste Wasserstoff im wesentlichen vollständig aus dem geschmolzenen Kupfer entfernt ist, wenn dieses durch die Vakuumeinrichtung 21 mit einer Geschwindigkeit von 2721 kg pro Stunde fließt, und deshalb ist ebenfalls vor-
- 34 009S30/0 2U
BAD
- 54- -
ausgesetzt, daß der Wasserstoff das Kupfer genügend schnell verläßt, um das Entfernen während des Durchgangs durch die
Vakuumeinrichtung 21 abzuschließen. Die Ausströmgeschwindigkeit Von Wasserstoff aus dem geschmolzenen Kupfer,
wenn es durch die Vakuumeinrichtung 21 fließt, ist teilweise durch die Größe und Geometrie der inneren Oberflächen
der Vakuumeinrichtung 21 und durch das otrömungsbild
des geschmolzenen Kupfers über diese flächen bestimmt. Es
ist deshalb erkennbar, dais bei tatsächlicher durchführung nicht nur die Pumpkapazität des Pumpensystems 25, sondern
auch die Größe und Geometrie der inneren Flächen der Vakuumeinrichtung
21 und das Strömungsbild des geschmolzenen Kupfers über diese Flächen auf den Gehalt von gelöstem
V/asserstoff und auf die Produktionsgecchwindigkeit bezogen werden muß. Andererseits bestimmt der Gehalt an gelöstem
Wasserstoff in Beziehung mit allen anderen oben erwähnten Faktoren den Grad und die Dauer der Sprudelwirküng,
welche dem Austreten von Wasserstoff aus dem geschmolzenen Kupfer in der Vakuumeinrichtung 21 zuzuschreiben
ist, und bestimmt dabei teilv/eise die Reinigungsleistung der Vakuumbehandlung, soweit das Entfernen flüchtiger'
Verunreinigungen betroffen ist. In dem Fall, daß eine weitgehende Entfernung von flüchtigen Verunreinigungen gefordert
ist, ist es ein Vorteil, eine große Menge von gelöstem V/asserstoff in dem geschmolzenen Kupfer 32 beim
Verlassen des Ofens 20 zu haben, selbst obwohl, wie vorstehend erwähnt, die Wirksamkeit des Entfernens von Was-
BAD CE'.SiNAL
009830/0242
serstoff nicht bemerkenswert beeinflußt ist.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 7 wird folgendermaßen in Betrieb gesetzt, wobei vorausgesetzt ist, daß der Ofen
20 leer und ausgeschaltet, der Wasserstoffatmosphären-Generator
23 ausgeschaltet, der Generator der inerten Atmosphäre 24- ausgeschaltet, die Vakuumpumpe 2S ausgeschaltet,
der Lehälter 55 leer und der Behälter 56 f&st
ganz mit festem Kupfer ,'jefüllt ist:
1. Der Generator 24 wird angestellt und die ;ran::e Vorrichtung
mit einer inerten Atmosphäre gc.-::ü_t;
2. Der Generator 2~~ wird angestellt, der Ofen 20 mit einer
Wasserstoffatnosphäre (wobei der I>ruck der Wasserstoffatmosphäre
ausreichend Ist, urc wc trehend den Eintritt
der inerten Atmosphäre in dei. Ofen 20 durch die Rinne
26 zu verhindern) und ein Strom von Wasserntoff durch
den Ofen 20 angelert;
3· Die Heizeinrichtunrren 44-, 4; unc ~<
werden aiv-e::rellt,
und die Rinne 2c· und 27 und die Vakuur.behanclunrseinrichtung
21 auf Arbeitetoi-peratur (ungefähr 1«'2fOu C) -~ebracht.
(Wenn die VakuunDe;:andlur..;ceinrichtunr 21 die
Arbeitstenperatur erreicht, wird das Kupfer in der. Behälter
36 geschmolzen nein, und der Behälter yc wird
fast voll von geschmolzenen Kupfer sein);
4. Der Ofen 20 wird in Betrieb gesetzt und auf Arbeits-
009830/0242 -36-
D 0P.'r3'»NAL
56 -
153312C
temperatur gebracht;
5. Die Bewegung der Kathoden JO wird gestartet;
6. Wenn der Behälter 33 fast vollständig mit geschmolzenem
Kupfer gefüllt ist, wird die Vakuumpumpe 25 eingeschaltet (es sei bemerkt, daß das Fassungsvermögen
des Behälters 33 das Fassungsvermögen des ringförmigen
Spaltes 34- durch einen Betrag übersteigt, v/elcher
ausreichend ist, um eine Dichtung zu schaffen, nachdem der Behälter 33 teilv/eise in den ringförmigen
Spalt 34- entleert ist).
Aus dem Vorstehenden ist es verständlich, daß eine große Anzahl von Faktoren auf die optimale Verwendung der Ausführung
der Vorrichtung wie in Fig. 7 wirkt. Hierbei ist es gleichfalls verständlich, daß eine Vorrichtung wie in
Fig. 7, wenn sie optimal für die Reinigung von Kupfer auf einen bestimmten Grad mit maximaler V/irtschaftlichkeit
verwendet wird, auch für das Reinigen von Kupfer auf einen unterschiedlichen Grad verwendet v/erden kann, gleichwohl
mit geringerer als maximaler Wirtschaftlichkeit. Beispielsweise ist, wenn der Ofen 20, die Vakuumeinrichtung
21 und das Pumpensystem 25 optimal in Verbindung mit
einer bestimmten Froduktionsgeschwindigkeit verwendet
wird, für im wesentlichen vollständiges Entfernen des Sauerstoffes, ,jedoch unvollständiges Entfernen der flüchtigen
Verunreinigungen, ist ein vollständigeres Entfernen
~ 37 -009830/0242
153312Ü
der flüchtigen Verunreinigungen erzielbar, wie vorstehend herausgestellt, durch Herabsetzen der Produktionsgeschwindigkeit.
Diese Anpassungsfähigkeit in der Verwendung der Vorrichtung ist natürlich ein wertvolles Merkmal, da demgegenüher
für eine Anzahl von Anwendungen die Gegenwart eines bestimmten Gehaltes an flüchtigen Verunreinigungen
in dem gereinigten Kupfer nicht bedeutsam ist, für wenige Anwendungen eine solche verbleibende Verunreinigung unerwünscht
ist.
Fig. 8 zeigt die konstruktiven Einzelheiten einer Vakuumeinrichtung,
welche im allgemeinen Sinn der Einrichtung 20 in Fig. 7 ähnlich ist. Der Zweck der Fig. 8 und der
nachfolgenden Beschreibung der Vorrichtung, welche in Fig. 8 gezeigt ist, ist lediglich der, einige praktische
Merkmale einer Vakuumeinrichtung herauszustellen, welche für die vorliegende Erfindung zweckmäßig sind, wobei
solche Merkmale im allgemeinen nicht so bekannt wie beispielsweise Merkmale von zweckmäßigen Ofeneinrichtungen
sind.
Unter Bezugnahme auf Fig. 7 und 8 sei bemerkt, daß die
Eingangsrinne 123 und die Ausgangsrinne 124 der Fig. 8
den Hinnen 26 bzw. 2? der Fig. 7 entsprechend und daß
das Vakuumsystem-Verbindungsrohr 147 gemäß Fig. 8 dem
Rohr 50 gemäß Fig. 7 entspricht; andere Entsprechungen
und Ähnlichkeiten zwischen der Einrichtung 20 gemäß Fig· 7 und der Vorrichtung gemäß Fig. b sind später erv
009830/0242
In Figo ο sind die hauptsächlichen Gegenstände der Vorrichtung
Blöcke 120, 121 und 122, welche eine Vakuumbehandlungskammer V, Rinnen 123 und 124, welche geschmolzenes
Kupfer in bzw. aus der Kammer V führen, eine Vakuumleitung 125, welche das Vakuumpumpensystem (nicht gezeigt)
mit der Kammer V verbindet, ein Isoiiermantel 126 und ein Isolierblock 127>
welche den Wärmeverlust aus der Kammer V reduzieren, eine Induktionsheizspule 129,
welche die Kammer V beheizt und eine Stützplatte 130»
welche den Boden für die Kammer V bildet. In weiterer Einzelheit der Kammer V ist 131 ein Eingangsbehälter,
welcher zwischen den Blöcken 120 und 121 gebildet ist, 132 ist ein Ausgangsbehälter, welcher zwischen den Blökken
120 und 121 gebildet ist, 133 ist ein Ausgangsbohrloch, welches den Behälter 132 mit der ^inne 124 verbindet,
134 ist ein Eingangskanal, v/elcher die Rinne 123 mit dein kingangsbehälter 13I verbindet, 135 ist eine der
zwölf Zuführbohrungen, welche gleichmäßig auf einem Kreis
angeordnet sind und den Eingan^sbehälter 13I mit der Berührungsfläche
136 verbinden. 137 ist eine Ausgangszuführbohrung,
welche die Berührungsfläche 136 mit dem Ausgangsbehälter
132 verbindet, 138 ist ein unterer dichtungsring,
welcher eine vakuumdichte Dichtung zwischen den Blöcken 121 und 122 schafft, 139 ist ein oberer Bxchtungsring, welcher
eine vakuumdichte Dichtung zwischen äem Block 122 und
der Vakuumleitung 123 schafft, 1p2 ist eine ringförmige
Mulde in der .Fläche 136 zum IaIten eines Sumpfes vor; ge-
- 39 -
QUUt:0/0242
schmolzenem Kupfer, 153 ist eine kreisförmige Mulde in
der Berührungsfläche 13ü zum Führen von geschmolzenem
Kupfer, welches über dem Sumpf in der Mulde 152 in die
Zuführbohrung 137 fließt, und 15? ist eine ringförmige
Aussparung zum Verteilen des stromes aus den Zuführbohrungen 135 auf der Peripherie der Oberfläche 136. In weiterer
Einzelheit der Rinnen 123 und 124, welche konstruktionsmäßig identisch sind, ist 140 ein Zuführrohr, welches
das geschmolzene Kupfer führt, 141 ist ein Viiderstand-Heizelement
für das Beheizen des Zuführrohres 140, und und 153 sind wärmeisolierende Rohre, welche den Wärmeverlust
aus dem Element 141 und deraRohr 140 einschränken. In weiterer Einzelheit der Umhüllungen 12ü sind 14ü und
149 Einlaß- bzw. Auslaßrohre für das Halten einer inerten Gasatmosphäre in der Umhüllung 148 und in den Zuführrohren
123 und 124. In weiterer Einzelheit der Vakuumleitung 125 ist 145 ein entfernbarer Deckel für den Zugang,
um kondensierte Verunreinigungen zu entfernen, 146 ist
eine WasserkühlschlanGe, um eine gekühlte Fläche auf der
Innenseite der Leitung 125 zur Kondensation der kondensierbaren
Verunreinigungen zu schaffen, welche aus dem geschmolzenen Kupfer verdampft werden, wenn dieses über
die Fläche 136 fließt, und 147 ist eines der beiden Rohre,
welche die Vakuumleitung 125 mit zwei identischen Vakuumpumpsystemen verbindet. Diese beiden Vakuumpumpsysteme,
welche aus Gründen der Klarheit in Fig. 8 nicht gezeigt sind, sind in hauptsächlichem Detail völlig herkömmlich,
und jedes weist beispielsweise eine Kombination mechani-
009830/0242 - 40 -
scher Pumpen auf, welche in dem ^ruckbereich zwischen 20
und 100 riikron quecksilber ausreichend arbeiten.
Es ist erkennbar, daß die Ausbildung der Vakuumberührungskammer V gemäß Fig. ο ziemlich verschieden, soweit die
Behälteranordnungen, die Beschickungs- und Entleerungsanordnungen und die Berührungsfläche betroffen sind, von
der Ausbildung der Einrichtung 21 gemäß Fig. 7 ist» Doch ist es völlig verständlich, daß die allgemeinen Arbeitsprinzipien der Vorrichtung gemäß Pig. fa und der Einrichtung
21 gemäß Fig. 7 identisch sind; d. h. geschmolzenes Kupfer wird durch bchwerkraftwirkung in Verbindung mit
barometrischer 'wirkung der Berührungsfläche zugeführt und hiervon entfernt. Diese barometrische Wirkung ist natürlich
dem Unterschied zwischen dem annähernden Atmosphärendruck,
welcher auf die Oberfläche des geschmolzenen Kupfers in den Behältern wirkt, und dem Vakuumdruck, welcher im allgemeinen
niearifer alu 1 mm Quecksilber ist und auf das
Kupfer an dem oberen -^nde der Zuführbohrungen (Fig. 8)
oder der Zuführspalte (FIg5 ?) wirkt, zuzuschreiben ist.
Demgemäß sind die Vertik a Hängen der Zuführbohrungen 1J5
und 137 gemäß i'ig» & und die entsprechenden Zuführspalte
der Einrichtung 20 gemäß Fig, 7 so, daß die barometrischen
Säulen von geschmolzenem Kupfer zwischen den Behältern und der Berührargsflache aufrechterhalten sind, und sind
so, dal: in jeder Fall ein ansteigen der Höhe von geschmolzenem
Kupfer in dem fixiigangsbehälter wie durch Zufuhr von
geschmolzenen Kupfer aus der Singangsrinne einen Fluß von
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geschmolzenem Kupfer über die Oberfläche in die Ausgangsrinne erzeugt. Die Höhe einer barometrischen Säule von
geschmolzenem Kupfer, welche dem atmosphärischen Druck entspricht, ist ungefähr 1193 mm, und so ist es beispielsweise
verständlich, daß eine vertikale Höhe der Zuführbohrungen 135 uncL 137 gemäß lpig. 8 von 1546 mm ein überfließen
aus dem Ausgangsbehälter erlaubt, wenn der behälter 132 geschmolzenes Kupfer von einer Höhe von ungefähr
153 mm enthält und weiterhin, daß geschmolzenes Kupfer
von dem Eingangsbehälter 131 durch die Zuführbohrungen
135 über die Berührungsfläche 136* durch die ZuführbohrungE
137» in den behälter 152 durch das Bohrloch 133
und in die Rinne 124 so lange fließt, wie die Tiefe von geschmolzenem Kupfer in den Behälter 13I die Tiefe in den
Behälter 132 um ungefähr 153 mm übertrifft. In £'ig. δ
sind die Blöcke 120, 121 und 122, welche die Kammer V bilden, aus kompaktem Graphit zusammengesetzt. Ein anderes
Material für die Blöcke 120, 121 und 122 ist ein verdichtetes, schwer schmelzbares Oxydmaterial, jedoch
kann dabei die Beheizung nicht durch Induktion durchgeführt werden, und die Induktionsspule 129 ist deshalb
durch Molybdän oder andere geeignete Widerstands-Heizelemente ersetzt, welche zwischen dem Hantel 126 und der
Kammer V angeordnet sind. Es sei bemerkt, daß die in der Umhüllung 12ο enthaltene inerte Atmosphäre dem Zweck
dient, sowohl das geschmolzene Kupfer als auch den heißen Graphit vor atmosphärischem Angreifen zu schützen und
weiterhin das unausbleibliche geringe Einar?lri| eu as der
009830/0242 " 'ώ ~
Umhüllung 12b in das Innere der Kammer V weitgehend unschädlich zu machen, welches dem Eindringen hinter den
Dichtungsringen 138 un<i 139 und. der Durchlässigkeit der
Blöcke 120, 121 und 122 zuzuschreiben ist. Es ist erkenn- bar, daß auf dem. Block 122 verzichtet werden könnte, wenn
der Block 121 sich nach oben hin so erstreckt, daß er selbst mit der Vakuumleitung 125 in Berührung steht. Hierbei
ist das Vorsehen des Blockes 122 in Pig. 8 lediglich
um zu zeigen, wie eine weitgehende T'iefe der Kammer V über der Berührungsfläche 136 wirtschaftlich durchgeführt
werden kann, um eine ausreichende Tiefe der erhitzten Fläche über der Berührungsfläene 136 zu schaffen, um die
Wirkungen der ziemlich heftigen Bewegung des geschmolzenen Kupfers anzupassen, welche sich aus dem Entfernen
von Wasserstoff aus dem geschmolzenen Kupfer ergeben und welche, wie vorher erläutert, bei dem Entfernen von flüchtigen
Verunreinigungen hilft. In diesem letzteren Zusammenhang sei bemerkt, daß die Berührungsfläche 136 in Fig.
8 im wesentlichen horizontal ist; demgegenüber ist die Berührungsfläche der Einrichtung 20 in Fig. 7 im wesentlichen
vertikal. Im allgemeinen ist eine horizontale Berührungsfläche bevorzugt, wenn ein weitgehendes Entfernen
von flüchtigen Verunreinigungen bei bestimmten Durchgangsgeschwindigkevt'-.n
erfordert ist, wog 3 ge η eine vertikale Berührungsfläche bevorzugt werden muß, wenn lediglich ein
teilweises Entfernen von flüchtigen Verunreinigungen jedoch
bei großen Durchgangsges^^inoi^Vreitc^ gefordert ist*
Die Gründe für diese ziemlich unterschiedlichen Fähigkeiten
J ü
dieser beiden besonderen Ausbildungen der Berührungsflächen liegt in der Hauptsache in den unterschiedlichen
Anordnungen der beiden Berührungsflächen in Bezug auf
die gekühlten Flächen, auf welchen die flüchtigen Verunreinigungen kondensieren, und in den unterschiedlichen
Wirkungen der Schwerkraft, welche den Fluß des geschmolzenen Kupfers über die beiden Berührungsflächenbewirkt.
Es sei jedoch verstanden, daß trotz dieser Unterschiede, welche ziemlich unterschiedliche optimale Anwendungen für
diese beiden Ausbildungen der Berührungsfläche vorschreiben, durch kluges Bestimmen de.s Gehaltes an gelöstem Wasserstoff,
der Pumpkapazität des Vakuumsystems und der Durchflußgeschwindigkeit des geschmolzenen Kupfers, wie
früher erläutert, beide Oberflächen eine hohe Reinigungsleistung
übereinen weiten Bereich von Gehalten an Verunreinigungen und über einen weiten Bereich der Anforderungen
für eine Entfernung der Verunreinigungen erzielen können. Dabei sei es verstanden, daß die Ausbildung der.
Vakuumbehandlungseinrichtung für Verwendung in einer Vorrichtung wie die Vorrichtung gemäß Fig. 7 nicht kritisch
ist, wobei 'der Zweck der vorliegenden Erfindung hauptsächlich
durch geeignetes Überwachen solcher betrieblichen Parameter wie Natur und Dauer der Wasserstoffbehandlung,
der Pumpkapazität des Vakuumsystems und der Produktionsmenge
zweckmäßig durchgeführt ist, wie früher erläutert ist. Dabei sei weiterhin und abschließend verstanden, daß
eine weite Verschiedenheit der allgemeinen Arten der Vor-
- 44 -
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153312Ü
richtung, welche von dem in E"ig. 6 gezeigten Typ für
chargenweise Arbeiten einerseits bis zum in ^ig· 7 gezeigten
Typ für kontinuierliches Arbeiten andererseits angewendet v/erden können, um Kupfer gemäß der Erfindung zu
reinigen, und daß diese Verschiedenheit, der Arten von Vorrichtungen jeweils im wesentlichen beigeordnete Einrichtungen
für gleichzeitige Wasserstoffbehandlung und
Vakuumbehandlung von Kupfer aufweist.
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Claims (1)
- Patentansprüche1. Verfahren zum Reinigen von Kupfer, gekennzeichnet durch Schmelzen von Kupfer in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre, Halten des geschmolzenen Kupfers in der Atmosphäre, bis das Kupfer im wesentlichen kein Kupferoxyd enthält und bis das Kupfer gelösten Wasserstoff enthält, und anschließendes Aussetzen des geschmolzenen Kupfers einem Gasdruck, wel- i eher, verglichen mit dem Atmosphärendruck, sehr reduziert ist.2. Verfahren zum Heinigen von Kupfer, gekennzeichnet durch Vorheizen und Schmelzen von Kupfer in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre und nachfolgendes Aussetzen des geschmolzenen Kupfers einem Gasdruck, welcher, verglichen mit dem Atmosphärendruck, sehr reduziert ist.I 5« Verfahren zum Reinigen von Kupfer, gekennzeichnet durch Erhitzen und Schmelzen von Kupfer in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre, um im wesentlichen den Sauerstoff aus dem Kupfer zu entfernen und um Wasserstoff im Kupfer zu lösen, und nachfolgendes Unterwerfen des geschmolzenen Kupfers einem Gasdruck, welcher, verglichen mit dem Atmospharendruck, sehr reduziert ist, um den gelösten Wasserstoff aus dem009830/0242
igeschmolzenen Kupfer zu entfernen.4. Verfahren zum Reinigen von Kupfer, gekennzeichnet durch Erhitzen des Kupfers in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Kupfers, anschließendes ochmelzen des erhitzten Kupfers und nachfolgendes Unterwerfen des geschmolzenen Kupfers Gasdrücken, welche, verglichen mit dem Atmosphärendruck, sehr reduziert sind.5. Verfahren zum Heinigen von Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre für eine Zeitdauer erhitzt wird, welche ausreichend ist, um die Oxyde im Kupfer durch den Wasserstoff mit nachfolgender Entwicklung von V/asserdampf im wesentlichen zu reduzieren und ausreichend ist, um Wasserstoff im Überschuß über die für die Reduktion der Oxyde erforderliche Menge im Kupfer zu lösen, und dass das erhitzte Kupfer geschmolzen und anschließend einem gegenüber dem Atmosphärendruck stark reduzierten Gasdruck ausgesetzt wird.G. Verfahren zum Reinigen von Kupfer, gekennzeichnet durch Erhitzen des Kupfers in einer Wasserstoff enthaltenden Atmosphäi'e auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Kupfers, nachfolgendes Schmelzen des erhitzten Kupfers in einer inerten Atmosphäre und an-0C9CS0/024215331schließendes Aussetzen des geschmolzenen Kupfers einem Gasdruck, welcher, verglichen mit dem Atmosphärendruck, sehr reduziert ist.7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer elektrolytisch raffiniertes Kupfer ist.β. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer elektrolytisch raffiniertes Kupfer ist.9. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer elektrolytisch raffiniertes Kupfer ist.10· Verfahren zum Entfernen metallischer Verunreinigungen aus Kupfer, dadurch gekennzeichnet, daß wesentliche Mengen von Wasserstoff im Kupfer gelöst werden, um eine wesentliche Bewegung des Kupfers zu bewirken, während es einem Gasdruck ausgesetzt wird, welcher, verglichen »it dem Atmosphärendruck, sehr reduziert ist, und daß hierbei das Kupfer geschmolzen gehalten wird.11. Verfahren zum Entfernen von Sauerstoff und Schwefel aus Kupfer, gekennzeichnet durch Vorerhitzen des Kupfers in einer Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält, für eine Zeitdauer, welche ausreichend ist, um den- 48 -009830/0 2 42Sauerstoff in dem Kupfer durch den Wasserstoff mit nachfolgender Entwicklung von Wasserdampf weitgehend zu reduzieren und um Wasserstoff in einem Überschuß über die für die Reduktion der Oxyde erforderliche Henge im Kupfer zu lösen, Schmelzen des Kupfers und anschließendes Unterwerfen des Kupfers einem Gasdruck, welcher, verglichen mit dem Atmosphärendruck, sehr reduziert ist.12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer elektrolytisch raffiniertes Kupfer ist.15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupfer elektrolytisch raffiniertes Kupfer ist.Vorrichtung zur Reinigung von Kupfer, gekennzeichnet durch eine Ofeneinrichtung für das Schmelzen des Kupfers in einer Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält, eine Einrichtung zum Erzeugen der Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält, eine Vakuumanlage, eine Einrichtung zum Pördern des geschmolzenen Kupfers in die Vakuumanlage, eine Einrichtung für das Umlaufen des geschmolzenen Kupfers durch die Vakuumanlage, eine Einrichtung, welche das geschmolzene Kupfer in der Vakuumanlage geschmolzen hält, eine Pumpeinrichtung für das Halten eines im Vergleich zum Atmosphärendruck sehr niedrigen Lruckes in der Vakuumanlage, eine Einrichtung zum Fördern des geschmolzenen Kupfers aus— 49 - · 009830/0242der Vakuumanlage und eine Einrichtung für das Abkühlen und Erstarren des geschmolzenen Kupfers.15«, Vorrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofeneinrichtung ein Zonenofen ist, in welchem Kupfer progressiv erwärmt und schließlich geschmolzen wird»16. Vorrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Fördern des geschmolzenen Kupfers in die und aus der Vakuumanlage teilweise aus einem Stück mit der Einrichtung für den Umlauf des geschmolzenen Kupfers durch die Vakuumanlage ist.17o Vorrichtung nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Fördern des geschmolzenen Kupfers in die und aus der Vakuumanlage eine Einrichtung zum Aussetzen des Kupfers nur einer inerten Atmosphäre während des i'ransportvorgangs aufweist.18. Vorrichtung nach Anspruch 14·, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für den Umlauf des geschmolzenen Kupfers durch die Vakuumanlage Behältereinrichtungen am Einlaß der Vakuumanlage und Behältereinrichtungen am Auslaß der Vakuumanlage aufweisen.19» Vorrichtung für das Reinigen von Kupfer, gekennzeichnet durch eine Ofeneinrichtung für das Vorwärmen von009830/0242153312bKupfer in einer Atmosphäre, welche Wasserstoff enthält, eine Einrichtung zum Erzeugen der Y/ascerstoffatmosphäre, eine Einrichtung zum Schmelzen dec erhitzten Kupfers, eine Vakuumanlage, eine Einrichtung zum Fördern des Kupfers in die Vakuumanlage, eine Einrichtung für den Umlauf des geschmolzenen Kupfers durch die Vakuumanlage, eine £<inriehtung zum fördern des geschmolzenen Kupfers aus der Vakuumanlage, eine Pumpeinrichtung für das Halten eines im Vergleich zum Atmosphärendruck niedrigen Druckes in der Vakuumanlage, eine Heizeinrichtung für das Halten des Kupfers in einem geschmolzenen Zustand in der Vakuumanlage und eine Einrichtung für das Abkühlen und Erstarren des hinausgeführten geschmolzenen Kupfers.20· Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung für das Erzeugen einer inerten Atmosphäre und ebenfalls eine Einrichtung für das Schmelzen des erwärmten Kupfers in "einer inerten Atmosphäre aufweist.21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Fördern eine Einrichtung zum Schützen des geschmolzenen Kupfers vor atmosphärischer Verunreinigung aufweist, während es transportiert wird, und daß die Einrichtung zum Kühlen und Erstarren eine Einrichtung zum Schützen des geschmolzenen Kupfers vor atmosphärischer Verschmutzung beim Kühlen und Erstarren aufweist.0098 30/0242
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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BE791287A (fr) * | 1971-11-15 | 1973-05-14 | Int Nickel Canada | Procede de pyro-affinage de cuivre |
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- 1966-08-05 SE SE1064666A patent/SE336231B/xx unknown
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- 1966-08-10 CH CH1155366A patent/CH486561A/de not_active IP Right Cessation
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US6050036A (en) * | 1998-07-01 | 2000-04-18 | International Aluminum Corporation | Flange mounted framing system |
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