DE69423788T2

DE69423788T2 - Herstellung von kupferstäben

Info

Publication number: DE69423788T2
Application number: DE69423788T
Authority: DE
Inventors: Stephen Lloyd Ferrel; Hugens, Jr.; Gary Lee Spence
Original assignee: Asarco LLC
Current assignee: Asarco Inc Ph?nix Ariz Us
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1994-01-18
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2014-01-19
Also published as: DE69423788D1; WO1995019236A1; EP0758933A1; JPH09507529A; EP0758933B1; CA2179996C; US5293924A; ES2145131T3; EP0758933A4; CA2179996A1; JP3303140B2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Kupfer durch kontinuierliches Gießen und insbesondere auf Verbessern des Herstellungsverfahrens und der Qualität des Kupferprodukts durch Kontrollieren des Verfahrens unter Verwenden eines Analysatorinstruments unter Verwenden einer Sonde, welche in das geschmolzene Kupfer eingeführt wird und die in dem geschmolzenen Kupfer vorhandenen Gase mißt.

HINTERGRUND

Die Herstellung von Kupfer durch kontinuierliches Gießen ist in der Technik gut bekannt. In dem "Extractive Metallurgy of Coppper" von A. K. Biswas und W. G. Davenport, erste Auflage, Kapitel 17, Seiten 336-368 ist das Herstellungsverfahren detailliert beschrieben.
Im Grunde werden, wie in Phillips et al., U. S. Patent Nr. 3199977 beschrieben, Kathoden oder andere Formen von Kupfer in einem Ofen geschmolzen, und das geschmolzene Kupfer einem Warmhalteofen zum Gießen zugeführt. Der Asarco-Schachtofen wird vorwiegend verwendet, und das Kupfer wird in den Ofen an das obere Ende gesetzt und wird erhitzt und geschmolzen, wenn es den Schacht herunterfließt. Die Hitze wird durch Aufprallen und Aufsteigen von Verbrennungsgasen, die in Brennern nahe dem Boden des Ofens hergestellt werden, zur Verfügung gestellt.
Der Ofen ist in erster Linie eine Schmelzeinheit, und die Brenner und Verbrennungsgase sind derartig, daß das Kupfer im allgemeinen nicht während Schmelzen oxidiert wird. Dieses wird erzielt durch Verwenden von speziell entwickelten Brennern, welche gewährleisten, daß unverbrauchter Sauerstoff in dem Brenner nicht in den Schachtofen eintritt, und indem das Brennstoff/Luft-Verhältnis der Brenner kontrolliert wird, wodurch eine leicht reduzierende Atmosphäre in dem Ofen geliefert wird. Im allgemeinen wird das Brennstoff/Luft-Verhältnis kontrolliert, eine reduzierende Flamme mit einem Wasserstoffgehalt des verbrannten Brennstoffs von bis zu etwa 3 Volumenprozent, üblicherweise 1%-3%, zur Verfügung zu stellen.
Es gibt allgemein keine Haltekapazität in dem Ofenboden, und das geschmolzene Kupfer fließt unmittelbar in einen getrennten brennergeheizten Warmhalteofen. Bei vielen Installationen ist die Rinne, die den Schachtofen und den Warmhalteofen verbindet, auch brennergefeuert, wodurch in ähnlicher Weise die Temperatur des Kupfers beibehalten und unerwünschte Oxidation des Kupfers minimiert wird.
Sauerstoff enthaltendes Kupfer ist auf dem Markt heute das überwiegende Produkt, und aus Bequemlichkeit richtet sich die folgende Beschreibung auf dieses Produkt, obwohl es von den Fachleuten verstanden wird, daß das Verfahren für andere Kupferprodukte (beispielsweise sauerstofffrei - weniger als 20 ppm Sauerstoff) und andere Metalle verwendet werden kann. Eine Form ist zäher Pechkupfer, welcher gekennzeichnet ist durch eine ebene Oberfläche (flacher Satz) nach Offen-Form-Gießen. Der Kupfer enthält bis zu etwa 500 ppm Sauerstoff oder mehr, vorzugsweise 100-450 ppm, und ist in der Form von Kupferoxid vorhanden, welches in dem geschmolzenen Kupfer löslich ist, und welches Kupferoxidkörner in dem festen Kupfer bildet. Im allgemeinen wird der Sauerstoffspiegel kontrolliert durch Einführen dieses in das Kupfer, indem Luft durch das geschmolzene Kupfer in den Warmhalteofen geblasen wird. Ein anderes Verfahren verwendet einen Brenner in dem Warmhalteofen oder Rinne mit einer oxidierenden Flamme oder reduzierenden Flamme, wenn notwendig.
Das geschmolzene Kupfer aus dem Warmhalteofen wird dann einem kontinuierlichen Gießer, wie beispielsweise einem Properzi oder Southwire Radgießer oder einem Hazelett Doppelgurtgießer, zugeführt. Bei dem Hazelett Gießer wird geschmolzenes Kupfer zwischen zwei sich gleichzeitig bewegende Stahlgürtel gegossen, und das Gußerzeugnis, üblicherweise eine Stabform, wird direkt in ein Drahtwalzwerk geführt. Der Stab wird üblicherweise in eine Beizeinheit entlassen, gewickelt und gelagert.
U. S. Patent Nr. 4290823, J. Dompas erteilt, zeigt das kontinuierliche Grundgießverfahren zum Herstellen von Kupfer, und dieses Patent wird hiermit durch Bezugnahme eingeführt. Das Dompas- Verfahren erzeugt ein Sauerstoff enthaltendes Stabprodukt, welches den Ruf hat, die Vorteile von sauerstofffreiem Kupfer (Duktilität) und das Temperungsleistungsvermögen von zähem Pechkupfer zu haben. Das Verfahren verwendet einen festen Elektrolyten, enthaltend eine elektrochemische Zelle, zum Analysieren des Sauerstoffgehalts des geschmolzenen Kupfers in dem Warmhalteofen und stellt das Brennstoff/Luft-Verhältnis der Haltezonenbrenner unter Aufrechterhalten des gewünschten Sauerstoffspiegels ein.
Ein Artikel mit der Überschrift "Continuous Casting and Rolling of Copper Rod at the M. H. Olen Copper Refinery Uses No Wheel" von J. M. A. Dompas, J. G. Smets und J. R. Schoofs (Wire Journal, September 1979, Seiten 118-132) zeigt auch ein typisches Stabherstellungsverfahren.
Ungeachtet der besonderen verwendeten Verfahren und Kontrollen besteht das Hauptinteresse darin, die Qualität des letztendlichen Kupferprodukts zu verbessern und Standards zu genügen, die sich auf Aussehen (Oberflächenqualität), elektrische Leitfähigkeit und physikalisches Verhalten während Herstellung und Verwendung beziehen.
Geringe Oberflächenbeschaffenheit zeigt im allgemeinen ein mangelhaftes Gießen an, und Industrie verwendet eine Vielzahl von Tests, dieses Problem zu kontrollieren. Der Grund für ein mangelhaftes Gießen kann irgendeiner von bekannten und unbekannten Gründen sein, und einer der wichtigen Tests verwendet ein Wirbelstrom Defektometer (Defectomat Instrument), welches Oberflächendefekte auf der Grundlage von Härte aufzeichnet. Der Oberflächenbeschaffenheitsdetektor kann an irgendeiner Position in der Stablinie verwendet werden, nachdem das Metall gegossen ist (d. h. nach dem Gießer und vor den Walzen; etc.) und wird üblicherweise vor dem Wickler verwendet, und es wird angesehen, daß eine direkte Korrelation zwischen der Zahl von aufgezeichneten Defekten und Produktqualität besteht. Im allgemeinen zeigt konstantes Prüfen der Aufzeichnungen von dem Oberflächenbeschaffenheitsdetektor, daß die Zahl von Defekten während des Verfahrens wegen Walzenabnutzung und anderer mechanischer Probleme zunimmt, und der Detektor ermöglicht es dem Betreiber, zu bestimmen, wann Aufrechterhaltung und Einstellung der Walzen durchgeführt werden sollte.
Während verschiedene automatische Lastdruckkontrolltechniken, wie beispielsweise der Oberflächenbeschaffenheitsdetektor, in kontinuierlichen Gießsystemen verwendet werden, liefern diese Techniken ein relativ einfaches System zum Verfolgen von Oberflächenqualität und kontrollieren nicht die signifikanteren Variablen innerhalb des Verfahrens, weder direkt noch indirekt.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues System für die Kontrolle eines kontinuierlichen Metallgießverfahrens zur Verfügung zu stellen.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein verbessertes Verfahren für die Herstellung von Kupfer und insbesondere Kupfer, enthaltend Sauerstoff, beispielsweise Stab, Röhre, Lage und andere Formen, durch kontinuierliches Gießen zur Verfügung zu stellen.
Andere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist jetzt festgestellt worden, daß das Verfahren zum Herstellen von Kupfer durch kontinuierliches Gießen verbessert werden kann, indem ein Analysatorinstrument verwendet wird, das eine Sonde verwendet, welche in das geschmolzene Kupfer eingeführt ist, und welches eine Vergleichsablesung liefert, basierend auf den Gasen, die in der geschmolzenen Schmelze vorhandenen sind und/oder gebildet in der Sonde oder an der Sondengrenzfläche, wobei die Ablesung verwendet wird, Verfahrensparameter wie beispielsweise das Brennstoff/Luft-Verhältnis der Brenner zu kontrollieren, die in dem Schmelzofen, Rinne und/oder Warmhalteofen verwendet werden. Es ist festgestellt worden, daß die Ablesungen mit der Oberflächenqualität des gegossenen Produkts korrelieren.
Ein bevorzugtes Analysatorinstrument wird von Bomen Inc. unter der Bezeichnung ALSCAN verkauft, und sein Betrieb und Verwendung sind vollständig im U. S. Patent Nr. 4907440 beschrieben. Das Instrument besteht aus zwei Einheiten, dem Analysator und der Sonde, und wurde entwickelt, den Wasserstoffgehalt von flüssigem Aluminium und verwandten Legierungen zu messen. Andere geeignete Sonden und Analysatoren können verwendet werden, beispielsweise wie diejenige, die in dem "Telegas" Verfahren, beschrieben in U. S. Patent Nr. 2861450, Ransley et al. gewährt, verwendet wird. Aus Bequemlichkeit richtet sich die nachfolgende Beschreibung auf Verwendung des ALSCAN Instruments, obwohl andere Instrumente verwendet werden können, wie von den Fachleuten gewürdigt wird. Das Verfahren zum Herstellen von Kupfer mittels kontinuierlichem Gießen umfaßt:
(a) Schmelzen von Kupfer in einem Ofen unter Verwenden von Brennern;
(b) Messen von Gasen in dem geschmolzenen Kupfer unter Verwenden einer in das Kupfer eingetauchten Sonde, wodurch die Gase darin mitgeführt werden, wobei die Sonde einen Gaseinlaß zu ihrem Innern und einen Gasauslaß daraus hat, wobei der Gaseinlaß und Gasauslaß mit Abstand voneinander angeordnet sind, so daß ein Trägergas, das von dem Einlaß zu dem Auslaß fließt, in dem geschmolzenen Kupfer vorhandenes Gas mitführt;
(c) Vergleichen mit einem Analysatorinstrument die mitgeführte Gas-Trägergasmischung und das Trägergas unter Verwenden elektronischer Meßmittel;
(d) Einstellen, falls erforderlich, das Brennstoff/Luft-Verhältnis von einem oder mehreren der Brenner, basierend auf den Analysatorablesungen, die erhalten werden wenn die Ablesungen wesentliches Gleichgewicht erreichen; und
(e) Wiederholen von Stufen (b)-(d) während des Gießvorgangs.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird am besten aus der nachfolgenden spezifischen Beschreibung, genommen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen, verstanden, wobei
Fig. 1 eine typische Verfahrensfließkarte eines kontinuierlichen Kupferstab- Gießherstellungsverfahrens zeigt, einschließend als einen Teil davon die Verwendung der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 ist eine graphische Darstellung, die typische Analysatorinstrumentablesungen gegen Zeit vergleicht, wenn die Sonde verwendet wird, geschmolzenes Kupfer und geschmolzenes Aluminium zu messen.
Fig. 3 ist eine graphische Darstellung von Oberflächenbeschaffenheitsdetektorablesungen gegen Analysatorend- (Gleichgewicht) Ablesungen, erhalten in dem Verfahren zum Herstellen von Kupferstab.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)

Im allgemeinen bezieht sich das ALSCAN Instrument auf den Unterschied in den elektronischen Messungen gegenüber der Konzentration der Gase in dem geschmolzenen Metall, und dieser Wert wird als eine Analysatorablesung ausgegeben. Wie in U. S. Patent Nr. 4907440 beschrieben, mißt der Analysator, wenn in geschmolzenem Aluminium verwendet, die Differenz des Widerstandes einer Brückenschaltung, welche diese Differenz zu der Menge von Wasserstoff in dem geschmolzenen Aluminium in Korrelation setzt (siehe punktierte Linie in Fig. 2). Wie in dem Patent diskutiert, wird der Unterschied an Widerstand der Widerstandsdrähte tatsächlich durch einen Unterschied an Wärmeleitfähigkeit des Mitgeführten und Trägergasmischung und dem Trägergas erzeugt. Wenn Wasserstoff in dem Aluminium vorhanden ist, enthält die Gasmischung somit Wasserstoff, und die Wärmeleitfähigkeit ist höher als das Trägergas und erzeugt erhöhtes Kühlen des Drahts, wobei der Unterschied elektronisch gemessen und in Korrelation gesetzt wird.
Wenn wir uns wiederum auf Fig. 2 beziehen, kann deutlich gesehen werden, daß Verwendung der Sonde 15 in einem Aluminiumsystem zum Messen von Wasserstoff vollständig unterschiedlich von ihrer Verwendung in dem komplexeren metallurgischen Kupfersystem ist, wo Sauerstoff und Wasserstoff beide in Lösung vorliegen, aber nicht notwendigerweise in Gleichgewicht miteinander, insbesondere während des kontinuierlichen Gießverfahrens, wo die Variablen sich konstant ändern. Andere Gase und Kupferoxid, hergestellt in dem Verfahren, sind auch in der Schmelze vorhanden. Somit erreichen die Analysatorablesungen, wie durch die gepunktete Linie und in dem U. S. Patent Nr. 4907440 dargestellt, einen Peak, und jener Peak wird während Eintauchen in das geschmolzene Aluminium (im Gleichgewicht) behalten. Der Peak wird in Korrelation zum Messen des Wasserstoffspiegels der Schmelze in dem Aluminiumsystem gesetzt. Bei dem Kupfersystem jedoch, welches eine Anzahl anderer Gase, insbesondere Sauerstoff, enthält, wird die Hypothese angenommen, daß ein anfänglicher Peak üblicherweise erhalten wird, welcher wahrscheinlich Wasserstoff darstellt, aber daß die Ablesungen oft auf einen niedrigeren Gleichgewichtswert fallen, weil Gase in dem Kupfersystem sich entweder in der Sonde oder an der Schmelzsondengrenzfläche vereinigen, wodurch eine unterschiedliche Gasmischung, als in der Schmelze existiert, hergestellt wird, wobei die Mischung unterschiedliche Wärmeleitfähigkeiten von den individuellen in der Schmelze vorhandenen Gasen hat. In Abhängigkeit von dem Sondendesign, Metallfluß um die Sonde, Betrieb des Instruments, etc. kann ein Peak nicht erhalten werden, sondern eher Ablesungen, welche einen Gleichgewichtswert erreichen.
Wenn wir uns jetzt auf Fig. 1 beziehen, ist ein typisches kontinuierliches Kupfergießverfahren in Verbindung mit Verwenden der Sonde (Analysator) und Verfahren der Erfindung gezeigt. Kupferkathoden oder andere Kupferformen werden zu dem Schachtofen 10 hinzugegeben und unter Verwenden von Brennern 11a und 11b geschmolzen. Geschmolzenes Kupfer fließt von dem Ofen in den Warmhalteofen 13. Das geschmolzene Kupfer kann während des Transfers von dem Schachtofen 10 zu dem Warmhalteofen 13 mithilfe des Brenners 12 und in dem Warmhalteofen mithilfe des Brenners 14 erhitzt werden. Sonde 15 wird in das geschmolzene Kupfer 16 übertragen, und die mitgeführte Gasmischung von der Sonde wird zur Kontrolleinheit 22 übertragen. Die Sonde kann beispielsweise auch in die Rinne eingeführt werden, die den Schachtofen 10 mit dem Warmhalteofen 16 verbindet, die Rinne, die den Warmhalteofen 16 mit dem Gießer 17 verbindet, oder in den Tundish des Gießers 17. Ein getrenntes Analysatorinstrument kann verwendet werden, elektronisch die Gase zu vergleichen, die in der Sonde mitgeführt werden, wobei die Ergebnisse Kontrolleinheit 22 zugeführt werden. In Fig. 1 enthält die Kontrolleinheit 22 auch das Analysatorinstrument als einen integralen Teil davon, und welches mißt und vergleicht die mitgeführte Gas- Trägergasmischung in der Sonde mit dem Trägergas und eine Analysatorablesung liefert, die von der Kontrolleinheit zu verwenden ist. Das geschmolzene Kupfer 16 wird in den Gießer 17 geführt, und das Gießerzeugnis wird in Walzwerk 18 geführt, das Kupferstabprodukt 21 herzustellen. Wickler 20 wird normalerweise verwendet, den Kupfer für Lagerung zu wickeln. Ein Oberflächenbeschaffenheitsdetektor 19 wird verwendet, die Oberflächenbeschaffenheit des Stabes bei dem Auslaß zu messen, der zu Kontrolleinheit 22 übertragen wird. Basierend auf den Signalen, die zu der Kontrolleinheit 22 durch Detektor 19 und Sonde (Analysator) 15 übertragen werden, werden Kontrollsignale zu den Brennern übertragen, um erforderlichenfalls die Brennstoff/Luft-Verhältnisse einzustellen.
Kontrollsignale können auch verwendet werden, andere Verfahrensvariablen unter Kontrollieren des Verfahrens einzustellen. Beispielsweise Sauerstoffspiegel, Einstellen von bestimmten Brennern in dem System, Aussetzen des Kupfers anderen reduzierenden oder oxidierenden Mitteln, Spülen des Kupfers mit neutralen Substanzen (Stickstoff), Temperaturspiegel, Rührung der Schmelze unter Entfernen von Gasen, etc. Bei einer Ausführungsform kann Kontrolle des Sauerstoffspiegels basierend auf den Analysatorergebnissen durchgeführt werden, wobei eine Sauerstoffsonde verwendet wird, die die Menge von Sauerstoff in dem geschmolzenen Kupfer mißt.
Bei einem typischen Lauf wird der Sauerstoffspiegel des Kupfers bei einem Spiegel von etwa 100- 450 ppm, vorzugsweise 140-400 ppm, und am bevorzugtesten 240 bis 280 ppm, durch Einführung von Luft in oder über die Oberfläche des Kupfers kontrolliert.
Bei Betrieb wird die Sonde 15 in das geschmolzene Kupfer 16 eingetaucht, und Signale von dem Analysator werden zur Kontrolleinheit 22, basierend auf den Gasen in der geschmolzenen Schmelze, geschickt. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist eine typische Kurve der Sonden-(Analysator)Ablesungen gegen Eintauchzeit in dem geschmolzenen Kupfer 16 gezeigt.
Grundsätzlich besteht die bevorzugte Sonde 15 aus einem monolithischen Körper eines gasdurchlässigen, flüssig-Metall-undurchdringlichen Materials mit einer gewünschten Porosität und Porengröße. Die Porosität wird definiert als der Teil des Gesamtvolumens des Körpers, der durch die Hohlräume innerhalb des Körpers besetzt wird, und ein geeigneter Bereich beträgt etwa 5% bis etwa 80% oder höher. Die Porengröße kann über einen breiten Bereich, üblicherweise etwa 0,5 Mikrometer bis 2000 Mikrometer oder höher variieren.
Im allgemeinen erstrecken sich Röhren in den Sondenkörper 15, eine Röhre zum Einführen des Trägergases und die andere Röhre zum Übertragen des Trägergases und, nach Eintauchung in das geschmolzene Kupfer, mitgeführter Gase von dem geschmolzenen Metall (und irgendwelche Gase, die in dem Sondenkörper gebildet sind) zu einem Analysator, welcher das Trägergas und die mitgeführten geschmolzenen Metallgase-Trägergasmischung elektronisch mißt und vergleicht. Der Analysator berechnet einen Auslaß, welcher von der Kontrolleinheit 22 verwendet wird, das Verfahren zu kontrollieren. Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß es verstanden wird, daß der Ausdruck mitgeführte Metallgase Gase einschließt, welche innerhalb der Sonde oder an der Sonde-geschmolzenes Metall Grenzfläche von individuellen Gasen gebildet werden, die in dem geschmolzenen Metall existieren, welche (beispielsweise chemische Reaktion) aufgrund der Temperatur, Nähe der Gase in der Sonde, Sonde-Schmelze- Grenzflächenreaktion, etc. kombinieren.
Bei einem typischen Kupferstabherstellungsverfahren wird die Sonde 15 mit einem Trägergas, beispielsweise Stickstoff, für eine Zeitlänge gespült, wodurch gewährleistet wird, daß nur Stickstoff in dem Kreislauf zurückbleibt. Das Spülen wird dann beendet, und die Sonde 15 in das geschmolzene Kupfer 16 eingetaucht, wobei das Volumen von Trägergas in dem Kreislauf konstant durch die Sonde und die elektrischen Analysatormeßmittel im Kreislauf geführt wird. Bei Eintauchen treten die Gase in dem geschmolzenen Kupfer 16 in den porösen Sondenkörper 15 ein, und die Kreislaufführung des Trägergases und mitführender Gase wird für eine Zeitdauer fortgesetzt, von der bekannt ist, daß sie wesentliches Gleichgewicht begründet. Am Ende dieser Periode oder kontinuierlich über diese Zeitdauer, wie in Fig. 2 dargestellt, macht der Analysator eine Messung des elektronischen Vergleichsunterschiedes zwischen dem Trägergas und mitgeführten Gase-Trägergasmischung und wandelt diesen Unterschied in eine Analysatorablesung um.
Während das Instrument normalisiert oder korreliert werden kann, Ablesungen zu erzeugen, die auf irgendeinem Maßstab basieren, zeigt Fig. 2, daß, wenn die Sonde und Analysator verwendet werden, wie detailliert in dem U. S. Patent Nr. 4907440 beschrieben, die Ablesungen sowohl positiv wie negativ sind, was anzeigt, daß der elektrische Widerstand (Wärmeleitfähigkeit) der mitgeführten Gase sich über die Zeit ändert, und letztendlich bei wesentlichem Gleichgewicht oft geringer als der elektrische Widerstand (Wärmeleitfähigkeit) des Trägergases und geringer als Wasserstoff ist. Dieses Gleichgewicht wird durch die Sondeneigenschaften (Porengröße, etc.) beeinflußt, und es ist festgestellt worden, daß es bei Verwenden eines herkömmlichen Instruments (ALSCAN Instrument (HMA0100D), hergestellt von Bomem Inc.) nach Eintauchen für mindestens etwa 5 Minuten, üblicherweise 8-10 Minuten, begründet wird, und die erhaltenen Ablesungen bleiben ziemlich konstant nach dieser Zeit, ausgenommen von Umstürzen in dem Stabherstellungsverfahren.
Es ist ein wichtiges Merkmal der Erfindung, daß bestimmte der Analysatorablesungen verwendet werden, das Verfahren unter Verwenden der Kontrolleinheit 22 zu kontrollieren, weil festgestellt worden ist, daß die Ablesungen mit der Oberflächenqualität des Stabes korrelieren, wie in Fig. 3 gezeigt.
Fig. 2 ist eine typische Kurve, erhalten unter Verwenden der ALSCAN Sonde und Analysators in geschmolzenem Kupfer, und die Endanalysatorablesung, genommen als der niedrigste Punkt in der Kurve, korreliert mit der Anzahl von Defekten, wie in Fig. 3 gezeigt. In ähnlicher Weise zu dem untersten Ablesepunkt können Analysatorablesungen, erhalten bei wesentlichem Gleichgewicht, auch verwendet werden, das Verfahren zu kontrollieren. Wesentliches Gleichgewicht kann als jener Punkt in dem Gasanalyseverfahren definiert werden, wo die Analysatorergebnisse im wesentlichen konstant über die Zeit bleiben. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wurde wesentliches Gleichgewicht nach etwa 520 Sekunden erreicht, und Ablesungen von zwischen etwa -0,35 und -0,6 würden kontinuierlich erhalten werden, so lange wie die Sonde in das geschmolzene Kupfer während ihres Meß- und Analysezyklus eingetaucht war, und bevor sie gespült und für einen anderen Analysezyklus hergestellt wird.
Ein anderer Kontrollparameter für das Verfahren basiert auf dem Aufrechterhalten der Analysatorablesungen bei einem negativen Wert. Der negative Wert zeigt an, daß die Wärmeleitfähigkeit der mitgeführten Gasmischung geringer als die Wärmeleitfähigkeit des Stickstoffträgergases ist, und auch dieses korreliert mit den Oberflächenbeschaffenheitsdetektorablesungen. Es wird von den Fachleuten gewürdigt, daß diese negative Ablesung vom Verwenden von Stickstoffgas als dem Trägergas abhängig ist, und daß, wenn ein anderes Gas verwendet wird, der Kontrollwert sich ändern würde.
Es kann viele andere Wege geben, das System zu kontrollieren, und ein anderer Kontrollparameter steht in Korrelation zu dem Unterschied zwischen dem Peak und untersten Wertablesung und Oberflächendefekten.
Unabhängig von dem Mechanismus, mit dem die Sonde 15 Proben entnimmt und die Gase in dem geschmolzenen Kupfer mißt, liefert Betrieb des Herstellungsverfahrens unter Verwenden der zuvor angegebenen Ablesungen ein beträchtlich vergrößertes Verfahren. Somit führt, wie aus Fig. 3 gesehen werden kann, Betreiben des Verfahrens unter zur Verfügung stellen von Sonden-(Analysator) Ablesungen von weniger als Null zu weniger Oberflächendefekten. Es ist festgestellt worden, daß, wenn der erhaltene Wert ansteigt, die Brennstoff/Luft-Verhältnisse des Schachtofens und/oder anderer Brenner sich normalerweise verringern.
Bei einem typischen Betrieb wird die Sonde 15 aktiviert und Ablesungen erhalten. Wenn die Ablesungen nach Gleichgewicht negativ sind, werden keine Änderungen gegenüber dem Verfahren gemacht. Wenn niedrigere Ablesungen gewünscht werden, verringern sich die Brennstoff/Luft- Verhältnisse, und ein neuer Gleichgewichtswert wird erhalten. Wenn höhere Ablesungen gewünscht werden, erhöhen sich normalerweise die Brennstoff/Luft-Verhältnisse der Schachtofenbrenner. Sauerstoffspiegel werden normalerweise nicht geändert und setzen sich fort, bei gewünschten Betriebsspiegeln überwacht und beibehalten zu werden. Betrieb eines handelsüblichen Schachtofens und Gießers und Walzwerks unter Verwenden dieses Verfahrens führte zu einem kontrollierten Verfahren, wobei der Stab weniger Oberflächendefekte hat, als wenn ohne die Gasanalysensonde betrieben.
Es wird somit gesehen, daß die zuvor aufgeführten Ziele unter denjenigen, die aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich gemacht worden sind, wirksam erzielt werden, und, weil bestimmte Änderungen in den zuvor angegebenen Konstruktionen gemacht werden können, ist es beabsichtigt, daß jede Sache, die in der zuvor angegebenen Beschreibung enthalten oder in den Begleitzeichnungen gezeigt ist, als veranschaulichend und nicht in einem beschränkenden Sinn interpretiert werden soll.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen von Kupfer durch kontinuierliches Gießen, umfassend:

(a) Schmelzen von Kupfer in einem Ofen unter Verwenden von Brennern;

(b) Messen von Gasen in dem geschmolzenen Kupfer unter Verwenden einer in das Kupfer eingetauchten Sonde, wodurch die Gase darin mitgeführt werden, wobei die Sonde einen Gaseinlaß zu ihrem Innern und einen Gasauslaß davon hat, wobei der Gaseinlaß und Gasauslaß in Abstand voneinader angeordnet sind, so daß ein Trägergas, das von dem Einlaß zu dem Auslaß fließt, in dem geschmolzenen Kupfer vorhandenes Gas mitführt;

(c) Vergleichen mit einem Analysatorinstrument die mitgeführte Gas-Trägergas-Mischung und das Trägergas unter Verwenden elektronischer Meßmittel;

(d) Einstellen, falls erforderlich, das Brennstoff/Luft-Verhältnis von einem oder mehreren der Brenner, basierend auf den Analysatorablesungen, die erhalten werden, wenn die Ablesungen wesentliches Gleichgewicht erreichen; und

(e) Wiederholen von Stufen (b) und (d) während des Gießvorganges.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das geschmolzene Kupfer zu einer Haltezone übertragen wird, welche durch Brenner erhitzt wird, wobei die Brenner auch basierend auf den erhaltenen Messungen eingestellt werden können.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, einschließend Übertragen des geschmolzenen Kupfers in eine erhitzte Haltezone.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sonde zum Messen von Gasen ein gasdurchlässiges, flüssig-Metall-undurchdringliches Material von ausreichend Hitzebeständigkeit, Eintauchen in das geschmolzene Kupfer zu widerstehen, umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägergas Stickstoff ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das von dem Einlaß zu dem Auslaß fließende Trägergas einen wesentlichen Teil des Sondenkörperinnern durchquert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einstellungsstufe (e) auf der niedrigsten Analysatorablesung, die während des Meßzyklus erhalten wurde, basiert.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Brennstoff/Luft-Verhältnisse der Brenner eingestellt werden, eine negative Analysatorablesung beizubehalten.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Kupferprodukt Sauerstoff enthält.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kupfer in einem Schachtofen geschmolzen wird.