Przedmiotem wynalazku jest sposób odtleniania miedzi lub jej stopów w pdecu przemyslowym, zwlaszcza w stacjonarnym lub obrotowym piecu anodowym.W praktyce hutniczej od dawna znany i stoso¬ wany jest sposób odtleniania miedzi przez tak zwa¬ ne „zerdziowanie", polegajacy na wprowadzaniu do plynnej kapieli pni drzew lisciastych. W wyni¬ ku dzialania wysokiej temperatury z drewna zo¬ staja odpedzone czesci lotne i wilgoc, powodujac tworzenie sie czynników redukcyjnych i silnie turbulentne mieszanie kapieli.Znany jest z opisu patentowego USA nr 2 989 397 sposób odtleniania miedzi za pomoca reduktora gazowego, uzyskiwanego przez poddanie gazu ziem¬ nego konwersji w osobnym reaktorze w obecnosci katalizatora. Stosowanie tego sposobu wymaga wy¬ sokich nakladów inwestycyjnych i jest klopotliwe w eksploatacji.Inny sposób odtleniania miedzi, znany z brytyj¬ skiego opisu patentowego nr 1 281261, polega na wprowadzaniu do plynnej miedzi mieszaniny wy- sokometanowego gazu ziemnego i pary wodnej tak, aby w plynnej miedzi odbywala sie zarówno kon¬ wersja metanu i pary wodnej z tworzeniem tlen¬ ku wegla i wodoru, jak tez redukcja tlenku mie- dziawego za pomoca tak wytworzonych redukto¬ rów. W celu ulatwienia przebiegu procesów kon¬ wersji metanu i redukcji tlenku miedziawego, mie¬ szanine wysokometanowego gazu i pary wodnej wprowadza sie pod cisnieniem 0,311—0,8 MPa na glebokosci 0,7—0,9 m pod zwierciadlem plynnej miedza.Mimo tak ekstremalnych parametrów wtrysku 5 mieszaniny uzyskiwano niezadowalajacy stopien wykorzystania metanu jako reduktora i stosunko¬ wo znaczny czas trwania redukcji.Zgodnie z wynalazkiem proces odtleniania mie¬ dzi i jej stopów przez redukcje rozpuszczonego io w niej tlenku miedziawego prowadzony w piecu przemyslowym, zwlaszcza w stacjonarnym lub obrotowym piecu anodowym, polega na tym, ze do kapieli metalu oprócz gazów redukcyjnych wprowadza sie dodatkowo gazy obojetne, uprzed- 15 nio zmieszane z gazami redukcyjnymi.Dodatek obojetnych skladników gazowych do skladników redukcyjnych i wprowadzanie ich pod odpowiednim cisnieniem do kapieli metalu po¬ zwala, przy zapewnieniu wysokiej dyspersji fazy 20 gazowej w plynnym metalu, uzyskac cTla okreslo¬ nego natezenia skladników redukcyjnych zadane glebokosci penetracji tych skladników w glab plynnego metalu. Skladnikami redukujacymi za¬ wartymi w mieszaninie gazów moga byc tlenek 25 wegla, wodór, metan, propan, butan lub ich mie¬ szaniny z dodatkiem lub bez dodatku pary wodnej, a takze gaz ziemny niereformowany lub miesza¬ nina gazu ziemnego i pary wodnej poddana uprzed¬ nio lub nie poddana konwersji w obecnosci kata- 30 lizatora. Jako gazy obojetne nie uczestniczace w 113 685113 685 3 przemianach chemicznych zachodzacych w obrebie kapieli metalu stosuje sie w szczególnosci azot lub argon.Udzial gazów oboijetnych w ogólnej ilosci mie¬ szaniny gazowej niosacej skladniki redukcyjne, który ma zapewnic dostateczna dynamike stru¬ mienia tej mieszaniny i zarazem warunki inten¬ sywnej wymiany masy miedzy faza gazowa za¬ wierajaca skladniki redukcyjne a faza ciekla me¬ talu, ustala sie w zaleznosci od rodzaju uzytego skladnika redukcyjnego. Udzial skladników obo¬ jetnych, przy stosowaniu tlenku wegla jako sklad¬ nika redukcyjnego, wynosi 5—i25*/« objetosciowych, przy stosowaniu wodoru — 5—zStyo objetoscio¬ wych, metanu i pary wodnej — 10—40*/t obje¬ tosciowych, propanu i pary wodnej — 10—501/© objeitoscdioiwycih, a butanu i pary wodnej — 10— 5CM ofojejtoosdowyich.Mozliwe jest równiez, zgodnie z wynalazkiem, zastosowanie jako mieszaniny gazów redukcyjnych i obojetnych zaazotowanego gazu ziemnego, który w odróznieniu od zwykle spotykanych wysokome- tanowych gazów ziemnych zawiera obok metanu znaczne ilosci azotu. Zaazotowane gazy ziemne za¬ wieraja, w zaleznosci od ich pochodzenia, 40—80f/t objetosciowych metanu oraz 20—60*/t objetoscio¬ wych azotu przy nieznacznym udziale innych ga¬ zów obojetnych.Zaazotowany gaz ziemny jest zatem nosnikiem gazu obojetnego, którego obecnosc w mieszaninie gazów wprowadzanych do kapieli jest niezbedna dla zapewnienia wysokiej intensywnosci procesów wymiany masy. Korzystnie jest przed wprowadze¬ niem gazu ziemnego podgrzac go do temperatury nie przekraczajacej 650°C.Mieszanine gazów redukcyjnych i obojetnych wprowadza sie pod powierzchnie kapieli metalu pod cisnieniem Pi, którego wartosc mierzona tuz przed otworem wylotowym, ustala sie wedlug wzo¬ ru: PiK 0,088 h+Po gdzie: h — glebokosc zanurzenia otworu wylotowego lub osi dyszy mierzona od zwierciadla plynnego metalu (m) P0 — cisnienie otoczenia (MPa) -yrf ¦ wykladnik adiabaty K — wspólczynnik uzalezniony od rodzaju pieca, który dla stacjonarnych pieców anodowych wynosi korzystnie 1,1—ii ,3, a dla obrotowych pieców anodowych wynosi korzystnie 1,25— 1,55.Sposób wedlug wynalazku pozwala jednoczesnie spelnic wszystkie warunki wysokiej intensywnosci wymiany masy miedzy faza gazowa zawierajaca skladniki redukcyjne a rozpuszczonym w kapieli metalu tlenkiem miedziawym, a tym samym uzy¬ skac wysoki stopien odtlenienia metalu przy opty¬ malnym wykorzystaniu czynnika redukcyjnego w stosunkowo krótkim czasie.Ponizsze przyklady blizej wyjasniaja sposób we¬ dlug wynalazku.Przyklad I. Do doswiadczalnego obrotowego pieca anodowego, w którym przeprowadza sie re- 6 dukcje 3 ton miedzi doprowadza sie mieszanine gazu redukcyjnego i obojetnego, która stanowi tlenek wegla i azot.Udzial objetosciowy tlenku wegla wynosi 80*/o, a udzial objetosciowy azotu 20i/t. Mieszanine te 10 wprowadza sie pod powierzchnie metalu za pomo¬ ca dyszy na glebokosc 0,25 m od lustra kapieli i wtryskuje pod cisnieniem obliczonym zgodnie z zaleznoscia: 15 25 PiK 0,088 h+P0 gdzie: h — glebokosc zanurzenia dyszy, h=0,25 m Po — cisnienie otoczenia, Po=0,l MPa 20 p dla uzytej mieszaniny wynosi 0,53 K przyjeto 1,3 Pi^l,3 0,088-0,25 + 0,1 0,53 Pi=0,3 MPa Cisnienie to utrzymywane jest na stalym pozio¬ mie w czasie trwania procesu redukcji. Nateze¬ nie przeplywu mieszaniny redukcyjnej wynosi 17— 17,5 m3/h. W wyniku tak prowadzonego procesu 30 redukcji zawartosc tlenu w miedzi zmniejszyla sie srednio z 0,8^/t wagowych do 0,0&h wagowych w czasie okolo 200 minut.Przyklad II. Do doswiadczalnego pieca ano¬ dowego, w którym przeprowadza sie redukcje mie- 36 dzi doprowadza sie mieszanine gazu redukcyjnego i obojetnego, która stanowi wodór i azot. Udzial objetosciowy wodoru wynosi 75*/o, a udzial obje¬ tosciowy azotu 25f/o. Mieszanine te wprowadza sie pod powierzchnie metalu na glebokosci 0,3 m. 40 Cisnienie na wlocie do dyszy wynoszace 0,3 MPa, utrzymywane jest na stalym poziomie w czasie trwania procesu redukcji.Natezenie przeplywu mieszaniny redukcyjnej wynosi 18—18,5 m3/h. W wyniku tak przeprowa- 45 dzonego procesu redukcyjnego uzyskuje sie obni¬ zenie zawartosci tlenu w miedzi z 0,8*/t wagowych do 0,05f/t wagowych srednio w czasie 120 minut.Przyklad III. Do doswiadczalnego obrotowe¬ go pieca anodowego, w którym przeprowadza sie W redukcje 3 ton miedzi doprowadza sie mieszanine gazu redukcyjnego i obojetnego, która stanowi metan i azot.Udzial objetosciowy CH4 wynosi 75°/o, a udzial objetosciowy N* wynosi 25i/§.* ^Mieszanine te w » ilosci 16—17 m3/h wprowadza sie pod powierzch¬ nie metalu za pomoca dyszy na glebokosci 0,25 m od lustra kapieli i wtryskuje pod cisnieniem obli¬ czonym zgodnie z zaleznoscia: Pil,3 Pi=0,294 MPa 0,088-0,25 + 0,1 0,54 Cisnienie to utrzymywane jest na stalym pozio¬ mie w czasie trwania procesu redukcji.« Analiza próbek miedzi przeprowadzona metoda113685 topienia redukcyjnego wykazala, ze zawartosc tle¬ nu w miedzi w wyniku redukcji zmniejszyla sie srednio z 0,8tyt do 0,05°/# wagowych w czasie sred¬ nio 180 minut.Przyklad IV. Do doswiadczalnego pieca ano¬ dowego, w którym przeprowadza sie redukcje mie¬ dzi doprowadza sie mieszanine gazu redukcyjnego i obojetnego, która stanowi propan z para wodna i azot. Udzial objetosciowy propanu z para wodna wynosi 55°/», a azotu 45°/o. Stosunek masowy pary wodnej do propanu wynosi 1,25 : 1.Para wodna wykorzystana do utworzenia mie¬ szaniny posiada parametry P=0,4 MPa, t—200— 230°C. Mieszanine te wprowadza sie pod po¬ wierzchnie metalu podobnie jak w przykladzie 2.Cisnienie na wlocie do dyszy obliczono zgodnie z zaleznoscia: Pil,3 0,088-0,3 + 0,1 0,53 Pi= 0,31 MPa utrzymywane jest na stalym poziomie w czasie trwania procesu redukcji. Natezenie przeplywu mieszaniny redukcyjnej wynosi 17—17,5 m3/h.W wyniku tak przeprowadzonego procesu redukcji uzyskuje sie obnizenie zawartosci tlenu w miedzi z 0,8*/* wagowych do 0,05*/« wagowych srednio w czasie 150 minut.Przyklad V. Do doswiadczalnego pieca ano¬ dowego, w którym przeprowadza sie mieszanine gazu redukcyjnego i obojetnego, która stanowi butan z para wodna i argon. Udzial objetosciowy butanu z para wodna wynosi 50°/o i argonu 50*/o.Stosunek masowy pary wodnej do butanu wy¬ nosi 1,10: 1. Para wodna wykorzystana do utwo¬ rzenia mieszaniny posiada parametry p=0,4 MPa, t=200—230°C. Mieszanine te wprowadza sie pod powierzchnie metalu na glebokosci 0,25 m i wtry¬ skuje pod cisnieniem obliczonym zgodnie z zalez¬ noscia: Pil,3 0,088-0,25 + 0,1 0,54 Pi=0,295 MPa Cisnienie to utrzymywane jest na stalym pozio¬ mie w czasie trwania procesu redukcji. Natezenie przeplywu mieszaniny redukcyjnej wynosi 18,5— 19,0 m3/h. W wyniku tak prowadzonego procesu uzyskuje sie obnizenie zawartosci tlenu w miedzi z 0,8ty« wagowych do 0,05°/o wagowych srednio w czasie 150 minut.Przyklad VI. Do doswiadczalnego pieca ano¬ dowego, w którym przeprowadza sie redukcje 3 ton miedzi doprowadza sie mieszanine gazów re¬ dukcyjnych i gazu obojetnego, która stanowia me¬ tan i propan z para wodna oraz argon.Udzial objetosciowy metanu i propanu z para wodna wynosi 60^/t a argonu 40*/o. Stosunek ma¬ sowy pary wodnej do propanu do metanu wynosi 4,5: 2,75: 1, a pary wodnej do sumy propanu i me¬ tanu 1,2: 1. Para wodna wykorzystana do utwo¬ rzenia mieszaniny posiada parametry P=0,4 MPa, t=280—300°C. Cisnienie na wlocie do dyszy obli¬ czone zgodnie z zaleznoscia: 10 15 45 Pil,3 6 0,088-0,25 + 0,1 0,53 Pi=0,3 MPa utrzymywane jest ha stalym poziomie w czasie trwania procesu redukcji. Natezenie przeplywu mieszaniny redukcyjnej wynosi 18,0—18,5 m3/h.Przyklad Vii. Do doswiadczalnego obroto¬ wego pieca anodowego, w którym przeprowadza sie redukcje 3 ton miedzi doprowadza sie miesza¬ nine zaazotowanego gazu ziemnego o zawartosci azotu 25% objetosciowo podgrzanego do tempera¬ tury ok. 150°C i pary wodnej o parametrach p=0,2 MPa, t=180—190°C. Mieszanine te w ilosci ~15 m3/h (przy czym stosunek pary wodnej do gazu ziemnego wynosi 1:1) wprowadza sde pod powierzchnie metalu na glebokosci 0,25 m. Cisnie¬ nie na wlocie do dyszy obliczone zgodnie z zalez¬ noscia: Pil,3 0,088-0,25 + 0,1 0,54 Pi=0,295 MPa 25 utrzymywane jest na stalym poziomie w czasie trwania procesu redukcji.Analiza próbek miedza przeprowadzona metoda topienia redukcyjnego wykazala, ze zawartosc tle¬ nu w miedzi w wyniku redukcji zmniejszyla sie 80 srednio z 0,7f/o wagowych do 0,05f/t wagowych w czasie srednio 130 minut.Przyklad VIII. Do stacjonarnego pieca ano¬ dowego, w którym przeprowadza sie redukcje 180 ton miedzi doprowadza sie mieszanine zaazoto- 39 wanego gazu ziemnego, o zawartosci azotu 25§/e objetosciowych, podgrzanego do temperatury 650° oraz pary wodnej o parametrach p=0,6 MPa, t=650°C. Stosunek masowy pary wodnej do gazu ziemnego zaazotowanego wynosi 1:1. 40 Mieszanine te wprowadza sie pod powierzchnie metalu za pomoca dysz na glebokosci 0,45 m od lustra kapieli i wtryskuje pod cisnieniem obli¬ czonym zgodnie z zaleznoscia: Pil,25 0,088-0,45 + 0,1 0,53 Pi=0,33 MPa Cisnienie powyzsze utrzymywane jest na stalym poziomie w czasie trwania procesu redukcji. Na¬ tezenie przeplywu mieszaniny redukcyjnej wynosi 5—6 m3/h-tCu. W wyniku tak prowadzonego pro¬ cesu redukcji zawartosc tlenu w miedzi obnizyla sie z 0,65f/o wagowych do 0,05^/0 wagowych w cza¬ sie okolo 5 godzin.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób odtleniania miedzi i jej stopów przez •o redukcje rozpuszczonego w niej tlenku miedzia- wego w piecu przemyslowym, zwlaszcza w stacjo¬ narnym lub obrotowym piecu anodowym, polega¬ jacy na wprowadzaniu do kapieli metalu pod jej powierzchnie gazów zawierajacych skladniki re- •* dukcyjne, znamienny tym, ze do kapieli metalu7 113 6S5 8 wprowadza sie dodatkowo gazy obojetne uprzed¬ nio zmieszane z gazami redukcyjnymi. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako gazy redukcyjne stosuje sie jeden z gazów takich jak tlenek wegla, wodór, metan, propan, butan lub ich mieszaniny z dodatkiem lub bez dodatku pary wodnej, a jako gaz obojetny sto¬ suje sie w szczegónosci azot lub argon. 3. Sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze udzial gazów obojetnych w mieszaninie gazów re¬ dukcyjnych i obojetnych, uzalezniony od rodzaju uzytego skladnika redukcyjnego, utrzymuje sie w granicach 5—50% objetosciowych, przy czym dla tlenku wegla jako skladnika redukcyjnego udzial ten wynosi korzystnie 5—256/o objetosciowych, wo¬ doru 5—25°/t objetosciowych, metanu i pary wod¬ nej 10—40°/o objetosciowych, propanu i pary wod¬ nej 10—50°/« objetosciowych, butanu i pary wodnej 10—50*/* objetosciowych. 4. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze jako mieszanine gazów redukcyjnych i obojetnych stosuje sie zaazotowany gaz ziemny o zawartosci azotu 20—60°/# objetosciowych z dodatkiem lub bez dodatku pary wodnej, przy czym korzystnie pod¬ grzewa sie go do temperatury nie przekraczajacej 650°C. 5 10 Drukarnia Narodowa, Zaklad Nr 6, ram. Sfl/82 Cena 45 zl PL