專利名稱：用于降低銅熔液的氧含量的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于降低銅熔液的氧含量的方法，其中在銅熔液的下部區(qū)域設(shè)置至少一塊吹洗石(Spuelstein)，并至少有一種吹洗用氣體從該吹洗石中溢出，該吹洗用氣體在銅熔液中上升。
此外，本發(fā)明還涉及一種用于降低銅熔液的氧含量的裝置，該裝置基本上是以一個封閉的處理容器或一個封閉的處理爐形成的，并且在該裝置中銅熔液通過電流退火和/或徹底混合。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的各種不同技術(shù)的目的大多為如下所述的目的除去液態(tài)金屬中存在的反應(yīng)產(chǎn)物和/或雜質(zhì)和/或熔渣和/或單個/多個元素。
在這方面已知的是例如應(yīng)用過濾器、用一定的沉積時間沉積、用與雜質(zhì)反應(yīng)的添加劑處理、應(yīng)用物理分離方法，例如吹洗、真空裝置等，為了達(dá)到所希望的精煉效果，可以一個步驟或多個步驟，可聯(lián)合使用上述技術(shù)或應(yīng)用各單個技術(shù)。
這些方法是已知的并早已用于鋁和鋼的處理中，但它們只是部分地應(yīng)用于制銅工業(yè)中。
對于銅的制備，很久以來，通常用插木還原法，用還原性氣體除去氧含量。同樣還已知，例如以母合金的形式添加還原性元素如磷和鋰或硼。還可使用過濾、排出爐渣、真空箱/爐和/或沉積時間等方法，以凈化提純金屬。
對于銅的制備，所有上述的方法都只可用于降低非常高含量(例如大于200-2000ppm)的雜質(zhì)和/或氧，所以還要進(jìn)一步加工處理。還已知的是，為了得到確定的材料性能，脫氧劑(如磷)也可同時用作合金元素。
為了制備非常純的銅材，幾乎都是將電解精煉銅(陰極)用作基材，電解精煉銅的雜質(zhì)量通過前面的精煉步驟(熱的和化學(xué)的)按照國際交易注冊種類為100ppm以下。
在通過熔融和澆鑄這樣的永遠(yuǎn)相連接的熱處理步驟中，通過進(jìn)一步的方法步驟，部分地通過上述的技術(shù)可將雜質(zhì)含量和/或氧含量進(jìn)一步降低，或去除由熔融和澆鑄而帶入的或含有的雜質(zhì)量。
因此，例如陰極銅的電再熔法用作將氧含量降至5-15ppm以下的非連續(xù)或連續(xù)的標(biāo)準(zhǔn)方法，在此，用一些附加的方法通過氣體燃燒器先將陰極加熱到直至950℃以提高熔化能力或除去附著的/包含在內(nèi)的雜質(zhì)。
然后在具有木炭和/或具有還原性的、盡可能無氫的保護(hù)氣體的電爐中，優(yōu)選在感應(yīng)爐中進(jìn)行再熔。接著液態(tài)銅通過一個，如必需的話，電加熱了的而且也注入了還原氣體/保護(hù)氣體的槽被輸送到保溫爐/緩沖爐/沉積爐中，其也大都以感應(yīng)爐構(gòu)成，爐子也再用木炭覆蓋和/或注入還原氣體/保護(hù)氣體。熔液流出爐子后，通過一個，如必需的話，也是電加熱了的并注入了還原氣體/保護(hù)氣體的槽被輸送到電加熱了的澆口盤(Tundisch)中，該盤也用木炭覆蓋和/或注入還原氣體/保護(hù)氣體。液態(tài)金屬從澆口盤中流出，大多通過安裝在地面的陶瓷閥而到達(dá)例如也具有還原氣體/保護(hù)氣體和/或例如用炭黑覆蓋了的金屬鑄型中，在此金屬連續(xù)地凝固并連續(xù)地或不連續(xù)地被取出。
上述的標(biāo)準(zhǔn)方法主要基于爐中和槽中的還原性氣氛，特別是基于在槽中的輸送過程中在金屬和還原氣體/保護(hù)氣體之間的巨大交換面以及基于在爐中的長的停留時間。
包括和除了這個標(biāo)準(zhǔn)方法外還已知有其他的方法，這些方法在沒有或只部分地具有還原氣體/保護(hù)氣體的情況下部分地實(shí)施上述方法步驟。也還已知下述的方法，在這些方法中，只是將液態(tài)金屬長時間的放置在感應(yīng)爐中的木炭下面，以試圖得到低的氧含量。
還已知其他一些方法，在這些方法中，附加地和/或?qū)ι鲜龅臉?biāo)準(zhǔn)方法或更確切地說對標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行更改，通過真空對液態(tài)金屬進(jìn)行處理。
從DE-OS 36 40 753已知，為了從銅熔液中除去氧，向銅熔液中吹入氣態(tài)的碳?xì)浠衔锖投栊詺怏w的混合氣體，吹入氣體可通過用多孔磚或通過用特殊的噴嘴進(jìn)行。
從DE-OS 20 19 538可獲知另一種除氣和純化金屬熔液的方法和裝置。具體地描述了用吹洗石來降低銅熔液中的氧含量，從吹洗石中溢出惰性氣體，惰性氣體在銅熔液中上升。惰性氣體中可加入還原性或氧化性氣體。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的裝置和方法不能以合適的、可重復(fù)的充分的方式而且不能以足夠的生產(chǎn)速度以及適宜的費(fèi)用在方法的實(shí)施中將金屬熔液的氧含量降至小于5ppm的比例。
這個目的可根據(jù)本發(fā)明如下解決，即銅首先在一個燃?xì)庳Q爐中熔化，接著通過也是氣體燃燒加熱了的槽而導(dǎo)入處理爐中。
根據(jù)DE 2 517 957 C2的裝置可用作豎爐。
在此不僅在槽的區(qū)域和/或在處理爐的區(qū)域，從吹洗石溢出的吹洗氣體從底部通過銅熔液而溢出，其中組成成分為30％-70％的還原氣體和70％-30％的惰性氣體的吹洗氣體從至少一塊吹洗石中溢出。豎爐如下裝置，即連續(xù)地熔化含有少量氧和氫和氣體含量的銅，然后轉(zhuǎn)移入槽中。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于降低銅熔液的氧含量裝置，其可在一個連續(xù)的過程中并以適宜的生產(chǎn)速度降低銅熔液中的氧含量。
這個目的是如下解決的，即在處理爐的底部和側(cè)面區(qū)域以及流出區(qū)域這樣安置吹洗石，以使得上升的吹洗氣體在銅熔液內(nèi)部形成垂直流動氣流，在此附加地處理爐對于金屬和氣體形成一個具有受控條件的完全封閉體系。
本方法和裝置基本上適合于在所有規(guī)模下的連續(xù)工作。銅熔液的澆鑄也可根據(jù)所用的處理爐非連續(xù)地進(jìn)行。特別要注意的是，首先將起始材料在一個耗費(fèi)低的燃?xì)庳Q爐中再熔。
本發(fā)明的方法和本發(fā)明的裝置使得連續(xù)地生產(chǎn)氧含量小于5ppm而且密度為8.9的銅成為可能。不僅對于制造成套設(shè)備的投資費(fèi)用而且對于實(shí)施本方法的DM/t的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用相對于現(xiàn)有技術(shù)都降低了。
在圖中示出的實(shí)施方案中，在進(jìn)料口底部(9)設(shè)置有一塊或多塊進(jìn)料吹洗石(10)，由此上升流出用于降低熔液中的氧含量的吹洗氣體混合氣體。
進(jìn)料流入口部分(2)用連接通道(11)與處理爐(1)的中部(12)相連接。連接通道(11)插入到處理爐(1)中的熔液的液面以下。特別要注意的是，連接通道(11)就直接安置在進(jìn)料口底部(9)的上方，而且連接通道(11)與進(jìn)料口底部(9)的上限距離這樣設(shè)置，即連接通道(11)在垂直方向被限制為在進(jìn)料流入口部分(2)內(nèi)的熔液的約一半液面高度處。
在中部(12)的區(qū)域是坩堝狀的或隧道狀的凹處(13)，熔液流入這凹處。根據(jù)

圖1中的實(shí)施方案特別要注意的是，在中部(12)的輸入口(14)的區(qū)域在一個如下的高度上設(shè)置了輸入口底部(15)，所述高度約相當(dāng)于進(jìn)料流入口部分(2)的進(jìn)料口底部(9)的高度或更低的水平位置。在輸入口底部(15)的區(qū)域或在輸入口底部以上的區(qū)域可放置一塊或多塊吹洗石(16)。
在中部(12)內(nèi)的熔液也可設(shè)有一覆蓋層(8)。在覆蓋層(8)上方設(shè)置有氣體聚集空間，在其垂直方向向上有一爐蓋(18)。爐蓋(18)有一氣體流出口(19)。
在中部(12)的底部(20)區(qū)域設(shè)置有一塊或多塊吹洗石(21)。吹洗石(21)優(yōu)選地是如下放置的由于上升的氣泡吹動而在凹處(13)內(nèi)部產(chǎn)生熔液流動，使得在中間區(qū)域的流動方向?yàn)榇怪毕蛏系?，而在邊緣區(qū)域的流動方向?yàn)榇怪毕蛳碌?。這個流動方向例如通過增強(qiáng)電場和/或電感應(yīng)而這樣地偏轉(zhuǎn)，以使在吹洗石和熔液之間的交換反應(yīng)增強(qiáng)/延長。這樣就能保證輸入的熔液首先朝著底部(20)的方向?qū)胫胁?12)區(qū)域，并且能確保熔液與從吹洗石溢出的吹洗氣體有充分的接觸。所形成的熔液流還可通過預(yù)先的電加熱而得到進(jìn)一步的維持。
中部(12)通過溢流道(22)與排出口部分(3)連接。溢流道(22)具有類似于連接通道(11)的高度定位。溢流道(22)的高度限制在排出口部分(3)內(nèi)部的熔液的約一半水平高度處。在溢流道(22)的通道底部(23)區(qū)域設(shè)置有一塊或多塊吹洗石(24)。
在中部(12)向溢流道(22)流動的區(qū)域內(nèi)設(shè)置有輸出口底部(25)，其在大約象通道底部(23)以及輸入口底部(15)那樣的高度延伸。在輸出口底部(25)或輸出口底部(25)上方的區(qū)域放置有一塊或多塊吹洗石。
在排出口部分(3)內(nèi)部的熔液也有覆蓋層(8)，在覆蓋層(8)上方，在排出口蓋(27)和熔液液面之間有一自由空間。在排出口底部(29)的區(qū)域設(shè)置有用于導(dǎo)出熔液的排出口(30)。
在非常示意化的示意圖2中可看出，所要熔化的起始材料(31)首先加入到熔爐(32)中，接著通過槽(33)輸送到處理爐(1)中。吹洗氣體的吹洗沖擊不僅在槽(33)的區(qū)域中，而且在進(jìn)料流入口部分(2)、排出口部分(3)以及中部(12)區(qū)域中進(jìn)行。吹洗氣體的各輸入通道(35)也都標(biāo)注在示意圖中了。
用燃?xì)庠谪Q爐中再熔，爐子的爐身起到例如熱交換器的作用，這是效率很高的，所以比標(biāo)準(zhǔn)方法的在感應(yīng)爐中用電再熔要節(jié)省能量。
這種熔煉好并已經(jīng)預(yù)先調(diào)節(jié)好了的(指的是氧、總的氣體含量和雜質(zhì))液態(tài)金屬連續(xù)地從出口流出而到達(dá)燃?xì)饧訜岬牟?，該槽以如陰極豎爐的類似方式控制和裝備。
銅從燃?xì)饧訜崃说暮?或電加熱了的而且加蓋了的和/或封閉的槽(33)流出而進(jìn)入處理爐(1)，處理爐也可以是澆注爐。
在槽的內(nèi)部除了排渣溝外，還設(shè)置有其他的排出溝，它們通過電感應(yīng)器加熱，并且在它們的內(nèi)部的底部和上方是如下設(shè)置吹洗石的，使得在這些溝中液態(tài)金屬和吹洗氣體可進(jìn)行內(nèi)部混合。這些排出溝或者直接地或者通過虹吸管與槽(33)相連接。
上述的感應(yīng)器可是槽感應(yīng)器也可是坩堝感應(yīng)器。根據(jù)應(yīng)用一個或多個處理爐/澆注爐，槽(33)可設(shè)置成固定的或可移動的。
用燃?xì)饧訜岬妮斔腿缭偃垡粯邮蔷哂泻芨咝实?，所以比?biāo)準(zhǔn)方法中完全以電加熱的槽(33)的輸送更節(jié)省能量。
處理爐(1)優(yōu)選是封閉的、砌有爐襯防火的容器。根據(jù)澆注技術(shù)和/或效率設(shè)計(jì)，處理爐可設(shè)置成固定的或可移動的，而且還可是單一用途的或多用途的。
流入處理爐(1)中已經(jīng)過處理的液態(tài)銅例如通過槽下的或在傾斜的流入口的底部出口由槽(33)導(dǎo)入用還原劑(如木炭)覆蓋并具有氣密蓋子的處理爐的進(jìn)料流入口部分(2)。
進(jìn)料流入口部分(2)的底部(9)和/或側(cè)面和/或進(jìn)料口蓋(7)是用吹洗噴嘴這樣裝置的，以保證流入的銅與吹洗氣體內(nèi)部混合。進(jìn)料流入口部分(2)也可取決于它的容量如槽(33)那樣具有感應(yīng)器。
這樣經(jīng)過進(jìn)一步處理的液態(tài)銅從進(jìn)料流入口部分(2)直接或通過虹吸管而到達(dá)處理爐(1)的中部(12)。爐子的這一部分也是用蓋子(18)氣密的，而且其中的金屬熔液也是用還原劑覆蓋的。
中部(12)的底部(20)和/或側(cè)面和/或輸入口區(qū)域和輸出口區(qū)域是用吹洗噴嘴這樣裝置的，以保證流入的銅與吹洗氣體內(nèi)部混合。
底部(20)還裝置有一個或多個感應(yīng)器和/或一個電磁攪拌器，以使熔液得到附加的運(yùn)動，這樣可與吹洗氣體、與例如連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時輸入和輸出的銅以及與木炭覆蓋層進(jìn)行內(nèi)部混合，如必需的話，將在處理爐(1)中的熔液保持在必需的澆鑄溫度或加熱到澆鑄溫度。
熔液從中部(12)流出直接或通過虹吸管而到達(dá)排出口部分(3)，在此熔液也用還原劑例如用木炭覆蓋，排出口部分具有氣密的排出口蓋(27)。
根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在排出口部分(3)也類似于進(jìn)料流入口部分(2)安裝有吹洗石和感應(yīng)器。然后熔液通過槽下的陶瓷閥和槽下的陶瓷管，包括噴嘴而到達(dá)金屬鑄型。
根據(jù)澆鑄方法，金屬鑄型也可直接在槽下的排出口部分(3)裝法蘭盤，這樣就可不用上述的陶瓷閥。假若金屬鑄型通過槽裝法蘭盤的話，那么就可例如在排出口部分(3)和金屬鑄型之間在封閉的輸送途中安裝一個相應(yīng)的機(jī)械或電磁泵，或在封閉的金屬鑄型中，根據(jù)已知的方法熔液通過凝固了的支路而被抽入金屬鑄型。
不裝法蘭盤的金屬鑄型和在金屬鑄型上部的液態(tài)金屬將例如通過保護(hù)氣體或/和通過炭黑和/或炭黑-木炭混合物覆蓋而隔絕大氣氣氛。
裝法蘭盤的金屬鑄型如不裝法蘭盤的金屬鑄型那樣在它的金屬出口端也要用保護(hù)氣體覆蓋以隔絕大氣氣氛。雖然現(xiàn)在金屬是凝固了的，但是還是熱的。
在槽(33)中、在處理爐(1)中和在金屬鑄型中所用的保護(hù)氣體主要由惰性氣體如氬氣、氮?dú)夂陀蒀O/CO2混合氣體構(gòu)成，在此，在根據(jù)所述的方法作為根據(jù)本發(fā)明的目的，下面的混合比例已證明是有效的，即根據(jù)吹入的地方惰性氣體的混合比例為100％-70％，根據(jù)吹入的地方CO/CO2的混合比例為0％-30％。
在吹洗石區(qū)域吹出的還原氣體和惰性氣體的總氣體體積中，還原氣體的比例為40％-60％，這樣的比例總的來講是適宜的。典型的還原氣體的比例為約50％。所有上述的比例都是體積比例。
在爐子氣氛中的還原氣體的比例應(yīng)為10％-40％，典型的比例為約20％。在爐子氣氛中的氧化性氣體比例為約0％-10％，典型的比例為5％。
吹洗石、它們的內(nèi)部構(gòu)造和它們在防火爐襯或在蓋子中的設(shè)置，和它們所處的槽高度或它們的吹入深度以及它們在槽(33)中和在處理爐(1)中的地點(diǎn)分布和數(shù)量都取決于各自所有的或所設(shè)計(jì)的參數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于降低銅熔液的氧含量的方法，其中在銅熔液的垂直方向的下部區(qū)域設(shè)置有至少一塊吹洗石，從該吹洗石中溢出至少一種吹洗氣體，該吹洗氣體在銅熔液中上升，所述方法的特征在于，銅首先在豎爐中熔融，接著通過輸送槽而導(dǎo)入處理爐中，不僅在輸送槽的區(qū)域而且在處理爐的區(qū)域從吹洗石溢出的吹洗氣體在銅熔液中上升，從至少一塊吹洗石溢出的吹洗氣體的組成成分為30％-70％的還原氣體和70％-30％的惰性氣體，而且在處理爐中的熔液被電加熱/運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述吹洗氣體的組成成分為40％-60％的還原氣體和60％-40％的惰性氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，所述吹洗氣體的組成成分為約50％的還原氣體和約50％的惰性氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的方法，其特征在于，在處理爐(1)中的銅熔液是用感應(yīng)加熱器調(diào)節(jié)溫度和攪動的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的方法，其特征在于，在熔爐和處理爐(1)之間的槽(33)區(qū)域中銅熔液被感應(yīng)加熱和攪動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的方法，其特征在于，在處理爐(1)和/或槽(33)中熔液被覆蓋層覆蓋，該覆蓋層含有碳。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的方法，其特征在于，還原氣體中含有一定比例的一氧化碳。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的方法，其特征在于，還原氣體中有一定比例的二氧化碳。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的方法，其特征在于，所述吹洗石為具有一定比例的Al2O3、SiC、SiO2以及MgO的材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的方法，其特征在于，使用多孔材料作為吹洗石。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的方法，其特征在于，在處理爐(1)的中部(12)的內(nèi)部于銅熔液的內(nèi)部產(chǎn)生垂直方向的銅熔液流。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的方法，其特征在于，銅熔液流是局部地垂直向上的和局部地垂直向下的。
13.一種用于降低銅熔液的氧含量的裝置，其基本上是以處理爐構(gòu)成的并且具有進(jìn)料流入口、中部以及排出口，在該裝置中，為了調(diào)節(jié)銅熔液的溫度應(yīng)用至少一個感應(yīng)器，所述裝置的特征在于，在中部(12)的底部(20)區(qū)域設(shè)置至少一塊吹洗石(21)，中部(12)的橫截面形狀使上升著的吹洗氣體在銅熔液內(nèi)部形成垂直的銅熔液流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其特征在于，進(jìn)料流入口部分(2)到中部(12)的過渡區(qū)域設(shè)置有至少一塊吹洗石(16)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14的裝置，其特征在于，中部(12)到排出口部分(3)的過渡區(qū)域設(shè)置有至少一塊輸出口吹洗石(26)。
16.根據(jù)權(quán)利要求13-15之一的裝置，其特征在于，在中部(12)和進(jìn)料流入口部分(2)之間在熔液液面以下設(shè)置有連接通道(11)。
17.根據(jù)權(quán)利要求13-16之一的裝置，其特征在于，在中部(12)和排出口部分(3)之間在熔液液面以下設(shè)置有溢流道(22)。
18.根據(jù)權(quán)利要求13-17之一的裝置，其特征在于，在中部(12)的熔液上方設(shè)置有氣體聚集空間(17)。
19.根據(jù)權(quán)利要求13-18之一的裝置，其特征在于，在進(jìn)料流入口部分(2)的熔液上方設(shè)置有自由空間(6)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13-19之一的裝置，其特征在于，在排出口部分(3)的熔液液面上方設(shè)置有自由空間(28)。
21.根據(jù)權(quán)利要求13-20之一的裝置，其特征在于，在中部(12)和排出口部分(3)之間的溢流道(22)區(qū)域中設(shè)置有至少一塊輸出口吹洗石(24)。
22.根據(jù)權(quán)利要求13-21之一的裝置，其特征在于，處理爐(1)具有至少一個磁攪拌器。
23.根據(jù)權(quán)利要求13-22之一的裝置，其特征在于，處理爐(1)的側(cè)壁區(qū)域設(shè)置有至少一塊吹洗石。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于降低銅熔液的氧含量的方法和裝置。在銅熔液的垂直方向的下部區(qū)域設(shè)置有一塊或多塊吹洗石，從吹洗石溢出吹洗氣體。吹洗氣體在銅熔液中上升，銅熔液本身得到電攪動。銅首先在豎爐中熔融，接著通過輸送槽而導(dǎo)入處理爐中。不僅在輸送槽區(qū)域而且在處理爐區(qū)域從吹洗石溢出的吹洗氣體流在銅熔液中上升。從至少一塊吹洗石中溢出的吹洗氣體的組成成分為30％－70％的還原氣體和70％－30％的惰性氣體。
文檔編號C22B9/05GK1443248SQ01813120
公開日2003年9月17日 申請日期2001年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月21日
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