1 . Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Schachtofen für die Erschmelzung von Chargiermaterial, insbesondere Kupferkathoden, zu geschmolzenem Kupfer, mit einem vertikal angeordneten Stahlmantel und darin angeordneter Festausmauerung, wobei der Stahlmantel wenigstens eine Chargieröffnung zum Zuführen des Chargiermaterials in den Schachtofen hinein sowie eine Abstichöffnung zum Abfließen des geschmolzenen Kupfers aus dem Schachtofen heraus aufweist. In vorab festgelegten Ebenen des Schachtofens sind zwischen der Chargieröffnung und der Abstichöffnung Brenner, vorzugsweise mehrere in Reihe und mehreren Ebenen um den Umfang des Schachtofens herum angeordnete Brenner, zur Aufheizung des Chargiermaterials und zur Erschmelzung des Kupfers angeordnet. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Erschmelzen von Chargiermaterial wie etwa Kupferkathoden zu geschmolzenem Kupfer in einem solchen Schachtofen.

2. Stand der Technik

Verfahren und Schachtöfen, auch bekannt als Vertikalöfen, für das Schmelzen von Kupfer sind seit Jahrzehnten aus dem Stand der Technik bekannt. In diesen wird über eine obere Chargieröffnung Kupfer in fester Form zuchargiert und mittels in einem unteren Bereich des Schachtofens angeordneter Brenner wie etwa Gasbrenner aufgeheizt und erschmolzen sowie schlussendlich über eine im unteren Bereich des Schachtofens angeordnete Abstichöffnung aus diesem herausgeführt, beispielsweise über eine Verbindungsrinne in einen Halteofen hinein oder direkt zu einer entsprechenden Gießeinrichtung. Während des Durchtritts des Chargiermaterials durch den Schachtofen hindurch von oben nach unten wird dieses kontinuierlich aufgeheizt und erreicht im Bereich der i Schmelzzone die für das Erschmelzen von Kupfer notwendige Mindesttemperatur von etwa 1250° Celsius. Der Schachtofen besteht üblicherweise aus einem zylindrischen Stahlmantel und einer darin angeordneten Festausmauerung.

Ein derartiger Schachtofen und ein Verfahren zu dessen Betreiben ist beispielsweise aus der DE 2 062 144 A1 bekannt. Die CN 214701690 U wiederum beschreibt ebenfalls einen Vertikalofen zur Produktion von Kupfer mit einem vertikal angeordneten Ofenkörper.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, den Füllstand des Schachtofens, der vorzugsweise mindestens bis 1 m unterhalb der Chargieröffnung mit Kupferkathoden befüllt sein sollte, mit Hilfe einer Kamera zu überwachen. Sinkt der Füllstand ab, chargiert der Bediener neue Kathoden in den Ofen hinein. Der Stahlbau des Ofens sowie die Feuerfestausmauerung zwischen Chargier- und Brennerbereich ist üblicherweise als Zylinder ausgebildet. Die Steine der Feuerfestausmauerung sind dabei so ausgestaltet, dass vorzugsweise die lange Seite dem Radius des Brennraums, der von der Stahlhülle gebildet wird, folgt. Hierbei ist es notwendig, insbesondere Verstopfungen beim Füllvorgang wie etwa Verklemmungen beim Nachrutschen im Schacht zu vermeiden, wobei jede Abweichung von der zylindrischen Form des Stahlmantels des Schachtofens oder von der Ofengeometrie angepassten Formsteinen hinsichtlich Fertigung, Montage und Statik aufwändig ist.

Darüber hinaus ist die Einstellung der Brennerleistung in der Regel so gestaltet, dass die Leistung der Brenner rein in Abhängigkeit vom Füllstand des nachfolgenden Halteofens, welcher als Speicher für die nachgeschaltete Gießanlage fungiert, eingestellt wird.

Das geschmolzene Kupfer läuft über den üblicherweise geneigt ausgebildeten Bodenbereich des Schachtofens unterhalb der untersten Brennerreihe kontinuierlich ab und wird über ein in der Ofenwand eingelassenes gemauerte Abstichöffnung in die Verbindungsrinne zum Halteofen geführt. Die Dimensionierung der Abstichöffnung beruht hierbei auf Erfahrungswerten. Nachteilig am aus der Praxis bekannten Stand der Technik ist dabei, dass die Überwachung des Füllstands mit Hilfe einer Kamera die ständige Aufmerksamkeit des Anlagenbedieners erfordert. Er ist üblicherweise dafür verantwortlich, dass rechtzeitig über die Chargiereinrichtung eine neue Ladung Kathoden in den Ofen abgekippt wird. Findet die Chargierung dabei zu früh statt, können die Kathoden durch die Chargiereinrichtung nicht in die bevorzugte senkrechte Ausrichtung positioniert werden und legen sich schräg oder waagerecht in den Schacht hinein. Dies behindert im weiteren Verlauf den optimalen Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und nachrutschenden Kathodenmaterial. Findet die Chargierung dagegen zu spät statt, nimmt die Ausmauerung dort Schaden, wo die Kathoden aus zu großer Fallhöhe gegen die Feuerfest-Ausmauerung aufschlagen. Des Weiteren verringert sich die Energieeffizienz, wenn der Ofen nicht kontinuierlich vollständig gefüllt ist.

Die Kathoden fallen beim Chargieren in relativ zufälliger Ausrichtung auf die vorher chargierte Kathodenlage. Die Brenner im unteren Bereich des Ofens schmelzen die Kathoden auf, Schmelze, die am Boden des Ofens abfließt, fließt über die Abstichöffnung ab. Die Kathoden rutschen kontinuierlich von oben nach unten nach, wobei sich die Temperatur von oben nach unten stetig erhöht. Dabei dehnen sich die Ausmauerung und die Kathoden aus und verkeilen sich häufig. Sie rutschen oftmals erst nach, wenn von oben zusätzlich Kathoden chargiert werden bzw. wenn sich das verklemmte Material deformiert und losgerissen hat. Dies führt dazu, dass die Zufuhr zum Brennerbereich nicht mehr kontinuierlich, sondern schubweise erfolgt und somit die Schmelzrate des Schachtofens variiert.

Die aus der Praxis bekannte häufige Unterbrechung des kontinuierlichen Nachrutschens und die dadurch schwankende Schmelzrate machen eine automatisierte Fahrweise des Ofens schwierig bis unmöglich, die Brennerleistung muss häufig verändert werden, teilweise muss die Verteilung der Leistung zwischen den einzelnen Brennern variiert werden.

Darüber hinaus ist die Geometrie der Abstichöffnung sehr wichtig für die Energiebilanz des Ofens, auch für dessen Zuverlässigkeit. Ist die Abstichöffnung beispielsweise zu groß, entweicht zu viel Energie über die Abstichöffnung in die angrenzende Verbindungsrinne hinein und verursacht dort Probleme, beispielsweise ein Überhitzen der dort positionierten Brenner. Ist sie dagegen zu klein, besteht die Gefahr des Verstopfens und des Einfrierens von Kupfer im Bodenbereich des Schachtofens. Beim bisherigen Stand der Technik ist eine nachträgliche Optimierung der Geometrie der Abstichöffnung aber erst nach Stillsetzen des Ofens und dem Überarbeiten der Ausmauerung im Ofeninneren möglich.

3. Aufgabe der Erfindung

Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, die Ofenfüllstandshöhe idealerweise automatisch zu überwachen und die Benutzerführung zu ersetzen. Darüber hinaus soll erfindungsgemäß erreicht werden, dass ein Verklemmen der Kathoden vermieden werden kann, um eine gezielte und kontinuierliche Schmelzrate des Schachtofens zu erreichen. Es soll mittels der Erfindung eine automatische Einstellung der Brennerleistung anstelle der bisher bekannten manuellen Nachregulierung der Brennerleistung erreicht werden. Schließlich soll die Geometrie der Abstichöffnung ohne Eingriff in die eigentliche Ausmauerung des Schachtofens von außen verändert und optimiert werden können, wodurch schlussendlich eine kontinuierliche und stationäre Fahrweise des Schachtofens bei vorzugsweise deutlich reduziertem Energieverbrauch erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mit einem Schachtofen, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 , sowie mit einem Verfahren, umfassend die Merkmale des Anspruchs 15, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere in den abhängigen Ansprüchen definiert. 4. Zusammenfassung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Schachtofen für die Erschmelzung von Chargiermaterial zu geschmolzenem Kupfer zur Verfügung gestellt, der einen vertikal angeordneten Stahlmantel und eine darin angeordnete Feuerfestausmauerung aufweist. Der Schachtofen weist wenigstens eine Chargieröffnung zum Zuführen des Chargiermaterials in den Schachtofen hinein sowie eine Abstichöffnung zum Abfließen des geschmolzenen Kupfers aus dem Schachtofen heraus auf. In vorab festgelegten Ebenen des Schachtofens zwischen der Chargieröffnung und der Abstichöffnung sind Brenner, vorzugsweise mehrere in mehreren Ebenen und in Reihe um den Umfang des Schachtofens herum angeordnete Brenner, zur Aufheizung des Chargiermaterials und zum Erschmelzen des Kupfers angeordnet. Erfindungsgemäß ist der Stahlmantel des Schachtofens zumindest in einem oberen Bereich oberhalb des obersten Brenners oder der obersten Reihe von Brennern zylindrisch ausgebildet und die Feuerfestausmauerung in dem oberen Bereich umfasst von oben nach unten eine Abfolge von zylindrischen Teilabschnitten, die konzentrisch zueinander angeordnet sind und einen jeweiligen Durchmesser aufweisen, der sich von Teilabschnitt zu Teilabschnitt vergrößert.

Im erfindungsgemäßen Sinne wird demnach ein Schachtofen zur Verfügung gestellt, dessen Innendurchmesser zumindest in einem Teilbereich, vorzugsweise in einem wesentlichen Teil (mehr als 70%, vorzugsweise mehr als 80% der Schachtlänge) des Schachts oberhalb der Brenner, insbesondere in denjenigem Teil des Schachts, der sich an den Bereich unterhalb der Chargieröffnung anschließt und sich bis zur obersten Brennerebene erstreckt, besonders bevorzugt über die gesamte Länge des Schachts oberhalb der Brenner, sich schrittweise vergrößert, um so ein kontinuierliches und störungsfreies Nachrutschen festen Chargiermaterials, beispielsweise in Form von Kupferkathodenplatten, trotz der Erwärmung sowohl der Feuerfestausmauerung als auch des Chargiermaterials während des Betriebs des Schachtofens, zu ermöglichen. Besonders bevorzugt wird, wenn der Schachtofen wenigstens drei, vorzugsweise wenigstens fünf solcher aufeinander folgender und aneinander angrenzender Teilabschnitte mit sich schrittweise vergrößernden Innendurchmessern der Feuerfestausmauerung aufweist.

Hierdurch kann bei Beibehaltung eines zylindrischen Stahlmantels gewährleistet werden, dass trotz der wärmebedingten Ausdehnung von Ausmauerung und Kathoden ein Verkeilen der Kathoden innerhalb des Schachtofens verringert oder gänzlich vermieden werden kann. Die chargierten Kathoden können trotz der Wärmeausdehnung nachrutschen und einen kontinuierlichen Ofenbetrieb gewährleisten. Die Temperatur von oben nach unten innerhalb des Schachtofens erhöht sich kontinuierlich, ein optimaler Wärmeaustausch zwischen dem Abgas der Brenner und dem nachrutschenden Kathodenmaterial kann sichergestellt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Durchmesser der zylindrischen Teilabschnitte der Feuerfestausmauerung so ausgebildet, dass die thermische Ausdehnung des Feuerfestmaterials, vorzugsweise die thermische Ausdehnung des Feuerfestmaterials und des Chargiermaterials, unter Betriebsbedingungen des Schachtofens zumindest kompensiert wird. Hierdurch wird ein störungsfreier Betrieb des Schachtofens sichergestellt, bei dem das Chargiermaterial, insbesondere die Kupferkathoden, bei Übergang von einem ersten Teilabschnitt in einen angrenzenden, darunter angeordneten zweiten Teilabschnitt der Feuerfestausmauerung sicher übertreten können, ohne dass das Nachrutschen des Kathodenmaterials aufgrund von Verklemmungen erschwert würde. Die Begriffe „erster Teilabschnitt“ und „zweiter Teilabschnitt“ umfassen im erfindungsgemäßen Sinne jedes Paar von zwei übereinander angeordneten und zueinander benachbarten Teilabschnitten. Vorzugsweise beträgt die Durchmesserdifferenz zwischen einem ersten Teilabschnitt und einem zweiten Teilabschnitt wenigstens 16 mm, vorzugsweise wenigstens 20 mm.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Sensor, vorzugsweise drei übereinander angeordnete Sensoren, zur Messung des Füllstands des Schachtofens mit Chargiermaterial vorgesehen. Diese Sensoren sind besonders bevorzugt oberhalb der obersten Brennerebene und unmittelbar unterhalb der Chargieröffnung, besonders bevorzugt nicht mehr als 1 m bezogen auf den obersten Sensor unterhalb der Chargieröffnung, angeordnet. In einer überaus bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind dem wenigstens einen Sensor, vorzugsweise den drei Sensoren, jeweils ein Empfänger zugeordnet, der besonders bevorzugt dem jeweiligen Sensor gegenüberliegend in der Ebene des jeweiligen Sensors dem Schachtofen angeordnet ist. Hierdurch wird eine einfache und zuverlässige Messung der Füllhöhe des Schachtofens erreicht, die eine visuelle Überprüfung unnötig macht.

Die Sensoren messen hierdurch den Füllstand des Schachts horizontal und können feststellen, ob der Schachtofen in der jeweiligen Ebene, die vom Sensor gegebenenfalls dem damit verbundenen Empfänger, abgedeckt wird, befüllt ist. Bevorzugt wird, wenn während des Unterschreitens eines vorab festgelegten Schwellenwertes für die Befüllung ein Alarmsignal ausgegebenen wird, das anzeigt, ob eine neue Chargierung notwendig ist. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn die Sensoren mit einer Einrichtung verbunden sind, die bei Unterschreiten eines vorab festgelegten Schwellenwerts automatisch ein Nachfüllen durch das Chargiersystem veranlasst. Hierdurch wird mit besonders einfachen Mitteln ein höherer Grad an Automatisierung als in den bisher bekannten Schachtöfen für die Erschmelzung von Chargiermaterial zu geschmolzenem Kupfer erreicht. Die idealerweise drei Sensoren sind unterhalb der Chargierebene im Schachtofen in Abständen von vorzugsweise 400 - 600 mm, insbesondere 450 - 550 mm, ganz besonders bevorzugt von 500 mm, zueinander angebracht und messen, ob sich in der abgetasteten Ebene Chargiermaterial befindet. In diesem Bereich des Schachtofens, in dem sich das Kupfer von Raumtemperatur bis nahezu der Schmelztemperatur erwärmt, wird das Verklemmen der Kupferkathoden oder jedes anderen Chargiermaterials dadurch verhindert, dass die Wärmeausdehnung des Chargiermaterials durch die schrittweise Erhöhung des Durchmessers des Feuerfestmatenals von oben nach unten zumindest ausgeglichen wird. Die Wärmeausdehnung des Kupfers beträgt 16,5*10 ^A -6 1/K und die der Ausmauerung etwa 5*10 ^A -6 1/K. Die Ausmauerung ist dabei so gestaltet, dass einerseits die kostengünstige zylindrische Außenform des Stahlmantels und des Feuerfestmaterials oberhalb der Brennerreihen erhalten bleibt, andererseits die Tragfähigkeit der Feuerfestausmauerung gewährleistet und die Fertigung der vorgefertigten Steine möglichst kostengünstig bleibt.

Bevorzugt wird gemäß der Erfindung, wenn im Bereich der Abstichöffnung ein Messsensor, vorzugsweise eine mit dem Schachtofen verbundene Messlanze, zur Messung der Temperatur des geschmolzenen Kupfers beim Austritt aus der Abstichöffnung angeordnet ist. Insbesondere dann, wenn die aktuelle Produktionsrate der nachgeschalteten Gießanlage ebenfalls gemessen wird, kann mit Hilfe eines Prozessmodells die Wärmebilanz des Schachtofens errechnet und die benötigte aktuelle Gasmenge bzw. Brennerleistung der einzelnen Brenner oder Brennerreihen bestimmt werden. Daraus ergibt sich die Grundeinstellung der Brenner, die Brennerleistung wird üblicherweise so eingestellt, dass die Brenner einer jeweiligen Reihe mit jeweils gleicher Leistung arbeiten und die Leistungsverteilung der einzelnen Reihen vorab eingestellt wird. Insbesondere dann, wenn das aktuelle Gewicht sowie die Gewichtsänderung der Kupferschmelze in dem dem Schachtofen nachgeordneten Halteofen bestimmt wird, kann mit diesen Werten die oben genannte Einstellung fortwährend korrigiert werden. Mit Hilfe dieser Regelung ist insbesondere nach dem Anfahren des Schachtofens kein weiterer manueller Eingriff für die Brennereinstellung notwendig, der Betrieb des Schachtofens erfolgt dann vorzugsweise vollständig automatisch.

Bevorzugt wird überdies, wenn die Feuerfestausmauerung für die Abstichöffnung aus dem Bereich der Feuerfestausmauerung und durch den Stahlmantel hindurch von innen nach außen über die Längserstreckung des Stahlmantels hinausragend ausgestaltet wird. Bevorzugt wird die Höhe der Abstichöffnung dabei durch einen Formstein definiert, der seitlich in die angrenzenden Feuerfeststeine eingefügt und von oben durch weitere Steine fixiert wird. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, dass der über den Stahlmantel des Schachtofens hinausragende Teil der Feuerfestausmauerung, insbesondere des Formsteins und der diesen umgebenden Feuerfeststeine, von einer Stahlmanschette oder einem Stahlrahmen umgeben ist, über den die Dichtigkeit dieses Bereichs des Schachtofens um die Öffnung des Formsteines herum gewährleistet werden kann. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn ein Teil der Stahlmanschette oder des Stahlrahmens, insbesondere eine obere Stahlplatte, lösbar mit dieser verbunden ist. Die lösbare Verbindung der Stahlplatte vom Rest der Stahlmanschette oder des Stahlrahmens kann bevorzugt mittels Verklemmen oder Verschrauben erreicht werden. Nach dem Abnehmen der Stahlplatte kann ein ungehinderter Zugriff auf die in der Stahlmanschette oder dem Stahlrahmen eingebetteten Feuerfeststeine und/oder den Formstein ermöglicht werden, ohne dabei in das Ofeninnere des Schachtofens eingreifen zu müssen.

Besonders bevorzugt wird erfindungsgemäß auch, wenn stromabwärts der Abstichöffnung des Schachtofens ein Halteofen angeordnet ist, der mit einem Sensor, vorzugsweise einer Wiegezelle zur Messung des Gewichts der Schmelze im Halteofen sowie zur Erfassung der Gewichtsänderung im Halteofen verbunden ist. Hierdurch wird mit besonders einfachen Mitteln ein Messparameter erhalten, der mit Hilfe eines Prozessmodells die Errechnung der Wärmebilanz des Schachtofens und die damit verbundene benötigte aktuelle Gasmenge bzw. Brennerleistung zu bestimmen erlaubt.

Besonders bevorzugt wird, wenn die Leistung jeder Reihe von Brennern, vorzugsweise jedes einzelnen Brenners, individuell und vorzugsweise automatisch geregelt oder gesteuert werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Thermoelemente im Bereich der Feuerfestausmauerung, insbesondere im Bereich der Brenner und/oder im darüber angeordneten Schacht zur Erfassung der Temperatur der Feuerfestausmauerung vorgesehen. Die hierdurch erfassbaren Messwerte können zur Optimierung der Temperaturen der Ausmauerung im Hinblick auf deren Standzeit genutzt und zum vorzugsweise automatischen Betreiben des Schachtofens herangezogen werden.

Weiterhin wird bevorzugt, wenn eine Steuerungs- oder Regelungseinheit dazu eingerichtet und ausgelegt ist, den Füllgrad des Schachtofens und/oder die Schmelzrate des Schachtofens vorzugsweise automatisch zu steuern oder zu regeln, insbesondere eine kontinuierliche Zuführung von Chargiermaterial und/oder eine möglichst konstante Schmelzrate zu gewährleisten. Dies alles dient der Erhöhung der Effizienz des Schachtofens und der Erzielung eines möglichst hohen thermischen Wirkungsgrads.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Erschmelzen von Chargiermaterial zu geschmolzenem Kupfer in einem Schachtofen gemäß dem oben beschriebenen ersten Aspekt der Erfindung zur Verfügung gestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungs- oder Regelungseinheit die Chargierung des Schachtofens, den Füllstand innerhalb des Schachtofens sowie die Leistung jeder Reihe von Brennern, vorzugsweise jedes einzelnen Brenners, vorzugsweise automatisch steuert oder regelt. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, dass die Steuerungs- oder Regelungseinheit auf Grundlage gemessener Parameter und unter Verwendung eines Prozessmodells die Wärmebilanz des Schachtofens errechnet.

Die hierfür verwendeten gemessenen Parameter umfassen den Füllstand des Schachtofens, die Temperatur des geschmolzenen Kupfers bei Austritt aus der Abstichöffnung sowie vorzugsausweise auch das Gewicht und/oder die Gewichtsänderung des geschmolzenen Kupfers innerhalb eines der Abstichöffnung stromabwärts angeordneten Halteofens, besonders bevorzugt auch die Produktionsrate einer dem Schachtofen nachgeschalteten Gießanlage.

Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn die gemessenen Parameter zur Berechnung der Wärmebilanz des Schachtofens in ein Prozessmodell eingegeben, mittels dem die aktuell benötigte Brennerleistung, besonders die von jedem Brenner benötigte Brennstoffmenge, bestimmt wird.

Die Geometrie der Abstichöffnung ist für die Energiebilanz des Ofens mit bestimmend, gleiches gilt auch für die Zuverlässigkeit des Schachtofen-Betriebs insgesamt. Die Abstichöffnungsgeometrie limitiert wesentlich die aus dem Schachtofen in die Verbindungsrinne hinein austretende Heißluftmenge. Je geringer diese Heißluftmenge ist, desto energieeffizienter kann der Schachtofen insgesamt betrieben werden. Gleichzeitig muss berücksichtigt werden, dass insbesondere Schlacke den Austritt von Kupferschmelze aus der Abstichöffnung behindern kann. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn die die Abstichöffnung definierenden Komponenten wie Formstein und die den Formstein umgebenden Feuerfeststeine leicht zugänglich und außerhalb des Stahlmantels angeordnet sind. Darüber hinaus ermöglicht die Bereitstellung einer Stahlmanschette oder eines Stahlrahmens um die aus dem Stahlmantel herausragenden Teile der Abstichöffnung die effiziente Limitierung unerwünschten Heißluftaustritts. Mit der bevorzugten lösbaren Stahlplatte an der Stahlmanschette oder dem Stahlrahmen ist der Zugriff zu allen Komponenten der Abstichöffnung dennoch leicht umsetzbar.

Gemäß der Erfindung kann somit gewährleistet werden, dass die Schmelzrate des Schachtofens nicht oder nur minimal variiert. Zudem kann sichergestellt werden, dass eine optimale Befüllung des Schachtofens gewährleistet ist, wodurch ein hoher thermischer Wirkungsgrad erzielbar ist. Durch die kontinuierliche Zufuhr von Chargiermaterial zum Brennerraum kann eine wirksame Regelung der Schmelzrate des Schachtofens erreicht werden, gleichzeitig kann durch die implementierte Regelung die automatische Einstellung der Brenner erfolgen. Schließlich kann durch die Optimierung der Abstichöffnungshöhe die Energiebilanz des Ofens weiter verbessert werden.

5. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf fünf Figuren näher erläutert, wobei in diesen Figuren bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, die den Schutzbereich der Erfindung nicht einschränken. In den Figuren zeigen

Figur 1 eine schematische Schnittansicht durch einen Schachtofen gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine Detailansicht eines oberen Bereichs des Schachtofens gemäß Figur 1 ,

Figur 3 eine geschnittene Ansicht durch die Feuerfestausmauerung im

Bereich der Abstichöffnung eines erfindungsgemäßen Schachtofens,

Figur 4 eine schematische Schnittansicht durch ein System zum

Messen der Füllstandshöhe in drei Ebenen, und Figur 5 eine Prinzipskizze für die automatische Brennerregelung im erfindungsgemäßen Schachtofen.

6. Detaillierte Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht durch einen erfindungsgemäßen Schachtofen 1 für die Erschmelzung von Chargiermaterial zu geschmolzenem Kupfer. Der Schachtofen 1 besteht aus einem vertikal angeordneten Stahlmantel 2 und darin angeordneter Feuerfestausmauerung 3. Der Stahlmantel 2 weist eine oben im Schachtofen 1 angeordnete Chargieröffnung 4 zum Zuführen des Chargiermaterials in den Schachtofen 1 hinein sowie eine Abstichöffnung 5 zum Abfließen des geschmolzenen Kupfers aus dem Schachtofen 1 heraus auf. Im unteren Bereich des Schachtofens 1 sind Brenner 6 in Reihen oder Ebenen um den Umfang des Schachtofens 1 angeordnet, wobei in der vorliegenden Ausführungsform drei Reihen von Brennern 6 vorgesehen sind. Während die oberen beiden Reihen von Brennern 6a, b in einer horizontalen Ebene im Schachtofen 1 angeordnet sind, liegt die Ebene für die untere Reihe von Brennern 6c im Wesentlichen parallel zu einer abschüssigen Bodenebene 7 im Schachtofen 1 vor, entlang der das geschmolzene Kupfer im Bereich der Brenner 6 auf die Abstichöffnung 5 hin geführt wird. Oberhalb des Bereichs der Brenner 6 weist der Schachtofen 1 einen Schachtbereich 7 auf, in dem im Wesentlichen festes Chargiermaterial in der Form von Kupferkathoden von oben nach unten aufgrund der Schwerkraft gefördert wird und dort kontinuierlich von der Chargiertemperatur auf die Aufschmelztemperatur aufgeheizt wird. Im vorliegenden Fall weist der Schachtbereich 7 des Schachtofens 1 oberhalb der Brenner 6 eine Höhe von etwa 9 m mit einem minimalen Innendurchmessen von 1804 mm auf. Der Schachtbereich 7 des Schachtofens 1 oberhalb der Brenner 6 besteht aus einer Mehrzahl von zylindrischen Teilabschnitten 8a-e, deren Durchmesser von Teilabschnitt 8 zu Teilabschnitt 8 sich um jeweils 20 mm vergrößert, Die Durchmesser der Teilabschnitte 8 sind so gestaltet, dass auch bei einer Erwärmung des Feuerfestmaterials, das einen Temperaturgradienten sowohl von oben nach unten als auch von innen nach außen aufweist, ein sicheres Rutschen des Chargiermaterials von oben nach unten auch über die mehreren Teilabschnitte 8a-e der Feuerfestausmauerung 3 gewährleistet ist.

Figur 2 zeigt eine Detailansicht des oberen Bereichs des Schachtofens 1 aus Figur 1. Im Bereich der Chargieröffnung 4 ist ein zylindrischer Abschnitt der Feuerfestausmauerung 3 mit einem Durchmesser von 1804 mm vorgesehen, dem in Schwerkraftrichtung nach unten ein erster Teilabschnitt 8a der Feuerfestausmauerung 3 angrenzt. Daran anschließend ist ein weiterer Teilabschnitt 8b in der Feuerfestausmauerung 3 vorgesehen, der wieder einen Innendurchmesser aufweist, der um 20 mm größer als im oberen, angrenzenden Teilabschnitt 8a ausgebildet ist, somit 1844 mm beträgt.

Figur 3 zeigt eine Querschnittsansicht durch den Bereich des (nicht dargestellten) Schachtofens im Bereich der Abstichöffnung 5. Die Abstichöffnung 5 wird durch einen Formstein 5a definiert, der oben und unten von einer Reihe von Feuerfeststeinen 5b umgeben ist. Sowohl der Formstein 5a als auch die direkt an den Formstein 5a angrenzenden Feuerfeststeine 5b sind so angeordnet, dass ein Teil zumindest des Formsteins 5a aus dem Schachtofen 1 heraus über die Längserstreckung des Stahlmantels 2 hinausragend vorliegt. Dieser hinausragende Abschnitt von Formstein 5a und den ihn umgebenden Feuerfeststeinen 5b wird an den Stahlmantel 2 anschließend von einer Stahlmanschette oder einem Stahlrahmen umgeben. Ein integraler Bestandteil dieser Stahlmanschette oder des Stahlrahmens ist eine obere Stahlplatte 5c, die lösbar über Klemmelemente mit der Stahlmanschette oder dem Stahlrahmen verbunden ist. Wird die Stahlplatte 5c entfernt, ergibt sich ein im Wesentlichen ungehinderter Zugang zu denjenigen Teilen der Feuerfestkomponenten der Abstichöffnung 5, die über den Stahlmantel 2 hinausragen.

Figur 4 zeigt eine schematische Teilansicht des oberen Bereichs des Schachtofens 1 etwa 1 m unterhalb der (nicht dargestellten) Chargieröffnung. Außen am Stahlmantel 2 sind in drei Ebenen 10a bis 10c etwa 1 m unterhalb der (nicht dargestellten) Chargieröffnung und in einem Abstand von ca. 500 mm zueinander drei Sensoren 12a bis 12c sowie drei mit diesen in Wirkverbindung stehende Empfänger 13a bis 13c dargestellt. Mittels der Sensoren 12a bis 12c kann somit bestimmt werden, ob auf Höhe der Sensoren 12a bis 12c und Empfänger 13a bis 13c festes Chargiermaterial innerhalb des Schachtofens 1 vorliegt oder nicht.

Figur 5 zeigt eine Prinzipskizze über die automatische Regelung der Brennerleistung innerhalb eines erfindungsgemäßen Schachtofens 1. Die Messung der Temperatur des aus der Abstichöffnung 5 austretenden geschmolzenen Kupfers mittels einer Messzelle 9a sowie das Gewicht des in einem Halteofen 14 geschmolzenen Kupfers mittels einer Messzelle 9 werden einer Steuerungs- oder Regelungseinheit 15 zugeführt, über die unter Berücksichtigung der aktuellen Produktionsrate der nachgeschalteten und nicht dargestellten Gießanlage die Leistung eines jeweiligen Brenners 6 innerhalb des Schachtofens 1 eingestellt wird. Hierdurch wird ein konstanter Betrieb des Schachtofens 1 im Wesentlichen automatisiert bei vorzugsweise konstanter Brennerleistung und konstantem Strom geschmolzenen Kupfers aus der Abstichöffnung 5 in den Halteofen 14 hinein gewährleistet.

Bezugszeichenliste

1 Schachtofen

2 Stahlmantel

3 Feuerfestausmauerung

4 Chargieröffnung

5 Abstichöffnung

5a Formstein

5b Feuerfeststein

5c Stahlplatte

6 Brenner

7 Bodenebene

8 Schachtbereich

9 Messzelle

9a Messzelle

10a - 10c Sensorebene

12a - 12c Sensoren

13a - 13c Empfänger

14 Halteofen

15 Steuerungs- oder Regelungseinheit