JP4923476B2

JP4923476B2 - 自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法

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Publication number: JP4923476B2
Application number: JP2005232799A
Authority: JP
Inventors: 恵介山本; 優竹林; 万雄工藤; 修司遠藤; 克彦永井
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: JP2007046120A

Description

本発明は、自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法に関し、さらに詳しくは、製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーを備えた自熔製錬炉において、バーナーコーン内での反応用ガス流と製錬原料の接触混合（以下、予混合と呼称する場合がある。）の度合いを管理し、これによって、精鉱バーナー、反応塔内等での熔融製錬反応を制御する方法に関する。

従来、自熔製錬炉は、自熔炉とも呼ばれ、銅、ニッケル等の非鉄金属硫化物の熔融製錬に広く用いられている。まず、自熔製錬炉を用いた製錬操業について、図面を用いて説明する。図１は、自熔製錬炉の基本構成の一例を示す概略図である。
図１において、自熔製錬炉本体の基本構成は、頂部に精鉱バーナー１が設けられた反応塔（シャフト）２と、反応塔２の下部に一端が接続されていて側面にカラミ抜き口３とカワ抜き口４が設けられたセトラー５と、セトラー５の他端に接続された排煙道６とからなる。その他の付属の基本設備としては、カラミ抜き口３から排出される自熔炉カラミに含まれるカワを分離回収するための電気錬カン炉７、排煙道６からの高温排ガスを冷却し排熱回収するための自熔炉ボイラー８、及び自熔炉ボイラー８からの排ガス中に含有される煙灰を回収する除塵設備９が挙げられる。

自熔製錬炉を用いた製錬においては、一般に、以下のように操業が行なわれる。粉状の固体硫化物製錬原料である精鉱が、反応用酸素富化空気などの反応用ガスとともに、反応塔２の頂部に設けられた精鉱バーナー１より反応塔２内に吹き込まれる。そして、反応塔２内において、吹き込まれた精鉱は、反応塔の炉壁内の輻射熱、補助燃料の熱、あるいは反応用ガスの顕熱などにより昇温され瞬時に反応用ガスと反応して、熔体となりセトラー５内に溜められる。セトラー５内では、熔体は、比重差によってカラミとカワとに別けられる。

このような自熔製錬炉を用いた製錬操業において、炉内での熔融製錬反応を制御し、安定した操業を行なうことが最も重要である。炉内での熔融製錬反応は、固体硫化物製錬原料と酸素を含む反応用ガスとによる酸化反応である。この反応は、製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーのバーナーコーン内と、主としてはこれらが吹込まれた反応塔内において行なわれる、これにより、前記製錬原料が銅精鉱である場合には、銅精鉱は発熱反応により熔融し、酸化鉄と二酸化ケイ素を含むカラミ、主に銅と鉄の硫化物からなるカワを生成する。また、反応がさらに進行すれば、粗銅を生成する。

上記酸化反応は、固体硫化物製錬原料と反応用ガスの接触反応であるので、両者の接触混合の度合い、並びに反応用ガス中での該製錬原料の分散状態により、反応の進行状況が左右され、反応塔で生成されるカラミ、カワ等の酸化状態、並びに発熱量等の製錬操業における主要な管理要因に影響を与えている。

したがって、炉内での熔融製錬反応を制御する際には、精鉱バーナーのバーナーコーン内での反応用ガス流と製錬原料の予混合の度合いが大きな制御因子となる。一般に、精鉱シュートから装入される製錬原料のうち外側のものは反応用ガスと接触しやすいが、内側のものは外側と比べ反応用ガスとの接触機会が少なく反応が進行しにくい。この傾向は、製錬原料の供給量が多いときに顕著に現われる。しかしながら、バーナーコーン内での反応用ガス流と製錬原料の予混合度合いは、多ければよいというわけではなく、ガス温度、酸素濃度等の送風ガス条件によって好ましい予混合の度合いが存在する。例えば、高温度、又は高酸素濃度において、予混合の度合いが多いと、バーナーコーン内での反応が進行しすぎて溶着物の居付きが生じる。このような現象が、バーナーコーン内での反応用ガスと製錬原料の予混合が重要となる要因の一つである。

この予混合の度合いを管理するため、精鉱バーナーの構造又はその管理方法等が提案され、例えば、可動式の風速調整器と可動式の精鉱シュートを有する精鉱バーナーを用いて、風速調整器と精鉱シュートの位置等を調整して精鉱バーナー内での反応用ガスと製錬原料の予混合を管理する方法（例えば、特許文献１参照。）が開示されている。これらの提案により、精鉱バーナー内での反応用ガスと製錬原料の予混合の度合いが管理され、安定操業に顕著な効果が得られたが、さらに効率よく前記予混合の度合いを管理し、反応塔内等での熔融製錬反応を安定的に制御する方法が望まれている。

特開２００１−１１５２１７号公報（第１頁、第２頁）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーを備えた自熔製錬炉において、バーナーコーン内での反応用ガス流と製錬原料の予混合の度合いを管理し、これによって、精鉱バーナー、反応塔内等での熔融製錬反応を制御する方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために、製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーを備えた自熔製錬炉の熔融製錬反応を制御する方法について、鋭意研究を重ねた結果、可動式の風速調整器と、可動式の精鉱シュートと、圧力計を組み込んだウインドボックスと、バーナーコーンとを有する精鉱バーナーを用いて、該風速調整器の位置と該精鉱シュートの位置をそれぞれ調整することによりウインドボックス内の圧力を制御したところ、自熔製錬炉内の熔融製錬反応を制御することができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーを備えた自熔製錬炉で熔融製錬を行うに当たり、
可動式の風速調整器と、可動式の精鉱シュートと、圧力計を組み込んだウインドボックスと、バーナーコーンとを有する精鉱バーナーを用い、バーナーコーン内における製錬原料と反応用ガスとの予混合の度合いを管理するために、該風速調整器の位置と該精鉱シュートの位置をそれぞれ調整することにより、該ウインドボックス内の圧力を予め選定した所定値に制御し、
その際、該ウインドボックス内の圧力の制御値は、同一の送風条件下でのウインドボックス内の圧力と自熔製錬炉カラミ中のＦｅ _３Ｏ _４濃度との相関関係に基づいて選定されることを特徴とする自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーを備えた自熔製錬炉で熔融製錬を行うに当たり、
可動式の風速調整器と、可動式の精鉱シュートと、圧力計を組み込んだウインドボックスと、バーナーコーンとを有する精鉱バーナーを用い、バーナーコーン内における製錬原料と反応用ガスとの予混合の度合いを管理するために、該風速調整器の位置と該精鉱シュートの位置をそれぞれ調整することにより、該ウインドボックス内の圧力を予め選定した所定値に制御し、
その際、該ウインドボックス内の圧力の制御値は、同一の送風条件下でのウインドボックス内の圧力と自熔製錬炉反応塔の放散熱増加率との相関関係に基づいて選定されることを特徴とする自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法が提供される。

本発明の自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法は、製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーを備えた自熔製錬炉において、ウインドボックス内の圧力を予め選定した所定値に制御することにより、反応用ガス流と製錬原料のバーナーコーン内での予混合の度合いを管理し、これによって、精鉱バーナー、反応塔内等での自熔製錬炉の熔融製錬反応を安定的に制御することができる方法であるので、その工業的価値は極めて大きい。さらに、ウインドボックス内の圧力の最適値を設定することで、炉体の寿命を長くし、しかも反応塔で熔融反応を十分に進行させることができる。

本発明の自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法は、製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーを備えた自熔製錬炉で熔融製錬を行うに当たり、可動式の風速調整器と、可動式の精鉱シュートと、圧力計を組み込んだウインドボックスと、バーナーコーンとを有する精鉱バーナーを用い、バーナーコーン内における製錬原料と反応用ガスとの予混合の度合いを管理するために、該風速調整器の位置と該精鉱シュートの位置をそれぞれ調整することにより該ウインドボックス内の圧力を予め選定した所定値に制御することを特徴とする。

本発明において、可動式の風速調整器と、可動式の精鉱シュートと、圧力計を組み込んだウインドボックスとを有する精鉱バーナーを用いること、及び該風速調整器と該精鉱シュートのそれぞれの設定位置を上下方向に移動することにより該ウインドボックス内の圧力を予め選定した所定値（以下、制御値と呼称する場合がある。）になるように制御することが重要である。

まず、図面を用いて本発明の自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法について概要を説明する。図２は、本発明で用いる精鉱バーナーの一例を表す概略図である。
図２において、精鉱バーナーは、反応塔内部１０の頂部に設けられ、製錬原料導入口１２に接続され、その先端位置を上下方向に変更できる可動式精鉱シュート１３と、該可動式精鉱シュート１３の外周に設けられた反応用ガス導入口１４と、該反応用ガス導入口１４に接続されたウインドボックス１５と、その上端がウインドボックスの下端に接続されたバーナーコーン１６と、該可動式精鉱シュート１３の外周部に接してバーナーコーン１６の空間部に設けられ、その先端位置を上下方向に変更できる可動式風速調整器１７と、該可動式精鉱シュート１３の内部を貫通する補助バーナー１１の先端に取り付けられた分散コーン１８とを備えている。また、ウインドボックス１５内には、圧力計１９を設置している。なお、この精鉱バーナーとしては、補助燃料として微粉炭等の固体燃料を使用する場合には、図示のような補助バーナーを設けない形式のものも用いられる。

ここで、可動式精鉱シュート１３は、製錬原料を送り込むための管状部材で、反応塔内部１０に向って鉛直方向に延びている。また、バーナーコーン１６は、管状で、反応塔内部１０へ製錬原料と反応用ガスとを送り込むことができるようになっている。可動式風速調整器１７は、可動式精鉱シュート１３とバーナーコーン１６とにより形成される反応用ガスの流路幅を所定の大きさに狭めるような形状に成形されており、反応用ガスの流速を所定速度に調整するのに使われている。

この精鉱バーナーを用いた操業では、製錬原料導入口１２から装入された製錬原料は、可動式精鉱シュート１３を通過し、バーナーコーン１６内部で、反応用ガス導入口１４を通過してきた反応用ガスと混合される。この後、この混合流は、補助バーナーが取り付けられた場合、補助バーナー１１の先端に取り付けられた分散コーン１８によって、反応塔内部１０に分散された状態で吹込まれて熔融製錬反応が進行される。

本発明の方法では、反応用ガス流と製錬原料のバーナーコーン内での予混合の度合いの管理は、可動式風速調整器の位置と可動式精鉱シュートの位置をそれぞれ調整することにより行なわれるが、この位置調整を、ウインドボックス内の圧力が制御値になるように行なう。そのため、操業においては、ウインドボックス内の圧力計を常時観測し、可動式風速調整器又は可動式精鉱シュートの位置を調整する。

上記方法において、ウインドボックス内の圧力の制御値としては、特に限定されるものではなく、例えば、それまでに経験的に得られている特定条件を所定値として選定して行なうことができるが、この中で、特に、同一の送風条件下でのウインドボックス内の圧力と自熔製錬炉カラミ中のＦｅ_３Ｏ_４濃度との相関関係に基づいて選定されたもの、又は同一の送風条件下でのウインドボックス内の圧力と自熔製錬炉反応塔の放散熱増加率との相関関係に基づいて選定されたものを用いることが好ましい。ここで、反応用ガスの温度、流量等の送風条件が変わると、上記の関係から得られる数値が変化する。

すなわち、例えば、ウインドボックス内の圧力を上昇させると、バーナーコーン内での予混合の度合いが多くなり、熔融製錬反応が進行する。このとき、一旦反応生成されたマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）とカワとの反応によって、熔体中のＦｅ_３Ｏ_４が消費され、結果として、自熔製錬炉カラミ中のＦｅ_３Ｏ_４濃度が低下する。また、熔融製錬反応は酸化発熱反応であるので、ウインドボックス内の圧力を上昇させると、反応塔内のガス温度が上昇し、結果として、自熔製錬炉反応塔の放散熱増加率が上昇する。これらの関係は、よい相関関係を有するので、自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御値として好適である。

ところで、自熔製錬炉カラミ中のＦｅ_３Ｏ_４濃度の低下は、自熔製錬炉カラミの流動性を向上させカワとの分離性を増すので好ましいが、一方自熔製錬炉反応塔の放散熱増加率は、放散熱が極端に上昇すると炉壁の損傷に繋がるので重要な管理項目である。
上記の方法において、ウインドボックス内の圧力の最適値を設定することで、反応塔の放散熱の過度の上昇を抑えて炉体の寿命を長くし、しかも反応塔での熔融反応を十分に進行させることができる。

以下に、本発明の実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。なお、実施例で用いた自熔製錬炉カラミ中のＦｅ_３Ｏ_４濃度の分析は、ＩＣＰ発光分析法で行った。

（実施例１）
自熔製錬炉を用いて、反応用酸素富化空気の温度、装入空気量等の送風条件、及び銅精鉱装入量を一定に保持した状態で操業を行なった。可動式風速調整器と可動式精鉱シュートの位置を変更することによりウインドボックス内の圧力を変化させて操業を行ない、自熔製錬炉から排出されたカラミのＦｅ_３Ｏ_４濃度を分析した。結果を図３に示す。
図３より、ウインドボックス内の圧力が上昇すると、自熔製錬炉の熔融製錬反応の指標となるカラミのＦｅ_３Ｏ_４濃度が良い相関で低下することが示される。これより、ウインドボックス内の圧力を予め選定した所定値に制御することにより、反応用ガス流と製錬原料のバーナーコーン内での予混合の度合いを管理し、自熔製錬炉の熔融製錬反応を安定的に制御することができることが分かる。

（実施例２）
自熔製錬炉を用いて、反応用酸素富化空気の温度、装入空気量等の送風条件、及び銅精鉱装入量を一定に保持した状態で操業を行なった。可動式風速調整器と可動式精鉱シュートの位置を変更することによりウインドボックス内の圧力を変化させて操業を行ない、自熔製錬炉反応塔の放散熱増加率を測定した。結果を図４に示す。
図４より、ウインドボックス内の圧力が上昇すると、自熔製錬炉の熔融製錬反応の指標となる反応塔の放散熱増加率が良い相関で上昇することが示される。すなわち、これより、ウインドボックス内の圧力を予め選定した所定値に制御することにより、反応用ガス流と製錬原料のバーナーコーン内での予混合の度合いを管理し、自熔製錬炉の熔融製錬反応を安定的に制御することができることが分かる。

以上より明らかなように、本発明の自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法は、銅、ニッケル等の非鉄金属硫化物の製錬に用いられる自熔製錬炉で利用される熔融製錬反応の制御方法として好適である。特に、熔融製錬反応を安定的に制御するとともに、ウインドボックス内の圧力の最適値を設定することで、反応塔放散熱の過度の上昇を抑えて炉体の寿命を長くし、しかも反応塔での熔融反応を十分に進行させることができる自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法として有用である。

自熔製錬炉の基本構成の一例を示す概略図である。本発明で用いる精鉱バーナーの一例を表す概略図である。本発明の実施例１の結果を表すウインドボックス内の圧力と自熔製錬炉カラミのＦｅ_３Ｏ_４濃度の関係を示す図である。本発明の実施例２の結果を表すウインドボックス内の圧力と自熔炉反応塔の放散熱増加率の関係を示す図である。

符号の説明

１精鉱バーナー
２反応塔
３カラミ抜き口
４カワ抜き口
５セトラー
６排煙道
７電気錬カン炉
８自熔炉ボイラー
９除塵設備
１０反応塔内部
１１補助バーナー
１２製錬原料導入口
１３可動式精鉱シュート
１４反応用ガス導入口
１５ウインドボックス
１６バーナーコーン
１７可動式風速調整器
１８分散コーン
１９圧力計

Claims

製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーを備えた自熔製錬炉で熔融製錬を行うに当たり、
可動式の風速調整器と、可動式の精鉱シュートと、圧力計を組み込んだウインドボックスと、バーナーコーンとを有する精鉱バーナーを用い、バーナーコーン内における製錬原料と反応用ガスとの予混合の度合いを管理するために、該風速調整器の位置と該精鉱シュートの位置をそれぞれ調整することにより、該ウインドボックス内の圧力を予め選定した所定値に制御し、
その際、該ウインドボックス内の圧力の制御値は、同一の送風条件下でのウインドボックス内の圧力と自熔製錬炉カラミ中のＦｅ _３Ｏ _４濃度との相関関係に基づいて選定されることを特徴とする自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法。
製錬原料と反応用ガスを吹込むための精鉱バーナーを備えた自熔製錬炉で熔融製錬を行うに当たり、
可動式の風速調整器と、可動式の精鉱シュートと、圧力計を組み込んだウインドボックスと、バーナーコーンとを有する精鉱バーナーを用い、バーナーコーン内における製錬原料と反応用ガスとの予混合の度合いを管理するために、該風速調整器の位置と該精鉱シュートの位置をそれぞれ調整することにより、該ウインドボックス内の圧力を予め選定した所定値に制御し、
その際、該ウインドボックス内の圧力の制御値は、同一の送風条件下でのウインドボックス内の圧力と自熔製錬炉反応塔の放散熱増加率との相関関係に基づいて選定されることを特徴とする自熔製錬炉の熔融製錬反応の制御方法。