JPS6213543A - 自溶炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は自溶炉の繰返しダストや鋼滓等の非自燃物の
装入方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来の自溶炉の操業においては、自溶炉の装入物の主体
をなす硫化物銅精鉱は通常溶剤である粉状の珪酸鉱や鋼
滓その他の粉状物と共に気流乾燥機で乾燥し、炉上の乾
鉱ビンに貯え、これをチェンコンベア等で切出して自溶
炉シャフト部に設けられた精鉱バーナーに供給される。

また自溶炉排ガスは熱回収のための廃熱ボイラーや電気
収部装置を経て排ガス中のダストが回収されるが、この
ダストのうち粉状物は、必要によっては転炉排ガス中よ
り回収される銅分の多いダスト等と合体され同じく炉上
のダストビンから切出し装置を経て精鉱バーナーに供給
されている。

こ＼で云う鋼滓とは、伸銅製品の表面仕上げの工程から
発生する削り屑や、メッキ工場、化学工場から発生する
スラッジ類、銅屑として回収される電気部品の廃物等の
混合物で通常鋼約３０重量％を含む他、亜鉛、鉛等の金
属も含み、有価金属は酸化物が主体であるが金属状合金
の他、一部には硫酸塩のものも存在する粉状の非自燃物
である。

これらの鋼滓は一般に若干の水分を含むため硫化物銅精
鉱と共に乾燥後、精鉱バーナーに供給されていた。

また自溶炉から発生するダストは、硫化物銅精鉱が酸化
したものが大部分を占めマグネタイト等の３価の鉄が多
く含まれており、且つＳ含有量も少なく、これ自体は非
自燃物である。

このように従来精鉱バーナーを経由してダストや鋼滓の
ような非自燃物を硫化物銅精鉱と共に自溶炉に装入する
と、一般的に云えば微細な硫化物銅精鉱粒子は反応用気
体中の酸素と反応して速やかに昇温し溶融するか、また
は溶融温度に近い温度に達する。然るにダストのような
非自燃物は発熱反応が全くないか、極めて僅かであるた
め、その粒子はシャフト部内の高温の雰囲気によって加
熱されて昇温するため昇温速度は遅く、この温度の低い
粒子が他の溶融した粒子と衝突して合体すると、この合
体した粒子温度が低下し、ひいては全体の反応速度が遅
れると云う問題点があった。

しかも精鉱バーナーを経由してシャフト部内に供給され
る精鉱粒子は反応用気体中の酸素との接触をよくするた
めに、精鉱バーナーベンチュリ一部での流速は反応用気
体が空気の場合は８０〜１２０ｍ／　Ｓ　％酸素富化空
気の場合は１２０〜２４０ｒ＋１／８であることが望ま
しく、従ってダストや鋼滓のような非自燃物を精鉱バー
ナーを経由して装入すると、これらの高速気流にのって
シャフト部内での滞留時間が短かくなると云う問題点が
あった。

発明者は銅精鉱溶解能力１３５０ｔ／ｄの大型自溶炉に
おいて、シャフト部内を懸垂降下する溶融物粒子中の酸
素分圧を測定して、シャフト部内での高さの変化につい
ての値を求めたところ、装入物がダストや鋼滓等の非自
燃物を含有しない場合と、従来の操業と同じように非自
燃物が硫化銅精鉱に混入して装入した場合とではその状
態が大幅に相違することを見出した。

第１図、第２図は酸素分圧の測定結果を１２５０　Ｃの
値に標準化したものと、シャフト部内の高さとの関係を
示すものであり、＃！ＩＩＮはダストを除く全装入物量
に対してダスト９重量％が加えられたものであり、第２
図は装入物中にダスト鋼滓を全く含まない場合である。

第３図は前記酸素分圧の測定位置を示す自溶炉の断面図
で、測定位置は十記号で示しである。（上から精鉱バー
ナーコーン内部、シャフト部４ケ所は側壁煉瓦よりシャ
フト部中心側へ２ｍ寄ったところで、粒子密度の最も高
い所、及びシャフト部直下の鍍抜口の計６ケ所）第３図
において１は自溶炉本体、２はシャフト部、３はセトラ
一部、４は暖抜口、５は鼓抜口Ｓ６は精鉱バーナー、７
は暖、８は皺、Ａ、　１％　ＯＳＤは測定孔を示す。

これまでは微細な硫化物銅精鉱粒子と反応気体中の酸素
とが反応するため、その反応界面の面積は非常に大で、
各粒子がほぼ均一に酸化溶融し、この酸化反応はシャフ
ト部を降下するにつれて進行するので、シャフト部内の
溶融粒子中の酸素分圧を測定するならば、その値は一般
にはシャフト部天井からの垂直距離が増すにつれて増加
する傾向を示すものと考えられていた。

然るに実際は、ダスト装入の有無に拘らずシャフト部天
井から少なくとも途中までは酸素分圧が著しく減少する
ことが第１図、第２図から明らかになった。

この現象は次のように考えると合理的に説明できる。

ダスト等の非自燃物の装入がない場合 精鉱バーナーを介してシャフト部内に分散させられた精
鉱粒子の中には著しく酸化され易い粒子と、や＼酸化さ
れ難い粒子とが存在する。ガス状態で供給された酸素は
シャフト部の上部で殆んど精鉱中の鉄を酸化して精鉱粒
子中に固定される。

この酸化鉄の形態としては８０％以上がＦｅ　Ｏと考え
られる。強度に酸化された粒子はその反応熱で昇温し、
シャフト部の上部で溶融するが、酸化度の低い粒子は反
応熱が不足の為、温度は上るが溶融するに至らない。

発明者が酸素分圧測定に用いた酸素濃淡電池は固体電解
質と測定電極のリード線とが離れており、この両者が電
子伝導体により短絡されて初めて酸素分圧の測定が可能
となるものである。シャフト部内では皺と媛の混合物の
溶融粒子が電子伝導体の役割を果すため、溶融粒子中の
酸素分圧のみが測定され、ガス及び固体粒子については
測定できない。従ってシャフト部上部は強度に酸化され
溶融した粒子中の酸素分圧が測定されるためその値は非
常に高くなる。

この溶融粒子はシャフト部を降下中に他の溶融粒子と衝
突して合体すると共に、酸化度の低い固体粒子とも衝突
し、この際に固体粒子は溶融粒子から受熱して溶融し、
固体粒子中のＦｅＳが次式に従って溶融粒子中のＦｅ　
Ｏを還元する。

Ｆ１３３（Ｓ）　−Ｆｅ５（ｊ）　　　　　　　　　　
　（１）ｐｅｓｃ／）＋３　Ｆｅ　ｏ　（ｔ）−１０Ｆ
ｅ０（１）＋ＳＯ（ｇ）　（２）従ってシャフト部下方
程溶融粒子中の酸素分圧は低下することになる。若し上
記の反応（１）、（２）が終了した後に溶剤と溶融粒子
の衝突が頻繁に起こるならばこの時点で溶融粒子中のＦ
　ｅｏ　（１）の活量を、ｓｌｏ　（ｔ）が著しく低下
させるため酸素分圧が上昇することが期待される。第２
図はこのように想定した通りのことがカーブに示されて
いる。即ち、図ではシャフト部の天井より１７４位下っ
たところまでは酸素分圧は急激に低下し、その後若干上
昇し、半分以上下ったところではもはや変化しないよう
になり、これは酸化溶融反応が実質上終了したことを示
している。

第２図の△、○、◇のマークは測定時期の異なる結果を
示すものである。

ダスト等の非自燃物の装入がある場合 ダストや鋼滓類は非自燃物であるため、酸化による発熱
は期待できず、そこでこのような非自燃物を精鉱と共に
装入した場合、補助燃料を使用して炉内ガス温度を上昇
させ、このガスを介して伝熱によりダスト等の粒子の加
熱が行なわれる。しかしガスによる加熱は効率が悪いた
め、ダスト等の粒子温度は粒子自体の酸化反応熱が期待
できる精鉱等に比較してかなり低いことが予想される。

そこで溶融精鉱粒子、固体精鉱粒子、及びダスト等非自
燃物粒子の王者が同時に衝突した場合、衝突後の合体し
た粒子温度はかなり低下し、（２）式の反応が吸熱反応
であることも相俟って還元反応の進行が遅れる。

このため第１図ではシャフト部天井からセトラ一部に到
達する間酸素分圧は低下を続け、シャフト部では反応が
完了していないことを示している。

第１図Δ、○、◇のマークは測定時期の異なる結果を示
すものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は自溶炉内で硫化物銅精鉱と共にダストや鋼滓等
の非自燃物を供給して処理する際、シャフト部での非自
燃物の温度上昇を従来より容易ならしめ、シャフト部で
の反応に要する時間を短かくでき、より経済的な自溶炉
の操業方法を提供することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述の目的を達するために、ダストや鋼滓等の
非自燃物を精鉱バーナーを経由して高速の気流に乗せる
ことなく自溶炉のシャフト部天井から別途に供給するよ
うにしたものである。

精鉱バーナーを経由することなく、ダストと鋼滓等の非
自燃物をシャフト部に供給する具体的方法としては、例
えば°第４図（ａ）に示すようにシャフト部１の天井に
設置された４ケの精鉱バーナー６の丁度中央部に非自燃
物供給シ五−ト９を設けて、これに非自燃物の貯鉱ビン
より所定量切出して供給するか、或いは第４図（ｂ）、
（Ｃ）に示すようにシャフト部２の天井の精鉱バーナー
６より外側に精鉱シュートと同数の非自燃物供給シュー
ト９を設けて同様にシャフト部２内に供給するようにす
れば良く、両者を併用するのが更に好ましい。

供給された非自燃物のシャフト部２内での分散をよくす
るため非自燃物供給シュート９中央部にモーター駆動の
分散コーンを有していることが好ましい。

〔作用〕

シャフト部内での装入物粒子の滞留時間について考察す
る。

今精鉱ダスト、溶剤等の平均粒径を５０μｍと仮定する
と、シャフト部内でのガスに対する固体粒子の相対落下
速度は約Ｉｏｎである。従って、シャフト部天井から暖
の表面までの高さが８ｍであれば、ガスが静止している
場合は粒子のシャフト部内での滞留時間は約８０秒とな
る。

一方シャフト部内に送り込んだ反応用空気が反応して得
られる排ガスの滞留時間はシャフト部内容積から計算す
ると約３秒である。このときの粒子滞留時間は粒子の静
止ガス中での沈降速度が遅いのでこれが殆んど無視され
て、ガスの滞留時間とほぼ同じく約３秒となる筈である
。

然るに排ガスの実滞留時間は、反応用気体と装入物粒子
との反応性を良くするため精鉱バーナーベンチュリ一部
の流速を早くしているための影響を受けて、□シャフト
部内で部分的に高速の流れを生じて粒子の実滞留時間は
平均約１秒である。

そこでダストや鋼滓等の非自燃物を精鉱バーナーを経由
し′ないで別にシャフト部天井より落下させると、これ
らの粒子は高速にされた反応用気体の流れに乗らないの
で、その滞留時間は３〜８０秒の範囲に入ると考えられ
るので、当然に粒子の受熱量が多くなり、粒子の温度上
昇が期待できる。

非自燃物を精鉱バーナー間に供給する場合は、非自燃物
粒子を精鉱を含んだ気流で取り囲んだ形になるので、こ
の粒子がそのま＼炉外に飛散するチャンスは少ないと考
えられる。

また非自燃物が精鉱バーナーの外側で側壁煉瓦との間に
供給される場合はこの粒子は側壁煉瓦からの放射熱を受
けやすいため、温度が高くなりやすく、精鉱粒子の燃焼
フレームが非自燃物粒子によって遮蔽される効果もあっ
てシャフト部煉瓦の保護にもつながる。

このようにダストや鋼滓等の非自燃物を精鉱バーナーを
経由しないで別にシャフト部天井より供給すればその滞
留時間は、精鉱バーナー経由で供給したときの約１秒よ
りかなり長くなることになり、受熱量が多く、粒子温度
の上昇が容易に行なえる。

（実施例〕 以下実施例について説明する。

実施例 非自燃物装入用シュート９をシャフト部天井に第４図（
ｃ）のように配置した自溶炉を用いて精鉱シュート６か
らは精鉱５０　ｔ／ＨＮ非自燃物装入用シュート９から
は自溶炉ダストを４　ｔ／Ｈの割合で装入した。反応用
酸素富化空気量２６０００　Ｎｍ　／Ｈ（酸素濃度約３
５％）で、純度９０％の酸素５３００　Ｎｍ　／Ｈのう
ち精鉱シュートから３８００　Ｎｍ　／Ｈを、残りを送
風空気中に混入した。また精鉱バーナーのベンチュリ一
部の流速は２１Ｑｍ／ｓθＣとして操業し、酸素分圧の
シャフト部の中部、下部の値を夫々第３図Ａ、Ｄの位置
で、またシャフト部直下の鼓抜口で測定し、これらの値
を１２５Ｏｒの値に標準化した値の比率を求めた。結果
を第１表に示す０比較例 実施例と同量の精鉱と自溶炉ダストを精鉱シュートから
共に装入し、使用空気量、酸素量等は実施例と同じとし
た測定結果を第１表に併記した。

第　　１　　表 実施例　　比較例 シ　測定した起電力ｍＶ　　　　　　　　２６０　　　
２９７ヤ 中、　　　　　　　　温度ｔ：’　　　　　　　　　１
２７５　　　１２９１シ　測定した起電力ｍＶ　　　　
　　　２４８　　　２５９ヤ 下、　　　　　　　　温度Ｃ１２２８１２０７皺　測定
した起電力ｍＶ　　　　　　　２３０　　　２３６抜　
　　　　　　　　温度ｔ：’　　　　　　　　　１１８
５　　　　１１７９「１ ηＤ−Ｄ／Ｍ　　　　　　　　　Ｏ，９８０，９７上表
においてηＡは冶金反応の進行度を示す指標であり、η
Ｄは精鉱バーナーの性能を表わす評価値であるが、上表
の結果から見るとηＤの値においては実施例と比較例と
の間にあまり差がないが、ηＡの値については比較例の
０．９３から本発明の実施例では０．９７まで改善され
ており、比較例におけるηＤの値と等しい。このことは
本発明方法を実施すれば、第３図のＡの位置で従来法の
Ｄの位置に至るまでの反応が既に終了しており、第３図
に示す測定位置Ａ−Ｄ間の高さ約２ｍが減少できること
を示している。

〔発明の効果〕

本発明の方法によれば、ダストや鋼滓のような非自燃物
のシャフト部内での滞留時間が精鉱に比して長くなるた
めシャフト部高さが従来のま＼であれば反応に与る機会
が増してセトラ一部への未溶融物の堆積やダストとして
の飛散も減少することが期待され、また装入物全体から
見れば反応終了時間が従来より短かくなるため、シャフ
ト部高さが短かく、エネルギー損失の少ない自溶炉の設
計に資することができる利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は精鉱バーナーからシャフト部に、非自燃物も含
めて全装入物を装入したときの、シャフト部からセトラ
一部に向っての各距離における酸素分圧の変化状態を示
した図、第２図は非自燃物を除いて全装入物をシャフト
部に精鉱バーナーから供給したときの第１図と同様の図
、第３図は自溶炉の説明用断面略図、第４図（ａ）は本
発明方法を実施する場合の非自燃物供給シュートの配置
状態の一例を示す第１図の上面略図、第４図（ｂ）は非
自燃物供給シュートの配置状態の異なる例を示す第４図
（ａ）と同様の図、第４図（ｃ）は非自燃物供給シュー
トの配置状態の別の例を示した第４　図（ａ）と同様の
図である。 １・・自溶炉本体、２・・シャフ、ト部、３゛°セトラ
一部、４・・媛抜口、５・・鼓抜口、６・・精鉱バーナ
ー、７・・媛、８・・鼓、９・・非自燃物供給シュート
。 第１図 第２図 シマフト部天井力゛らの距離１ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）自溶炉に装入する製錬炉排ガス処理系統で回収さ
   れたダスト、銅滓等の非自燃物を精鉱バーナーを経由す
   ることなく自溶炉シャフト部天井から供給することを特
   徴とする自溶炉の操業方法。