JP2003041328A - マット溶錬炉溶体レベル測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課 題】 個人差が入らず棒の腐食状態や昇降速さに
も影響されず容易かつ正確に溶体レベルを測定できるマ
ット溶錬炉溶体レベル測定方法を提供する。 【解決手段】 マット溶錬炉のセットラー３内で複数の
層をなす溶体５，６，７のレベルを測定する方法であっ
て、セットラーの天井に設けた穴14から測定用棒12を垂
下して溶体に浸漬後引き上げ、この浸漬部16を冷却しな
がらサーモグラフィ装置13で撮影し、得られたサーモ画
像から溶体各層の境界を判定し、その結果を用いて溶体
レベルを算出する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、セットラーを有す
る自溶炉、反射炉等のマット溶錬炉のセットラー内の溶
体レベルを測定するマット溶錬炉溶体レベル測定方法に
関する。 【０００２】 【従来の技術】従来のマット溶錬炉溶体レベル測定方法
について、マット溶錬炉が銅製錬用自溶炉である場合を
例として説明する。例えば図１に示すように、自溶炉１
によるマット溶錬操業では、シャフト２の頂部から精鉱
バーナ10を用いて銅精鉱、フラックスその他の装入物お
よび微粉炭、コークスなどの燃料を、炉頂ダクト11に別
途配送された熱風（予熱された酸素富化空気）とともに
シャフト２内に吹き込む。シャフト２内では、装入物の
酸化反応熱と燃料の燃焼熱により銅精鉱の溶解および酸
化が進行し、硫化銅、硫化鉄を主成分とする溶体（マッ
ト５）と、マグネタイトやAs，Sb等を多く含む溶体（中
間物６）と、酸化鉄の珪酸塩を主成分とする溶体（スラ
グ７）と、亜硫酸ガスとが生成して溶体はセットラー３
内に蓄積する。 【０００３】セットラー３内に蓄積した溶体は比重の違
いにより３層に分離し、下から順にマット層、中間層
（中間物の層）、スラグ層が形成される。亜硫酸ガスは
スラグ層の上空を流れ、硫酸工場にガス吸引される。マ
ット５は間欠的にマットホール８から抽出（タッピン
グ）され、レードルを介して転炉工程に送られる。スラ
グ７は連続的あるいは間欠的にスラグホール９から抽出
され、錬かん炉に送られたり水砕処理などを施される。
中間物６は炉内のバランスの変化により、スラグ層やマ
ット層に溶解吸収されたり、 独立層として顕著に出現し
たりを繰り返しながら、 存在する。亜硫酸ガスはアップ
テイク４を経て硫酸工場へ配送され、硫酸製造の原料と
される。 【０００４】かかる自溶炉操業では、セットラー内のマ
ット〜スラグ層の厚みが重要な管理項目である。この管
理を誤ると、以下のような各種トラブルが発生するから
である。すなわち、マット層が薄くなりすぎる（マット
レベルが下がりすぎる）と、転炉にその操業を持続させ
るに足るだけのマット量を送れなくなって転炉操業の稼
働率が下がる。そのため、銅精鉱の装入量を増やしてマ
ットレベルを上げる措置がとられたり、マット品位を下
げてマット量を増やすなどの処置が行われるが、逆に、
マット層が厚くなりすぎる（マットレベルが上がりすぎ
る）と、中間物がスラグホールから流出してスラグ品位
（スラグのCu品位＝スラグロス）が高くなる。さらに
は、スラグを水砕からみとして処理する場合において、
マットがスラグホールから流出してスラグ水砕処理用の
水に触れて水蒸気爆発を誘発する危険性がある。 【０００５】また、マットの抽出完了後はマットホール
を耐火物で塞ぎ、次回のマット抽出時にマットホールの
再穿孔を行うが、マット抽出時にマットレベルを下げす
ぎてマットホールから中間物やスラグを流出させてしま
うと、転炉において造かん期に溶体の吹き上げを発生せ
しめたり、スラグがマットホールに固着して再穿孔に時
間がかかるなど、無駄な労力が費やされる。 【０００６】また、マットまたはスラグ抽出時にマット
レベルまたはスラグレベルを下げすぎてスラグホールを
炉内ガス相に貫通させてしまうと、亜硫酸ガスが炉外に
噴出したり、あるいは大気が炉内に流入して炉内温度低
下や亜硫酸ガス濃度低下などの操業トラブルの原因とな
る。マット〜スラグ層の厚みは上述のように重要な管理
項目であることから、理論的推定のみに頼らず炉内溶体
レベルを実際に測定し、その結果に基づいて管理されて
いる。溶体レベルの測定方法には、従来、以下のような
方法がある。 【０００７】（従来法Ａ）セットラーの天井に設けた穴
から測定用棒（鉄棒）を垂下しその先端部を溶体に浸漬
後引き上げ、この浸漬部に付着した溶体サンプルの凝固
付着形状の違いを目視で読み取って各溶体層の厚みを判
定する。 （従来法Ｂ）溶湯（溶体）またはこれと電気的に接続さ
れている部分（負極）と、溶湯上方〜溶湯底部間を上下
動する耐熱導電性の棒 (正極）との間に所定の電圧を負
荷して電流を流し、その電流の変化によってそれぞれの
溶湯深度を測定する（特開昭61−225575号公報）。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来法Ａでは、微妙な凝固形状差の読み取りに熟練を要
し、しかも個人差が入るため、測定値のばらつきが大き
く正確な溶体レベルを把握しにくい。また、前記従来法
Ｂでは、電流変化の挙動が耐熱導電性の棒（例：鉄棒）
の腐食状態に大きく影響され、しかも棒の昇降速さの誤
差がそのまま溶体レベルの測定誤差となるため、測定値
が従来法Ａと同程度あるいはそれ以上にばらつき、正確
な溶体レベルを把握しにくい。 【０００９】本発明の目的は、これら従来技術の難点を
解決し、個人差が入らず棒の腐食状態や昇降速さにも影
響されず容易かつ正確に溶体レベルを測定できるマット
溶錬炉溶体レベル測定方法を提供することにある。 【００１０】 【課題を解決するための手段】本発明者らは前記目的を
達成すべく鋭意検討した結果、棒に付着して上がってき
た溶体サンプルを冷却しながらサーモグラフィ装置で撮
影し、得られたサーモ画像を観察することにより、マッ
ト、中間物、スラグの境界を正確に判別しうることを見
出し、本発明をなすに至った。 【００１１】すなわち、本発明は、マット溶錬炉のセッ
トラー内で複数の層をなす溶体のレベルを測定する方法
であって、セットラーの天井に設けた穴から測定用棒を
垂下して溶体に浸漬後引き上げ、この浸漬部を冷却しな
がらサーモグラフィ装置で撮影し、得られたサーモ画像
から溶体各層の境界を判定し、その結果を用いて溶体レ
ベルを算出することを特徴とするマット溶錬炉溶体レベ
ル測定方法である。 【００１２】 【発明の実施の形態】図２は本発明の１実施形態を示す
模式図であり、12は測定用棒 (例：鉄棒）、13はサーモ
グラフィー装置、14はセットラー３の天井に設けた穴、
15は表示装置、16は浸漬部（溶体付着部）であり、図１
と同一または相当部材には同じ符号を付し説明を省略す
る。 【００１３】本発明において、鉄棒12の垂下、浸漬、引
き上げまでは前記従来法Ａと同じであり、引き上げられ
た鉄棒12には下端側から順に異種の溶体（マット５、中
間物６、スラグ７）が付着している。一般的に、マット
の比熱は0.59〜0.63kJ/kg/K、スラグの比熱は1.0 〜1.2
kJ/kg/Kといわれている。中間物は組成が複雑で比熱の
特定は困難であるが、主成分であるマグネタイトの比熱
（約870kJ/kg/K）に近いものと推察され、これはマッ
ト、スラグの比熱よりも格段に大きい。そのため、引き
上げ後の鉄棒の浸漬部（溶体付着部）16では、中間物６
の冷却が他よりも大幅に遅れることとなり、冷却途上で
中間物６とその両隣のマット５およびスラグ７との間に
大きな温度差が生じる。 【００１４】本発明では、この冷却途上の溶体付着部15
をサーモグラフィ装置13で撮影するようにしたから、表
示装置14のモニタ画面に比較的高温の中間物６が比較的
低温のマット５とスラグ７とに挟まれていてこれらの境
界が個人差によらず判然と視認できるサーモ画像が得ら
れる。このサーモ画像の撮影映像の１例を図３に示す。
鉄棒＋付着物の直径は略50mm（ただし、これに限定され
ない。）であり、原画像は256 階調に色分けされたカラ
ー映像で、中間物６の部分は赤、マット５とスラグ７の
部分は黄〜緑で表示されている。これらの色領域の境界
位置は±10mm以内の精度で読み取ることができ、これは
溶体レベルの測定精度として十分なものである。因み
に、前記従来法Ａによる測定精度は±50mm程度であっ
た。 【００１５】なお、図３のようなサーモ画像の判別境界
で境された各領域に存在する付着物が実際の各溶体のサ
ンプルに該当するものであることは、当該付着物の成分
分析（分析法：蛍光Ｘ線分析）により確認済みである。
かくして精度よく判別された境界位置と鉄棒の炉内到達
最低位置（垂下距離）とから、セットラー内のマット
層、中間層、スラグ層の正確な厚み（またはレベル）を
容易に算出することができる。 【００１６】また、サーモ画像におけるマット／中間物
間および中間物／スラグ間の境界位置は、各付着物の比
熱と鉄棒の垂下距離のみに依存し、鉄棒の腐食状態や垂
下あるいは引き上げの速さとは無関係なのでそれらのば
らつきに起因する誤差が入り込む余地はない。次に、本
発明における好ましい測定条件について述べる。 【００１７】・棒（測定用棒を指す。以下同じ。）の材
質とサイズ（直径、長さ） 材質は、炭素鋼、ステンレス鋼などのいずれでもよい。
直径は、小さすぎると剛性、耐久性の点で問題があり、
大きすぎるとハンドリングが厄介となるので、30〜50mm
程度が望ましい。長さは、炉のセットラー部のディメン
ジョン（主に高さ）によるもので、通常、セットラー天
井レンガ面上に或る定点を設定し、マットレベルまで十
分到達しうる長さの棒を用いる。 【００１８】・棒の浸漬時間 10秒未満の浸漬では溶体付着量が少なすぎて異種溶体間
の温度差が発現しにくいので、棒の浸漬時間は10秒以上
とするのが好ましい。また、60秒を超えて浸漬しても溶
体付着量はそれ以上増えず、境界の明瞭さが増すわけで
もなく、測定作業時間を徒費するだけであるから、棒の
浸漬時間は60秒以下とするのが好ましい。なお、ここで
いう浸漬時間とは、棒の垂下（下降）完了〜引き上げ開
始の間の時間である。 【００１９】・引き上げ後の溶体付着部の冷却方法 溶体付着部の冷却方法は、自然放冷、強制空冷（軸流フ
ァンなどによる）、内部水冷（棒の内部に通水して冷
却）などのいずれを採用してもよい。 ・サーモグラフィー装置 サーモグラフィー装置としては、例えばＮＥＣ三栄株式
会社製のサーモビューワーTS-5304 等が好ましく用いう
る。 【００２０】・サーモ画像による境界判定タイミング 棒の引き上げ直後から５秒間は、棒に付着した異種溶体
相互間の温度差が小さすぎて境界が不明瞭なため、サー
モ画像による境界判定は棒の引き上げ直後から５秒以上
経過後に行うのが好ましい。また、溶体付着部が冷え切
ってからでは温度差が解消して境界判別は不可能である
から、冷却途上で境界判定する必要があることはいうま
でもないが、サーモ画像内の最高温度（中間物付着域内
で示値される）が500 ℃を下回ると温度差が漸減して境
界が不明瞭になってくるので、冷却途上での境界判定は
サーモ画像内の最高温度が500 ℃以上の範囲にあるうち
に行うのが好ましい。なお、より好ましくは 600℃以
上、それよりもさらに好ましくは700 ℃以上である。 【００２１】また、本発明の溶体レベル測定方法は自動
的に行うことが好ましく、その場合、棒の昇降を計器室
からの遠隔操作で行い、棒近傍の定位置に設置したサー
モグラフィ装置にて棒の引き上げ直後から溶体付着部を
モニタし、そのサーモ画像を計器室内で観察できるよう
にしておくとよい。さらに、境界を自動的に判別可能と
しておけばより一層好ましい。境界の自動判別は、例え
ば、コンピュータにより画像内の最高温度が所定の範囲
（例えば500 〜1000℃）にあるときのサーモ画像を解析
して、同画像の溶体付着部領域内で最高温度との温度差
が所定の閾値 (例えば150 ℃）以内となっている高温部
分を抽出し、当該高温部分の棒下端側の端とその反対側
の端をそれぞれマット／中間物間境界、中間物／スラグ
間境界とする、などの方法で容易になしうる。 【００２２】本発明によれば、セットラー内のマットレ
ベルを正確に測定できるから、転炉へマットを過不足な
く安定供給でき、したがって、転炉でのマット待ち時間
を短縮でき、かつマット溶錬炉でのマットレベルの過低
位側への誤判定によるマットの過剰増産や過高位側への
誤判定による過剰減産も回避できて、最も効率のよい操
業状態が実現し、転炉とマット溶錬炉の双方で生産性が
向上する。 【００２３】また、セットラー内の中間層、スラグ層の
厚みも正確に測定できるから、中間物をスラグホールか
ら誤ってタッピングすることがなく、したがって、恒常
的に低Cu品位（低スラグロス）のスラグが得られる。さ
らに、本発明によれば、自溶炉操業のキーファクターで
ある生成中のマット品位をより安定化させることができ
る。というのは、マット品位とマット生成量との間には
負の相関関係があることがわかっており、マット生成量
を精度よく推定できれば前記相関関係からマット品位を
精度よく推定できる。ところでマット生成量は銅精鉱の
品位、装入重量とマットレベルの上昇度から算出しうる
が、このマットレベルの上昇度はマットレベルの測定値
から導出できる。しかるに本発明では正確なマットレベ
ル測定値が得られるので、マットレベルの上昇度の導出
精度が向上し、その結果マット生成量の推定精度が向上
し、マット品位を精度よく推定できるようになる。 【００２４】したがって、本発明による溶体レベル測定
の頻度を上げることで、生成中のマット品位をほぼリア
ルタイムで正しく推定できるようになり、それゆえ、マ
ットタッピング時の直接分析に頼る従来のマット品位管
理方式が抱えていた弱点すなわちサンプリング点数の不
足からくる操業アクションの遅れを解消することがで
き、生成中のマット品位をより安定させることができ
る。 【００２５】 【実施例】図１に示した銅製錬用自溶炉（銅精鉱処理能
力100ton/h）において、セットラー内に成層している異
種溶体のレベルを本発明に従い図２に示した方法により
30分間隔で測定しながら操業を行った実施例について説
明する。この実施例では、直径40mm×長さ2990mmの鉄棒
を炉内に垂下して、鉄棒下端を溶体内のセットラー底か
ら所定の高さｈ_BE（＝500 mm）の位置に到達させ、この
位置に40秒間保持後、引き上げて所定の観測位置に静止
懸垂し、溶体付着部を自然放冷しながらサーモビューワ
ーで撮影した。鉄棒の昇降は計器室からの遠隔操作で行
った。 【００２６】この撮影した映像（サーモ画像）を、計器
室内に配置した表示装置のモニタ画面に２次元温度分布
の256 階調色分け表示パターンとして表示し、該表示画
像（例：図３）内の最高温度が700 〜800 ℃の範囲に入
ったとき（引き上げ直後から略５〜10秒経過後）の色パ
ターンから、マット／中間物間、中間物／スラグ間、お
よびスラグ／ガス間（図示省略）の境界を目視判定し、
これら境界の判定位置Ｐ_MC、Ｐ_CS、Ｐ_SGの鉄棒下端から
の距離ｈ_MC、ｈ_CS、ｈ_SGを求め、式：ＭＬ＝ｈ _BE＋
ｈ_MC、ＣＬ＝ｈ_BE＋ｈ_CS、ＳＬ＝ｈ_BE＋ｈ_SGによりマッ
トレベルＭＬ、中間層レベルＣＬ、スラグレベルＳＬを
算出した。この算出にあたっては、表示装置に組み込ま
れている画像処理機能の一部（画面上の各境界の判定位
置Ｐ_MC、Ｐ_CS、Ｐ_SGをマウス等で指定するとｈ_MC、
ｈ_CS、ｈ_SGおよびＭＬ、ＣＬ、ＳＬを自動演算し、その
結果を表示する機能）を用いた。なお、引き上げ直後で
は溶体付着部の温度は約1100〜1250℃である。 【００２７】この実施例において、溶体レベル測定精度
が従来（従来法Ａで測定していた）の±50mmから±10mm
へと大幅に向上し、以下のような種々の操業改善効果が
得られた。 ・適量のマットを転炉に安定供給できるようになり、転
炉のマット待ち時間が短縮して転炉の生産性（ton/h ）
が従来に対し５％向上した。 【００２８】・レベル誤判定によるマットの過剰な増産
や減産が回避され、自溶炉の生産性が従来に対し６％向
上した。 ・マットレベルの適位安定化に伴い、従来では63±３％
であった自溶炉のマット品位が、実施例では63±1.5 ％
へと安定化した。 ・従来では0.8 ±0.20％であった自溶炉のスラグ品位
（スラグロス）が実施例では0.8 ±0.15％へと安定化し
た。 【００２９】・マットレベル誤判定によるマットタッピ
ング時の中間物流出が発生しなくなり、マットホールの
再穿孔所要時間が従来に対し３％短縮した。 ・従来では10回／年程度の割で発生していた小規模なス
ラグ水砕樋での水蒸気爆発トラブルが、実施例では全く
発生しなくなった。 なお、ここまでのところでは、自溶炉への適用例を用い
て本発明を説明してきたが、セットラー部を有するマッ
ト溶錬炉でありさえすれば自溶炉以外のどんな炉（例え
ば反射炉など）に対しても本発明が適用できて、自溶炉
の場合と同様の効果が得られることはいうまでもない。
また、錬かん炉においても同様に適用できる。 【００３０】 【発明の効果】かくして本発明によれば、マット溶錬炉
セットラー内の溶体レベルを、個人差なく棒の腐食状態
や昇降速さにも影響されず、容易かつ正確に測定できる
ようになり、転炉、マット溶錬炉双方での生産性が向上
するとともに、マット溶錬炉でのマット品位、スラグ品
位をより安定化させることができるようになる等々の優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】自溶炉によるマット溶錬操業の説明図である。 【図２】本発明の１実施形態を示す模式図である。 【図３】引き上げ後冷却途上の鉄棒浸漬部のサーモ画像
例を示す原カラー画像のモノクロコピー図である。 【符号の説明】 １ 自溶炉 ２ シャフト ３ セットラー ４ アップテイク ５ マット ６ 中間物 ７ スラグ ８ マットホール ９ スラグホール 10 精鉱バーナ 11 炉頂ダクト 12 測定用棒 (例：鉄棒） 13 サーモグラフィー装置 14 穴 15 表示装置 16 浸漬部（溶体付着部）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 マット溶錬炉のセットラー内で複数の層
   をなす溶体のレベルを測定する方法であって、セットラ
   ーの天井に設けた穴から測定用棒を垂下して溶体に浸漬
   後引き上げ、この浸漬部を冷却しながらサーモグラフィ
   装置で撮影し、得られたサーモ画像から溶体各層の境界
   を判定し、その結果を用いて溶体レベルを算出すること
   を特徴とするマット溶錬炉溶体レベル測定方法。