JP2003193146A - 金属製錬炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ランス内の送風圧力によることなくランス先
端と熔体表面との間の距離を常に適切に維持し、ひいて
は満足すべき製錬反応効率、操業の安定性・経済性、作
業環境を得ることができる金属製錬炉の操業方法を提供
する。 【解決手段】 金属製錬炉の上方より内部に挿入したラ
ンスを用いて製錬反応を起こさせる方法において、熔体
温度、熔体酸素分圧およびランス内反応用気体の線風速
の３要因とランス熔損速度との関係式を予め求めてお
き、該３要因を実測し、ランス熔損速度の目標値が得ら
れるように該３要因の内の１要因を該関係式を用いて調
整し、このように調整しながら該ランス熔損速度の目標
値に合わせてランス位置を下げていくことを特徴とす
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、ランスを用いて金
属製錬炉を操業する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ランスを用いて金属製錬炉を操業する、
すなわち金属製錬炉の上方より内部にランスを挿入し、
該ランスの先端より反応用気体を熔体表面に吹き付けて
または熔体中に吹き込んで製錬反応を起こさせる方法が
知られている。

【０００３】このような方法の例として、銅品位30質量
％前後の銅精鉱から銅メタルを生産する銅乾式製錬工程
がある。この銅乾式製錬工程の中には、銅品位60〜70質
量％程度の中間生成物であるマットを銅精鉱からつくる
熔錬工程と、銅品位約99質量％の粗銅をマットからつく
る転炉工程とがある。この熔錬工程と転炉工程の操業形
態は、各製錬所によって多種多様であるが、反応用気体
として酸素や酸素富化空気を、単独でまたは固体状や気
体状の燃料とともに用いる。

【０００４】例えばアイザ法と呼ばれる製錬法では、縦
型の円筒炉を用いて浸漬式ランスにより熔錬を行う。す
なわち、スラグ組成を調整するための硅石とともに、炉
上部から炉内の熔体上に、銅精鉱を装入する。併せて、
炉上方からランスを挿入し、ランス先端の気体吹き出し
口を熔体中に数10cm浸漬しながら反応用気体を供給す
る。こうして銅精鉱中の硫化鉄、硫化銅の酸化反応を進
行させて、マットとスラグとを生成させる。それととも
に二酸化硫黄ガスが発生するので、それを排出する。

【０００５】このアイザ法では、熔体中に浸漬するラン
スの浸漬深さ（ランス浸漬深さ）が、製錬反応効率、操
業の安定性・経済性、作業環境などの観点から非常に重
要である。ランス浸漬深さが浅すぎると、反応用気体が
熔体に供給されず、未反応のままに排出ガス中に混じっ
て放出される量が増加する。その結果、酸素効率の低下
や、熔体の撹拌不足が生じる。さらには、ランスから反
応用気体を供給するための送風電力を浪費したり、生成
するスラグやマットの品位が安定せず操業が困難となっ
たりする。反対に、ランス浸漬深さが深すぎると、ラン
スの送風圧力が上昇したり、熔体から飛散するスプラッ
シユの量が増加したりする。その結果、やはり送風電力
を浪費したり、炉体内の耐火物が急激に損傷したり、炉
上部の開口部から熔体が飛散して作業環境が悪化したり
するなどの問題が発生する。

【０００６】ランス浸漬深さが非常に重要であること
は、非浸漬式のあて吹き式ランスにより製錬を行う方法
においても同様である。熔体上のランス先端から熔体表
面までの距離が離れすぎると、酸素効率の低下や、熔体
の撹拌不足が生じる。また、近すぎると、送風圧力の上
昇や、スプラッシュ量の増加などの問題が発生する。

【０００７】ところで、ランス先端は、高温下での熔体
との接触により浸食され、徐々に短くなる。従って、熔
体上のランス先端から熔体表面までの距離やランス浸漬
深さ（ランス先端と熔体表面との間の距離）を常に適切
に維持するために、ランスの熔損速度に合わせて、時間
の経過とともに、ランスの位置を下げる必要がある。

【０００８】しかるに、ランスの熔損速度は、種々の要
因の影響を受けて、刻々と変化するのが実際である。従
って、刻々と変化するランス熔損速度を時間の経過とと
もに把握することは困難である。なお、ランスを一定時
間毎に引き上げて熔損速度を実測すること自体は可能で
ある。しかし、このことは、ランスが高温であるため危
険を伴うばかりでなく、操業を頻繁に中断するため、操
業の安定性・経済性、作業環境などの観点から採用しが
たい。

【０００９】従来は、ランスからの送風に対する抵抗が
ランス先端と熔体表面との間の距離によって変わると考
えられていた。そのために、ランスからの送風に対する
抵抗を測定することにより、ランス先端と熔体表面との
間の距離を常に適切に維持しようとしていた。すなわ
ち、ランス先端と熔体表面との間の距離とランス内の送
風圧力との関係を事前に求めておく。そして、操業中に
ランス内の送風圧力を測定し、その圧力値と該関係によ
ってランスの設定高さ（ランスの位置を下げる度合い）
を調整することが行われていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ランス
先端と熔体表面との間の距離をランス内の送風圧力によ
って管理する上記の従来方法では、満足すべき製錬反応
効率、操業の安定性・経済性、作業環境が得られなかっ
た。

【００１１】これに対して本発明者は、上記従来方法で
は、ランス先端と熔体表面との間の距離を十分適切には
維持し得ないと考えた。すなわち、ランス内の送風圧力
は、ランス先端と熔体表面との間の距離ばかりに影響さ
れるのではない。例えば、浸漬式ランスの場合、ランス
先端部で熔体が凝固しランス先端部の気体吹き出し口に
固着するようなことが発生すると、気体吹き出し口の開
口面積が減少して送風抵抗が上昇する。そのため、送風
圧力が上昇する。また、あて吹きランスでも、スプラッ
シュなどが気体吹き出し口に固着するようなことが発生
すると、浸漬式ランスの場合と同様に、送風圧力が上昇
する。そのため、ランス先端と熔体表面との間の距離と
は直接関係のない要因でランス内の送風圧力の上昇が生
じると、浸漬式ランス（非浸漬式ランス）の場合、この
距離が大きすぎる（小さすぎる）と判断し、この距離を
小さくする（大きくする）という誤った操作を行うこと
になる。その結果、酸素効率が低下したり、生成物の品
位が不安定になったりしていたと考えた。

【００１２】そこで、本発明の課題は、ランス内の送風
圧力によることなくランス先端と熔体表面との間の距離
を常に適切に維持し、ひいては満足すべき製錬反応効
率、操業の安定性・経済性、作業環境を得ることができ
る金属製錬炉の操業方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の金属製錬炉の操業方法は、金属製錬炉の上方
より内部にランスを挿入し、該ランスの先端より反応用
気体を熔体表面に吹き付けてまたは熔体中に吹き込んで
製錬反応を起こさせる方法において、熔体温度、熔体酸
素分圧およびランス内反応用気体の線風速の３要因とラ
ンス熔損速度との関係式を予め求めておき、該３要因を
実測し、ランス熔損速度の目標値が得られるように該３
要因の内の少なくとも１要因を該関係式に対し用いて調
整し、このように調整しながら該ランス熔損速度の目標
値に合わせてランス位置を下げていくことを特徴とす
る。

【００１４】金属製錬炉が銅精鉱からマットを生成する
もの、またはマットから粗銅を生成するものである場
合、上記本発明における関係式は次の式２が好ましい。

【００１５】

【式２】

【００１６】

【発明の実施の形態】金属製錬炉の操業におけるランス
熔損速度は、炉内熔体の温度や酸化度、さらにはランス
内反応用気体の線風速の３要因によって実質的に表され
る。すなわち、熔体温度が低くなるほど、熔体の酸素分
圧が大きくなる（熔体の酸化が進む）ほど、ランス内反
応用気体の線風速が大きくなるほど、ランス熔損速度が
低下する傾向がある。

【００１７】そこで、本発明の金属製錬炉の操業方法に
おいては、熔体温度、熔体酸素分圧およびランス内反応
用気体の線風速の３要因とランス熔損速度との関係式を
予め求めておく。実際の金属製錬炉操業の際には、熔体
温度、熔体酸素分圧およびランス内反応用気体の線風速
の３要因を実測し、ランス熔損速度の目標値が得られる
ように該３要因の内の１要因（調整要因）を上記関係式
を用いて調整する。すなわち、上記３要因の内の残りの
２要因の実測値およびランス熔損速度の目標値（ある一
定値）を上記関係式に代入し、上記調整要因の計算値を
算出し、上記実測値が該計算値になるように該調整要因
を調整する。そして、このように調整しながら、上記ラ
ンス熔損速度の目標値に合わせてランス位置を下げてい
く。

【００１８】本発明は以上の通りであるので、本発明に
より、ランス熔損速度をある一定の値で維持するととも
に、ランス先端と熔体表面との間の距離（相対的な位置
関係）を常に適切にかつ簡便に維持することができ、ひ
いては満足すべき製錬反応効率、操業の安定性・経済
性、作業環境を得ることができる。

【００１９】ここで、熔体温度と、熔体酸素分圧は消耗
型酸素センサー（ヘレウス・エレクトロナイト製）によ
り測定し、ランス内反応気体の線速度はオリフィス式流
量計の計測値と、ランス内断面積とから算出した。

【００２０】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明をさらに説明す
る。

【００２１】［実施例１〜４］ （１）３要因とランス熔損速度との関係の調査 固化したマットを酸化してスラグと粗銅を生成する試験
をあて吹き式ランスにより行った。この試験では、熔体
温度、熔体酸素分圧およびランス内反応用気体（ランス
内酸素富化空気）の線風速の３要因とランス熔損速度と
の関係を調査した。結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】ランス熔損速度を説明するための独立変数
を、熔体温度、熔体酸素分圧およびランス内酸素富化空
気の線風速の３つとし、上記結果を用いて重回帰分析を
行った。結果を表２および表３に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】自由度を修正した補正R²は0.82と高い値を
示しており、選定した独立変数が適切であったことを裏
付けている。この結果から、熔体温度と熔体酸素分圧と
ランス内酸素富化空気の線風速が既知である場合のラン
ス熔損速度を推定する次の式３が得られる。なお、式３
において、Tは熔体温度(℃)、P_o2は熔体酸素分圧(at
m)、Vはランス内酸素富化空気の線風速(m/sec)である。

【００２７】

【式３】

【００２８】（２）銅熔錬試験 銅精鉱の熔錬試験炉に精鉱と硅石を装入し、選定した径
（50および32Asch40）のランスにより酸素富化空気を供
給して、マットとスラグを生成する試験を４日間実施し
た。

【００２９】試験中、熔体温度、熔体酸素分圧およびラ
ンス内酸素富化空気の線風速の３要因を２時間毎に実測
し、ランス熔損速度の目標値が得られるようにランス内
酸素富化空気の線風速を上記式３を用いて調整した。す
なわち、熔体温度と熔体酸素分圧との実測値およびラン
ス熔損速度の目標値を上記式３に代入し、ランス内酸素
富化空気の線風速の計算値を算出し、上記実測値が該計
算値になるようにランス内酸素富化空気の線風速を調整
した。熔体温度および熔体酸素分圧は、成り行きに任せ
て調整しなかった。

【００３０】なお、ランスの熔損速度の目標値は、最初
の２日間が100mm/H、後半の２日間が50mm/Hとした。ま
た、上記ランス熔損速度の目標値に合わせて、30分毎に
ランス位置を下げた。さらに、１日毎にランスを交換し
た。そして、交換したランスから１日間の熔損量を実測
し、ランス熔損速度（１時間当たりの熔損量）を算出し
た。

【００３１】４日間の試験中、安定に操業できた。第１
日〜第４日（順次、実施例１〜実施例４）の結果を表４
〜表７に順次示す。

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】

【表６】

【００３５】

【表７】

【００３６】上記４日間のマット・スラグ生成試験にお
いて、ランス熔損速度の目標値が得られるようにランス
内酸素富化空気の線風速を上記式３を用いて調整しなが
ら、ランス熔損速度の目標値に合わせてランス位置を下
げたことにより、次のことが分かる。すなわち、ほぼ所
期通りのランス熔損速度が得られたこと、およびランス
先端と熔体表面との間の距離を常にほぼ一定に適切にか
つ簡便に維持できたことが分かる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、ランス内の送風圧力に
よることなくランス先端と熔体表面との間の距離を常に
適切にかつ簡便に維持し、ひいては満足すべき製錬反応
効率、操業の安定性・経済性、作業環境を得る金属製錬
炉の操業方法を提供することができる。

フロントページの続き (72)発明者 川中 一哲 愛媛県新居浜市磯浦町17−５ 住友金属鉱 山株式会社新居浜研究所内 Ｆターム(参考） 4K001 AA09 BA04 DA03 EA03 GA05 GA06 GB03 GB11 JA01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製錬炉の上方より内部にランスを挿
   入し、該ランスの先端より反応用気体を熔体表面に吹き
   付けてまたは熔体中に吹き込んで製錬反応を起こさせる
   方法において、熔体温度、熔体酸素分圧およびランス内
   反応用気体の線風速の３要因とランス熔損速度との関係
   式を予め求めておき、該３要因を実測し、ランス熔損速
   度の目標値が得られるように該３要因の内の少なくとも
   １要因を該関係式に対し用いて調整し、このように調整
   しながら該ランス熔損速度の目標値に合わせてランス位
   置を下げていくことを特徴とする金属製錬炉の操業方
   法。
2. 【請求項２】 金属製錬炉は銅精鉱からマットを生成す
   るものまたはマットから粗銅を生成するものであり、関
   係式は次の式１ 【式１】 で表される請求項１記載の金属製錬炉の操業方法。