JP2004156807A - 製錬炉及び炉況検知方法、操業方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】炉況を適正に制御する。
【解決手段】製錬炉１を、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の冷却を行うジャケット３と、ジャケット３に冷媒を供給する冷媒供給装置４と、ジャケット３に供給される冷媒の温度を測定する供給側温度測定器６と、ジャケット３から排出される冷媒の温度を測定する排出側温度測定器７と、供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７からその測定値を信号として受け、これらの測定値から、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくはジャケット３における抜熱量の時系列変化を求める演算装置８と、溶湯の温度を測定する溶湯温度測定装置９とを有する構成とする。
【選択図】 図１
【解決手段】製錬炉１を、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の冷却を行うジャケット３と、ジャケット３に冷媒を供給する冷媒供給装置４と、ジャケット３に供給される冷媒の温度を測定する供給側温度測定器６と、ジャケット３から排出される冷媒の温度を測定する排出側温度測定器７と、供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７からその測定値を信号として受け、これらの測定値から、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくはジャケット３における抜熱量の時系列変化を求める演算装置８と、溶湯の温度を測定する溶湯温度測定装置９とを有する構成とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉱石や、有価金属を含むスクラップ、澱物（スラッジ）等の製錬に用いられる製錬炉、及び炉況検知方法、操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような製錬炉は、製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯に製錬の少なくとも一つの段階における処理を施すものであって、製錬設備の少なくとも一部を構成している。そして、製錬設備を構成する他の炉との間での溶湯のやり取りには、例えば、樋やレードル等が用いられる。
例えば、後述する特許文献１には、銅製錬に用いる製錬設備として、原料である銅精鉱を加熱溶融してマット（カワ）とスラグ（カラミ）とを有する溶湯を生成する溶錬炉（Ｓ炉）と、この溶錬炉で生成されたマットとスラグとを分離する分離炉（ＣＬ炉）と、この分離炉で分離されたマットからさらに鉄をスラグとして分離して、高純度の粗銅を製錬する製銅炉（Ｃ炉）とを有する製錬設備が記載されている。
特許文献１では、製錬設備を構成する各製錬炉は、炉本体内への原料または溶湯の供給を連続的に行うとともに、炉本体内の溶湯を連続的に取り出す、いわゆる連続製錬炉とされている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０１−２９４８３２号公報（第１ページ右欄第８行から第１７行、第１図）
【０００４】
銅製錬の原料のうち、例えば銅精鉱は、一般に、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、Ｓ（硫黄）をそれぞれ３０％程度ずつ含有するものである。溶練炉では、銅精鉱を加熱して溶融させるとともに銅精鉱中に含まれるＳ及びＦｅを酸化させることで、ＳはＳＯＸとしてガス化させて溶湯から除去し、ＦｅはＦｅＯ（酸化第一鉄）とし、これによって、銅精鉱から、目的の有価金属であるＣｕを主成分とするマットと、ＦｅＯを主成分とするスラグとを生成する。
ここで、炉本体内でのＦｅの酸化が進行するにつれて、ＦｅＯだけでなく、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）も生成される。また、マグネタイトは、溶湯の温度が低下することによっても生成される。なお、溶湯中におけるマグネタイトの析出のしやすさは、マグネタイト活量という指標で表される。
【０００５】
マグネタイトは、溶湯中の他の成分に比べて非常に融点が高いので、析出量が多くなると、溶湯の流動性が低下し、溶湯中にマグネタイトを主成分とする固体が析出しやすくなって、溶湯や溶湯のスプラッシュの触れる部分、例えば炉本体の内壁面、樋、もしくはレードルに、鋳付きが生じやすくなる。
【０００６】
そして、この鋳付き量が多くなりすぎると、製錬設備の操業に様々な不都合が生じてしまう（このことを一般にマグネタイトトラブルという）。
例えば、炉本体の内壁面への鋳付き量が多くなりすぎると、炉本体内の有効容積が小さくなって処理量が低下したり、溶湯の出口が詰まって溶湯の取り出しが困難になってしまう。また、製錬炉が連続製錬炉である場合には、炉本体内での溶湯の滞留時間が短くなって溶湯の処理が不十分となり、後段の炉における溶湯の処理に不都合が生じてしまう。例えば、製錬炉が溶錬炉である場合には、生成されるマットとスラグの分離性が低下し、その後段の分離炉で溶湯からスラグを取り除く際に、スラグとともに大量の有価金属が取り除かれてしまう（スラグロスが大きくなってしまう）。
また、樋への鋳付き量が多くなりすぎると、樋を詰まらせて溶湯の搬送効率が低下したり溶湯を周囲に溢れさせる要因となり、レードルへの鋳付き量が多くなりすぎると、レードルの有効容積が小さくなって溶湯の搬送効率が低下してしまう。
【０００７】
製錬設備では、このような不都合を回避するため、適宜時期に製錬設備の操業を停止して鋳付きの除去作業を行っているが、この頻度が高いと製錬設備の稼働率が低下して生産性が低下してしまうので、鋳付きの除去作業の頻度を低減できるよう、操業中に鋳付きが極力生じないように炉況を適正に制御することが望ましい。従来は、ＳｉＯ２等のフラックス（溶剤）を溶湯に加えて溶湯中のＦｅの濃度を調整したり、溶湯の温度を上げるなどして溶湯のマグネタイト活量を低減させることで、鋳付きを生じにくくしていた。
【０００８】
一方で、鋳付きが生じることによって、炉本体、樋、レードルは、溶湯との直接の接触が防止されて溶湯による侵食から保護され、また鋳付きが断熱材として作用するために溶湯の熱による損傷が軽減されるので、これらの寿命を向上させる観点からは、ある程度の鋳付きを生じさせることが好ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、製錬炉の好ましい操業のためには、鋳付き量が適正範囲内となるように炉況を制御することが不可欠であり、このことは、上記銅製錬設備に用いる製錬炉に限らず、鋳付きが生じ得る全ての製錬炉においても同様である。
しかし、従来は、炉本体内の鋳付きの量は、操業を停止して炉本体内に立ち入らなければ調べることができなかったので、溶湯の性状を調べて、その鋳付きの生じやすさが適正範囲内になるように炉況を制御するほかなかった。
【００１０】
溶湯の鋳付きの生じやすさ（ここでは一例としてマグネタイト活量について説明する）は、簡易的には、溶湯の一部をサンプルとして取り出して冷却し、その組成を解析することによって調べることができる。しかし、サンプルを冷却する過程でサンプル中に新たにマグネタイトが析出するので、サンプルの冷却条件によっては測定結果に大きな誤差が生じてしまう。一方、より精度の高い検査方法では、検査結果が出るまでに非常に時間がかかるため、刻々と変化する溶湯の性状をリアルタイムに知ることができない。
また、炉本体２内には、原料として、組成が既知の鉱石の他にも、組成が未知のスクラップやスラグ等が投入されるため、炉本体２に投入された物質収支等から溶湯の性状を求めることも困難である。
このように、従来は、炉況をリアルタイムで正確に把握することができないため、鋳付き量が適性になるよう炉況を制御することは困難であった。
また、このように炉況を正確に把握することができないので、鋳付きを生じさせないために、安全をみて必要以上にフラックスを投入したり、溶湯の温度や樋、レードル等の保温温度を高めにしているので、炉や樋、レードルが損傷し、運転コストが増大し、エネルギーロスも大きかった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、炉況を適正に制御することが可能な製錬炉、及びそのための炉況の検知方法、操業方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかる製錬炉は、製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯を処理する製錬炉であって、炉本体において前記溶湯と接する領域、あるいは前記溶湯と接する耐火物の冷却を行うジャケットと、該ジャケットに前記冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記ジャケットに供給される前記冷媒の温度を測定する供給側温度測定器と、前記ジャケットから排出される前記冷媒の温度を測定する排出側温度測定器とを有することを特徴としている。
【００１３】
炉本体内に生じた鋳付きは、前記のように断熱材として作用し、溶湯から炉本体への熱伝導を抑える効果を奏する。このため、上記構成の製錬炉においては、単位時間あたりのジャケットへの冷媒の供給量を一定にした状態では、炉本体のジャケットによって冷却される領域における鋳付き量と、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差（すなわちジャケットにおける抜熱量）とは、相関関係を有している。
【００１４】
このことから、上記構成の製錬炉では、冷媒供給装置による単位時間あたりのジャケットへの冷媒の供給量を一定にし、この状態における供給側温度測定器及び排出側温度測定器の測定値からジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差を求めるか、もしくはジャケットにおける抜熱量を求めることで、この結果と、前記冷媒の温度差（もしくは前記抜熱量）と鋳付き量との相関関係に基いて、炉本体への鋳付き量をリアルタイムかつ正確に把握することができる。
ここで、本発明にかかる製錬炉に、供給側温度測定器及び排出側温度測定器からその測定値を信号として受け、これらの測定値から、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差、もしくはジャケットにおける抜熱量を求める演算装置を設けた場合には、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量の算出は、演算装置によって行われるので、作業者の負担が少ない。
また、前記冷媒の温度差の時系列変化、もしくは前記抜熱量の時系列変化を求めることで、炉本体への鋳付き量の変化を求めることができ、これによって鋳付きの発生しやすさ（例えばマグネタイト活量）を、リアルタイムかつ正確に把握することができる。
【００１５】
また、上記構成の製錬炉において、演算装置が、供給側温度測定器及び排出側温度測定器の測定値に基づいて、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくはジャケットにおける抜熱量の時系列変化を求めるものであってもよい。
この場合には、演算装置によって、前記冷媒の温度差の時系列変化、もしくは前記抜熱量の時系列変化が求められるので、作業者の負担が低減される。
【００１６】
また、上記構成の製錬炉において、溶湯の温度を測定する溶湯温度測定装置が設けられていてもよい。
この場合には、炉況の検知作業中における溶湯の温度変化を観測することで、温度変化による溶湯の性状の変化を織り込んで炉況を検知することができる。
また、溶湯温度測定装置を用いて溶湯の温度を監視し、炉況の検知作業中は溶湯の温度が一定となるように製錬炉を操業することで、温度変化による溶湯の性状の変化のない状態で炉況を検知することができるので、炉況をより正確に検知することができる。
【００１７】
また、上記構成の製錬炉は、炉本体内における溶湯の湯面の高さが一定とされている構成としてもよい。
このように炉本体内における溶湯の湯面の高さが一定となる製錬炉としては、炉本体内への原料または溶湯の供給を連続的に行うとともに、炉本体内の溶湯を、樋等を用いてオーバーフローさせるかもしくはサイフォンによって炉本体から連続的に取り出す、いわゆる連続製錬炉がある。
このように溶湯の湯面の高さを一定とした場合には、炉本体において溶湯により加熱される領域が常に一定であって、湯面の変化によるジャケットの抜熱量への影響が生じないので、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差（もしくはジャケットの抜熱量）と炉況との相関関係が良好に成立することとなり、炉況をより正確に検知することができる。
【００１８】
また、上記構成の製錬炉は、溶湯を連続的に処理する製錬炉を複数連結してなる製錬設備の、少なくとも一部として用いられる製錬炉であってもよい。このような製錬設備としては、前記特許文献１記載の銅製錬設備等がある。
【００１９】
本発明にかかる製錬炉の炉況検知方法は、炉本体において製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯と接する領域、あるいは前記溶湯と接する耐火物の冷却を行うジャケットと、該ジャケットに前記冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記ジャケットに供給される前記冷媒の温度を測定する供給側温度測定器と、前記ジャケットから排出される前記冷媒の温度を測定する排出側温度測定器とを有する製錬炉を、前記冷媒供給装置による前記ジャケットへの前記冷媒の供給量を一定にした状態で稼動させ、この状態で、前記供給側温度測定器及び前記排出側温度測定器の測定値から、前記ジャケットに供給される冷媒と前記ジャケットから排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくは前記ジャケットにおける抜熱量の時系列変化を求めて、その変化の様子から、炉況を検知することを特徴としている。
【００２０】
この製錬炉の炉況検知方法では、炉況をリアルタイムかつ正確に把握することができる。
【００２１】
本発明にかかる製錬炉の操業方法は、炉本体において製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯と接する領域、あるいは前記溶湯と接する耐火物の冷却を行うジャケットと、該ジャケットに前記冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記ジャケットに供給される前記冷媒の温度を測定する供給側温度測定器と、前記ジャケットから排出される前記冷媒の温度を測定する排出側温度測定器とを有する製錬炉を、前記冷媒供給装置による前記ジャケットへの前記冷媒の供給量を一定にした状態で稼動させ、この状態で、前記供給側温度測定器及び前記排出側温度測定器の測定値から、前記ジャケットに供給される冷媒と前記ジャケットから排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくは前記ジャケットにおける抜熱量の時系列変化を求めて、この情報に基いて、前記冷媒の温度差、もしくは前記抜熱量が一定になるように炉況を制御することを特徴としている。
【００２２】
ジャケットへの冷媒の供給量が一定である場合において、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差、もしくはジャケットにおける抜熱量が増加傾向にある状態は、次第に溶湯の熱が炉本体に伝わりやすくなっている状態であり、このことから鋳付きは減少傾向にあることがわかる。また、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量が減少傾向にある状態は、次第に溶湯の熱が炉本体に伝わりにくくなっている状態であり、このことから鋳付きは増加傾向にあることがわかる。
このように、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量に時系列変化がある場合には、鋳付きの量も変化しているので、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量が一定になるように炉況を制御することで、鋳付きの量を所望の値に保つことができる。すなわち、溶湯のマグネタイト活量を所望の値に保つことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかる製錬炉の形状を示す縦断面図である。
本実施の形態にかかる製錬炉１は、炉本体２内で、製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯Ｍに製錬の少なくとも一つの段階における処理を施す製錬炉である。本実施の形態では、製錬炉１を、前記特許文献１に示すような製錬設備のうちの溶練炉としており、炉本体２のうち少なくとも溶湯Ｍに接する内壁面は、耐火煉瓦等の耐火材料によって構成している。
また、この製錬炉１は、炉本体２内への原料または溶湯Ｍの供給を連続的に行うとともに炉本体２内の溶湯Ｍを連続的に取り出すいわゆる連続製錬炉とし、製錬設備を構成する他の炉との間での溶湯Ｍのやり取りには、樋やサイフォン等を用いる構成として、炉本体２内における溶湯Ｍの湯面の高さを一定としている。本実施の形態では、炉本体２には、原料を投入するための投入口Ｓと、溶湯Ｍを取り出すための樋Ｇとを設けており、さらに、炉本体２に酸素を含む気体を送り込むランスＬと、炉本体２内で発生したガスを排気処理設備まで導くダクトＤとを設けている。
【００２４】
ここで、本明細書中でいう湯面高さ一定とは、溶湯の量を増減させるなどして湯面を積極的に変化させないという意味であり、例えば溶湯Ｍの対流による湯面の変動や、原料または前工程からの溶湯Ｍの投入による湯面の変動等は許容範囲に含まれる。
【００２５】
製錬炉１には、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の冷却を行うジャケット３と、ジャケット３に冷媒を供給する冷媒供給装置４とが設けられている。
本実施の形態では、ジャケット３は炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物のみ冷却する構成としている。
ジャケット３は、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の少なくとも一部の冷却を行う構成であればよく、例えば炉本体２において溶湯Ｍと接する領域や溶湯Ｍと接する耐火物以外の領域の冷却も行う構成としてもよいが、本発明にかかる炉況の検知方法では、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物におけるジャケット３の抜熱量に基づいて炉況を検知するので、炉況の検知精度を向上させる観点からは、ジャケット３は、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物（すなわち炉本体２において溶湯Ｍから受ける熱量を直接的に受ける箇所）のみ冷却する構成とした方が好ましい。なお、炉本体２において溶湯Ｍと接しない領域を冷却する必要がある場合には、ジャケット３とは独立した別のジャケットを、炉本体２において溶湯Ｍと接しない領域に設ける。
また、冷媒供給装置４によってジャケット３に供給される冷媒は、冷却水のほか、他の任意の冷媒を用いることができる。
【００２６】
また、製錬炉１には、ジャケット３に供給される冷媒の温度を測定する供給側温度測定器６と、ジャケット３から排出される冷媒の温度を測定する排出側温度測定器７とが設けられている。
これら供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７としては、冷媒のとり得る温度範囲での測定が可能であれば、任意の温度測定手段を用いることができる。また、これら供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７は、冷媒の温度を直接側定する構成に限らず、冷媒を流通させる配管自体の温度を測定する構成としてもよい。
【００２７】
また、製錬炉１には、供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７からその測定値を信号として受け、これらの測定値から、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差、もしくはジャケット３における抜熱量求める演算装置８が設けられている。
本実施の形態では、演算装置８は、供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７の測定値に基づいて、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくはジャケットにおける抜熱量の時系列変化も求めるものとされている。
【００２８】
さらに、この製錬炉１には、溶湯Ｍの温度を測定する溶湯温度測定装置９が設けられている。溶湯温度測定装置としては、高温の溶湯Ｍの温度を測定可能なもの、例えば、光高温計や熱電対、色高温計等の高温計を用いることができる。
【００２９】
以下、本実施形態にかかる製錬炉１の操業方法について説明する。
この製錬炉１では、従来の溶練炉と同様に、炉本体２内に投入口Ｓから銅精鉱やスクラップ、澱物等の原料と副原料とを投入し、また炉本体２に原料及び副原料を酸化させるための酸素を含む気体（例えば空気等）をランスＬから供給することで、炉本体２内で原料及び副原料を加熱溶融させて溶湯Ｍを得る。また、この製錬炉１においては、冷媒供給装置４によってジャケット３に冷媒を供給することで、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の冷却が行われる。
ここで、前述したように、製錬炉１は連続製錬炉であって、炉本体２内での溶湯Ｍの湯面の高さは一定とされている。
【００３０】
この製錬炉１では、炉況の制御は、炉本体２内への原料、副原料、フラックスの供給量やこれらの割合を調整して溶湯Ｍの組成（もしくはスラグの組成）を制御することによって行うほか、炉本体２内への酸素を含む気体の供給量を調整して炉本体２内での酸化反応を促進させて溶湯Ｍの温度を上昇させたり、炉本体２内へ水砕スラグ等の冷材を投入して溶湯Ｍの温度を低下させるなど、溶湯Ｍの温度を制御することで行ったり、溶湯Ｍに難熔性の固体（例えばマグネタイト）を添加してスラグの粘性を意識的に上昇させて鋳付きＡを生じやすくするなどして行う。
【００３１】
この製錬炉１の操業を続けるに従って、炉本体２の内壁面には、次第に鋳付きＡが生じる（炉況によっては鋳付きＡが生じない場合もある）。この鋳付きＡは断熱材として作用し、溶湯Ｍから炉本体２への熱伝導を抑制する効果を奏するので、鋳付き量が増減すると鋳付きＡによる断熱効果も増減する。このため、鋳付き量の増減に伴って、単位時間あたりに溶湯Ｍから炉本体２に伝わる熱量も増減する。
【００３２】
ジャケット３における抜熱量は、溶湯Ｍの温度が一定である場合には、単位時間あたりに溶湯Ｍから炉本体２に伝わる熱量と、冷媒供給装置４によるジャケット３への冷媒の供給量とに依存する。
このため、後述する炉況の検知作業を行う場合には、ジャケット３における抜熱量が、溶湯Ｍから炉本体２に伝わる熱量にのみ依存するよう、冷媒供給装置４を制御して、ジャケット３への冷媒の供給量を一定に保つ。また、溶湯Ｍの温度も一定に保つ。
【００３３】
ここで、本明細書中でいう冷媒の供給量一定とは、ジャケット３への単位時間あたりの冷媒供給量を積極的に変化させないという意味であり、冷媒供給装置４の性能による供給量のむら等は許容範囲に含まれる。
また、本明細書中でいう溶湯温度一定とは、溶湯Ｍの温度を積極的に変化させないという意味であり、例えば溶湯Ｍの温度を測定する溶湯温度測定装置９の測定誤差の範囲内での変動や、溶湯Ｍの酸化反応のむらや原料または前工程からの溶湯Ｍの投入に伴う溶湯温度の変動や溶湯Ｍの温度むら等は許容範囲に含まれる。
なお、冷媒の供給量を一定にするのは、炉況の検知や、鋳付き量を一定に保つ作業を行っているときのみでよく、例えば炉本体２の内壁から鋳付きＡの一部または全体が剥げ落ちてしまった場合には、新たに鋳付きＡを生じさせて炉本体２を保護するために、新たに適切な量の鋳付きＡが生じるまでの間、冷媒の供給量を増加させて炉本体２において溶湯Ｍに接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の冷却を促進させる。
【００３４】
炉本体２内に生じた鋳付きＡは、前記のように断熱材として作用するため、製錬炉１において、炉本体２の溶湯Ｍに接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物を冷却するジャケット３への冷媒の供給量を一定にした状態では、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差（もしくはジャケットにおける抜熱量）と、炉本体２のジャケットによって冷却される領域における鋳付き量とは、相関関係を有している。本実施の形態では、溶湯Ｍの温度を一定にしているので、溶湯Ｍには温度変化に伴う性状の変化がなく、性状が一定となる。また、溶湯Ｍの湯面の高さは一定とされており、またジャケット３は炉本体２において溶湯Ｍに接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物のみの冷却に与する構成とされ、溶湯Ｍの温度も一定とされているので、本実施の形態にかかる製錬炉１では、前記相関関係がより良好に成立する。
【００３５】
この相関関係は、例えば実験によって求めることができるほか、製錬炉における原料その他の物質収支、熱収支等に基づく数値計算やシミュレーション等によって求めることができる。
【００３６】
そして、本実施の形態にかかる製錬炉１では、上記の相関関係を利用することで、炉況をリアルタイムで検知することができる。
炉況を検知する場合には、まず、上記のように冷媒供給装置４によるジャケット３への冷媒の供給量、溶湯Ｍの湯面及び温度を一定にした状態で製錬炉１を同業し、この状態で供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７によってジャケット３に供給される冷媒の温度とジャケット３から排出される冷媒の温度とを求める。そして、このようにして得られた測定値から、演算装置８によって、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差（もしくはジャケット３における抜熱量）を求め、この結果から、前記冷媒の温度差（もしくは前記抜熱量）と鋳付き量との相関関係とに基いて、炉本体２への鋳付き量を検知する。
【００３７】
また、この製錬炉１において、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差、もしくはジャケット３における抜熱量が増加傾向にある状態は、次第に溶湯Ｍの熱が炉本体に伝わりやすくなっている状態であり、このことから鋳付きＡは減少傾向にあることがわかる。また、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量が減少傾向にある状態は、次第に溶湯Ｍの熱が炉本体２に伝わりにくくなっている状態であり、このことから鋳付きＡは増加傾向にあることがわかる。
【００３８】
本実施形態にかかる製錬炉１では、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量が演算装置８によって求められ、さらに、前記冷媒の温度差の時系列変化、もしくは前記抜熱量の時系列変化も演算装置８によって求められるので、この情報に基いて、炉本体への鋳付き量の変化が求められ、溶湯Ｍの性状（鋳付きＡの生じやすさ）が求められる。
【００３９】
以上の炉況の検知作業は、製錬炉１の操業中はいつでも行うことができ、また、検知結果を得るのに時間がかからないので、炉況をリアルタイムかつ正確に把握することができる。
そして、このように炉況をリアルタイムかつ正確に把握することができるので、炉況の制御を良好に行うことができる。
【００４０】
また、溶湯温度測定装置９を用いて溶湯Ｍの温度を監視し、炉況の検知作業中は溶湯Ｍの温度が一定となるように製錬炉１を操業するので、温度変化による溶湯Ｍの性状の変化が生じない状態で炉況を検知することができ、溶湯Ｍの性状をより正確に検知することができる。
【００４１】
また、本実施形態にかかる製錬炉１では、溶湯Ｍの湯面の高さが一定であるので、炉本体２において溶湯Ｍにより加熱される領域が常に一定であって、湯面の変化によるジャケット３の抜熱量への影響が生じない。このため、炉本体２内に徐々に溶湯Ｍを溜めてゆき、溶湯Ｍが所望の量になったのちに炉本体内から溶湯Ｍを取り出すいわゆるバッチ式炉に比べて、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差（もしくはジャケット３の抜熱量）と炉況との相関関係が良好に成立することとなり、炉況をより正確に検知することができる。
【００４２】
上記のように、この製錬炉１では、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくはジャケット３における抜熱量の時系列変化は、炉本体２への鋳付き量の変化を表している。
そこで、この製錬炉１では、操業開始から鋳付き量が適正値になったのちは、供給側溶湯温度測定装置６、出口側溶湯温度測定装置７の測定値に基いて、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差、もしくは前記抜熱量が一定となるように炉況を制御することで、鋳付き量を一定に保つことができる。すなわち、溶湯のマグネタイト活量を所望の値に保つことができる。
【００４３】
このように、この製錬炉１では、前記冷媒の温度差の時系列変化、もしくは前記抜熱量の時系列変化の情報に基いて炉況を制御するだけで、鋳付き量を適正に制御することができるので、鋳付きの成長によるトラブルを回避することができるとともに、製錬炉１の鋳付きの除去作業を行う頻度を大幅に低減して、稼働率の向上と省力化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、製錬設備において炉本体２や樋Ｇ等の溶湯Ｍに触れる部材が、適正な厚みの鋳付きＡによって溶湯Ｍによる侵食や溶湯Ｍの熱から確実に保護されるので、これらの寿命を向上させることができる。
また、このように炉況を適正に制御することで、溶湯Ｍの処理を良好に行って、スラグロスを大幅に低減することができ、またフラックスの使用量を最小限にし、溶湯Ｍや樋Ｇ等の保温温度を必要最低限にして、これらの保温に用いていた燃料を節約することができ、運転コストを低減させることができる。
【００４４】
さらに、この製錬炉１は、例えば、炉本体２を保護するためにさらに鋳付き量を増加させる場合や、適正量よりも鋳付き量が多くなってしまった状態から鋳付き量を適性量まで低減させる場合には、前記冷媒の温度差、もしくは前記抜熱量に時系列変化が生じるように炉況を積極的に制御することで、鋳付きの量を増減させることができる。
【００４５】
ここで、上記実施の形態では、製錬炉１を、銅製錬設備の溶練炉とした例を示したが、本発明は、これに限らず、鋳付きＡの生じる製錬炉であれば、銅製錬設備の他の製錬炉（例えば製銅炉）や、銅以外の他の金属の製錬に用いる製錬炉等、他の任意の製錬炉に適用することができる。また、本発明は、バッチ式炉に適用してもよい。
また、上記実施の形態では、炉本体２のうち少なくとも溶湯Ｍに接する内壁面を耐火煉瓦等の耐火材料によって構成し、ジャケット３は、このような構成の炉本体２のうち溶湯Ｍに接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物にのみ設けた例を示したが、これに限られることなく、ジャケット３自体が炉本体２の内壁面を構成していてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明にかかる製錬炉によれば、従来は把握が困難であった炉本体への鋳付き量及び鋳付きの発生しやすさ（例えば溶湯のマグネタイト活量）を、リアルタイムかつ正確に把握することができるので、これらの情報に基いて、炉況を適正に制御することができ、鋳付き量を適正に保って鋳付きの成長によるトラブルを回避することができ、製錬炉の鋳付きの除去作業を行う頻度を大幅に低減して、稼働率の向上と省力化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、製錬設備において溶湯に触れる部材が適正な厚みの鋳付きによって溶湯による侵食や溶湯の熱から確実に保護されるので、これらの寿命を向上させることができる。
また、このように炉況を適正に制御することで、溶湯の処理を良好に行って、スラグロスを大幅に低減することができ、またフラックスの使用量を最小限にし、溶湯や樋、レードルの保温温度を必要最低限にして、これらの保温に用いていた燃料を節約することができ、樋やレードルの寿命も延びて、運転コストを低減させることができる。
【００４７】
また、本発明にかかる製錬炉の炉況検知方法によれば、炉況をリアルタイムかつ正確に把握することができ、この情報に基いて、炉況を適正に制御することが可能となる。
【００４８】
また、本発明にかかる製錬炉の操業方法によれば、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差、もしくはジャケットにおける抜熱量が一定となるように炉況を制御するだけで、容易に鋳付きの量を一定に保つことができる。すなわち、溶湯のマグネタイト活量を所望の値に保つことができるので、樋、レードルでのマグネタイトトラブルも回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる製錬炉の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 製錬炉 ２ 炉本体
３ ジャケット ４ 冷媒供給装置
６ 供給側温度測定器 ７ 排出側温度測定器
８ 演算装置 ９ 溶湯温度測定装置
Ｍ 溶湯
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉱石や、有価金属を含むスクラップ、澱物（スラッジ）等の製錬に用いられる製錬炉、及び炉況検知方法、操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような製錬炉は、製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯に製錬の少なくとも一つの段階における処理を施すものであって、製錬設備の少なくとも一部を構成している。そして、製錬設備を構成する他の炉との間での溶湯のやり取りには、例えば、樋やレードル等が用いられる。
例えば、後述する特許文献１には、銅製錬に用いる製錬設備として、原料である銅精鉱を加熱溶融してマット（カワ）とスラグ（カラミ）とを有する溶湯を生成する溶錬炉（Ｓ炉）と、この溶錬炉で生成されたマットとスラグとを分離する分離炉（ＣＬ炉）と、この分離炉で分離されたマットからさらに鉄をスラグとして分離して、高純度の粗銅を製錬する製銅炉（Ｃ炉）とを有する製錬設備が記載されている。
特許文献１では、製錬設備を構成する各製錬炉は、炉本体内への原料または溶湯の供給を連続的に行うとともに、炉本体内の溶湯を連続的に取り出す、いわゆる連続製錬炉とされている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平０１−２９４８３２号公報（第１ページ右欄第８行から第１７行、第１図）
【０００４】
銅製錬の原料のうち、例えば銅精鉱は、一般に、Ｃｕ（銅）、Ｆｅ（鉄）、Ｓ（硫黄）をそれぞれ３０％程度ずつ含有するものである。溶練炉では、銅精鉱を加熱して溶融させるとともに銅精鉱中に含まれるＳ及びＦｅを酸化させることで、ＳはＳＯＸとしてガス化させて溶湯から除去し、ＦｅはＦｅＯ（酸化第一鉄）とし、これによって、銅精鉱から、目的の有価金属であるＣｕを主成分とするマットと、ＦｅＯを主成分とするスラグとを生成する。
ここで、炉本体内でのＦｅの酸化が進行するにつれて、ＦｅＯだけでなく、Ｆｅ３Ｏ４（マグネタイト）も生成される。また、マグネタイトは、溶湯の温度が低下することによっても生成される。なお、溶湯中におけるマグネタイトの析出のしやすさは、マグネタイト活量という指標で表される。
【０００５】
マグネタイトは、溶湯中の他の成分に比べて非常に融点が高いので、析出量が多くなると、溶湯の流動性が低下し、溶湯中にマグネタイトを主成分とする固体が析出しやすくなって、溶湯や溶湯のスプラッシュの触れる部分、例えば炉本体の内壁面、樋、もしくはレードルに、鋳付きが生じやすくなる。
【０００６】
そして、この鋳付き量が多くなりすぎると、製錬設備の操業に様々な不都合が生じてしまう（このことを一般にマグネタイトトラブルという）。
例えば、炉本体の内壁面への鋳付き量が多くなりすぎると、炉本体内の有効容積が小さくなって処理量が低下したり、溶湯の出口が詰まって溶湯の取り出しが困難になってしまう。また、製錬炉が連続製錬炉である場合には、炉本体内での溶湯の滞留時間が短くなって溶湯の処理が不十分となり、後段の炉における溶湯の処理に不都合が生じてしまう。例えば、製錬炉が溶錬炉である場合には、生成されるマットとスラグの分離性が低下し、その後段の分離炉で溶湯からスラグを取り除く際に、スラグとともに大量の有価金属が取り除かれてしまう（スラグロスが大きくなってしまう）。
また、樋への鋳付き量が多くなりすぎると、樋を詰まらせて溶湯の搬送効率が低下したり溶湯を周囲に溢れさせる要因となり、レードルへの鋳付き量が多くなりすぎると、レードルの有効容積が小さくなって溶湯の搬送効率が低下してしまう。
【０００７】
製錬設備では、このような不都合を回避するため、適宜時期に製錬設備の操業を停止して鋳付きの除去作業を行っているが、この頻度が高いと製錬設備の稼働率が低下して生産性が低下してしまうので、鋳付きの除去作業の頻度を低減できるよう、操業中に鋳付きが極力生じないように炉況を適正に制御することが望ましい。従来は、ＳｉＯ２等のフラックス（溶剤）を溶湯に加えて溶湯中のＦｅの濃度を調整したり、溶湯の温度を上げるなどして溶湯のマグネタイト活量を低減させることで、鋳付きを生じにくくしていた。
【０００８】
一方で、鋳付きが生じることによって、炉本体、樋、レードルは、溶湯との直接の接触が防止されて溶湯による侵食から保護され、また鋳付きが断熱材として作用するために溶湯の熱による損傷が軽減されるので、これらの寿命を向上させる観点からは、ある程度の鋳付きを生じさせることが好ましい。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、製錬炉の好ましい操業のためには、鋳付き量が適正範囲内となるように炉況を制御することが不可欠であり、このことは、上記銅製錬設備に用いる製錬炉に限らず、鋳付きが生じ得る全ての製錬炉においても同様である。
しかし、従来は、炉本体内の鋳付きの量は、操業を停止して炉本体内に立ち入らなければ調べることができなかったので、溶湯の性状を調べて、その鋳付きの生じやすさが適正範囲内になるように炉況を制御するほかなかった。
【００１０】
溶湯の鋳付きの生じやすさ（ここでは一例としてマグネタイト活量について説明する）は、簡易的には、溶湯の一部をサンプルとして取り出して冷却し、その組成を解析することによって調べることができる。しかし、サンプルを冷却する過程でサンプル中に新たにマグネタイトが析出するので、サンプルの冷却条件によっては測定結果に大きな誤差が生じてしまう。一方、より精度の高い検査方法では、検査結果が出るまでに非常に時間がかかるため、刻々と変化する溶湯の性状をリアルタイムに知ることができない。
また、炉本体２内には、原料として、組成が既知の鉱石の他にも、組成が未知のスクラップやスラグ等が投入されるため、炉本体２に投入された物質収支等から溶湯の性状を求めることも困難である。
このように、従来は、炉況をリアルタイムで正確に把握することができないため、鋳付き量が適性になるよう炉況を制御することは困難であった。
また、このように炉況を正確に把握することができないので、鋳付きを生じさせないために、安全をみて必要以上にフラックスを投入したり、溶湯の温度や樋、レードル等の保温温度を高めにしているので、炉や樋、レードルが損傷し、運転コストが増大し、エネルギーロスも大きかった。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、炉況を適正に制御することが可能な製錬炉、及びそのための炉況の検知方法、操業方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかる製錬炉は、製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯を処理する製錬炉であって、炉本体において前記溶湯と接する領域、あるいは前記溶湯と接する耐火物の冷却を行うジャケットと、該ジャケットに前記冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記ジャケットに供給される前記冷媒の温度を測定する供給側温度測定器と、前記ジャケットから排出される前記冷媒の温度を測定する排出側温度測定器とを有することを特徴としている。
【００１３】
炉本体内に生じた鋳付きは、前記のように断熱材として作用し、溶湯から炉本体への熱伝導を抑える効果を奏する。このため、上記構成の製錬炉においては、単位時間あたりのジャケットへの冷媒の供給量を一定にした状態では、炉本体のジャケットによって冷却される領域における鋳付き量と、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差（すなわちジャケットにおける抜熱量）とは、相関関係を有している。
【００１４】
このことから、上記構成の製錬炉では、冷媒供給装置による単位時間あたりのジャケットへの冷媒の供給量を一定にし、この状態における供給側温度測定器及び排出側温度測定器の測定値からジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差を求めるか、もしくはジャケットにおける抜熱量を求めることで、この結果と、前記冷媒の温度差（もしくは前記抜熱量）と鋳付き量との相関関係に基いて、炉本体への鋳付き量をリアルタイムかつ正確に把握することができる。
ここで、本発明にかかる製錬炉に、供給側温度測定器及び排出側温度測定器からその測定値を信号として受け、これらの測定値から、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差、もしくはジャケットにおける抜熱量を求める演算装置を設けた場合には、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量の算出は、演算装置によって行われるので、作業者の負担が少ない。
また、前記冷媒の温度差の時系列変化、もしくは前記抜熱量の時系列変化を求めることで、炉本体への鋳付き量の変化を求めることができ、これによって鋳付きの発生しやすさ（例えばマグネタイト活量）を、リアルタイムかつ正確に把握することができる。
【００１５】
また、上記構成の製錬炉において、演算装置が、供給側温度測定器及び排出側温度測定器の測定値に基づいて、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくはジャケットにおける抜熱量の時系列変化を求めるものであってもよい。
この場合には、演算装置によって、前記冷媒の温度差の時系列変化、もしくは前記抜熱量の時系列変化が求められるので、作業者の負担が低減される。
【００１６】
また、上記構成の製錬炉において、溶湯の温度を測定する溶湯温度測定装置が設けられていてもよい。
この場合には、炉況の検知作業中における溶湯の温度変化を観測することで、温度変化による溶湯の性状の変化を織り込んで炉況を検知することができる。
また、溶湯温度測定装置を用いて溶湯の温度を監視し、炉況の検知作業中は溶湯の温度が一定となるように製錬炉を操業することで、温度変化による溶湯の性状の変化のない状態で炉況を検知することができるので、炉況をより正確に検知することができる。
【００１７】
また、上記構成の製錬炉は、炉本体内における溶湯の湯面の高さが一定とされている構成としてもよい。
このように炉本体内における溶湯の湯面の高さが一定となる製錬炉としては、炉本体内への原料または溶湯の供給を連続的に行うとともに、炉本体内の溶湯を、樋等を用いてオーバーフローさせるかもしくはサイフォンによって炉本体から連続的に取り出す、いわゆる連続製錬炉がある。
このように溶湯の湯面の高さを一定とした場合には、炉本体において溶湯により加熱される領域が常に一定であって、湯面の変化によるジャケットの抜熱量への影響が生じないので、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差（もしくはジャケットの抜熱量）と炉況との相関関係が良好に成立することとなり、炉況をより正確に検知することができる。
【００１８】
また、上記構成の製錬炉は、溶湯を連続的に処理する製錬炉を複数連結してなる製錬設備の、少なくとも一部として用いられる製錬炉であってもよい。このような製錬設備としては、前記特許文献１記載の銅製錬設備等がある。
【００１９】
本発明にかかる製錬炉の炉況検知方法は、炉本体において製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯と接する領域、あるいは前記溶湯と接する耐火物の冷却を行うジャケットと、該ジャケットに前記冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記ジャケットに供給される前記冷媒の温度を測定する供給側温度測定器と、前記ジャケットから排出される前記冷媒の温度を測定する排出側温度測定器とを有する製錬炉を、前記冷媒供給装置による前記ジャケットへの前記冷媒の供給量を一定にした状態で稼動させ、この状態で、前記供給側温度測定器及び前記排出側温度測定器の測定値から、前記ジャケットに供給される冷媒と前記ジャケットから排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくは前記ジャケットにおける抜熱量の時系列変化を求めて、その変化の様子から、炉況を検知することを特徴としている。
【００２０】
この製錬炉の炉況検知方法では、炉況をリアルタイムかつ正確に把握することができる。
【００２１】
本発明にかかる製錬炉の操業方法は、炉本体において製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯と接する領域、あるいは前記溶湯と接する耐火物の冷却を行うジャケットと、該ジャケットに前記冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記ジャケットに供給される前記冷媒の温度を測定する供給側温度測定器と、前記ジャケットから排出される前記冷媒の温度を測定する排出側温度測定器とを有する製錬炉を、前記冷媒供給装置による前記ジャケットへの前記冷媒の供給量を一定にした状態で稼動させ、この状態で、前記供給側温度測定器及び前記排出側温度測定器の測定値から、前記ジャケットに供給される冷媒と前記ジャケットから排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくは前記ジャケットにおける抜熱量の時系列変化を求めて、この情報に基いて、前記冷媒の温度差、もしくは前記抜熱量が一定になるように炉況を制御することを特徴としている。
【００２２】
ジャケットへの冷媒の供給量が一定である場合において、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差、もしくはジャケットにおける抜熱量が増加傾向にある状態は、次第に溶湯の熱が炉本体に伝わりやすくなっている状態であり、このことから鋳付きは減少傾向にあることがわかる。また、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量が減少傾向にある状態は、次第に溶湯の熱が炉本体に伝わりにくくなっている状態であり、このことから鋳付きは増加傾向にあることがわかる。
このように、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量に時系列変化がある場合には、鋳付きの量も変化しているので、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量が一定になるように炉況を制御することで、鋳付きの量を所望の値に保つことができる。すなわち、溶湯のマグネタイト活量を所望の値に保つことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図を用いて説明する。図１は、本実施形態にかかる製錬炉の形状を示す縦断面図である。
本実施の形態にかかる製錬炉１は、炉本体２内で、製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯Ｍに製錬の少なくとも一つの段階における処理を施す製錬炉である。本実施の形態では、製錬炉１を、前記特許文献１に示すような製錬設備のうちの溶練炉としており、炉本体２のうち少なくとも溶湯Ｍに接する内壁面は、耐火煉瓦等の耐火材料によって構成している。
また、この製錬炉１は、炉本体２内への原料または溶湯Ｍの供給を連続的に行うとともに炉本体２内の溶湯Ｍを連続的に取り出すいわゆる連続製錬炉とし、製錬設備を構成する他の炉との間での溶湯Ｍのやり取りには、樋やサイフォン等を用いる構成として、炉本体２内における溶湯Ｍの湯面の高さを一定としている。本実施の形態では、炉本体２には、原料を投入するための投入口Ｓと、溶湯Ｍを取り出すための樋Ｇとを設けており、さらに、炉本体２に酸素を含む気体を送り込むランスＬと、炉本体２内で発生したガスを排気処理設備まで導くダクトＤとを設けている。
【００２４】
ここで、本明細書中でいう湯面高さ一定とは、溶湯の量を増減させるなどして湯面を積極的に変化させないという意味であり、例えば溶湯Ｍの対流による湯面の変動や、原料または前工程からの溶湯Ｍの投入による湯面の変動等は許容範囲に含まれる。
【００２５】
製錬炉１には、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の冷却を行うジャケット３と、ジャケット３に冷媒を供給する冷媒供給装置４とが設けられている。
本実施の形態では、ジャケット３は炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物のみ冷却する構成としている。
ジャケット３は、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の少なくとも一部の冷却を行う構成であればよく、例えば炉本体２において溶湯Ｍと接する領域や溶湯Ｍと接する耐火物以外の領域の冷却も行う構成としてもよいが、本発明にかかる炉況の検知方法では、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物におけるジャケット３の抜熱量に基づいて炉況を検知するので、炉況の検知精度を向上させる観点からは、ジャケット３は、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物（すなわち炉本体２において溶湯Ｍから受ける熱量を直接的に受ける箇所）のみ冷却する構成とした方が好ましい。なお、炉本体２において溶湯Ｍと接しない領域を冷却する必要がある場合には、ジャケット３とは独立した別のジャケットを、炉本体２において溶湯Ｍと接しない領域に設ける。
また、冷媒供給装置４によってジャケット３に供給される冷媒は、冷却水のほか、他の任意の冷媒を用いることができる。
【００２６】
また、製錬炉１には、ジャケット３に供給される冷媒の温度を測定する供給側温度測定器６と、ジャケット３から排出される冷媒の温度を測定する排出側温度測定器７とが設けられている。
これら供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７としては、冷媒のとり得る温度範囲での測定が可能であれば、任意の温度測定手段を用いることができる。また、これら供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７は、冷媒の温度を直接側定する構成に限らず、冷媒を流通させる配管自体の温度を測定する構成としてもよい。
【００２７】
また、製錬炉１には、供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７からその測定値を信号として受け、これらの測定値から、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差、もしくはジャケット３における抜熱量求める演算装置８が設けられている。
本実施の形態では、演算装置８は、供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７の測定値に基づいて、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくはジャケットにおける抜熱量の時系列変化も求めるものとされている。
【００２８】
さらに、この製錬炉１には、溶湯Ｍの温度を測定する溶湯温度測定装置９が設けられている。溶湯温度測定装置としては、高温の溶湯Ｍの温度を測定可能なもの、例えば、光高温計や熱電対、色高温計等の高温計を用いることができる。
【００２９】
以下、本実施形態にかかる製錬炉１の操業方法について説明する。
この製錬炉１では、従来の溶練炉と同様に、炉本体２内に投入口Ｓから銅精鉱やスクラップ、澱物等の原料と副原料とを投入し、また炉本体２に原料及び副原料を酸化させるための酸素を含む気体（例えば空気等）をランスＬから供給することで、炉本体２内で原料及び副原料を加熱溶融させて溶湯Ｍを得る。また、この製錬炉１においては、冷媒供給装置４によってジャケット３に冷媒を供給することで、炉本体２において溶湯Ｍと接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の冷却が行われる。
ここで、前述したように、製錬炉１は連続製錬炉であって、炉本体２内での溶湯Ｍの湯面の高さは一定とされている。
【００３０】
この製錬炉１では、炉況の制御は、炉本体２内への原料、副原料、フラックスの供給量やこれらの割合を調整して溶湯Ｍの組成（もしくはスラグの組成）を制御することによって行うほか、炉本体２内への酸素を含む気体の供給量を調整して炉本体２内での酸化反応を促進させて溶湯Ｍの温度を上昇させたり、炉本体２内へ水砕スラグ等の冷材を投入して溶湯Ｍの温度を低下させるなど、溶湯Ｍの温度を制御することで行ったり、溶湯Ｍに難熔性の固体（例えばマグネタイト）を添加してスラグの粘性を意識的に上昇させて鋳付きＡを生じやすくするなどして行う。
【００３１】
この製錬炉１の操業を続けるに従って、炉本体２の内壁面には、次第に鋳付きＡが生じる（炉況によっては鋳付きＡが生じない場合もある）。この鋳付きＡは断熱材として作用し、溶湯Ｍから炉本体２への熱伝導を抑制する効果を奏するので、鋳付き量が増減すると鋳付きＡによる断熱効果も増減する。このため、鋳付き量の増減に伴って、単位時間あたりに溶湯Ｍから炉本体２に伝わる熱量も増減する。
【００３２】
ジャケット３における抜熱量は、溶湯Ｍの温度が一定である場合には、単位時間あたりに溶湯Ｍから炉本体２に伝わる熱量と、冷媒供給装置４によるジャケット３への冷媒の供給量とに依存する。
このため、後述する炉況の検知作業を行う場合には、ジャケット３における抜熱量が、溶湯Ｍから炉本体２に伝わる熱量にのみ依存するよう、冷媒供給装置４を制御して、ジャケット３への冷媒の供給量を一定に保つ。また、溶湯Ｍの温度も一定に保つ。
【００３３】
ここで、本明細書中でいう冷媒の供給量一定とは、ジャケット３への単位時間あたりの冷媒供給量を積極的に変化させないという意味であり、冷媒供給装置４の性能による供給量のむら等は許容範囲に含まれる。
また、本明細書中でいう溶湯温度一定とは、溶湯Ｍの温度を積極的に変化させないという意味であり、例えば溶湯Ｍの温度を測定する溶湯温度測定装置９の測定誤差の範囲内での変動や、溶湯Ｍの酸化反応のむらや原料または前工程からの溶湯Ｍの投入に伴う溶湯温度の変動や溶湯Ｍの温度むら等は許容範囲に含まれる。
なお、冷媒の供給量を一定にするのは、炉況の検知や、鋳付き量を一定に保つ作業を行っているときのみでよく、例えば炉本体２の内壁から鋳付きＡの一部または全体が剥げ落ちてしまった場合には、新たに鋳付きＡを生じさせて炉本体２を保護するために、新たに適切な量の鋳付きＡが生じるまでの間、冷媒の供給量を増加させて炉本体２において溶湯Ｍに接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物の冷却を促進させる。
【００３４】
炉本体２内に生じた鋳付きＡは、前記のように断熱材として作用するため、製錬炉１において、炉本体２の溶湯Ｍに接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物を冷却するジャケット３への冷媒の供給量を一定にした状態では、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差（もしくはジャケットにおける抜熱量）と、炉本体２のジャケットによって冷却される領域における鋳付き量とは、相関関係を有している。本実施の形態では、溶湯Ｍの温度を一定にしているので、溶湯Ｍには温度変化に伴う性状の変化がなく、性状が一定となる。また、溶湯Ｍの湯面の高さは一定とされており、またジャケット３は炉本体２において溶湯Ｍに接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物のみの冷却に与する構成とされ、溶湯Ｍの温度も一定とされているので、本実施の形態にかかる製錬炉１では、前記相関関係がより良好に成立する。
【００３５】
この相関関係は、例えば実験によって求めることができるほか、製錬炉における原料その他の物質収支、熱収支等に基づく数値計算やシミュレーション等によって求めることができる。
【００３６】
そして、本実施の形態にかかる製錬炉１では、上記の相関関係を利用することで、炉況をリアルタイムで検知することができる。
炉況を検知する場合には、まず、上記のように冷媒供給装置４によるジャケット３への冷媒の供給量、溶湯Ｍの湯面及び温度を一定にした状態で製錬炉１を同業し、この状態で供給側温度測定器６及び排出側温度測定器７によってジャケット３に供給される冷媒の温度とジャケット３から排出される冷媒の温度とを求める。そして、このようにして得られた測定値から、演算装置８によって、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差（もしくはジャケット３における抜熱量）を求め、この結果から、前記冷媒の温度差（もしくは前記抜熱量）と鋳付き量との相関関係とに基いて、炉本体２への鋳付き量を検知する。
【００３７】
また、この製錬炉１において、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差、もしくはジャケット３における抜熱量が増加傾向にある状態は、次第に溶湯Ｍの熱が炉本体に伝わりやすくなっている状態であり、このことから鋳付きＡは減少傾向にあることがわかる。また、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量が減少傾向にある状態は、次第に溶湯Ｍの熱が炉本体２に伝わりにくくなっている状態であり、このことから鋳付きＡは増加傾向にあることがわかる。
【００３８】
本実施形態にかかる製錬炉１では、前記冷媒の温度差もしくは前記抜熱量が演算装置８によって求められ、さらに、前記冷媒の温度差の時系列変化、もしくは前記抜熱量の時系列変化も演算装置８によって求められるので、この情報に基いて、炉本体への鋳付き量の変化が求められ、溶湯Ｍの性状（鋳付きＡの生じやすさ）が求められる。
【００３９】
以上の炉況の検知作業は、製錬炉１の操業中はいつでも行うことができ、また、検知結果を得るのに時間がかからないので、炉況をリアルタイムかつ正確に把握することができる。
そして、このように炉況をリアルタイムかつ正確に把握することができるので、炉況の制御を良好に行うことができる。
【００４０】
また、溶湯温度測定装置９を用いて溶湯Ｍの温度を監視し、炉況の検知作業中は溶湯Ｍの温度が一定となるように製錬炉１を操業するので、温度変化による溶湯Ｍの性状の変化が生じない状態で炉況を検知することができ、溶湯Ｍの性状をより正確に検知することができる。
【００４１】
また、本実施形態にかかる製錬炉１では、溶湯Ｍの湯面の高さが一定であるので、炉本体２において溶湯Ｍにより加熱される領域が常に一定であって、湯面の変化によるジャケット３の抜熱量への影響が生じない。このため、炉本体２内に徐々に溶湯Ｍを溜めてゆき、溶湯Ｍが所望の量になったのちに炉本体内から溶湯Ｍを取り出すいわゆるバッチ式炉に比べて、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差（もしくはジャケット３の抜熱量）と炉況との相関関係が良好に成立することとなり、炉況をより正確に検知することができる。
【００４２】
上記のように、この製錬炉１では、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくはジャケット３における抜熱量の時系列変化は、炉本体２への鋳付き量の変化を表している。
そこで、この製錬炉１では、操業開始から鋳付き量が適正値になったのちは、供給側溶湯温度測定装置６、出口側溶湯温度測定装置７の測定値に基いて、ジャケット３に供給される冷媒とジャケット３から排出される冷媒との温度差、もしくは前記抜熱量が一定となるように炉況を制御することで、鋳付き量を一定に保つことができる。すなわち、溶湯のマグネタイト活量を所望の値に保つことができる。
【００４３】
このように、この製錬炉１では、前記冷媒の温度差の時系列変化、もしくは前記抜熱量の時系列変化の情報に基いて炉況を制御するだけで、鋳付き量を適正に制御することができるので、鋳付きの成長によるトラブルを回避することができるとともに、製錬炉１の鋳付きの除去作業を行う頻度を大幅に低減して、稼働率の向上と省力化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、製錬設備において炉本体２や樋Ｇ等の溶湯Ｍに触れる部材が、適正な厚みの鋳付きＡによって溶湯Ｍによる侵食や溶湯Ｍの熱から確実に保護されるので、これらの寿命を向上させることができる。
また、このように炉況を適正に制御することで、溶湯Ｍの処理を良好に行って、スラグロスを大幅に低減することができ、またフラックスの使用量を最小限にし、溶湯Ｍや樋Ｇ等の保温温度を必要最低限にして、これらの保温に用いていた燃料を節約することができ、運転コストを低減させることができる。
【００４４】
さらに、この製錬炉１は、例えば、炉本体２を保護するためにさらに鋳付き量を増加させる場合や、適正量よりも鋳付き量が多くなってしまった状態から鋳付き量を適性量まで低減させる場合には、前記冷媒の温度差、もしくは前記抜熱量に時系列変化が生じるように炉況を積極的に制御することで、鋳付きの量を増減させることができる。
【００４５】
ここで、上記実施の形態では、製錬炉１を、銅製錬設備の溶練炉とした例を示したが、本発明は、これに限らず、鋳付きＡの生じる製錬炉であれば、銅製錬設備の他の製錬炉（例えば製銅炉）や、銅以外の他の金属の製錬に用いる製錬炉等、他の任意の製錬炉に適用することができる。また、本発明は、バッチ式炉に適用してもよい。
また、上記実施の形態では、炉本体２のうち少なくとも溶湯Ｍに接する内壁面を耐火煉瓦等の耐火材料によって構成し、ジャケット３は、このような構成の炉本体２のうち溶湯Ｍに接する領域、あるいは溶湯Ｍと接する耐火物にのみ設けた例を示したが、これに限られることなく、ジャケット３自体が炉本体２の内壁面を構成していてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明にかかる製錬炉によれば、従来は把握が困難であった炉本体への鋳付き量及び鋳付きの発生しやすさ（例えば溶湯のマグネタイト活量）を、リアルタイムかつ正確に把握することができるので、これらの情報に基いて、炉況を適正に制御することができ、鋳付き量を適正に保って鋳付きの成長によるトラブルを回避することができ、製錬炉の鋳付きの除去作業を行う頻度を大幅に低減して、稼働率の向上と省力化を図ることができ、生産性を向上させることができる。
また、製錬設備において溶湯に触れる部材が適正な厚みの鋳付きによって溶湯による侵食や溶湯の熱から確実に保護されるので、これらの寿命を向上させることができる。
また、このように炉況を適正に制御することで、溶湯の処理を良好に行って、スラグロスを大幅に低減することができ、またフラックスの使用量を最小限にし、溶湯や樋、レードルの保温温度を必要最低限にして、これらの保温に用いていた燃料を節約することができ、樋やレードルの寿命も延びて、運転コストを低減させることができる。
【００４７】
また、本発明にかかる製錬炉の炉況検知方法によれば、炉況をリアルタイムかつ正確に把握することができ、この情報に基いて、炉況を適正に制御することが可能となる。
【００４８】
また、本発明にかかる製錬炉の操業方法によれば、ジャケットに供給される冷媒とジャケットから排出される冷媒との温度差、もしくはジャケットにおける抜熱量が一定となるように炉況を制御するだけで、容易に鋳付きの量を一定に保つことができる。すなわち、溶湯のマグネタイト活量を所望の値に保つことができるので、樋、レードルでのマグネタイトトラブルも回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる製錬炉の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 製錬炉 ２ 炉本体
３ ジャケット ４ 冷媒供給装置
６ 供給側温度測定器 ７ 排出側温度測定器
８ 演算装置 ９ 溶湯温度測定装置
Ｍ 溶湯
Claims (8)
- 製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯を処理する製錬炉であって、
炉本体において前記溶湯と接する領域、あるいは前記溶湯と接する耐火物の冷却を行うジャケットと、
該ジャケットに前記冷媒を供給する冷媒供給装置と、
前記ジャケットに供給される前記冷媒の温度を測定する供給側温度測定器と、
前記ジャケットから排出される前記冷媒の温度を測定する排出側温度測定器とを有することを特徴とする製錬炉。 - 前記供給側温度測定器及び前記排出側温度測定器からその測定値を信号として受け、これらの測定値から、前記ジャケットに供給される冷媒と前記ジャケットから排出される冷媒との温度差、もしくは前記ジャケットにおける抜熱量を求める演算装置を有していることを特徴とする請求項１記載の製錬炉。
- 前記演算装置が、前記供給側温度測定器及び前記排出側温度測定器の測定値に基づいて、前記ジャケットに供給される冷媒と前記ジャケットから排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくは前記ジャケットにおける抜熱量の時系列変化を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の製錬炉。
- 前記溶湯の温度を測定する溶湯温度測定装置が設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の製錬炉。
- 前記炉本体内における溶湯の湯面の高さが一定とされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の製錬炉。
- 溶湯を連続的に処理する製錬炉を複数連結してなる製錬設備の、少なくとも一部として用いられることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の製錬炉。
- 炉本体において製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯と接する領域、あるいは前記溶湯と接する耐火物の冷却を行うジャケットと、該ジャケットに前記冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記ジャケットに供給される前記冷媒の温度を測定する供給側温度測定器と、前記ジャケットから排出される前記冷媒の温度を測定する排出側温度測定器とを有する製錬炉を、
前記冷媒供給装置による前記ジャケットへの前記冷媒の供給量を一定にした状態で稼動させ、
この状態で、前記供給側温度測定器及び前記排出側温度測定器の測定値から、前記ジャケットに供給される冷媒と前記ジャケットから排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくは前記ジャケットにおける抜熱量の時系列変化を求めて、
その変化の様子から、炉況を検知することを特徴とする製錬炉の炉況検知方法。 - 炉本体において製錬する原料を加熱溶融させてなる溶湯と接する領域、あるいは前記溶湯と接する耐火物の冷却を行うジャケットと、該ジャケットに前記冷媒を供給する冷媒供給装置と、前記ジャケットに供給される前記冷媒の温度を測定する供給側温度測定器と、前記ジャケットから排出される前記冷媒の温度を測定する排出側温度測定器とを有する製錬炉を、
前記冷媒供給装置による前記ジャケットへの前記冷媒の供給量を一定にした状態で稼動させ、
この状態で、前記供給側温度測定器及び前記排出側温度測定器の測定値から、前記ジャケットに供給される冷媒と前記ジャケットから排出される冷媒との温度差の時系列変化、もしくは前記ジャケットにおける抜熱量の時系列変化を求めて、
この情報に基いて、前記冷媒の温度差、もしくは前記抜熱量が一定になるように炉況を制御することを特徴とする製錬炉の操業方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002321113A JP2004156807A (ja) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | 製錬炉及び炉況検知方法、操業方法 |
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| JP2002321113A JP2004156807A (ja) | 2002-11-05 | 2002-11-05 | 製錬炉及び炉況検知方法、操業方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JP2004156807A true JP2004156807A (ja) | 2004-06-03 |
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|---|---|
| JP (1) | JP2004156807A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010096401A (ja) * | 2008-10-15 | 2010-04-30 | Sanken Sangyo Co Ltd | 非鉄金属溶解炉 |
-
2002
- 2002-11-05 JP JP2002321113A patent/JP2004156807A/ja active Pending
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