JP2005163078A - 銅転炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 銅転炉を操業する際に熔体の温度を連続して常時測定し、熔体の温度変動に応じて冷材の投入量を精度良く制御することによって、内張り耐火物の損耗を抑制し、銅転炉の耐用性を向上できる操業方法を提供する。
【解決手段】 熔体の表面の温度を連続的に測定し、熔体の表面の測定温度と予め設定された目標温度とを比較し、予め設定された冷材の目標投入量を測定温度と目標温度との温度差に応じて修正し、目標投入量の修正によって設定された投入量に則して冷材を投入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、銅製錬を行なう際に用いる転炉（以下、銅転炉という）の操業方法に関するものである。

一般に銅製錬においては、乾燥した銅精鉱を自熔炉で溶錬してマット（銅含有量60〜65質量％程度）とスラグに分離し、さらにマットを銅転炉に収容して吹精を行ない、白かわを経て粗銅（銅含有量98〜99質量％程度）を製造する。

自熔炉で得られた溶融状態のマットを銅転炉に収容して、吹精を行なうにあたって、炉体に設けられた複数の羽口から、空気あるいは酸素富化空気等の酸素含有ガスを吹き込む。このようにして造かん期においてマット中の不純物成分を酸化して、ＳＯ₂ ガス，スラグおよび白かわに分離し、さらに造銅期において白かわを精製して粗銅が得られる。

銅転炉で行なう吹精は、マットからスラグと白かわを生成する期間（いわゆる造かん期）と、白かわから粗銅を生成する期間（いわゆる造銅期）に大別される。なお、銅転炉内のマット，白かわ，スラグは、いずれも溶融しており、これらの溶融状態のマット，白かわ，スラグを熔体と記す。

これらの造かん期および造銅期は、いずれも羽口から吹き込まれる酸素含有ガスの酸素による酸化反応が進行するので、銅転炉に収容された熔体の温度は酸化熱によって上昇する。

熔体の温度が過剰に上昇すると、銅転炉の内張り耐火物が損耗して、銅転炉の耐用性が低下する原因になる。そこで、熔体の温度上昇を抑制するために、必要に応じて冷材を炉口から投入している。ここで冷材とは、銅製錬の工程で使用される取鍋に付着して冷却された凝固物（いわゆる固ひ）やアノードスクラップ等の銅を主成分とする低温の金属体を指す。

銅転炉の操業では、１チャージ（すなわち熔体を装入して吹精が終了するまでの１回分の銅転炉の操業）毎に、予め熔体の装入量等から吹精の所要時間を推定し、それに応じて熔体の温度推移を予測して目標温度を設定し、その目標温度を維持するのに必要な冷材の目標投入量を設定している。

容量220tonの銅転炉で吹精を行なう場合の、熔体の目標温度と冷材の目標投入量を設定した例を図３に示す。このように銅転炉の操業では、予め設定した投入量に則して冷材を投入しながら吹精を行なう。ところが自熔炉から受けるかわ中の銅品位によってＳ含有量が異なるので、酸化反応に起因する発熱量が変化し、熔体の温度が変動する。

熔体の温度が目標温度に比べて上昇した場合は、冷材の投入量を増加して、熔体の温度を低下させる必要がある。一方、熔体の温度が目標温度に比べて低下した場合は、冷材の投入量を減少して、熔体の温度を上昇させる必要がある。したがって熔体の温度が目標温度から外れると、冷材の目標投入量を変更しなければならない。

そこで、銅転炉に収容された熔体の温度を測定するために、種々の技術が検討されている。

たとえば、銅転炉の羽口に熱電対を挿入して、熔体の温度を測定する技術が広く採用されている。しかしながら熱電対は損耗が著しいので、吹精の開始から終了まで連続して温度を測定することは困難である。しかも、酸素含有ガスを羽口から吹き込むときは、熱電対を抜き出さなくてはならない。その結果、熔体の温度を常時測定することはできず、熔体の温度変動に応じて冷材の投入量を制御する上で、十分な精度は得られない。

また特公昭64-2175 号公報には、銅製錬用転炉における溶体の温度検出装置が開示されている。この技術は、羽口に放射温度計を挿入して熔体の温度を測定するものであり、熱電対による温度測定に比べると、長時間にわたって温度を測定できるという点で優れている。しかしながら、酸素含有ガスを羽口から吹き込むときは、放射温度計を抜き出さなくてはならない。その結果、熔体の温度を常時測定することはできず、熔体の温度変動に応じて冷材の投入量を制御する上で、十分な精度は得られない。
特公昭64-2175 号公報

本発明は上記のような問題を解消し、銅転炉を操業する際に熔体の温度を連続して常時測定し、熔体の温度変動に応じて冷材の投入量を精度良く制御することによって、内張り耐火物の損耗を抑制し、銅転炉の耐用性を向上できる操業方法を提供することを目的とする。

本発明は、銅転炉に収容した熔体に冷材を投入し、酸素含有ガスを吹き込んで吹精を行なう銅転炉の操業方法において、熔体の表面の温度を連続的に測定し、熔体の表面の測定温度と予め設定された目標温度とを比較し、予め設定された冷材の目標投入量を測定温度と目標温度との温度差に応じて修正し、目標投入量の修正によって設定された投入量に応じて冷材を投入する銅転炉の操業方法である。

なお本発明では、熔体の表面の温度を非接触型温度計で測定することが好ましく、２色温度計で測定することが一層好ましい。

本発明によれば、銅転炉を操業する際に熔体の温度を連続して常時測定し、熔体の温度変動に応じて冷材の投入量を精度良く制御することによって、内張り耐火物の損耗を抑制し、銅転炉の耐用性を向上できる。

図１は本発明を適用する装置の例を模式的に示す側面図であり、図２は図１中のＡ−Ａ矢視の断面図である。

銅転炉１に熔体２を収容し、羽口４から酸素含有ガス（たとえば空気，酸素富化空気等）を吹き込んで、熔体２の吹精を行なう。なお図１，図２では、酸素含有ガスの吹き込み装置は図示を省略する。吹精を行なうことによってＳＯ₂ ガスや粉塵が発生するので、フード３で炉口５を覆い、ＳＯ₂ ガスや粉塵を排ガス処理設備（図示せず）に誘導する。

本発明では、放射温度計等の非接触式の温度計を銅転炉１の上方に設置して、熔体２の表面の温度を測定し、羽口４は酸素含有ガスを吹き込むために使用する。ここでは放射温度計７を使用する例について説明する。すなわち図１に示すように、フード３の外側に放射温度計７を設置する。フード３はＳＯ₂ ガスや粉塵を排ガス処理設備に誘導するものであるから、放射温度計７をフード３の内側に設置すると、ＳＯ₂ ガスによる腐食や粉塵による故障が生じる。したがって放射温度計７は、フード３の外側に設置する必要がある。

放射温度計７をフード３の外側に設置して、銅転炉１内の熔体２表面の温度を測定するために、温度測定用の貫通孔６（以下、測温孔という）をフード３に設ける。

このようにして、放射温度計７を銅転炉１の上方に設置して、熔体２の表面の温度を測定することによって、酸素含有ガスを羽口４から吹き込むときも熔体２の温度を測定できる。その結果、吹精の開始から終了まで、熔体２の温度を連続して常時測定することが可能となる。

銅転炉１で熔体２の吹精を行なう際には、予め１チャージ毎に熔体２の収容量等から吹精の所要時間を推定し、それに応じて吹精時間の経過に伴う目標温度を設定する。さらに吹精中の酸化反応に起因する発熱量を推定し、熔体２の目標温度を維持するのに必要な冷材の目標投入量を設定する。

銅転炉１で吹精を行なう際の１チャージ分の熔体２の目標温度（℃）と冷材の目標投入量（ton ）の設定の例を図３に示す。なお、冷材の目標投入量は積算値で示す。

このようにして予め設定された目標投入量に則して冷材を投入しながら、熔体２の吹精を行なう。ところが、原料として用いた鉱石の種類や投入した冷材によってＳ含有量が異なるので、酸化反応に起因する発熱量が変化する。その結果、熔体２の温度が変動し、熔体２の温度が目標温度から外れる。

本発明では熔体２の温度を連続して常時測定するので、熔体２の温度の測定値（以下、測定温度という）と目標温度を比較することによって、熔体２の測定温度が目標温度から外れたときは直ちに検出できる。そして、測定温度と目標温度との温度差に応じて冷材の目標投入量を修正し、あらたに投入量を設定する。

このようにして、目標投入量の修正によって設定された投入量に則して冷材を投入しながら吹精を行なうことによって、熔体２の温度変動に応じて冷材の投入量を精度良く制御できる。その結果、熔体２の過剰な温度上昇や温度低下を防止できるので、内張り耐火物の損耗を抑制し、銅転炉の耐用性を向上することが可能となる。

図３に示すように熔体２の目標温度と冷材の目標投入量を設定して銅転炉１で吹精を行なったときの、１チャージ分の熔体２の測定温度（℃）と冷材の実績投入量（ton ）の推移の例を図４に示す。なお、冷材の投入量は積算値で示す。吹精の初期段階では、図４に示した熔体２の測定温度は、図３の目標温度（1200℃）に比べて高温であった。そこで、冷材の目標投入量を修正して、冷材の投入速度（単位時間あたりの投入量）を増加させた。その結果、吹精を開始して60分経過したとき、熔体２の測定温度が目標温度まで低下したので、冷材の投入速度（単位時間あたりの投入量）を低下して、吹精を継続した。

なお本発明では、測定温度と目標温度との温度差に応じて冷材の目標投入量を修正するロジックは特定の構成に限定しない。使用する銅転炉ごとに容量や処理能力等の特性が異なるので、実験データや操業データを解析して、ロジックを適宜組み立てれば良い。

また、熔体２は溶融したマットあるいは白かわの浴面上にスラグが浮上した状態であるから、本発明を適用して熔体２の表面の温度を測定すると、スラグ上面の温度を測定することになる。この点についても、実験データや操業データを解析してロジックを組み立てることによって、温度の測定値（すなわち測定温度）を熔体２の温度として、冷材の目標投入量を修正することは可能である。

なお、測定温度と目標温度の温度差の算出や目標投入量の修正，およびそれに応じた各種設備の設定変更を作業者が行なうことによって本発明を適用することができる。あるいは、測定温度と目標温度の比較および目標投入量の修正を、所定のロジックに則して演算装置で行ない、得られた出力信号を冷材の投入装置に伝達して、冷材の投入量を自動的に制御すれば、冷材の投入量の制御を一層高い精度で行なうことができる。

温度計は、非接触式の温度計であれば本発明に適用可能である。ただし、放射温度計が安価で入手しやすいので好ましい。とりわけ２色温度計は、粉塵が浮遊しかつ高温の環境においても、安定して稼動できるので一層好ましい。

図１に示す通り、本発明を適用して熔体２の吹精を行なった。すなわち、銅転炉１は容量220tonのものを使用し、２色温度計をフード３の外側に設置して測温孔６を介して熔体２の表面の温度を連続して常時測定した。この２色温度計による測定温度と予め設定された目標温度を比較し、その温度差に応じて冷材の目標投入量を修正した。このようにして、目標投入量を修正して設定された投入量に則して冷材を投入しながら吹精を行なった。

なお、測定温度と目標温度の比較および目標投入量の修正は、所定のロジックに則して演算装置（図示せず）で行ない、得られた出力信号を冷材の投入装置（図示せず）に伝達して、冷材の投入量を自動的に制御した。これを発明例とする。

一方、従来は羽口４に熱電対を挿入して、熔体２の温度を測定していた。そのため、熔体２の温度測定は、作業者の経験によって必要と判断されたときのみ行なっていた。しかも熱電対を使用する故に、測定温度と目標温度の温度差に応じて冷材の目標投入量を修正する作業の自動化は困難であり、温度差の算出や設定値の変更は作業者が行なっていた。これを従来例とする。

従来例と発明例について、銅転炉１の耐用性の推移を図５に示す。銅転炉１の耐用性は、１キャンペーン（すなわち内張り耐火物を張り替えた後、次の張り替えまでの期間）の間に吹精を行なったチャージ数で評価した。図５から明らかなように、銅転炉１の耐用性のデータの採取を開始して15ケ月経過したときに本発明を適用し、その後、銅転炉１の耐用性は向上している。本発明を適用した後、銅転炉１の耐用性が徐々に増加している理由は、測定温度と目標温度との温度差に応じて冷材の目標投入量を修正するロジックを順次改善しているからである。

本発明を適用する装置の例を模式的に示す部分断面図である。 図１中のＡ−Ａ矢視の断面図である。 熔体の目標温度と冷材の目標投入量の設定例を示すグラフである。 熔体の測定温度と冷材の投入量の推移の例を示すグラフである。 銅転炉の耐用性の推移を示すグラフである。

符号の説明

１ 銅転炉
２ 熔体
３ フード
４ 羽口
５ 炉口
６ 測温孔
７ 放射温度計
８ 回転駆動装置

Claims (2)

1. 銅転炉に収容した熔体に冷材を投入し、酸素含有ガスを吹き込んで吹精を行なう銅転炉の操業方法において、前記熔体の表面の温度を連続的に測定し、前記熔体の表面の測定温度と予め設定された目標温度とを比較し、予め設定された前記冷材の目標投入量を前記測定温度と前記目標温度との温度差に応じて修正し、前記目標投入量の修正によって設定された投入量に則して前記冷材を投入することを特徴とする銅転炉の操業方法。
2. 前記熔体の表面の温度を非接触型温度計で測定することを特徴とする請求項１に記載の銅転炉の操業方法。
   

Images