JP2007046121A - 自熔製錬炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

【課題】反応塔の頂部に設けられた精鉱バーナーから、反応用ガスとともに精鉱を反応塔内へ分散させ、燃焼させて熔融製錬する自熔製錬炉の操業方法において、長期に渡って安定的に反応塔内での精鉱の反応効率を上げ未燃焼の精鉱を減少させ、自熔炉ボイラーでの付着物を低減させる。
【解決手段】自熔製錬炉の操業を続けたまま、精鉱バーナーのバーナーコーンの先端部に発生する付着物を定期的に除去することにより、反応塔内の反応用ガス中で精鉱を高分散状態に分散、維持する。
【選択図】図２

Description

本発明は、自熔製錬炉の操業方法に関し、さらに詳しくは、反応塔の頂部に設けられた精鉱バーナーから、反応用ガスとともに精鉱を反応塔内へ分散させ、燃焼させて熔融製錬する自熔製錬炉の操業方法において、長期に渡って安定的に反応塔内での精鉱の反応効率を上げ未燃焼の精鉱を減少させ、自熔炉ボイラーでの付着物を低減させることができる製錬方法に関する。

従来、自熔製錬炉は、自熔炉とも呼ばれ、銅、ニッケル等の非鉄金属硫化物の熔融製錬に広く用いられている。まず、自熔製錬炉を用いた製錬操業について、図面を用いて説明する。図１は、自熔製錬炉の基本構成の一例を示す概略図である。
図１において、自熔製錬炉本体の基本構成は、頂部に精鉱バーナー１が設けられた反応塔（シャフト）２と、反応塔２の下部に一端が接続されていて側面にカラミ抜き口３とカワ抜き口４が設けられたセトラー５と、セトラー５の他端に接続された排煙道６とからなる。その他の付属の基本設備としては、カラミ抜き口３から排出される自熔炉カラミに含まれるカワを分離回収するための電気錬カン炉７、排煙道６からの高温排ガスを冷却し排熱回収するための自熔炉ボイラー８、及び自熔炉ボイラー８からの排ガス中に含有される煙灰を回収する徐塵設備９が挙げられる。

自熔製錬炉を用いた製錬においては、一般に、以下のように操業が行なわれる。粉状の固体硫化物製錬原料である精鉱が、反応用酸素富化空気などの反応用ガスとともに、反応塔２の頂部に設けられた精鉱バーナー１より反応塔２内に吹き込まれる。そして、反応塔２内において、吹き込まれた精鉱は、反応塔の炉壁内の輻射熱、補助燃料の熱、あるいは反応用ガスの顕熱などにより昇温され瞬時に反応用ガスと反応して、熔体となりセトラー５内に溜められる。セトラー５内では、熔体は、比重差によってカラミとカワとに別けられる。

そして、カラミは、カラミ抜き口３から排出され電気錬カン炉７に導入される。ここで、カラミ中にわずかに懸垂したカワを炉底に沈澱させたのち、カラミは炉外へ排出される。一方、カワは、カワ抜き口４から次の工程である転炉（図示せず）のバッチプロセスでの要求に応じて適宜抜き出される。また、反応塔２内で発生する高温排ガスは、セトラー５および排煙道６を通って排出され、自熔炉ボイラー８で冷却される。ここで、通常、装入された精鉱の内３〜５重量％が未燃焼のまま煙灰として排ガス中に含まれ、除塵設備９にて回収され系内に繰り返されることになる。

しかしながら、自熔炉ボイラー８で、この主に未燃焼の精鉱からなる煙灰の一部は燃焼し熔融してボイラー水管に付着し徐々に成長し大きくなる。例えば、自熔炉ボイラー８の対流部に煙灰が付着すると、排ガスの流れが阻害され、大きなトラブルになる。このため、定期的に自熔製錬炉の操業を停止して、煙灰を除去する作業が行なわれており、自熔製錬炉の操業の稼働率を低下させる大きな要因になっていた。したがって、主に未燃焼の精鉱からなる煙灰の発生を極力抑える方策が望まれていた。

ところで、未燃焼の精鉱からなる煙灰の発生は、主に、反応塔内での精鉱の反応効率が低下し未燃焼の精鉱の割合が増加することに依存すると見られている。また、反応塔内での精鉱の反応効率を上げるためには、反応塔内での精鉱の分散性が重要であることが知られている。すなわち、反応用ガス中の精鉱の分散性が向上することにより、精鉱が反応用ガスと接触しやすくなり反応効率が高くなるので、未燃焼の精鉱からなる煙灰の発生が減少することになる。

このような現象をもとに、自熔製錬炉の反応塔内での精鉱の分散性を向上させるため、例えば自熔製錬炉に用いる精鉱バーナー内での反応用ガスと精鉱の予備的な混合を強化させたバーナー構造（例えば、特許文献１参照。）、又は精鉱バーナー内での反応用ガスと精鉱の予備的な混合を管理し調整する製錬方法（例えば、特許文献２参照。）が提案されている。これらの提案により、反応塔内での精鉱の分散性が向上され、セトラーでの未溶解物の発生の防止等に顕著な効果が得られたが、未だボイラー内での煙灰の付着は防止されず、煙灰の発生量をさらに減少させることが望まれている。

特開２００１−１１６２２３号公報（第１頁、第２頁） 特開２００１−１１５２１７号公報（第１頁、第２頁）

本発明の目的は、上記の従来技術の問題点に鑑み、反応塔の頂部に設けられた精鉱バーナーから、反応用ガスとともに精鉱を反応塔内へ分散させ、燃焼させて熔融製錬する自熔製錬炉の操業方法において、長期に渡って安定的に反応塔内での精鉱の反応効率を上げ未燃焼の精鉱を減少させ、自熔炉ボイラーでの付着物を低減させることができる製錬方法を提供することにある。これによって、自熔製錬炉の操業において、その稼働率を向上させることが達成される。

本発明者らは、上記目的を達成するために、反応塔の頂部に設けられた精鉱バーナーから、反応用ガスとともに精鉱を反応塔内へ分散させ、燃焼させて熔融製錬する自熔製錬炉の操業方法について、鋭意研究を重ねた結果、自熔製錬炉の操業を停止せずに続けたまま、前記精鉱バーナーのバーナーコーン先端及び／又は分散コーン先端に発生する付着物を定期的に除去し、反応塔内での反応用ガス中の精鉱の高分散状態を維持するようにしたところ、長期に渡って、ボイラーにおいて生成する付着物を低減させ、稼動率を上げることができることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明の第１の発明によれば、反応塔の頂部に設けられた精鉱バーナーから、反応用ガスとともに精鉱を反応塔内へ分散させ、燃焼させて熔融製錬する自熔製錬炉の操業方法において、
自熔製錬炉の操業を続けたまま、精鉱バーナーのバーナーコーンの先端部に発生する付着物を定期的に除去することにより、反応塔内の反応用ガス中で精鉱を高分散状態に分散、維持することを特徴とする自熔製錬炉の操業方法が提供される。

また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、前記付着物は、バーナーコーンに設けられた点検孔を開けて冶具を挿入して除去されることを特徴とする請求項１に記載の自熔製錬炉の操業方法が提供される。

また、本発明の第３の発明によれば、第２の発明において、バーナーコーンに設けられた点検孔を開ける際に、バーナーコーン内の静圧を低下させ精鉱の噴出を防止することを特徴とする自熔製錬炉の操業方法が提供される。

また、本発明の第４の発明によれば、第３の発明において、前記バーナーコーン内の静圧は、バーナーコーンの空間部に設けられた風速調整器の先端の風速を１８０〜２５０ｍ／ｓの範囲内に調整するとともに、前記精鉱バーナーに導入する反応用ガスの温度を下げ、かつ該風速調整器の先端位置をバーナーコーン下部に近づけることにより、低下させることを特徴とする自熔製錬炉の操業方法が提供される。

本発明の自熔製錬炉の操業方法は、第１の発明において、反応塔の頂部に設けられた精鉱バーナーから、反応用ガスとともに精鉱を反応塔内へ分散させ、燃焼させて熔融製錬する自熔製錬炉の操業方法において、前記精鉱バーナーのバーナーコーンの先端部に発生する付着物を操業を続けたまま定期的に除去することによって、長期に渡ってボイラーにおいて生成する付着物を低減させ、稼動率を上げることができるので、その工業的価値は極めて大きい。

また、第２の発明では、バーナーコーンに設けられた点検孔を用いて操業を停止せずに続けたまま付着物の除去作業が行なえる。さらに、第３又は４の発明によれば、前記点検孔からの精鉱の噴出を防止することができるので、より容易に作業が行なえる。

以下、本発明の自熔製錬炉の操業方法を詳細に説明する。
本発明の自熔製錬炉の操業方法は、反応塔の頂部に設けられた精鉱バーナーから、反応用ガスとともに精鉱を反応塔内へ分散させ、燃焼させて熔融製錬する自熔製錬炉の操業方法において、自熔製錬炉の操業を続けたまま、精鉱バーナーのバーナーコーンの先端部に発生する付着物を定期的に除去することにより、反応塔内の反応用ガス中で精鉱を高分散状態に分散、維持することを特徴とする。

本発明において、自熔製錬炉の操業を停止せず続けたまま、精鉱バーナーのバーナーコーンの先端部に発生する付着物を定期的に除去し、付着物の成長に伴なう反応塔内での精鉱の分散の悪化を予防することが重要である。これによって、精鉱バーナーから、精鉱を反応用ガスとともに安定した状態で反応塔内へ投入することができるので、反応塔内での反応用ガス中の精鉱の高分散状態を維持することができる。

まず、図面を用いて本発明の自熔製錬炉の操業方法について概要を説明する。図２は、本発明で用いる精鉱バーナーの一例を表す概略図である。
図２において、精鉱バーナーは、反応塔内部１６の頂部に設けられ、精鉱シュート１１と、該精鉱シュート１１の外周に設けられた反応用ガス導入口１３と、該反応用ガス導入口１３の下端に接続されたバーナーコーン１２と、該精鉱シュート１１の外周部に接してバーナーコーン１２の空間部に設けられた風速調整器１７と、該精鉱シュート１１の内部を貫通する補助バーナー１４の先端に取り付けられた分散コーン１５とを備えている。なお、この精鉱バーナーとしては、補助燃料として微粉炭等の固体燃料を使用する場合には、図示のような補助バーナーを設けない形式のものも用いられる。

ここで、精鉱シュート１１は、製錬原料を送り込むための管状部材で、反応塔内部１６に向って鉛直方向に延びている。また、バーナーコーン１２は、管状で、管内の所定位置より下方に向かうに従って径が小さくなるように形成されており、反応塔内部１６へ精鉱と反応用ガスとを送り込むことができるようになっている。風速調整器１７は、精鉱シュート１１とバーナーコーン１２とにより形成される反応用ガスの流路幅を所定の大きさに狭めるような形状に成形されており、固定式と可動式があり、反応用ガスの流速を所定速度に調整するのに使われている。

この精鉱バーナーを用いた操業では、製錬原料導入口１０から装入された精鉱は、精鉱シュート１１を通過してバーナーコーン１２内部で、反応用ガス導入口１３を通過してきた反応用ガスと混合される。この後、この混合流は、補助バーナーが取り付けられた場合、補助バーナー１４の先端に取り付けられた分散コーン１５によって、反応塔内部１６に分散された状態で投入され熔融製錬反応が進行される。ここで、精鉱の反応効率は反応塔内部１６での精鉱の分散状態と密接な関係を有するので、目的の分散度合いを得るために、バーナーコーン１２の形状又は分散コーン１５の形状を調整している。しかしながら、バーナーコーン１２先端及び分散コーン１５先端のような急激に混合流の流れが変わる場所では、精鉱が反応し固まった付着物（以下、居付きと呼称する場合がある。）１８が徐々に成長する現象が生じる。

本発明の方法では、精鉱バーナーのバーナーコーンの先端部、例えば、バーナーコーン先端及び／又は分散コーン先端に発生する居付きを定期的に除去することにより、居付きの成長に伴なう反応塔内での精鉱の分散の悪化を予防することができる。しかも、除去を自熔製錬炉の操業を続けたままで行なうので、自熔製錬炉の操業の稼動率を下げない。

これに対して、従来の操業では、この居付きの成長により精鉱の分散が阻害され反応塔内での精鉱の分散性も悪化していた。その結果、この居付きの成長にともない徐々に精鉱の反応性は悪化し、そのため排ガス中への未燃焼の精鉱の割合が増加して、ボイラーでの付着物の上昇を引き起こしていた。なお、このときの現象としては、ボイラー水管表面に煙灰が固着することにより、蒸発管付近の温度が上昇するので、ボイラー蒸発管温度を検出することによって煙灰の固着状況を検知することができる。

本発明の方法では、上記付着物の除去方法としては、特に限定されるものではないが、バーナーコーンに設けられた炉内状況を確認するための点検孔を開けて所望の冶具を挿入して行なう方法が好ましい。また、冶具を挿入する特別の挿入孔を準備することもできる。上記付着物の除去としては、特に限定されるものではなく、定期的に、例えば２〜３時間毎に行なうことが好ましい。

本発明の方法では、バーナーコーンに設けられた点検孔１９(図２に図示している。)を開ける際に、特に限定されるものではないが、バーナーコーン内の静圧を低下させ精鉱の噴出を防止することが好ましい。すなわち、バーナーコーン内の静圧を低下することにより、点検孔を開けたときに、点検孔から精鉱が噴出して作業環境が悪化することを防止することができる。

上記バーナーコーン内の静圧の低下方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、前記風速調整器の先端の風速を１８０〜２５０ｍ／ｓの範囲内に調整するとともに、精鉱バーナーに導入する反応用ガスの温度を下げ、かつ該風速調整器の先端位置をバーナーコーン下部に近づけることにより行なうことができる。すなわち、風速調整器先端の風速を１８０〜２５０ｍ／ｓの範囲に制御することにより、反応塔内での精鉱の反応性を好ましい状態に保持することができる。なお、前記反応用ガスの温度の制御は、反応ガスを加熱する空気予熱器の蒸気温度を調節することで行なわれる。

ここで、バーナーコーン内の静圧と風速調整器の先端位置の関係を図面を用いて説明する。図３は、バーナーコーン出口から上方に向けての距離とバーナーコーン内壁の静圧の関係を風速調整器の先端位置を変えて静圧分布気流シミュレーションを行なったものである。図３より、風速調整器の先端位置を低く、即ちバーナーコーン下部に近づけた場合が、風速調整器の先端位置が高い場合に比べて、点検孔位置で静圧が低下することが分かる。

以下に、本発明の実施例及び比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。

（実施例１）、（比較例１）
自熔製錬炉を用いて、反応用空気の温度、装入空気量、風速調整器の位置等の送風条件、及び精鉱装入量を一定に保持した状態で操業を行なった。ここで、操業期間のうち前半期間（１１月１７〜２５日）は、従来通りバーナーコーン先端部の付着物の除去操作を行なわない条件（比較例１）で、後半期間（１１月２６日〜１２月４日）は本発明のバーナーコーン先端部の付着物の除去操作を実施する条件（実施例１）で操業を行ない、その間の自熔炉ボイラー内の第一蒸発管の温度を記録した。なお、付着物の除去操作は、２〜３時間毎にバーナーコーンに設けられた点検孔を開けて棒状冶具を挿入して行なった。結果を図４に示す。

図４より、実施例１では、自熔炉ボイラー内の第一蒸発管温度は平均４８６℃となり、比較例１での自熔炉ボイラー内の第一蒸発管の平均温度５１４℃に比べて、低い温度で推移することが分かる。なお、ボイラー水管表面に煙灰が固着することにより、蒸発管付近の温度が上昇するので、ボイラー蒸発管温度を検出することによって煙灰の固着状況を検知することができる。したがって、本発明の方法に従って操業を行なうことにより、長期に渡って、ボイラーにおいて生成する付着物を低減させ、稼動率を上げることができる。

（実施例２）
自熔製錬炉を用いて、装入空気量等の送風条件、及び精鉱装入量を一定に保持し、風速調整器の先端の風速が１８０〜２５０ｍ／ｓの範囲内に調整しながら、反応用空気の温度を約２００℃低下させ、また風速調整器の先端位置を従来の位置からバーナーコーン下部に近づける状態で操業を行なった。ここで、本発明のバーナーコーン先端部の付着物の除去操作を実施する条件で操業を行ない、その間の自熔炉ボイラー内の第一蒸発管の温度を記録した。なお、付着物の除去操作は、２〜３時間毎にバーナーコーンに設けられた点検孔を開けて棒状冶具を挿入して行なった。
その結果、バーナーコーン内の静圧の低下が見とめられ、付着物の除去操作において点検孔からの精鉱の噴出が防止された。また、自熔炉ボイラー内の第一蒸発管温度は、従来操業に比べて低い温度で推移した。したがって、本発明の方法に従って操業を行なうことにより、長期に渡って、ボイラーにおいて生成する付着物を低減させ、稼動率を上げることができる。

以上より明らかなように、本発明の自熔製錬炉の操業方法は、銅、ニッケル等の非鉄金属硫化物の製錬に用いられる自熔製錬炉で利用される操業方法として好適である。特に、操業を停止しないで、長期に渡って、ボイラーにおいて生成する付着物を低減させ、自熔製錬炉の稼動率を上げることができる方法として、有用である。

自熔製錬炉の基本構成の一例を示す概略図である。 本発明で用いる精鉱バーナーの一例を表す概略図である。 バーナーコーン出口から上方に向けての距離とバーナーコーン内壁の静圧の関係を示す静圧分布気流シミュレーション結果を表す図である。 自熔炉ボイラー第一蒸発管の温度推移を示す図である。

符号の説明

１ 精鉱バーナー
２ 反応塔
３ カラミ抜き口
４ カワ抜き口
５ セトラー
６ 排煙道
７ 電気錬カン炉
８ 自熔炉ボイラー
９ 除塵設備
１０ 製錬原料導入口
１１ 精鉱シュート
１２ バーナーコーン
１３ 反応用ガス導入口
１４ 補助バーナー
１５ 分散コーン
１６ 反応塔内部
１７ 風速調整器
１８ 居付き
１９ 点検孔

Claims (4)

1. 反応塔の頂部に設けられた精鉱バーナーから、反応用ガスとともに精鉱を反応塔内へ分散させ、燃焼させて熔融製錬する自熔製錬炉の操業方法において、
   自熔製錬炉の操業を続けたまま、精鉱バーナーのバーナーコーンの先端部に発生する付着物を定期的に除去することにより、反応塔内の反応用ガス中で精鉱を高分散状態に分散、維持することを特徴とする自熔製錬炉の操業方法。
2. 前記付着物は、バーナーコーンに設けられた点検孔を開けて冶具を挿入して除去されることを特徴とする請求項１に記載の自熔製錬炉の操業方法。
3. バーナーコーンに設けられた点検孔を開ける際に、バーナーコーン内の静圧を低下させ精鉱の噴出を防止することを特徴とする請求項２に記載の自熔製錬炉の操業方法。
4. 前記バーナーコーン内の静圧は、バーナーコーンの空間部に設けられた風速調整器の先端の風速を１８０〜２５０ｍ／ｓの範囲内に調整するとともに、精鉱バーナーに導入する反応用ガスの温度を下げ、かつ該風速調整器の先端位置をバーナーコーン下部に近づけることにより、低下させることを特徴とする請求項３に記載の自熔製錬炉の操業方法。

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