JP2018172741A - 原料供給装置、自溶炉、ノズル部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】自溶炉内に供給された原料と反応用ガスの混合を積極的に促進し、反応を均一化する。【解決手段】原料供給装置は、自溶炉内に原料を供給するとともに、少なくとも前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する第１ガス及び第２ガスを供給する原料供給装置であって、ランス内に設けられ、前記第１ガスを前記自溶炉内に供給する第１ガス流路と、前記ランスの外側に設けられ、前記原料を前記自溶炉内に供給する原料流路と、前記原料流路の外側に設けられ、前記第２ガスを前記自溶炉内に供給する第２ガス流路と、前記第１ガス流路に設けられ、前記第１ガス流路における前記第１ガスの流動方向に対して傾斜することで前記第１ガスが衝突する傾斜面を有し、前記自溶炉内に供給される前記第１ガスを前記自溶炉の下方に向かわせつつ旋回させる羽根と、を備える。【選択図】図２
Description
本発明は、原料供給装置、自溶炉、ノズル部材に関する。
自溶炉とは、銅、ニッケル等の非鉄金属の製錬、及び、マット処理製錬に用いられる製錬炉であり、反射炉型のセットラの上にシャフトを設け、その頂部から原料と反応に供するガスを吹き込むことで原料の酸化熱を利用し、瞬時に酸化溶融を行う炉である。自溶炉において、原料と反応用ガスを炉内へ供給する装置は、自溶炉の性能を決定付ける重要な役割を担っている。この原料供給装置の性能が反応シャフト内での原料の反応効率、反応進行度を左右し、その結果、自溶炉の処理能力及びメタル採収率に影響を及ぼす。自溶炉における反応シャフト内での反応は、速やか、かつ、全ての原料が均一に同じ反応進行度で進行することが望ましい。このため、原料と反応用ガスとは、均一に混合されることが望ましい。
このような原料と反応用ガスとの混合を改善するため、原料供給装置から反応シャフト内へ供給される主送風を旋回させるものが知られている（特許文献１）。また、管状の精鉱シュートの内側に燃料バーナーを取り囲んで酸素吹込管を設け、その開口部に案内羽根を設けて旋回流を供給することが知られている（特許文献２）。
ところで、原料供給装置の直下の領域は、主送風によって、温度が低く、精鉱反応が進みにくい領域となっている。特許文献１や特許文献２は、このような原料供給装置の直下の領域に積極的に旋回流を発生させるものとはなっておらず、改良の余地があった。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、自溶炉内に供給された原料と反応用ガスの混合を積極的に促進し、反応を均一化することを目的としている。
本発明の原料供給装置は、自溶炉内に原料を供給するとともに、少なくとも前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する第１ガス及び第２ガスを供給する原料供給装置であって、ランス内に設けられ、前記第１ガスを前記自溶炉内に供給する第１ガス流路と、前記ランスの外側に設けられ、前記原料を前記自溶炉内に供給する原料流路と、前記原料流路の外側に設けられ、前記第２ガスを前記自溶炉内に供給する第２ガス流路と、前記第１ガス流路に設けられ、前記第１ガス流路における前記第１ガスの流動方向に対して傾斜することで前記第１ガスが衝突する傾斜面を有し、前記自溶炉内に供給される前記第１ガスを前記自溶炉の下方に向かわせつつ旋回させる羽根と、を備える。
この場合において、前記羽根は、前記第１ガス流路の下端部に設けられることとしてもよい。また、前記羽根は、前記第１ガス流路内に設置される環状のフレーム部と当該フレーム部の中心部に配置されたハブ部との間に設けられることとしてもよい。
本発明の自溶炉は、本発明の原料供給装置を備えている。
本発明のノズル部材は、環状のフレーム部と、前記フレーム部の中心部に配置されたハブ部と、前記ハブ部を中心として、放射状に配置され、前記フレーム部と前記ハブ部とを接続すると共に、前記ハブ部の軸方向に対して傾斜させた傾斜面を備える羽根を有する。
本発明の原料供給装置及び自溶炉は、自溶炉内に供給された原料と反応用ガスの混合を積極的に促進し、反応を均一化することができる。
以下、実施形態に係る自溶炉について、図１〜図７に基づいて、詳細に説明する。図１は、実施形態に係る銅製錬用の自溶炉１００の構成を概略的に示す図である。
（第１実施形態）
図１に示すように、自溶炉１００は、原料供給装置１と、炉体２と、を備える。原料供給装置１は、精鉱バーナーとも呼ばれ、原料である精鉱（銅精鉱（ＣｕＦｅＳ2など））、反応用主送風ガス、反応用補助ガス、及び分散用ガス（反応にも寄与する）を炉体２内に供給する。炉体２は、精鉱と反応用ガスとが混合する反応シャフト３、セットラ４、アップテイク５を備える。なお、反応用主送風ガス及び反応用補助ガスは、酸素富化空気であり、分散用ガスは、空気または酸素富化空気である。これらの反応用ガス、および分散用ガスは、精鉱を分散し、同時に酸化させ、反応シャフト３の底部でマット及びスラグに分離する。
図１に示すように、自溶炉１００は、原料供給装置１と、炉体２と、を備える。原料供給装置１は、精鉱バーナーとも呼ばれ、原料である精鉱（銅精鉱（ＣｕＦｅＳ2など））、反応用主送風ガス、反応用補助ガス、及び分散用ガス（反応にも寄与する）を炉体２内に供給する。炉体２は、精鉱と反応用ガスとが混合する反応シャフト３、セットラ４、アップテイク５を備える。なお、反応用主送風ガス及び反応用補助ガスは、酸素富化空気であり、分散用ガスは、空気または酸素富化空気である。これらの反応用ガス、および分散用ガスは、精鉱を分散し、同時に酸化させ、反応シャフト３の底部でマット及びスラグに分離する。
図２は、原料供給装置１の一部を拡大した図であって、原料、反応用ガス、分散用ガスを反応シャフト３側へ投入する投入部１０を示した説明図である。
原料供給装置１の投入部１０は、ランス１６を備え、ランス１６内には分散用ガスの通る第１通路１１、第１ガスとしての反応用補助ガスが通過する第４通路１４が形成されている。第４通路１４は、ランス１６の中心部分に設けられており、第１通路１１は、第４通路１４の周囲に設けられている。また、投入部１０は、ランス１６の外側、より具体的にランス１６の外周に設けられた原料流路としての第２通路１２を備えている。投入部１０は、さらに、第２通路１２の外側、より具体的に第２通路１２の外周に設けられ、第２ガスとしての反応用主送風ガスが通過する第３通路１３と備えている。第４通路１４は、第１ガス流路に相当し、第３通路１３は、第２ガス流路に相当する。第３通路１３は、第２通路１２を囲むように設けられた管状部分によって形成されており、その上方に設けられた漏斗状のエアチャンバー１７と通じている。第２通路１２と、第３通路１３は、円筒状の仕切り壁２１により、仕切られた状態となっている。
第１通路１１は、分散用ガスを反応シャフト３内へ供給する。第２通路１２は、精鉱を反応シャフト３内へ供給する。第３通路１３は、反応用主送風ガスをエアチャンバー１７から反応シャフト３内へ供給する。また、第４通路１４は、反応用補助ガスを反応シャフト３内へ供給する。
なお、ランス１６の先端部（下端部）には、中空円錐台状の分散コーン１５が形成されている。分散コーン１５の側面下部１５１には第１通路１１を通過した分散用ガスを反応シャフト３内へ吐出する複数の供給孔１５２が形成されている。供給孔１５２は、ガスの吐出方向が分散コーン１５の底面円の法線方向となるように設けられている。
投入部１０の第４通路１４には、第１ガスとしての反応用補助ガスを旋回させる羽根４３が設けられている。図３は羽根４３を備えたノズル部材４０を第１ガス流路としての第４通路１４の上流側からみた状態を示す模式図である。ノズル部材４０は、環状のフレーム部４１とその中心部に配置されたハブ部４２を備える。そして、フレーム部４１とハブ部４２とを接続するように羽根４３が配置されている。羽根４３は、ハブ部４２を中心として、放射状に設けられている。羽根４３は、第４通路１４における反応用補助ガスの流動方向に対して傾斜することで当該反応用補助ガスが衝突する傾斜面４３１を有し、炉体２内に供給される反応用補助ガスを炉体２の下方に向かわせつつ旋回させる。本実施形態は、６枚の羽根４３が設けられているが、反応用補助ガスを旋回させることができれば、その枚数は問わない。なお、ハブ部４２の軸方向は、第４通路１４における反応用補助ガスの流動方向と一致している。
本実施形態では、傾斜面４３１の側方には、第４通路１４の内部と炉体２の内部とを連通させる隙間４４が設けられている。すなわち、ノズル部材４０は、周方向に沿って、羽根４３と隙間４４とが交互に配置されている。これにより、第４通路１４の上流側から供給された反応用補助ガスが羽根４３の傾斜面４３１に衝突すると、その進行方向が変えられ、隙間４４を通じて旋回流として炉体２内へ吐出される。
ここで、傾斜面４３１に衝突した反応用補助ガスは、第４通路１４を通過してきており、このような反応用補助ガスのベクトルは、下方へ向かう成分を有している。このため、傾斜面４３１に衝突した後の反応用補助ガスは、炉体２の下方に向かいつつ、旋回することができる。
ここで、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して、羽根４３について説明する。図４（Ａ）はノズル部材４０が備えるハブ部４２に対する羽根４３の設置状態を示す説明図であり、図４（Ｂ）はノズル部材４０が備えるフレーム部４１に対する羽根４３の設置状態を示す説明図である。
図４（Ａ）は、フレーム部４１側から柱状のハブ部４２を観た様子を示している。羽根４３の内側端部４３ａは、図４（Ａ）において点線で示すように、垂直方向に延びるハブ部４２に対し、傾斜している。より詳細に、内側端部４３ａは、ハブ部４２に対し、内側端部４３ａの上端部４３ａ１と下端部４３ａ２とを結ぶ直線と、ハブ部４２の下端縁４２ａにおける水平方向に延びる線分とが、角度θをなすように設けられている。一方、図４（Ｂ）は、ハブ部４２側からフレーム部４１を観た様子を示している。羽根４３の外側端部４３ｂは、図４（Ｂ）において点線で示すように、湾曲している。これは、羽根４３の表面に衝突した反応用補助ガスが旋回流となるように、羽根４３の形状を設定しているためである。
ここで、本実施形態における羽根４３の形状は、一例である。羽根４３は、第４通路１４の上流側から下流側を観たときに、羽根４３に衝突した反応用補助ガスを、図５に示す矢示５０のような旋回流とすることができれば、その形状は問わない。図６に示す例では、羽根の内側端部１４３ａを湾曲させている。そして、内側端部１４３ａは、ハブ部４２に対し、内側端部１４３ａの上端部１４３ａ１と下端部１４３ａ２とを結ぶ直線と、ハブ部４２の下端縁４２ａにおける水平方向に延びる線分とが、角度θをなすように設けられている。反応用補助ガスは、このような形状の羽根に衝突することで、炉体２の下方へ向かいつつ旋回する旋回流となることができる。
図４（Ａ）や図６に示す例では、羽根の内側端部は、上端部と下端部とを結ぶ直線と、ハブ部４２の下端縁４２ａにおける水平方向に延びる線分とが、角度θをなすように設けられている。ここで、角度θは、９０°よりも大きくなるように設定されており、これにより、羽根はハブ部４２に対して傾斜した状態とされている。羽根がハブ部４２に対して傾斜していると、羽根に衝突した反応用補助ガスを旋回流にしやすくなる。ただし、羽根の内側端部は、必ずしも、ハブ部４２に対して傾斜していなくてもよい。
羽根の内側端部は、例えば、図７に示す羽根２４３のように、その内側端部２４３ａを、ハブ部４２に対して傾斜させることなく、内側端部２４３ａの延びる方向をハブ部４２の軸線が延びる方向と一致させるようにしてもよい。図７は、羽根２４３の外側端部２４３ｂが接続されたフレーム部４１の内周面にハブ部４２と内側端部２４３ａを投影して描いた説明図である。ハブ部４２と内側端部２４３ａは、点線で描かれている。図７に示す例では、図４（Ａ）や図６における角度θに相当する角度は、９０°となっている。すなわち、内側端部２４３ａの延びる方向は、ハブ部４２の軸線が延びる方向と一致している。このように、内側端部２４３ａの延びる方向をハブ部の軸線が延びる方向と一致させても、羽根２４３の形状を湾曲させることで、羽根２４３に衝突した反応用補助ガスを旋回させることができる。
羽根４３を備えたノズル部材４０は、第４通路１４の下端部１４ａに設けられている。第４通路１４の下端部１４ａは、炉体２内に臨んでおり、反応用補助ガスは、第４通路１４の下端部１４ａから炉体２内に吹き出す。このため、羽根４３を下端部１４ａに設けることで、効果的に旋回状態の反応用補助ガスを炉体２内へ吹き込むことができる。
原料供給装置１の直下は、精鉱の粒子の濃度が高く、また、第３通路１３から反応用主送風ガスが吹き込まれることに起因して温度が低く、精鉱反応が進みにくい領域である。本実施形態によれば、反応用補助ガスは、原料供給装置１の直下に旋回状態で吹き込まれる。このように、旋回状態で炉体２内に吹き込まれた旋回流は、炉体２内での滞留時間が鉛直方向に吹き込まれる場合に比べて長くなる。また、旋回流は、原料供給装置１の直下の領域から精鉱の粒子を巻き込むことができる。この結果、精鉱と反応用補助ガスの接触を促進し、原料供給装置１の直下における反応を促進することができる。このように、本実施形態の原料供給装置１によれば、原料となる精鉱と、反応用ガスの混合を積極的に促進し、反応を均一化することができる。
なお、本実施形態では、羽根４３を備えたノズル部材４０を第４通路１４の下端部１４ａに装着し、固定している。このため、羽根４３の設置が容易である。また、ノズル部材４０は、脱着可能であるので、羽根４３のメンテナンスが容易である。
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
１ 原料供給装置
２ 炉体
１０ 投入部
１１ 第１通路
１２ 第２通路
１３ 第３通路
１４ 第４通路
１４ａ 下端部
１６ ランス
４０ ノズル部材
４１ フレーム部
４２ ハブ部
４２ａ 下端縁
４３、２４３ 羽根
１００ 自溶炉
２ 炉体
１０ 投入部
１１ 第１通路
１２ 第２通路
１３ 第３通路
１４ 第４通路
１４ａ 下端部
１６ ランス
４０ ノズル部材
４１ フレーム部
４２ ハブ部
４２ａ 下端縁
４３、２４３ 羽根
１００ 自溶炉
Claims (5)
- 自溶炉内に原料を供給するとともに、少なくとも前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する第１ガス及び第２ガスを供給する原料供給装置であって、
ランス内に設けられ、前記第１ガスを前記自溶炉内に供給する第１ガス流路と、
前記ランスの外側に設けられ、前記原料を前記自溶炉内に供給する原料流路と、
前記原料流路の外側に設けられ、前記第２ガスを前記自溶炉内に供給する第２ガス流路と、
前記第１ガス流路に設けられ、前記第１ガス流路における前記第１ガスの流動方向に対して傾斜することで前記第１ガスが衝突する傾斜面を有し、前記自溶炉内に供給される前記第１ガスを前記自溶炉の下方に向かわせつつ旋回させる羽根と、
を備える原料供給装置。 - 前記羽根は、前記第１ガス流路の下端部に設けられた請求項１に記載の原料供給装置。
- 前記羽根は、前記第１ガス流路内に設置される環状のフレーム部と当該フレーム部の中心部に配置されたハブ部との間に設けられた請求項１又は２に記載の原料供給装置。
- 請求項１〜３のいずれか一項に記載の原料供給装置を備える自溶炉。
- 環状のフレーム部と、
前記フレーム部の中心部に配置されたハブ部と、
前記ハブ部を中心として、放射状に配置され、前記フレーム部と前記ハブ部とを接続すると共に、前記ハブ部の軸方向に対して傾斜させた傾斜面を備える羽根を有するノズル部材。
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