JP2019183202A - 自溶炉及びその操業方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】セットラのサイズを大幅に拡大することなくスラグロスを効果的に抑えることが可能な自溶炉及びその操業方法を提供する。【解決手段】セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させ生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉において、前記セットラの内壁面に鋳付が形成された場合であっても前記スラグと前記マットの境界面が前記反応シャフト直下の投影領域の外側まで延在できるように前記反応シャフト下部における前記セットラの炉内を拡張したことを特徴とする。【選択図】図１
Description
本発明は自溶炉及びその操業方法に関する。
銅等の金属製錬における自溶炉２００は、図６に示すように、反応シャフト２０１、セットラ２０２及びアップテイク２０３から構成され、反応シャフト２０１の頂部には精鉱バーナ２０４が配置されている。そして、精鉱（製錬原料）を酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に吹き込んで瞬間的に化学反応を起こさせ、比重差によってマット層３ａとスラグ層３ｂに分離する。自溶炉２００は精鉱の酸化反応熱を利用するため他の方法より燃料消費率が低いという特徴がある。処理する原料の品位、組成によっては、酸化反応熱だけでは熱量が不足することもあるため、精鉱バーナ２０４から重油等で助燃することもある。
マット層３ａには、通常、銅が６０〜７０％含まれており、このマット層３ａは自溶炉２００の底部近傍に複数連設して設けられたマットタップホール２０５、２０５から抜き出される。一方、スラグ層３ｂにも１％前後の銅が含まれているため、このスラグ層３ｂはアップテイク２０３の下部側に設けられたスラグタップホール２０６から抜き出される。抜き出されたスラグは錬かん炉２２０へ送られ錬かんされ、これに含まれていた銅を回収し、マットタップホール２０５、２０５から抜き出されたマットとあわせて転炉で処理する。そして、電解精製によってさらに品位の高い電気銅が製造される。この自溶炉２００のセットラ２０２の炉壁には熱的負荷がかかるため、炉壁に水冷ジャケットを配置して炉壁を構成する耐火物を冷却し、それによって耐火物の熱負荷の抑制を図ることが提案されている（特許文献１、２等を参照）。
このような自溶炉２００の操業においては系外に排出される貴金属成分（スラグロス）を抑えることが重要な課題である。スラグロスは、化学的にスラグ層３ｂに溶解しているスラグロスと、スラグ層３ｂ中に懸垂しているマット粒子のような物理的なスラグロスとに大別されるが、このうち物理的なスラグロスを低減するためにはセットラ２０２におけるマット層３ａとスラグ層３ｂとの分離が鍵となる。反応シャフト２０１で生成したマット粒子やスラグ粒子が着湯する懸濁領域（反応シャフト２０１の直下及びその周辺に分布）においては、マット粒子同士が接触して粒径が増大することにより沈降分離が促進され、またマット粒子がマット層３ａと接触してトラップされることでマット層３ａ及びスラグ３ｂの分離が促進される。そして、スラグ層３ｂ中に懸垂したマット粒子は反応シャフト２０１の直下からスラグホール２０５に至るまでの期間中に自然沈降により分離される。しかしながら、近年では銅鉱石中の銅含有量の低下やスラグ成分の増加等により、スラグロスが増大傾向にある。また、マット粒子径が小さい場合やスラグ層３ｂの粘度が高い場合は分離に時間を要し、スラグロスがさらに増大する。この点、スラグロス対策として引用文献３または引用文献４のようにＦｅメタルや炭材を添加することによりスラグロスを改善する方法が提案されている。しかしながら、引用文献３または４のように添加剤を用いる場合、添加剤のコストが増大するという問題点がある。
そのため、本発明者らは、反応シャフトで生成した直後の高温で粘度が低く流動性の高い溶湯が対流している反応シャフト２０１の下部に着目し、この反応シャフト２０１の下部においてマット層３ａの表面積を大きく確保し、マット粒子が他のマット粒子やマット層３ａと接触できる機会を増大させればスラグロスを低減できるという着想を得た。またマット層３ａの表面積を大きく確保することで、同様に対流するスラグとマット層３aの接触頻度も増加し、高温状態でのマットによるスラグの還元促進にも寄与する。しかしながら、反応シャフト下部のセットラの内壁には鋳付が成長しやすく、操業の継続によりマット層３ａの表面積を大きく確保することが困難となる場合がある。
そこで、本発明は上記の課題に鑑み、添加剤の投入に依存することなくスラグロスを抑制することができる自溶炉及びその操業方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、反応シャフト下部のセットラの内壁面に鋳付が形成された場合であっても反応シャフトの下部においてマットとスラグの境界面を維持することができ、それによってマットとスラグの分離が阻害されることを防止してスラグロスの抑制を図ることが可能な自溶炉及びその操業方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、セットラを無制限に大きくすることによる工期の延長やコスト増大を招くことなく、スラグロスを効果的に抑えることが可能な自溶炉及びその操業方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため請求項１に記載の本発明は、セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉において、前記セットラの内壁面に鋳付が形成された場合であっても前記スラグと前記マットの境界面が前記反応シャフトの横断面を当該反応シャフト直下へ投影してできる投影領域の外側まで延在できるように前記反応シャフト下部における前記セットラの内壁面を位置させたことを特徴とする自溶炉を提供する。
上記課題を解決するため請求項２に記載の本発明は、セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉において、前記反応シャフトに近接する側の長手方向における前記セットラ内壁面から前記投影領域の端部までの最短距離を長手方向における前記投影領域の幅長さの２０〜３５％としたことを特徴とする自溶炉を提供する。
上記課題を解決するため請求項３に記載の本発明は、セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉において、前記反応シャフトに近接する側の短手方向における前記セットラ内壁面から前記投影領域の端部までの最短距離を短手方向における前記投影領域の幅長さの１５〜２０％としたことを特徴とする自溶炉を提供する。
上記課題を解決するため請求項４に記載の本発明は、セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉において、前記反応シャフトに近接する側の長手方向における前記セットラ内壁面から前記投影領域の端部までの最短距離を長手方向における前記投影領域の幅長さの２０〜３５％とし、前記反応シャフトに近接する側の短手方向における前記セットラ内壁面から前記投影領域の端部までの最短距離を短手方向における前記投影領域の幅長さの１５〜２０％としたことを特徴とする自溶炉を提供する。
上記課題を解決するため請求項５に記載の本発明は、セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉の操業方法において、前記セットラの内壁面に鋳付が形成された場合であっても前記スラグと前記マットの境界面が前記反応シャフトの横断面を前記反応シャフト直下へ投影してできる投影領域の外側まで延在できるように前記反応シャフト下部における前記セットラの内壁面を位置させることによりマットとスラグの分離を促進することを特徴とする自溶炉の操業方法を提供する。
本発明によれば、セットラのサイズを大幅に拡大することなくスラグロスを効果的に抑えることが可能な自溶炉及びその操業方法を提供することができるという効果がある。
以下、本発明に係る自溶炉及びその操業方法について、好ましい実施形態に基づいて詳細に説明する。本実施形態では一例として銅製錬における自溶炉及びその操業方法について説明する。
［本実施形態の自溶炉の構成］
以下、本実施形態における自溶炉の構成について説明する。図１は本実施形態における自溶炉の概略正面断面図である。図示された自溶炉１は、概略として、一端側に設けられた反応シャフト２と、他端側に設けられたアップテイク４と、反応シャフト２とアップテイク４の中間部に位置するセットラ３を備えて炉体が構成されており、自溶炉１の炉体全体は鋼材等の金属製材料によって形成されたシェル（缶体）によって形成されている。反応シャフト２は、略円筒形状とされ、その上部に精鉱バーナ７が配置されている。そして、精鉱バーナ７には酸素富化空気の供給部８が設けられている。反応シャフト２に精鉱バーナ７から酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に精鉱（製錬原料）が吹き込まれると、瞬間的に化学反応が生起し、反応した精鉱（製錬原料）は比重差によってセットラ３の炉底部１ａ上でマット層３ａとスラグ層３ｂとに分離される。セットラ３のマットレベルには不図示のマットタップホールが設けられ、セットラ３のスラグレベルには不図示のスラグタップホールが設けられる。スラグタップホールは不図示の錬かん炉に連結されており、スラグ層３ｂに含まれていた銅はマットとして回収される。一方、アップテイク４は、スラグ層３ｂの上部の排ガスを不図示の廃熱ボイラへ誘導して廃熱の回収を行い、冷却された排ガスは硫酸工場に送られる。
以下、本実施形態における自溶炉の構成について説明する。図１は本実施形態における自溶炉の概略正面断面図である。図示された自溶炉１は、概略として、一端側に設けられた反応シャフト２と、他端側に設けられたアップテイク４と、反応シャフト２とアップテイク４の中間部に位置するセットラ３を備えて炉体が構成されており、自溶炉１の炉体全体は鋼材等の金属製材料によって形成されたシェル（缶体）によって形成されている。反応シャフト２は、略円筒形状とされ、その上部に精鉱バーナ７が配置されている。そして、精鉱バーナ７には酸素富化空気の供給部８が設けられている。反応シャフト２に精鉱バーナ７から酸素富化空気あるいは高温熱風と同時に精鉱（製錬原料）が吹き込まれると、瞬間的に化学反応が生起し、反応した精鉱（製錬原料）は比重差によってセットラ３の炉底部１ａ上でマット層３ａとスラグ層３ｂとに分離される。セットラ３のマットレベルには不図示のマットタップホールが設けられ、セットラ３のスラグレベルには不図示のスラグタップホールが設けられる。スラグタップホールは不図示の錬かん炉に連結されており、スラグ層３ｂに含まれていた銅はマットとして回収される。一方、アップテイク４は、スラグ層３ｂの上部の排ガスを不図示の廃熱ボイラへ誘導して廃熱の回収を行い、冷却された排ガスは硫酸工場に送られる。
［本実施形態の自溶炉の内壁面］
次に、本実施形態の自溶炉１の内壁面について説明する。図１に示されるとおり、反応シャフト２及びセットラ３の周壁には、互いに連結された複数の水冷ジャケット１０が配置されている。反応シャフト２の周壁を構成する水冷ジャケット１０の炉内側の端面が反応シャフト２の内壁面を構成する。符号３０で示す部分が反応シャフト２の内壁面であり、円筒状をしている。また、セットラ３の周壁を構成する水冷ジャケット１０の炉内側の端面がセットラ３の内壁面を構成し、概略角柱状をしている。符号３０ｂで示すのは、セットラ３の長手方向において相対する一対の内壁面のうち反応シャフト２に近い側に位置する内壁面であり、図２（Ａ）（Ｂ）において符号３０ａで示すのは、セットラ３の短手方向において相対する一対の内壁面である。
次に、本実施形態の自溶炉１の内壁面について説明する。図１に示されるとおり、反応シャフト２及びセットラ３の周壁には、互いに連結された複数の水冷ジャケット１０が配置されている。反応シャフト２の周壁を構成する水冷ジャケット１０の炉内側の端面が反応シャフト２の内壁面を構成する。符号３０で示す部分が反応シャフト２の内壁面であり、円筒状をしている。また、セットラ３の周壁を構成する水冷ジャケット１０の炉内側の端面がセットラ３の内壁面を構成し、概略角柱状をしている。符号３０ｂで示すのは、セットラ３の長手方向において相対する一対の内壁面のうち反応シャフト２に近い側に位置する内壁面であり、図２（Ａ）（Ｂ）において符号３０ａで示すのは、セットラ３の短手方向において相対する一対の内壁面である。
［比較例の自溶炉の構成］
さらに、比較例の自溶炉の構成について説明する。図６に示す比較例の自溶炉２００の構成は、図１に示す本実施形態の自溶炉１の構成と基本的に同様である。すなわち、図１に示す本実施形態の自溶炉１は、セットラ３の一方端側に配置された反応シャフト２で銅精鉱を加熱溶融することにより生成された高温融体をマット層３ａとスラグ層３ｂとに分離するものであり、図６に示す比較例の自溶炉２００も、セットラ２０２の一方端側に配置された反応シャフト２０１で銅精鉱を加熱溶融することにより生成された高温融体をマット層３ａとスラグ層３ｂとに分離するものである。ここでは比較例の自溶炉２００と本実施形態の自溶炉１との間ではセットラの寸法以外は共通であって操業条件も共通であるものとする。また、比較例の自溶炉２００の構成のうち本実施形態の自溶炉１における構成と対応するものについては適宜に同一の符号を付して説明する。
さらに、比較例の自溶炉の構成について説明する。図６に示す比較例の自溶炉２００の構成は、図１に示す本実施形態の自溶炉１の構成と基本的に同様である。すなわち、図１に示す本実施形態の自溶炉１は、セットラ３の一方端側に配置された反応シャフト２で銅精鉱を加熱溶融することにより生成された高温融体をマット層３ａとスラグ層３ｂとに分離するものであり、図６に示す比較例の自溶炉２００も、セットラ２０２の一方端側に配置された反応シャフト２０１で銅精鉱を加熱溶融することにより生成された高温融体をマット層３ａとスラグ層３ｂとに分離するものである。ここでは比較例の自溶炉２００と本実施形態の自溶炉１との間ではセットラの寸法以外は共通であって操業条件も共通であるものとする。また、比較例の自溶炉２００の構成のうち本実施形態の自溶炉１における構成と対応するものについては適宜に同一の符号を付して説明する。
［比較例のセットラの寸法］
続いて、上述した比較例のセットラの寸法について説明する。図２（Ａ）は比較例におけるセットラの寸法の説明図、図３（Ａ）は比較例におけるスラグ層とマット層の境界面の説明図である。
続いて、上述した比較例のセットラの寸法について説明する。図２（Ａ）は比較例におけるセットラの寸法の説明図、図３（Ａ）は比較例におけるスラグ層とマット層の境界面の説明図である。
図２（Ａ）に示すとおり、比較例の自溶炉２００においては、反応シャフト２０１の下部に位置するセットラ２０２の内壁面３０ａ、３０ｂは反応シャフト２０１に近接している。このため、セットラ２０２の内壁面３０ａ、３０ｂや炉底部に鋳付３ｃが形成され（図３（Ａ））、内壁面３０ａ、３０ｂと炉底部との角部（エッジ部）や炉底部の鋳付３ｃが成長した場合には、鋳付３ｃがマット層３ａの表面積の拡がりを制限すると共に、スラグ層３ｂとマット層３ａの境界面３ｄが反応シャフト２の直下の投影領域Ａの外側まで延在できない状態となる（図３（Ａ））。ここで、投影領域Ａは、反応シャフト２０２の横断面を反応シャフト２直下へ投影してできる領域、すなわち、筒状の反応シャフト２の内壁３０を炉底部側へ投影してできる領域のことである。また、懸濁領域Ａ０は、反応シャフト２０１の下部で生成された高温融体が着湯する領域のことであって、投影領域Ａ及びその周辺に分布する周縁部Ａ１を含む。なお反応シャフト２の断面形状が円形の場合には、投影領域Ａは円形状となるが、反応シャフト２の断面形状が楕円形の場合には投影領域Ａは楕円形状となる。
ここで、比較例における反応シャフト２０１は横断面が円形状なので、投影領域Ａも円形状となり、長手方向における投影領域Ａの幅長さは円形状である投影領域Ａの直径となる。そうすると、反応シャフト２０１に近接する側の長手方向におけるセットラ２０２の内壁面３０ｂから投影領域Ａの端部までの最短距離Ｌ２は、投影領域Ａの直径φ＝６２００ｍｍに対してＬ２＝１１５０ｍｍ（Ｌ２は直径φの約１８．５％）となっている。
また、反応シャフト２０１に近接する側の短手方向におけるセットラ２０２の内壁面から投影領域Ａの端部までの最短距離Ｌ１は、短手方向における前記投影領域の幅長さ、すなわち、投影領域Ａの直径φ＝６２００ｍｍに対してＬ１＝７１５ｍｍ（Ｌ１は直径φの約１１．５％）となっている。
上述の比較例の場合、反応シャフト２０１の下部におけるセットラ２０２の一対の内壁面３０ａ，３０ａとの間の間隔Ｌ４は、約７６３０ｍｍであり、反応シャフト２０１の下部における懸濁領域Ａ０の下流側端からセットラ２０２の長手方向における内壁面３０ｂまでの間隔Ｌ５は、約８５００ｍｍしか確保できない。
［比較例のスラグロス］
また、上述の比較例では、図３（Ａ）に示すとおり、セットラ２０２の内壁面３０ａ、３０ｂと炉底部との角部（エッジ部）に鋳付３ｃ形成されると、その鋳付３ｃが障害となってセットラ２０の長手方向における端面側の懸濁領域Ａ０の周縁部Ａ１の位置までマット層３ａが延在できないので、その周縁部Ａ１においてはマット層３ａとスラグ層３ｂの境界面３ｄが存在しないこととなる。このため、当該周縁部Ａ１を浮遊するマット粒子３ａ’は、その落下後にマット層３ａと接触することができず、スラグ層３ｂに留まる。そのため、当該マット粒子３ａ’はマットとして回収されずにスラグロスとなる可能性が高まる。
また、上述の比較例では、図３（Ａ）に示すとおり、セットラ２０２の内壁面３０ａ、３０ｂと炉底部との角部（エッジ部）に鋳付３ｃ形成されると、その鋳付３ｃが障害となってセットラ２０の長手方向における端面側の懸濁領域Ａ０の周縁部Ａ１の位置までマット層３ａが延在できないので、その周縁部Ａ１においてはマット層３ａとスラグ層３ｂの境界面３ｄが存在しないこととなる。このため、当該周縁部Ａ１を浮遊するマット粒子３ａ’は、その落下後にマット層３ａと接触することができず、スラグ層３ｂに留まる。そのため、当該マット粒子３ａ’はマットとして回収されずにスラグロスとなる可能性が高まる。
［実施形態のセットラの寸法］
次に、本実施形態のセットラの寸法について説明する。図２（Ｂ）は本実施形態におけるセットラの寸法の説明図であり、図３（Ｂ）は本実施形態におけるスラグ層とマット層の境界面の説明図である。
次に、本実施形態のセットラの寸法について説明する。図２（Ｂ）は本実施形態におけるセットラの寸法の説明図であり、図３（Ｂ）は本実施形態におけるスラグ層とマット層の境界面の説明図である。
図２（Ｂ）に示すとおり、本実施形態の自溶炉１においては、反応シャフト２の下部におけるセットラ３の内壁が拡張されており、スラグ層３ｂとマット層３ａの境界面３ｄが反応シャフト２の直下の投影領域Ａの外側まで延在できるような位置に反応シャフト２の下部におけるセットラ３の内壁面３０ａ、３０ｂが配置されている。このため、仮にセットラ３の内壁面３０ａ、３０ｂや炉底部に鋳付３ｃが形成され（図３（Ｂ））、内壁面３０ａ、３０ｂと炉底部との角部（エッジ部）の鋳付３ｃが成長した場合であっても、スラグ層３ｂとマット層３ａの境界面３ｄは反応シャフト２直下の投影領域Ａ（図３（Ｂ））越え、その周縁部Ａ１を含む懸濁領域Ａ０に至る位置まで延在させることが可能となる。
ここで、本実施形態における反応シャフト２は横断面が円形状なので、投影領域Ａも円形状となり、長手方向における投影領域Ａの幅長さは円形状である投影領域Ａの直径となる。そうすると、反応シャフト２に近接する側の長手方向におけるセットラ３の内壁面３０ｂから投影領域Ａの端部までの最短距離Ｌ２は、投影領域Ａの直径φの２０〜３５％の範囲とされている。例えば投影領域Ａの直径φ＝６２００ｍｍに対してＬ２＝１８５０ｍｍ（Ｌ２は直径φの約３０％）とされている。
また、本実施形態における、反応シャフト２に近接する側の短手方向におけるセットラ３の内壁面から投影領域Ａの端部までの最短距離Ｌ１は、短手方向における前記投影領域の幅長さ、すなわち、投影領域Ａの直径φの１５〜２０％の範囲とされている。例えば投影領域Ａの直径φ＝６２００ｍｍに対してＬ１＝１０００ｍｍ（Ｌ１は直径φの約１６％）とされている。
この場合、反応シャフト２の下部におけるセットラ３の一対の内壁面３０ａ，３０ａの間隔Ｌ４は、８２００ｍｍほど確保され、反応シャフト２の下部における投影領域Ａ及びその周辺に分布する周縁部Ａ１を含む懸濁領域Ａ０の下流側端から内壁面３０ｂまでの間隔Ｌ５は、９２００ｍｍほど確保される。
［実施形態のスラグロス］
上述の本実施形態では、図３（Ｂ）に示すとおり、セットラ３の内壁面３０ａ、３０ｂと炉底部との角部（エッジ部）に鋳付３ｃが形成されても、懸濁領域Ａ０の周縁部Ａ１に至るまでマット層３ａが延在できるので、周縁部Ａ１においてもマット層３ａとスラグ層３ｂの境界面３ｄを存在させることができる。このため、当該周縁部Ａ１を浮遊するマット粒子３ａ’は、その落下後にマット層３ａと接触することが可能となり、マット層３ａへ吸収が促進される。そして当該マット粒子３ａ’は最終的にスラグロスとならずにマットとして回収される。よって、本実施形態は比較例よりもスラグロスを確実に抑制することができる。
上述の本実施形態では、図３（Ｂ）に示すとおり、セットラ３の内壁面３０ａ、３０ｂと炉底部との角部（エッジ部）に鋳付３ｃが形成されても、懸濁領域Ａ０の周縁部Ａ１に至るまでマット層３ａが延在できるので、周縁部Ａ１においてもマット層３ａとスラグ層３ｂの境界面３ｄを存在させることができる。このため、当該周縁部Ａ１を浮遊するマット粒子３ａ’は、その落下後にマット層３ａと接触することが可能となり、マット層３ａへ吸収が促進される。そして当該マット粒子３ａ’は最終的にスラグロスとならずにマットとして回収される。よって、本実施形態は比較例よりもスラグロスを確実に抑制することができる。
また、上記のごとく本実施形態ではスラグとマットの分離性改善を、セットラ３の上流側（すなわち懸濁領域Ａ０の側）において行うこととしている。この懸濁領域Ａ０に着湯し存在する高温融体の温度は１３００〜１５００℃ほどであって、セットリングエリア（セットラ３におけるアップテイク４の側）に存在する溶湯の温度１２５０℃よりも高温であり、流動性が極めて高く、粘性が低い。このため、懸濁領域Ａ０での分離性改善の効果は、セットリングエリア（アップテイク４の側）での分離性改善の効果（自然沈降による分離による）よりも高い。従って、本実施形態ではスラグロスの低減効果を高めることができる。
また、マット層の表面積が増加することで、高温雰囲気でのスラグとマットの接触頻度も増加し、マットによるスラグの還元が促進されやすくなる。
また、本実施形態では反応シャフト２の下部の厳しい環境（懸濁領域Ａ０）からセットラ３の内壁面３０ａ、３０ｂを遠ざけたので、これら内壁面３０ａ、３０ｂを構成する水冷ジャケット１０の寿命を延長することができるという効果も期待できる。
さらに、本実施形態のように、自溶炉１の反応シャフト２の下端部が上方から下方に向けて末広がり状に形成された構造の場合には反応シャフト２で反応したマット粒子が広範囲に落下しやすいため本発明の効果がより一層高くなる。
［スラグロスの低減効果］
次に、本実施形態におけるスラグロスの低減効果を数値で説明する。図４、図５はそれぞれ比較例、実施例の自溶炉を用いて銅精鉱を処理した操業期間において、自溶炉から排出されるスラグをタップ時間帯に常時サンプリングする機器を用いてサンプリングし、1日分を縮分した1日の平均化サンプルとし、そのサンプルスラグに含まれるＣｕ品位をスラグロスの指標としてある一定の操業期間の結果をプロットしたものであり、図４（Ａ）は比較例におけるスラグロスを示すグラフ、図５（Ａ）は比較例におけるスクリーニング後のスラグロスを示すグラフであり、図４（Ｂ）は本実施形態におけるスラグロスを示すグラフ、図５（Ｂ）は本実施形態におけるスクリーニング後のスラグロスを示すグラフである。グラフの横軸はいずれもスラグ中における酸化アルミニウムの含有量（％）であり、グラフの縦軸はスラグロス（％）である。なお、図５のデータは図４のデータと同じであるが、図５ではスラグロス軽減のための炭材の添加の有無を区別している点で図４とは異なる。また、図４、図５のデータの取得条件は、次のとおりである。比較例においては直径φ＝６２００ｍｍ、Ｌ１＝７１５ｍｍ、Ｌ２＝１１５０ｍｍ、本実施形態においては直径φ＝６２００ｍｍ、Ｌ１＝１０００ｍｍ、Ｌ２＝１８５０ｍｍである。
次に、本実施形態におけるスラグロスの低減効果を数値で説明する。図４、図５はそれぞれ比較例、実施例の自溶炉を用いて銅精鉱を処理した操業期間において、自溶炉から排出されるスラグをタップ時間帯に常時サンプリングする機器を用いてサンプリングし、1日分を縮分した1日の平均化サンプルとし、そのサンプルスラグに含まれるＣｕ品位をスラグロスの指標としてある一定の操業期間の結果をプロットしたものであり、図４（Ａ）は比較例におけるスラグロスを示すグラフ、図５（Ａ）は比較例におけるスクリーニング後のスラグロスを示すグラフであり、図４（Ｂ）は本実施形態におけるスラグロスを示すグラフ、図５（Ｂ）は本実施形態におけるスクリーニング後のスラグロスを示すグラフである。グラフの横軸はいずれもスラグ中における酸化アルミニウムの含有量（％）であり、グラフの縦軸はスラグロス（％）である。なお、図５のデータは図４のデータと同じであるが、図５ではスラグロス軽減のための炭材の添加の有無を区別している点で図４とは異なる。また、図４、図５のデータの取得条件は、次のとおりである。比較例においては直径φ＝６２００ｍｍ、Ｌ１＝７１５ｍｍ、Ｌ２＝１１５０ｍｍ、本実施形態においては直径φ＝６２００ｍｍ、Ｌ１＝１０００ｍｍ、Ｌ２＝１８５０ｍｍである。
先ず、図４（Ａ）、図４（Ｂ）を比較すると明らかなとおり、比較例ではスラグロスが平均で約０．９０％であり、しかもスラグロスの幅が広く一定しないのに対し、本実施形態では平均で約０．７５％であり、スラグロスの幅も狭くスラグロスを確実に低減できており、比較例よりも本実施形形態の方がスラグロス低減の効果が高いことがわかる。また、図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照すると明らかなとおり、炭材の添加によるスラグロスの低減効果よりも、本実施形態によるスラグロス低減効果の方が高いことがわかる。
なお、比較例でスラグ中の酸化アルミニウムが増加した条件でスラグロスが悪化しているのは、スラグ中の酸化アルミニウムが増加するとスピネルが形成しやすい方向に作用し、それが鋳付の形成を助長するため、壁面部の鋳付の厚みが増加して反応シャフト２の直下滞留部のスラグ層３ｂとマット層３ａの境界面３ｄの面積が小さくなり、反応シャフト２の直下でのマットとスラグの分離性を悪化させていることを示している。炭材の添加は酸化アルミニウム増加時のスピネル形成を抑制する方向に寄与するが、比較例に示す通り、実操業においては明確なスラグロス低減効果は得られておらず、鋳付の厚みが増大してもスラグとマットの分離性を悪化させないための境界面積を維持することを目的とした本実施形態による効果が大きいことがわかる。また、セットリングエリアでの沈降分離に関しても、壁面間の距離を延ばし、スラグとマットの境界面を拡大させたことで、スピネルを多く含有する中間層の厚みを薄く維持することが可能となり、セットラ３でのマット粒子の沈降分離性の改善にも寄与している。
［実施形態の効果］
以上説明したとおり、本実施形態に係る自溶炉１は、セットラ３の内壁面３０ａ、３０ｂに鋳付３ｃが形成された場合であってもスラグ層３ｂとマット層３ａの境界面３ｄが反応シャフト２直下の投影領域Ａの外側まで延在できるように反応シャフト２の下部におけるセットラ３の内壁を位置させたので、懸濁領域Ａ０における境界面３ｄの占める割合を増加させ、マット層３ａとスラグ層３ｂの分離（マット層３ａのトラップ）を促進することができる。
以上説明したとおり、本実施形態に係る自溶炉１は、セットラ３の内壁面３０ａ、３０ｂに鋳付３ｃが形成された場合であってもスラグ層３ｂとマット層３ａの境界面３ｄが反応シャフト２直下の投影領域Ａの外側まで延在できるように反応シャフト２の下部におけるセットラ３の内壁を位置させたので、懸濁領域Ａ０における境界面３ｄの占める割合を増加させ、マット層３ａとスラグ層３ｂの分離（マット層３ａのトラップ）を促進することができる。
また、本実施形態に係る自溶炉１は、反応シャフト２の内壁面３０から長手方向におけるセットラ３の内壁面３０ｂまでの水平方向の最短距離Ｌ２を投影領域Ａの直径φの２０〜３５％としたので、セットラ３の内壁面３０ｂに鋳付３ｃが形成された場合であってもスラグ層３ｂとマット層３ａの境界面３ｄを、反応シャフト２直下の投影領域Ａの外側まで（内壁面３ｂの側へ）延在させることができる。
また、本実施形態に係る自溶炉１は、反応シャフト２の内壁面から短手方向におけるセットラ３の内壁面３０ａまでの水平方向の最短距離Ｌ１を投影領域Ａの直径φの１５〜２０％としたので、セットラ３の内壁面３０ａに鋳付３ｃが形成された場合であってもスラグ層３ｂとマット層３ａの境界面３ｄを、反応シャフト２直下の投影領域Ａの外側まで（内壁面３０ａの側へ）延在させることができる。
［その他の実施の形態］
本発明は各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明は各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態の構成要素を適宜組み合わせてもよい。
また、銅製錬炉として自溶炉及びその操業方法に係る実施形態について説明したが、本発明は銅以外の金属の製錬にも適用が可能である。
１ 自溶炉
１ａ 炉底部
２ 反応シャフト
３ セットラ
３ａ マット層
３ａ’ マット粒子
３ｂ スラグ層
３ｂ’ スラグ粒子
３ｃ 鋳付
３ｄ 境界面
４ アップテイク
７ 精鉱バーナ
８ 酸素富化空気供給部
１０ 水冷ジャケット
３０ 内壁面
３０ａ 内壁面
３０ｂ 内壁面
２００ 自溶炉
２０１ 反応シャフト
２０２ セットラ
２０５ マットタップホール
２０６ スラグタップホール
２０３ アップテイク
２０４ 精鉱バーナ
２２０ 練かん炉
Ａ 投影領域
Ａ０ 懸濁領域
Ａ１ 周縁部
１ａ 炉底部
２ 反応シャフト
３ セットラ
３ａ マット層
３ａ’ マット粒子
３ｂ スラグ層
３ｂ’ スラグ粒子
３ｃ 鋳付
３ｄ 境界面
４ アップテイク
７ 精鉱バーナ
８ 酸素富化空気供給部
１０ 水冷ジャケット
３０ 内壁面
３０ａ 内壁面
３０ｂ 内壁面
２００ 自溶炉
２０１ 反応シャフト
２０２ セットラ
２０５ マットタップホール
２０６ スラグタップホール
２０３ アップテイク
２０４ 精鉱バーナ
２２０ 練かん炉
Ａ 投影領域
Ａ０ 懸濁領域
Ａ１ 周縁部
Claims (5)
- セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉において、
前記セットラの内壁面に鋳付が形成された場合であっても前記スラグと前記マットの境界面が前記反応シャフトの横断面を当該反応シャフト直下へ投影してできる投影領域の外側まで延在できるように前記反応シャフト下部における前記セットラの内壁面を位置させたことを特徴とする自溶炉。 - セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉において、
前記反応シャフトに近接する側の長手方向における前記セットラ内壁面から前記投影領域の端部までの最短距離を長手方向における前記投影領域の幅長さの２０〜３５％としたことを特徴とする自溶炉。 - セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉において、
前記反応シャフトに近接する側の短手方向における前記セットラ内壁面から前記投影領域の端部までの最短距離を短手方向における前記投影領域の幅長さの１５〜２０％としたことを特徴とする自溶炉。 - セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉において、
前記反応シャフトに近接する側の長手方向における前記セットラ内壁面から前記投影領域の端部までの最短距離を長手方向における前記投影領域の幅長さの２０〜３５％とし、前記反応シャフトに近接する側の短手方向における前記セットラ内壁面から前記投影領域の端部までの最短距離を短手方向における前記投影領域の幅長さの１５〜２０％としたことを特徴とする自溶炉。 - セットラの一方端側に配置された反応シャフトで精鉱を酸素と反応させて生成した高温融体をマットとスラグに分離する自溶炉の操業方法において、
前記セットラの内壁面に鋳付が形成された場合であっても前記スラグと前記マットの境界面が前記反応シャフトの横断面を前記反応シャフト直下へ投影してできる投影領域の外側まで延在できるように前記反応シャフト下部における前記セットラの内壁面を位置させることによりマットとスラグの分離を促進することを特徴とする自溶炉の操業方法。
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| WO2023100954A1 (ja) | 2021-12-02 | 2023-06-08 | 住友金属鉱山株式会社 | 物質状態の測定方法、物質状態の測定装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008202923A (ja) * | 2007-01-23 | 2008-09-04 | Nikko Kinzoku Kk | 自溶炉の炉体水冷構造 |
-
2018
- 2018-04-04 JP JP2018072628A patent/JP7137336B2/ja active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023100954A1 (ja) | 2021-12-02 | 2023-06-08 | 住友金属鉱山株式会社 | 物質状態の測定方法、物質状態の測定装置 |
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