JP5900285B2

JP5900285B2 - 横型転炉

Info

Publication number: JP5900285B2
Application number: JP2012235767A
Authority: JP
Inventors: 中野　修; 修中野; 浩二続木; 一広森
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: JP2014084510A

Description

本発明は、銅等の非鉄金属を製錬するための横型転炉に関する。更に詳しくは、羽口からの送風量を増加させる際の熔体の飛散リスクを低減しつつ、処理能力を向上させることの出来る横型転炉、及び、同様の効果を奏しうる横型転炉の操業方法に関する。

従来より、銅製錬において、銅精鉱を熔錬して得られた原料熔体マットを処理して粗銅を得るに際して、一般に横置き円筒式の横型転炉（以下、「ＰＳ転炉」とも言う）が用いられている。このＰＳ転炉は、円筒状の胴体である転炉本体が、中心軸を水平にして、中心軸を回転軸として転動可能に配置されており、転炉本体の上方部側面に金属材料を装入するための装入口が形成されている。

ＰＳ転炉においては、装入口から原料熔体マットをフラックスとともに装入し、空気、又は酸素富化空気を製錬用空気として製錬用空気吹込用の羽口から送風することにより、原料熔体マット中の鉄分等を酸化させてスラグ化し、硫黄を燃焼させてＳＯ_２ガスを生成する。このスラグは、銅よりも比重が小さく、送風の停止により炉内熔体表面に浮くので転炉を転動させて傾けることによって装入口から排出し、次いで再び、製錬用空気を炉内に吹込むことによって粗銅を得ることができる。

例えば、特許文献１には、上記の製錬用空気の酸素濃度や吹き込み量を、工程の進行に応じて、適宜最適範囲に調整することにより、炉内での熔体の反応高率を高めて、生産性を向上させる操業方法が開示されている。

特開２００１−１５２２６０号公報

しかしながら、反応高率を高めるために、羽口からの送風量を増加させると、一方で、装入口からの原料熔体マットのスプラッシュ（吹き上げ）が多量に発生してしまう。そして、このスプラッシュによって、転炉上方のフードの内壁等への煙灰付着量が増加する。これを放置すると、やがてフード内壁面において付着成長した大きな煙灰塊が、装置の作動上の問題を引き起こし、又、場合によっては、炉内に落下して円滑な操業の妨げ、或いは、炉の損傷につながるおそれがある。

所望の総風量を保持しながら、且つ、スプラッシュの発生を十分に抑制することができる構造を有するＰＳ転炉、及び、そのような効果を奏しうるＰＳ転炉の操業方法の開発が求められていた。

本発明は、羽口からの送風量を、生産性を高めるために必要な量にまで増加させた際にも、装入口からの熔体のスプラッシュを抑制することのできるＰＳ転炉、及び、そのような効果を奏しうるＰＳ転炉の操業方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、ＰＳ転炉において、羽口先端部から装入口端部までの水平距離を所定の長さ以上とすることでスプラッシュ発生量を低減できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１）非鉄金属の製錬に用いる横型転炉であって、中心軸の方向が水平となるように設置された内半径１４００ｍｍ以上２１００ｍｍ以下の円筒状の転炉本体と、前記転炉本体の下方部側面に、前記転炉本体をそれぞれ平行に貫通して形成される複数個の製錬空気吹込用の羽口と、前記転炉本体の上方部側面に形成される金属材料装入用の装入口と、を備え、前記転炉本体は、前記中心軸を回転軸として転動可能な態様で設置されていて、前記羽口の貫通方向が水平となるように固定したときに、前記羽口の前記転炉本体の内壁側の開口面の中心と、前記装入口の前記転炉本体の内壁側の開口面の下端部との水平距離が２００ｍｍ以上である横型転炉。

（２）前記非鉄金属が銅である（１）に記載の横型転炉。

（３）中心軸の方向が水平となるように、且つ、前記中心軸を回転軸として転動可能な態様で設置された内半径１４００ｍｍ以上２１００ｍｍ以下の円筒状の転炉本体と、前記転炉本体の下方部側面に、前記転炉本体をそれぞれ平行に貫通して形成される複数個の製錬空気吹込用の羽口と、前記転炉本体の上方部側面に形成される金属材料装入用の装入口と、を備える非鉄金属製錬用の横型転炉の操業方法であって、前記羽口から製錬用空気を吹き込む送風工程を行う際には、前記羽口の前記転炉本体の内壁側の開口面の中心と、前記装入口の前記転炉本体の内壁側の開口面の下端部との水平距離が２００ｍｍ以上となる位置に前記転炉本体を固定した態様において、前記送風工程を行うことを特徴とする横型転炉の操業方法。

（４）前記非鉄金属が銅である（３）に記載の横型転炉の操業方法。

本発明によれば、羽口からの送風量を適性量にまで増加させた際にも、装入口からの熔体のスプラッシュ（吹き上げ）を、十分に抑制することのできるＰＳ転炉並びに、そのような効果を奏しうるＰＳ転炉の操業方法を提供することができる。

本発明のＰＳ転炉の構成を模式的に示す断面模式図である。本発明のＰＳ転炉の転炉本体の模式的に示した斜視図である。本発明のＰＳ転炉の構成の説明に供する概念図である。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではない。以下、本発明を銅製錬に用いるＰＳ転炉へ適用した場合の実施形態について説明するが、本発明のＰＳ転炉は、転動可能に水平配置された円筒形状の精錬炉であれば、その他の精錬炉への適用が可能なものである。

＜ＰＳ転炉＞
まず、図１及び図２を参照しながら、本発明の一実施形態であるＰＳ転炉１０の全体構成及び使用態様につき説明する。図１及び図２に示す通り、ＰＳ転炉１０は、中空円筒形状の胴体である転炉本体１、転炉本体１に形成された装入口２と羽口３、転炉本体１を覆って配置される主フード４、転炉本体１を転動可能に支持する支持部５、及び、装入口から金属材料を装入及び搬出する際に用いる容器であるレードル（図示せず）を備える。

転炉本体１は、円筒形状の精錬炉であり、通常、金属製のシェルの内面に耐火煉瓦等の耐火物が貼設されたものである。転炉本体１は、支持部５によって円筒の中心軸を回転軸として転動可能な態様で支持されている。又、転炉本体１は、例えば、金属熔体の装入時、吹錬時、搬出時等、各作業等の各工程毎に、それぞれ所望の角度位置に転動されて用いられる。

装入口２は、金属熔体を装入及び搬出するための開口部であり、同時に製錬排ガスの導出部である。形状、大きさは特に限定されないが、転炉本体１において通常操業時に上部側となる面の一部に形成される。

羽口３は、酸化反応等を促進させるための空気を吹き込むための貫通穴である。転炉本体１において通常操業時に下部側となる面の一部に形成される。この羽口３は図２に示す通り、複数の羽口を転炉本体１の側面の一直線上に併設することが一般的である。ＰＳ転炉１０は、この装入口２と羽口３の相対的な位置関係を特定の範囲に限定することにより、熔体のスプラッシュを抑制することができるようにしたものである。この装入口２と羽口３の相対的な位置関係の詳細については、後に別途説明する。

主フード４は、転炉本体１内で発生した排ガス等の離散を防止して、排ガス等を収集して、適宜必要な他の設備に送るための経路を形成するものである。

支持部５は、転炉本体１をその中心軸が水平となるようにして、且つ、転炉本体１がその中心軸を回転軸として転動可能な態様で支持する部材である。

以上の構成を備えるＰＳ転炉１０は、以下の態様で銅製錬等のプロセスに用いることができる。以下、ＰＳ転炉１０を銅製錬に用いる場合の使用方法について説明する。

まず、銅製錬の一連のプロセスにおいて、自熔炉等の熔錬炉で銅精鉱を処理して得たマットが、ＰＳ転炉１０にレードルで運ばれてきて、転炉本体１の装入口２から転炉本体１内に装入される。このとき、硅石等のフラックスを加え、羽口３から空気７を供給し、ＦｅＳを酸化してスラグとし、これを転炉本体１から排出し、転炉本体１内に白かわ（Ｃｕ_２Ｓ）だけを残すようにする。次に転炉本体１内に空気７を供給して銅を粗銅にまで酸化する。尚、スラグを生成する工程を造かん期、白かわを粗銅にする工程を造銅期と言う。

ＰＳ転炉１０で熔体６を吹錬している造かん期及び造銅期には、図１に示すように、転炉本体１は装入口２が上方近傍方向（図１でｏ−ｘ線で示す方向）に向くように転動され、その角度位置で固定されて用いられる（以下、転炉本体のこの角度位置を「操業位置」とも言う）。この状態で図１の右下に位置する羽口３から空気７が転炉本体１内に吹き込まれて熔体６が処理される。このとき発生する亜硫酸（ＳＯ_２）ガスは、装入口２を覆う主フード４の方向からブロアで吸引され硫酸工場に送られる。

熔錬炉から運ばれてきたマットを、転炉本体１に装入するときは、転炉本体１を、その装入口２が、図１のｏ−ｙ線で示す前上方の方向に向くように転動させる。そして、その状態で、レードルで運ばれてきたマットを装入口２から転炉本体１に装入する。

熔体の装入後は、転炉本体１を、操業位置に戻してその後の操業を行う。羽口３から空気を吹き込みながら、操業位置で転炉本体１を固定し、又、フラックスを転炉本体１内に装入して造かん期工程を行う。造かん期が終わりスラグを転炉本体１から排出する場合には、転炉本体１を、装入口２が図１のｏ−ｚ線で示す斜め前下方向に向く角度に転動させてスラグをレードルに排出する。

スラグを搬出後、転炉本体１を転動して、操業位置に戻し、造銅工程を行う。造銅工程中でマットの温度を調節するため故銅等の冷材を冷材装入装置を用いて転炉本体１内に装入し、造銅工程が終わると、転炉本体１を前記のスラグ排出時と同様に、装入口２がｏ−ｚ線方向に向く角度に転動させ、レードルに熔体６（マット）を排出する。そして転炉本体１から排出された熔体６を更に精製するために精製炉に運ぶ。

＜転炉本体における装入口と羽口の位置関係＞
次に、図３を参照しながら、本発明のＰＳ転炉１０の転炉本体１における装入口２と羽口３との位置関係の詳細について説明する。

ＰＳ転炉の円筒状の転炉本体は、一般的には、その内半径が１７００ｍｍ程度である。本発明は、円筒部の内径が、１４００ｍｍ以上２１００ｍｍ以下の一般的なサイズのＰＳ転炉に適用可能である。本発明の一実施形態であるＰＳ転炉１０の転炉本体１の内半径は１７００ｍｍである。

ここで、従来のＰＳ転炉においては、図３に示す、羽口の内壁側の開口面の中心３ａと、装入口の下端部２ａとの間の水平距離ｗが２００ｍｍ未満、一般的には１７０ｍｍ程度となっている。尚、本明細書において、「羽口の内壁側の開口部と、装入口の下端部との間の水平距離」とは、転動可能な転炉本体１を、羽口３の貫通方向が水平となる角度位置に固定したときの、羽口３の転炉本体１の内壁側の開口面の中心３ａと、装入口２の内壁側の開口面の下端部２ａとの、水平方向における位置の差分（図３に示すｗ）のことを言う。

一方、本発明のＰＳ転炉１０は、図３に示す、羽口３の開口面の中心３ａと、装入口２の下端部２ａとの間の水平距離ｗが、２００ｍｍを超える長さである。又、上記水平距離ｗは２５０ｍｍを超える長さであることがより好ましい。転炉本体１の内径が１７００ｍｍであるＰＳ転炉１０において、上記水平距離ｗを２００ｍｍを超える長さとすることによって、熔体のスプラッシュを十分に抑制することができる。

又、従来のＰＳ転炉においては、図３に示す、転炉本体１を、羽口３の貫通方向を水平にして固定したときの、装入口２の下端部２ａから転炉本体１の中心軸へ引いた垂線の方向である装入口２の開口方向の水平面に対する角度（図３に示すθ_１）は、一般に４５°程度である。本発明のＰＳ転炉１０においては、この角度θ_１を適宜調整することによって、上記水平距離ｗを２００ｍｍを超える長さとし、熔体のスプラッシュを十分に抑制することができる。

ＰＳ転炉１０における装入口２と羽口３の相対的な位置関係については、上記説明した通りである。但し、必ずしも、ＰＳ転炉が上記構成を厳密に満たすものでない場合であっても、転動可能な転炉本体を備えるＰＳ転炉であって、実質的に上記要件を満たす態様でＰＳ転炉を用いる操業方法は、本発明の範囲内である。実際に造かん期、造銅期等の工程を行う際の転炉本体の角度位置、即ち、その転炉に固有の操業位置において、当該転炉本体の装入口と羽口の相対的な位置関係が上記において説明した範囲にある態様でＰＳ転炉を操業する方法であれば、その操業方法は、即ち本発明の操業方法である。例えば、羽口の貫通方向が水平方向でない場合であっても、実際の操業位置において、上記の水平距離ｗを２００ｍｍ以上に調整して造かん期、造銅期等の工程を行う操業方法は、本発明の操業方法の一実施態様である。

以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。

転炉模型を使用した実施例と比較例の水モデル試験結果に基づいて、転炉送風中のスプラッシュの発生量に起因するパラメーターを調査した結果、羽口先端部から炉口端部までの距離を一定以上の長さとすることでスプラッシュ発生量を有意に低減できることが確認された。

水モデル試験は、下記の試験用簡易転炉におけるスプラッシュ量を炉口に設置したろ紙への水分付着量で判定することにより行った。
（試験用簡易転炉）
炉の内半径：５８０ｍｍ
炉の円筒の長手方向の長さ：１８７５ｍｍ
羽口：内半径７．８ｍｍの羽口（開口部）を、円筒の下端部からの垂直距離が１１１ｍｍの場所に円筒の長手方向に沿って平行に略均等に５８個並べて形成したものを１セットとし、更に、円筒の下端部からの垂直距離が上記羽口のセットと比較して±１１１ｍｍの場所に、それぞれ１同様に１セットずつ、計３セット形成した。

羽口位置（高さ方向の位置）の依存性、炉口角度（羽口水平に対しての炉口角度）の依存性、浴深依存性について、条件を変えて評価し、次の結果を得た。
羽口位置：羽口の高さは、高いほどスプラッシュが少ない。
炉口角度：炉角度が大きくした方がスプラッシュは少ない。
浴深：浴深が低いほど、スプラッシュが少ない。
この試験結果より、羽口と炉口の距離がスプラッシュ量の増減に影響することが分かる。

例えば、羽口位置を１５０ｍｍ上げることで、吹き上げ量を２〜４割まで削減することも出来る。しかし、羽口位置の上昇は、浴の攪拌力、酸素効率を悪化させるリスクがある。そこで、本発明者らは、炉口角度を大きくすることによって、上記距離を拡大することとした。実際の転炉における設計基準としては、上記において説明した水平距離ｗ（図３参照）を、２００ｍｍ以上、好ましくは２５０ｍｍ以上とすることで、スプラッシュ量を好ましい範囲にまで低減できることが確認された。

実際の銅精錬の操業において、転炉本体における上記の水平距離ｗが２８０ｍｍとなるように羽口位置と挿入口の位置関係を調整したＰＳ転炉（内半径＝１７００ｍｍ）を用いて操業を行い、３ヶ月毎に装入口上方の主フードの内面への煙灰ダストの付着量を測定したところ、従来のＰＳ転炉（内半径＝１７００ｍｍ、水平距離ｗ＝１７０ｍｍ）よりも、平均して８０％程度の煙灰ダスト付着量の低減が確認された。尚、これは、転炉の設計変更によるスプラッシュの低減に起因する変化であることは明らかである。この結果より、本発明のＰＳ転炉によれば、生産性の向上のために羽口からの送風量を引き上げた場合であっても、スプラッシュ発生量の増加を抑制することができることが分かる。

１転炉本体
２装入口
３羽口
４主フード
５支持部
６熔体
７空気
１０ＰＳ転炉

Claims

非鉄金属の製錬に用いる横型転炉であって、
中心軸の方向が水平となるように設置された内半径１４００ｍｍ以上２１００ｍｍ以下の円筒状の転炉本体と、
前記転炉本体の下方部側面に、前記転炉本体をそれぞれ平行に貫通して形成される複数個の製錬空気吹込用の羽口と、
前記転炉本体の上方部側面に形成される金属材料装入用の装入口と、を備え、
前記転炉本体は、前記中心軸を回転軸として転動可能な態様で設置されていて、前記羽口の貫通方向が水平となるように固定したときに、前記装入口の前記転炉本体の内壁側の開口面の下端部が、前記中心軸を含む鉛直面に対して、前記羽口の前記転炉本体の内壁側の開口面の中心と同じ側に位置し、且つ、前記装入口の前記開口面の下端部が、前記羽口の前記開口面の中心よりも前記鉛直面寄りに位置し、前記羽口の前記開口面の中心と、前記装入口の前記開口面の下端部との水平距離が２００ｍｍ以上である横型転炉。
前記非鉄金属が銅である請求項１に記載の横型転炉。
非鉄金属の製錬に用いる横型転炉の操業方法であって、
前記横型転炉は、中心軸の方向が水平となるように、且つ、前記中心軸を回転軸として転動可能な態様で設置された内半径１４００ｍｍ以上２１００ｍｍ以下の円筒状の転炉本体と、
前記転炉本体の下方部側面に、前記転炉本体をそれぞれ平行に貫通して形成される複数個の製錬空気吹込用の羽口と、
前記転炉本体の上方部側面に形成される金属材料装入用の装入口と、を備え、
前記羽口から製錬用空気を吹き込む送風工程を行う際には、
前記装入口の前記転炉本体の内壁側の開口面の下端部が、前記中心軸を含む鉛直面に対して、前記羽口の前記転炉本体の内壁側の開口面の中心と同じ側に位置し、且つ、前記装入口の前記開口面の下端部が、前記羽口の前記開口面の中心よりも前記鉛直面寄りに位置した状態で、
前記羽口の前記転炉本体の内壁側の開口面の中心と、前記装入口の前記転炉本体の内壁側の開口面の下端部との水平距離が２００ｍｍ以上となる位置に前記転炉本体を固定した態様において、前記送風工程を行うことを特徴とする横型転炉の操業方法。
前記非鉄金属が銅である請求項３に記載の横型転炉の操業方法。