JP6510626B2 - 原料供給装置及び原料供給方法、並びに自溶炉 - Google Patents

Description

本発明は、原料供給装置及び原料供給方法、並びに自溶炉に関する。

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ガスを吹き込むことで原料の酸化熱を最大限に利用し、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、原料をなるべく均一な状態で自溶炉へ供給することが好ましい。

最近では、自溶炉に対して原料を均一な状態で供給するため、３方向以上（例えば４方向）から原料を供給する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、原料の供給路内に隔壁や衝突板を設ける技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−１６０８２２号公報 特表２０１３−５１３７２７号公報

しかしながら、自溶炉へ供給する原料は、粒子同士が分散せずに塊状となっていることもあり、特許文献１のように、３方向以上から原料を供給するのみでは、原料の均一化が不十分となる場合もある。また、原料の均一化が不十分であることにより、原料と酸素の反応が不均一となり、反応生成物にムラが生じるおそれがある。また、特許文献２のように、原料の供給路内に隔壁や衝突板を設けた場合、隔壁や衝突板に原料（例えば銅線屑など）が引っかかり、原料の流れが阻害され、原料の均一化が不十分になるおそれもある。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、供給する原料を均一化することが可能な原料供給装置及び原料供給方法、並びに反応生成物のムラを抑制することが可能な自溶炉を提供することを目的とする。

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、前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する第１ガスを供給する原料供給装置であって、前記第１ガスが内部を通過するランスの外側に設けられた、前記原料が通過する原料流路と、該原料流路内を通過する前記原料に向けて第２ガスを吹き込み、前記原料の分布を調整する調整手段と、を備え、前記調整手段は、前記原料の分布に関連する情報を測定する測定部と、前記測定部の測定結果に基づいて、前記原料の分布が前記原料流路内で均一となるように前記第２ガスの吹き込みに関する調整を行う制御部と、を有している。

この場合において、前記調整手段は、前記原料に向けて前記第２ガスを吹き込む複数の管路を有し、前記制御部は、前記測定部の測定結果に基づいて、前記複数の管路それぞれから前記原料に向けて吹き込む前記第２ガスの量を制御することとしてもよい。また、前記調整手段は、前記原料に向けて前記第２ガスを吹き込む管路が形成された複数の管路部材を有し、複数の前記管路部材は、前記原料流路を形成する仕切り壁に対して交換可能に設けられていてもよい。
この場合において、前記管路部材が、前記原料流路を形成する仕切り壁に形成されたスリットに対して交換可能に設けられていてもよい。
本発明の原料供給装置においては、前記原料流路に対し、２方向から前記原料を供給する供給部を備え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。

本発明の原料供給方法は、自溶炉内に原料を供給する原料供給方法であって、前記原料が通過する原料流路内にガスを吹き込む工程と、前記ガスの吹き込みにより分散した前記原料の分布に関連する情報を測定する工程と、前記測定する工程での測定結果に基づいて、前記原料の分布が前記原料流路内で均一となるように前記ガスの吹き込みに関する調整を行う工程と、を含んでいる。

この場合において、前記ガスを吹き込む工程では、前記原料流路内に複数方向から前記ガスを吹き込み、前記調整を行う工程では、前記複数方向から吹き込むガスの量及び／又は吹き込むガスの角度を調整することとしてもよい。

本発明の原料供給装置及び原料供給方法は、供給する原料を均一化することができるという効果を奏する。また、本発明の自溶炉は、反応生成物のムラを抑制することができるという効果を奏する。

一実施形態に係る銅錬用の自炉の構成を概略的に示す図である。 原料供給装置の一部を拡大した図である。 図３（ａ）は、整流ノズルを示す斜視図であり、図３（ｂ）は、分割ブロック及び仕切り壁の一部の断面図である。 図４（ａ）は、第２通路内で精鉱が不均一な状態にある場合を示す図であり、図４（ｂ）は、第２通路内で精鉱が均一な状態にある場合を示す図である。 反応シャフト内を仮想的に分割した状態を示す図である。 図６（ａ）は、精鉱が不均一に供給される場合の、冷却水抜熱量（Mcal/h）の推移の一例を示すグラフであり、図６（ｂ）は、精鉱が均一に供給される場合の、冷却水抜熱量（Mcal/h）の推移の一例を示すグラフである。 変形例について説明するための図（その１）である。 変形例について説明するための図（その２）である。

以下、一実施形態に係る自溶炉について、図１〜図６に基づいて、詳細に説明する。図１は、一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。

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内には第１ガスとしての分散用ガスの通る第１通路１１、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。また、投入部１０は、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と、第２通路１２の外周に設けられた反応用ガス流路としての第３通路１３とを備えている。なお、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。

仕切り壁２１のエアチャンバー１７よりも上側には、調整手段としての原料均一化機構３０が設けられている。原料均一化機構３０は、第２通路１２内を通過する精鉱の分布を均一化するための機構であり、図２に示すように、整流ノズル３２と、複数のガス流量調整弁３４と、ガス供給装置３６と、測定部としての非接触型計測器３８（たとえばマイクロ波、レーザ等を用いた粉体流量計または粒度分布測定器）と、制御部としての制御装置４０と、を備えている。

整流ノズル３２は、図３（ａ）に示すように、全体として円環状の形状を有している。整流ノズル３２は、管路部材としての複数の分割ブロック４２を有する。分割ブロック４２それぞれの内部には、分割ブロック４２を断面して示す図３（ｂ）に示すように、管路４２ａが形成されている。管路４２ａには、ガス配管４４が接続されている。各分割ブロック４２は、図３（ｂ）に示すように、仕切り壁２１に形成された切断部分（スリット）２１ａに対して嵌合できるようになっている。また、分割ブロック４２は、仕切り壁２１の外周部に設けられたフランジ２１ｂ，２１ｃに対してネジ（又はボルト）７２により固定されるようになっている。すなわち、分割ブロックは、仕切り壁２１の切断部分２１ａに対して、交換可能に設けられているといえる。

ガス流量調整弁３４は、ガス供給装置３６からガス配管４４に供給される第２ガスとしての原料均一化用のガスの量を調整する弁であり、制御装置４０により制御される。

ガス供給装置３６は、例えば酸素富化空気などの原料均一化用のガスを第２通路１２内に供給する装置である。なお、原料均一化用のガスは、上述した反応用ガスの一部でもよい。また、原料均一化用のガスとしては、圧縮空気、圧縮窒素等あらゆるガスを用いることとしてもよい。ガス供給装置３６から供給される原料均一化用のガスは、ガス配管４４を通過して、管路４２ａの下端部（吹き出し口４２ｂ）から吹き出されるようになっている。なお、図３（ｂ）に示す原料均一化用のガスの吹き出し角αは、０°〜８０°の範囲であるものとする。なお、分割ブロック４２を交換することで、吹き出し角αを変更することが可能である。また、各分割ブロックの吹き出し角を個別に設定（異なる角度に設定）することもできる。

なお、本実施形態では、図３（ｂ）からも分かるように、仕切り壁２１によって囲まれた内部空間に吹き出し口４２ｂ（管路４２ａの下端部）を突出させない構成を採用している。これにより、精鉱と吹き出し口４２ｂが接触するなどして、吹き出し口４２ｂが損耗するのを防止することができる。また、吹き出し口４２ｂが精鉱の流れを阻害するのを抑制することもできる。

非接触型計測器３８（たとえばマイクロ波、レーザー等を用いた粉体流量計または粒度分布測定器）は、仕切り壁２１の内面に沿って所定間隔で複数設けられている。非接触型計測器３８は、第２通路１２内を通過する精鉱の流量、分布を連続的に計測する。

制御装置４０は、非接触型計測器３８の計測結果に基づいて、ガス流量調整弁３４の開度を調整し、第２通路１２内の精鉱の分布が均一になるように各管路４２ａから吹き出される原料均一化用のガスの量を調整する。

ここで、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、供給部（供給シュート）５０から第２通路１２内に対して、２方向から精鉱を供給するとする。この場合、原料均一化機構３０を用いないとすると、図４（ａ）のように、精鉱の分布が偏ってしまうおそれがある。これに対し、本実施形態のように、原料均一化機構３０を用いて、精鉱に対し原料均一化用のガスを吹き付け、精鉱の流れを補正することで、図４（ｂ）に示すように精鉱の分布を均一化することができる。また、精鉱に対し原料均一化用のガスを吹き付けることで、エアレーション機能により精鉱の粒子同士を分散させることができる（塊を無くすことができる）ので、精鉱の分布をより均一化することができる。また、本実施形態では、整流ノズル３２が複数の分割ブロックを有しているため、原料均一化用のガスの吹き出し量を細かく調整することができる。これにより、精鉱の分布が時々刻々と変化する場合（例えば、精鉱の投入量が変動する場合等）でも、第２通路１２内における精鉱の分布を均一化することが可能である。

図５は、炉体２の反応シャフト３内を仮想的に４分割した状態（Ａ〜Ｄ領域に区分けした状態）を示す図である。ここで、各領域を冷却するウォータージャケットの冷却水の抜熱量（冷却水の顕熱）を測定することで、各領域内における精鉱の反応度合を確認することができる。

図６（ａ）には、図４（ａ）のように精鉱が不均一に供給される場合の、冷却水抜熱量（Mcal/h）の推移の一例が示されている。図６（ａ）の場合、冷却水抜熱量は、各領域において均一ではなく、また、例えば領域Ａにおける変動が大きい。一方、図６（ｂ）には、図４（ｂ）のように精鉱が均一に供給される場合の、冷却水抜熱量の推移の一例が示されている。図６（ｂ）の場合、冷却水抜熱量は、各領域ほぼ均一で変動も小さいため、各領域で精鉱の反応度合が同等で安定していることが分かる。すなわち、本実施形態では、原料均一化機構３０を用いることで、反応シャフト３内における精鉱の反応度合を各領域で同等にすることができ、かつ精鉱を安定的に反応させることができるといえる。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、原料供給装置１は、反応用ガスが内部を通過するランス１６の外側に設けられた、精鉱（原料）が通過する第２通路１２と、該第２通路１２内を通過する精鉱に向けて原料均一化用のガスを吹き込み、精鉱の分布を調整する原料均一化機構３０と、を備えているので、第２通路１２内を通過する精鉱の分布を均一化することができる。また、原料均一化用のガスのエアレーション機能により精鉱の粒子同士を分散させ、粒子密度を低くすることができる（塊を無くすことができる）ので、この点からも精鉱の分布を均一化することができる。更に、本実施形態では、原料流路である第２通路１２内に隔壁や衝突板を設けないため、隔壁や衝突板によって原料の流れが阻害されるようなこともない。この点からも、原料の均一化を図ることができる。

また、本実施形態では、原料均一化機構３０は、精鉱に向けて原料均一化用のガスを吹き込む管路４２ａを複数有しており、制御装置４０は、精鉱の分布を計測する非接触型計測器３８の計測結果に基づいて、複数の管路それぞれから精鉱に向けて吹き込む原料均一化用のガスの量を制御する。これにより、精鉱の実際の分布に基づいて、精鉱が均一化するように、原料均一化用のガスの量を適切に調整することができるため、精鉱の均一化を精度よく行うことができる。この場合、分割ブロック４２を採用し、複数の管路４２ａから吹き出すガスの量を個別に細かく調整できるようにしているため、精鉱の分布を精度よく均一化することができる。

また、本実施形態では、管路４２ａを有する分割ブロック４２が、仕切り壁２１に設けられた切断部分２１ａに対して交換可能に設けられているので、原料均一化用のガスの吹き出し角αの調整を、分割ブロック４２を交換することで容易に行うことができる。

また、本実施形態では、供給部５０は、第２通路１２に対して２方向から精鉱（原料）を供給するので、例えば、３方向又は４方向から精鉱を供給する場合と比べて、メンテナンス性が向上するとともに、装置設計の自由度も向上する。また、２方向から原料を供給することとしても、本実施形態では、原料均一化機構３０を設けることとしているので、精鉱の分布を均一化することができる。ただし、供給部５０は、２方向に限らず、３以上の方向から第２通路１２に対して精鉱を供給するようにしてもよい。

また、本実施形態では、自溶炉１００が、精鉱を均一な状態で供給することが可能な原料供給装置１を備えているので、精鉱と酸素の反応（固−気反応）が均一かつ速やかに行われることとなり、反応生成物にムラが生じるのを抑制することができる。これにより、部分的に過酸化なスラグが生成してスラグへのメタルロスが悪化するのを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、図７に示すように、管路４２ａ内に可動式ダンパ６０，８０を設けることとしてもよい。可動式ダンパ６０は、羽部材６２と、羽部材６２の角度を軸６２ａ基準で変更可能な駆動装置６１とを有する。可動式ダンパ６０によれば、羽部材６２の角度を変更することで、吹き出し角αを変更することができる。可動式ダンパ８０も同様に、羽部材８２と、羽部材８２の角度を軸８２ａ基準で変更可能な駆動装置８１とを有する。可動式ダンパ８０によれば、羽部材８２の角度を変更することで、図７の紙面手前側及び奥側に関するガスの吹き出し角を変更することができる。なお、駆動装置６１，８１は、制御装置４０により制御される。

制御装置４０は、図７の構成において、非接触型計測器３８の計測結果に基づいて、ガス流量調整弁３４の開度と、可動式ダンパ６０，８０の羽部材６２，８２の角度を調整することで、第２通路１２内の精鉱の分布が均一になるように制御することができる。

なお、可動式ダンパ６０，８０のいずれか一方を省略してもよい。あるいは、可動式ダンパ６０，８０の数を増やしてもよい。

なお、上記実施形態では、各管路４２ａに対応して、各管路４２ａの近傍に非接触型計測器３８を設けることとしてもよい。これにより、各管路４２ａから吹き出す適正ガス量を精度よく制御することが可能となる。

なお、上記実施形態では、非接触型計測器３８の計測結果に基づいて、制御装置４０がガス流量調整弁３４を制御する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、制御装置４０は、反応シャフト３のウォータージャケットの冷却水抜熱量をモニタし、冷却水抜熱量が図６（ａ）のように推移した場合に、図６（ｂ）のような推移となるよう整流ノズルに設けられた各吹き出し口に対応したガス流量調整弁３４を制御することとしてもよい。

なお、上記実施形態では、整流ノズル３２の分割ブロック４２が、図３（ｂ）に示すような構造を有し、仕切り壁２１に形成された切断部分（スリット）２１ａに対して嵌合し、フランジ２１ｂ，２１ｃに対してネジ（又はボルト）７２により固定される場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、分割ブロック４２は、図８に示すような構造を有していてもよい。すなわち、分割ブロック４２それぞれの内部には、図８のように管路２４２ａが形成されており、該管路２４２ａが、仕切り壁２１に形成された吹き出し管路２２１ａに連通した状態となっていてもよい。なお、分割ブロック４２と仕切り壁２１とは、不図示のボルトなどを用いて固定されればよい。

なお、図８の吹き出し管路２２１ａに対して、図７の可動式ダンパ６０及び／又は可動式ダンパ８０を設けることとしてもよい。これにより、吹き出し管路２２１ａからのガスの吹き出し角を調整することが可能となる。

なお、上記実施形態では、自溶炉における原料供給装置（精鉱バーナー）に原料均一化機構３０を設けた場合について説明したが、これに限らず、その他反応炉にも上記実施形態と同様の原料均一化機構を採用することとしてもよい。

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（自溶炉）
１２ 第２通路（原料流路）
１６ ランス
２１ 仕切り壁
２１ａ スリット（切断部分）
３０ 原料均一化機構（調整手段）
３８ 非接触型計測器３８（測定部）
４０ 制御装置（制御部）
４２ 管路部材
４２ａ 管路
５０ 供給部

Claims (8)

1. 自溶炉内に原料を供給するとともに、前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する第１ガスを供給する原料供給装置であって、
   前記第１ガスが内部を通過するランスの外側に設けられた、前記原料が通過する原料流路と、
   該原料流路内を通過する前記原料に向けて第２ガスを吹き込み、前記原料の分布を調整する調整手段と、を備え、
   前記調整手段は、
   前記原料の分布に関連する情報を測定する測定部と、
   前記測定部の測定結果に基づいて、前記原料の分布が前記原料流路内で均一となるように前記第２ガスの吹き込みに関する調整を行う制御部と、を有することを特徴とする原料供給装置。
2. 前記調整手段は、前記原料に向けて前記第２ガスを吹き込む複数の管路を有し、
   前記制御部は、前記測定部の測定結果に基づいて、前記複数の管路それぞれから前記原料に向けて吹き込む前記第２ガスの量を制御することを特徴とする請求項１に記載の原料供給装置。
3. 前記調整手段は、前記原料に向けて前記第２ガスを吹き込む管路が形成された複数の管路部材を有し、
   複数の前記管路部材は、前記原料流路を形成する仕切り壁に対して交換可能に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の原料供給装置。
4. 前記管路部材が、前記原料流路を形成する仕切り壁に形成されたスリットに対して交換可能に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の原料供給装置。
5. 前記原料流路に対し、２方向から前記原料を供給する供給部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の原料供給装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の原料供給装置を備える自溶炉。
7. 自溶炉内に原料を供給する原料供給方法であって、
   前記原料が通過する原料流路内にガスを吹き込む工程と、
   前記ガスの吹き込みにより分散した前記原料の分布に関連する情報を測定する工程と、
   前記測定する工程での測定結果に基づいて、前記原料の分布が前記原料流路内で均一となるように前記ガスの吹き込みに関する調整を行う工程と、を含む原料供給方法。
8. 前記ガスを吹き込む工程では、前記原料流路内に複数方向から前記ガスを吹き込み、
   前記調整を行う工程では、前記複数方向から吹き込むガスの量及び／又は吹き込むガスの角度を調整することを特徴とする請求項７に記載の原料供給方法。
   

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