JP6631309B2 - 自熔製錬炉の操業方法 - Google Patents

Description

本発明は、自熔製錬炉の操業方法に関する。さらに詳しくは、銅硫化物、ニッケル硫化物などの非鉄金属硫化物の熔融製錬に用いられる自熔製錬炉の操業方法に関する。

銅硫化物、ニッケル硫化物などの非鉄金属硫化物の熔融製錬に用いられる自熔製錬炉が知られている。図３に示すように、自熔製錬炉ＦＦは、セトラー３０と、セトラー３０の上面に立設した反応塔２０および排煙道４０と、反応塔２０の上端に設けられた精鉱バーナー１０とから構成されている。セトラー３０にはカワ抜き口３１およびカラミ抜き口３２が設けられている。

自熔製錬炉ＦＦを用いた製錬は以下のように行なわれる。
精鉱バーナー１０から粉状の精鉱および反応用ガスが反応塔２０内に吹き込まれる。吹きこまれた精鉱は、反応塔２０内において、補助バーナーの熱、反応塔２０の炉壁内の輻射熱、反応用ガスの顕熱などにより昇温し、瞬時に反応用ガスと反応して熔体となる。熔体はセトラー３０内に溜められる。セトラー３０内において、熔体は比重差によりカラミとカワとに別けられる。カワはカワ抜き口３１から排出され、カラミはカラミ抜き口３２から排出される。反応塔２０内で発生する高温排ガスは、セトラー３０および排煙道４０を通って排出される。

図１に示すように、精鉱バーナー１０は、ウインドボックス１１と、バーナーコーン１２と、補助バーナー１３と、精鉱シュート１４とを備えている。ウインドボックス１１の下端は、円筒状のバーナーコーン１２に接続されている。バーナーコーン１２は、反応塔２０の上端の炉壁２１に立設している。

補助バーナー１３は、バーナーコーン１２の軸心に配置されており、炎が噴射される下端がバーナーコーン１２の下端付近に位置するように鉛直に配置されている。精鉱シュート１４は補助バーナー１３と同軸の筒部材であり、補助バーナー１３の外周を囲むように設けられている。精鉱シュート１４の下端はバーナーコーン１２の上端付近に配置されている。精鉱シュート１４から装入された精鉱は、バーナーコーン１２の内部に供給される。また、バーナーコーン１２の内部には、ウインドボックス１１から反応用ガスが導入されている。

バーナーコーン１２は、基材や耐火煉瓦などで構成されたバーナーコーン本体１２ａと、その内側に取り付けられたライナー１２ｂとからなる。バーナーコーン１２の内部における精鉱の速度は極めて速いため、精鉱がバーナーコーン１２に接触するとバーナーコーン１２が磨耗してしまう。そのため、バーナーコーン本体１２ａの内側には交換可能なライナー１２ｂが取り付けられている。

一般に、バーナーコーン１２の中心付近を流れる精鉱は、外側付近を流れる精鉱に比べて反応用ガスとの接触機会が少なく、反応が進行しにくい。そこで、バーナーコーン１２内における反応用ガス流と精鉱の予混合の度合いを管理し、これによって反応塔２０内における熔融製錬反応を制御することが行われる（特許文献１）。

予混合された精鉱と反応用ガスとは、反応塔２０内で反応するが、この反応は精鉱同士が衝突することで促進される。そのため、反応塔２０内における精鉱の分散・衝突の度合いが反応性を向上させるために重要である。反応塔２０内における精鉱の適度な分散・衝突を実現するために、補助バーナー１３の下端には分散コーン１５が設けられている。精鉱は分散コーン１５の傾斜面によって分散され、反応塔２０に供給される。

特開２００７−０４６１２０号公報

本願発明者は、バーナーコーン１２が摩耗するにともない、反応塔２０内における精鉱の分散・衝突の度合いが変化し、最適な反応性を維持できなくなるという知見を得た。

本発明は上記事情に鑑み、バーナーコーンが摩耗しても、反応塔内で精鉱が適度に分散・衝突し、精鉱の反応性を維持できる自熔製錬炉の操業方法を提供することを目的とする。

第１発明の自熔製錬炉の操業方法は、バーナーコーンと、該バーナーコーンの軸心に配置された補助バーナーと、該補助バーナーの下端に設けられた分散コーンとを備える自熔製錬炉の操業方法であって、前記バーナーコーンの摩耗の進行にともない、前記分散コーンの傾斜角度を大きくすることを特徴とする。
第２発明の自熔製錬炉の操業方法は、第１発明において、異なる傾斜角度の前記分散コーンが設けられた前記補助バーナーを複数用意しておき、前記補助バーナーを交換することで、前記分散コーンの傾斜角度の調整を行うことを特徴とする。

第１発明によれば、バーナーコーンが摩耗しても、分散コーンの傾斜角度を大きくすることで、反応塔内における精鉱の分散・衝突を適した状態にできる。その結果、反応塔内における精鉱の反応性を維持できる。
第２発明によれば、補助バーナーを交換することで、分散コーンの傾斜角度の調整を行うことができるので、分散コーンを単純な構造にできる。

精鉱バーナー１０の縦断面図である。 （Ａ）図はライナー１２ｂが摩耗する前の分散コーン１５付近の拡大図である。（Ｂ）図はライナー１２ｂが摩耗した後の分散コーン１５付近の拡大図である。 自熔製錬炉ＦＦの説明図である。

つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
本発明の一実施形態に係る自熔製錬炉の操業方法は、図３に示すような自熔製錬炉ＦＦに適用される。自熔製錬炉ＦＦの基本的構成や、製錬方法は前述のとおりであるので説明を省略する。

自熔製錬炉ＦＦには、図１に示すような精鉱バーナー１０が備えられている。精鉱バーナー１０の構成は前述のとおりであるので説明を省略する。

このような精鉱バーナー１０を有する自熔製錬炉ＦＦを用いた操業では、精鉱シュート１４から装入された精鉱は、バーナーコーン１２の内部で反応用ガスと予混合される。この混合流は分散コーン１５の傾斜面によって分散され、反応塔２０に供給される。そして、反応塔２０内で熔融製錬反応が進行する。

ここで、分散コーン１５は円錐台形の部材であり、補助バーナー１３の下端に設けられている。また、分散コーン１５はバーナーコーン１２の下端付近に配置されている。

図２（Ａ）に示すように、バーナーコーン１２のライナー１２ｂは、操業開始直後は摩耗がなく十分な厚さを有している。自熔製錬炉ＦＦの操業を継続すると、図２（Ｂ）に示すように、ライナー１２ｂは精鉱と接触することにより摩耗し、薄くなっていく。このように、自熔製錬炉ＦＦの操業にともない、ライナー１２ｂの摩耗が進行する。

本実施形態に係る操業方法は、ライナー１２ｂの摩耗の進行にともない、分散コーン１５の傾斜角度θを大きくするところに特徴を有する。ここで、分散コーン１５の傾斜角度θとは、分散コーン１５の側面の鉛直線Ｏに対する角度を意味する。

図２（Ａ）に示すように、ライナー１２ｂが十分な厚さを有している場合には、分散コーン１５の傾斜角度θを比較的小さく（例えば、４０°）する。図２（Ｂ）に示すように、ライナー１２ｂが摩耗して薄くなった場合には、分散コーン１５の傾斜角度θを比較的大きく（例えば、６０°）する。

バーナーコーン１２が摩耗しても、分散コーン１５の傾斜角度θを大きくすることで、反応塔２０内における精鉱の分散・衝突を適した状態にできる。その結果、反応塔２０内における精鉱の反応性を維持できる。

分散コーン１５の傾斜角度θの調整方法は特に限定されないが、以下の手順で行うことが好ましい。
まず、異なる傾斜角度θの分散コーン１５が設けられた補助バーナー１３を複数用意しておく。例えば、傾斜角度θが４０°の分散コーン１５が設けられた補助バーナー１３と、傾斜角度θが６０°の分散コーン１５が設けられた補助バーナー１３とを用意しておく。

用意した補助バーナー１３のうち、傾斜角度θが小さい分散コーン１５が設けられた補助バーナー１３を精鉱バーナー１０に設け、操業を開始する。バーナーコーン１２が摩耗した場合には、使用していた補助バーナー１３を傾斜角度θが大きい分散コーン１５が設けられた補助バーナー１３に交換する。これにより、分散コーン１５の傾斜角度θの調整を行う。

補助バーナー１３を交換することで、分散コーン１５の傾斜角度θの調整を行うことができるので、角度調整可能な構造を有する分散コーン１５を採用する場合よりも、分散コーン１５を単純な構造にできる。その結果、故障の頻度を低下できる。

補助バーナー１３の交換は、使用していた補助バーナー１３を精鉱シュート１４から抜き出し、新たな補助バーナー１３を精鉱シュート１４に挿入することで行われる。したがって、分散コーン１５の底面の直径は、精鉱シュート１４の内径よりも小さい必要がある。分散コーン１５は、傾斜角度θの大小にかかわらず、底面の直径を一定とすればよい。

補助バーナー１３の交換は、自熔製錬炉ＦＦの操業中は困難である。そのため、自熔製錬炉ＦＦの定期休転中にライナー１２ｂの摩耗の程度を点検し、摩耗の程度に合わせて補助バーナー１３を交換すればよい。

つぎに、実施例を説明する。
自熔製錬炉ＦＦの操業において、ライナー１２ｂの摩耗の進行にともない、分散コーン１５の傾斜角度θを大きくした。より詳細には、分散コーン１５の傾斜角度θが４０°、６０°の２種類の補助バーナー１３を用意しておいた。新品のライナー１２ｂを用いて操業を開始した。操業開始時には、傾斜角度θが４０°の分散コーン１５を有する補助バーナー１３を用いた。自熔製錬炉ＦＦの定期休転時にライナー１２ｂの摩耗の程度を確認し、摩耗がある程度進行したタイミングで、使用していた補助バーナー１３を傾斜角度θが６０°の分散コーン１５を有するものに交換した。

自熔製錬炉ＦＦの排煙道４０には自熔炉ボイラーが接続されており、自熔炉ボイラーで排ガスを冷却するとともに熱を回収している。自熔炉ボイラーには、熱を回収する媒体である水蒸気を通す蒸発管が設けられている。

反応塔２０内における精鉱の反応性が高い場合には、排ガスのほとんどが反応塔２０内で発生する。排ガスはセトラー３０および排煙道４０を通って排出されるため、自熔炉ボイラーに達した時には比較的低温となっている。一方、反応塔２０内における精鉱の反応性が低い場合には、一部の精鉱がセトラー３０内でも反応し、それにより発生した排ガスが自熔炉ボイラーに達する。そのため、排ガスが比較的高温である。自熔炉ボイラーの蒸発管温度は自熔炉ボイラーに達した排ガスの温度に依存するため、反応塔２０内における精鉱の反応性の指標となる。

そこで、以上の操業において、蒸発管温度を測定した。その結果を表１にまとめる。

表１より、操業開始時の蒸発管温度が５７４℃であったのに対して、補助バーナー交換前は蒸発管温度が６００℃に上昇しており、反応塔２０内における精鉱の反応性が低下していることが分かる。これは、ライナー１２ｂが摩耗したことにより、反応塔２０内における精鉱の分散・衝突の度合いが変化したためと考えられる。

補助バーナー交換後は、蒸発管温度が５６７℃に低下し、反応塔２０内における精鉱の反応性が向上していることが分かる。これは、分散コーン１５の傾斜角度θを大きくしたことにより、反応塔２０内における精鉱の分散・衝突を適した状態に戻せたためと考えられる。

以上より、分散コーン１５の傾斜角度θを調整することで、反応塔２０内における精鉱の分散・衝突を適した状態にでき、反応塔２０内における精鉱の反応性を維持できることが確認できた。

ＦＦ 自熔製錬炉
１０ 精鉱バーナー
１１ ウインドボックス
１２ バーナーコーン
１２ａ バーナーコーン本体
１２ｂ ライナー
１３ 補助バーナー
１４ 精鉱シュート
１５ 分散コーン
２０ 反応塔

Claims (2)

1. バーナーコーンと、該バーナーコーンの軸心に配置された補助バーナーと、該補助バーナーの下端に設けられた分散コーンとを備える自熔製錬炉の操業方法であって、
   前記バーナーコーンの摩耗の進行にともない、前記分散コーンの傾斜角度を大きくする
   ことを特徴とする自熔製錬炉の操業方法。
2. 異なる傾斜角度の前記分散コーンが設けられた前記補助バーナーを複数用意しておき、
   前記補助バーナーを交換することで、前記分散コーンの傾斜角度の調整を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の自熔製錬炉の操業方法。