JPH01244346A - 高熱工程のモニター装置及びモニター方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分齋〕 本発明は、発熱性工程をモニターすることに関し、特に
燃焼又は、金属化合物が比較的高い温度で処理され、工
程排出ガスを生じながら原料から金属分と回収し、金属
及び金属化合物の蒸留を含めた乾式冶金法の如き、発熱
性工程をモニターするための方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

乾式冶金法、例えば製鉄の為の溶鉱炉の或る限られた数
のものに対し処理工程のモデル化が確立されているが、
そのようなモデルは一定の供給速度及び組成、条件の理
想化及び基本的反応速度データーの知識に大きく依存し
ている。それらが無いと、それらのモデルは反応状層を
推測するそれらの能力の点で価値が無くなる。

もし工程のモデルが存在しないと、工程の操作者の経験
又は工程（単数又は複数）のモニター又はサンプリング
に依存しなければならない。炉自身の相の正確なサンプ
リングはしばしば困難であり、時々不可能である。しか
し、乾式冶金法がガス、蒸気、煙霧、或は塵を生ずる場
合、その組成及びそれが時間と共に変化する仕方を、炉
内の反応の程度又は状態に関する指標として用いること
ができる。手による煙霧のサンプリング及びその後の化
学的分析は非常に時間のかがる面倒な操作なので、工程
をモニターする連続的方法としては実際的ではない。

〔発明の開示〕

第一の態様として、本発明は、発熱性工程をモニターす
る方法、特に発熱性工程中の又はそこからのガスをモニ
ターする方法において、炉、燃焼室、発熱性反応器を出
たガス流が流れる煙道又は導管へＸ線のビームを送り、
ガス流中に存在する元素の蛍光によって生じた輻射線を
Ｘ線検出器によって検出し、該検出器からの出力を分析
器へ送り、その分析器により個々の元素に相当する幅対
線強度を測定することからなる発熱工程のモニター方法
を与える。

第二の態様として、本発明は、発熱性工程の為の装置で
、特に発熱性工程中の又はそこからのガスをモニターす
るための装置において、炉、燃焼室、発熱性反応器から
の排出ガスが流れる煙道又は導管上に取り付けられた囲
い中の一次Ｘ線源と、該源とはずらして設定された、排
出ガス中に含まれる元素の蛍光によって生じた輻射線を
受けるのに用いられるＸ線検出器と、前記検出器がらの
輻射線を受け、個々の元素により与えられた寄与分を分
析する為の分析器とからなる発熱工程のモニター用装置
を与える。

好ましい発熱性工程は乾式冶金工程である。乾式冶金工
程は、スラグ又は他の溶融冶金相からの揮発性金属又は
それらの化合物の発煙工程であるのが適切である。

別法として、工程は一次又は二次熔錬又は精錬工程であ
るのが適切であり、又は焙焼又は他の固体状態酸化又は
還元工程でもよい。

発熱性工程は、別法として、燃焼工程でもよい。

装置は、乾式冶金処理で用いられるキルン、炉又は他の
型の反応器から出た排出ガスが流れる煙道又は導管、或
は炉口身中へ送られるＸ線ビームを生ずる、特別に設計
された取り付は器に設定された一次Ｘ線源を有するのが
好ましい、同じ取り付は器中にＸ線源とはずらして設定
されたＸ線検出器は、ガス、蒸気、煙霧又は血中に存在
する元素の励起によって生じた蛍光を検出する。Ｘ線管
及び検出器の傾斜角度を注意深く定め、Ｘ線管及び検出
器の両方の照準を定めることにより、検出器が、壁に付
着した煙霧又は塵の凝縮物又は壁を構成する材料の励起
を取り込まないようにすることができる。検出器は、高
温反応器を出た排出ガス中のガス、蒸気、煙霧及び塵の
成分によって生じた励起蛍光だけを検出する。

与えられた元素に対する検出器の相対的感度は、その元
素の特性エネルギーの関数なので、Ｘ線源が希望の励起
波を与えるのに充分なエネルギーを確実に持つようにす
ることが必要である。５０ｋＶの電源で、元素周期律表
（ａｔｏｍｉｃ　ｔａｂｌｅ）中の元素、典型的には硫
黄から上の元素から検出可能な蛍光を生じさせることが
できるであろう。

検出器からの出力は増幅し、その信号を離れた多段チャ
ンネル分析器へ送り、そこから必要なＸ線強度を計算し
表示することができる。多段チャンネル分析器は、夫々
率さな電圧範囲を扱う多数のチャンネルを有するのが適
切である。検出器からの入力Ｘ線エネルギーに関連した
電圧パルスは、その電圧水準に関連した適当なチャンネ
ルへカウントとして入力されるにの方法を全ての入力パ
ルスについて繰り返し、それら水準の各々についてカウ
ントの連続分布（ｓｐｅｃｔｒｕｍ　）を作り上げる。

既知のＸ線源に関連して補正することにより、得られた
連続分布をエネルギーへ換算し、それによりその連続分
布中に存在するピークを同定することができる。典型的
には、一つの連続分布を作り上げるのに充分なカウント
を得るために、検出器出力を５０〜１００秒間記録する
ことが必要になるであろう、従って、検出器はオンライ
ンで操作されるが、各カウント期間で唯一つの連続分布
、従って唯一つの濃度測定が得られる。

別法として、検出器信号を送る一つ以上の１チャンネル
分析器を設置することが可能である。

１チャンネル分析器は本質的に調節可能な電圧窓検出器
であり、それは規定された水準間の電圧パルスだけを通
過させる。それら水準は特定のＸ線ピークを特定化する
ように調節される。従って、１チャンネル分析器からの
出力は特定の元素に関連し、これを比率計（ｒａｔｅ　
ｍｅｔｅｒ）へ送り、問題になる元素全てについて１秒
当たりのカウント数として、アナログ表示を与えること
ができる。その場合、それは、ガス、蒸気、煙霧又は血
中に存在する特定の元素（一種又は多種）についての連
続的分析装置になる。

本方法は、バッチ式又は連続式乾式冶金法に適用するこ
とができる。

本発明が適用できるバッチ式１程の例には、スラグ及び
他の金属含有材料からの錫及び亜鉛の発煙工程、灰吹き
（ｃｕｐｅｌｌａｔｉｏｎ）工程、−次及び二次材料、
例えば銅、鉛、錫の精製工程が含まれる。

本発明が適用出来る連続的工程の例には、竪型□炉熔錬
、流動化法焙焼及び強力な溶錬処理、例えばプラズマア
ーク炉によるものが含まれる。

本発明による装置を用いる利点は次の通りである： 装置は、典型的には元素周期律表で硫黄から上の全ての
元素についてガス、蒸気、煙霧又は塵の組成を定性的及
び定量的にモニターすることができる。

装置は、ガス、蒸気、煙霧又は塵中に存在する成分く一
種又は多種）について変動する組成を測定することによ
りバッチ式処理での反応の終点を決定するのに用いるこ
とができる。従って、それは過剰の処理時間及び金属分
の不必要な損失を防ぐように用いることができる。

装置は、現在存在する物理的サンプリング方法が適用出
来ない上昇した温度で用いることもできる。このことは
、ガス、蒸気、煙霧又は塵を、下流での処理例えば、急
冷、希釈、物理的脱落、混合によって影響を受ける前に
分析することができるので、他の方法に優る装置の主な
利点であると考えられる。

装置は、ガス、蒸気、煙霧又は血中に存在する低水準の
一つの成分を、高濃度で含まれる他の元素の中から検出
することも出来る。従って、それは、広い濃度範囲に亘
って数多くの元素を検出し、記録することができる。こ
のことは、価値ある金属成分の損失を調べる場合に重要
になることがある。　装置は、環境汚染防止の為に煙突
からの排出物をモニターするのに用いることができる程
充分な感度を有する０例えば、発掘燃料の燃焼からのガ
スをモニターすることができる。

装置は、バッチ式処理で使用することに限定されるもの
ではない。工程が連続的性質をもつ場合、分析器は、ガ
ス、蒸気、煙霧又は塵組成の変化を生ずる定常状態の条
件からのずれを検出することができる０例えば、硫化鉱
の流動床焙焼では、排出ガス中の全硫黄を硫化物、硫酸
塩及び二酸化硫黄としてモニターするのに用いることが
でき、煙霧法では、選択的に発煙速度を制御するのに用
いることができ、発掘燃料の燃焼では、排出ガス中の二
酸化硫黄の含有景をモニターするのに用いることができ
る。

本発明を、更に例としての次の実施例に関連して記述す
るが、それら実施例は本発明による装置を用いた種々の
乾式冶金方法に関するものである。

適当な装置は、付図に例示されており、その付図はその
ような装置の部分的断面図である。

図に示された装置は、回転式取付台（２）に取り付けら
れた全体的に（１）で示したＸ線源を有し、その台は炉
及び流出導管の外部に固定されており、Ｘ線のビーム（
３）を予め定められた角度で壁（４）を境界とする炉排
出導管中へ送れるように調節することができる。水冷さ
れた囲い（５）及び空気除去系（６）は、導管によって
運ばれたガスの熱、煙霧及び塵からＸ線源を保護するの
に役立つ。Ｘ線検出器（７）は、Ｘ線源（１）からずれ
た位置に主ブロック（８）に取り付けられ、源く１）か
ら導管中へ通ったＸ線によって照射された元素の蛍光に
よって生じた輻射線を受けるようにしである。検出器（
７）からの出力を多段チャンネル分析器、比率計又は他
の計数装置へ送る。

実施例１−スラグから錫の発煙 約６％のＳｎを含む錫スラグＬｏｏｋ、を、パイロット
規模の頂部吹込み型回転炉に仕込み、溶融した。

錫を硫化物として発煙させるため黄鉄鉱を添加した。硫
化錫煙霧は炉の口の所で希釈空気により酸化され、得ら
れた酸化錫を袋状ｒ過装置で収集した。

図に示したＸ線煙霧（ＸＲＦ’）装置を、炉の口と袋状
濾過装置との間の導管機構に取り付けた。

煙霧中の錫の存在に対するＸＲＦ装置の応答が発煙工程
中モニターされ、等速煙霧試料と同様、錫スラグの試料
を規則的な時間間隔で炉から取り出した。錫スラグの試
料を分析し、煙霧中の錫に対するＸＲＦ応答をスラグ中
の残留組水準及び煙霧試料中の錫と関係づけた。これに
よりこの炉装置の場合、０．３％Ｓｎの商業的反応終点
での発煙速度は、ＸＲＦ装置からの読み取りで錫につい
て１５力ウント／秒に等しいことが決定された。

続く３回の発煙工程で、ＸＲＦの応答がこの予め決定さ
れた１５力ウント／秒の水準になったときにその工程を
止めた。最終スラグの分析試験により夫々０．２０％、
０．１９％及び０．２０％の８口であることが見いださ
れた。従って、ＸＲＦ装置は、商業的反応終点をオンラ
インで正確に予測していた。

実施例２−黒錆の精製 銅含有スクラップを溶錬により再循環して鉄、亜鉛、ニ
ッケル、錫及び鉛を含有する銅基合金を精製させた。黒
錆として知られているこの不順な銅を、空気又は酸素に
富む空気を用いて２段階で転炉で精製する。最初に鉄及
び亜鉛がスラグ相として除去される。亜鉛の発煙も起き
る。第二の吹込みで、残留亜鉛＋錫及び鉛が第ニスラグ
として又は発煙により除去される。

ＸＲＦ装置を、銅転炉とそれに付随するガス清浄化用袋
状濾過装置との間の導管機構上に取り付けた。次に１週
間に亘ってＸＲＦ装置を用いて亜鉛、錫及び鉛の発煙水
準の変動を決定した。判明したそれらの変動は、ＸＲＦ
の応答を工程の制御及び生成した亜鉛及び錫の煙霧の分
離を行うのに用いることができることを示していた。そ
の結果、最初のスラグに対する錫の損失は減少し、第二
煙霧の錫含有量を増大させることができた。

実施例３−スラグからの亜鉛の発煙 −次銅・鉛精鉱の溶錬による亜鉛含有スラグを１１００
〜１３００℃の温度で発煙させた。亜鉛含有蒸気を生成
させるため還元剤が必要であり、これは通常羽口を通し
て空気と一緒に溶融スラグ中へ吹き込まれる。二次空気
を浴の上に導入し、亜鉛含有蒸気を酸化し、それを次に
酸化物煙霧として収集する。吹込み中、他の元素も揮発
した。

ＸＲＦ装置を、二次空気が導入される点の上の亜鉛発煙
器の壁土に取り付けた。モニターされるガス相の温度は
１２００℃を越えていた。この温度で、装置は亜鉛、鉛
及びヒ素の発煙速度の変動をオンラインで連続的に示す
ことができた。

ＸＲＦ装置の長期間の性能は、ガス相からの非常に高い
水準の輻射線によって影響されることはなかった。

実施例４−工程ガス流中の硫黄についてのモニター 金属かわ（ｍａｔｔｅ）の転炉処理中、二酸化硫黄が空
気又は酸素に富む空気を吹き込むことにより生成した。

転炉排出ガスの二酸化硫黄含有量又は除去される全硫黄
の測定値についての知識を、吹き込み期間を終わらせる
時を決定するために炉操作者が用いることができる。ガ
スの二酸化硫黄含有量をモニターするための赤外分析の
如き従来の方法は、全て凝縮性物を含む熱い屡々汚れた
ガスのサンプリングを含んでいる。その場合、これらの
試料流は完全に冷却され、分析装置の損傷を起こさない
ように清浄にされなければならない。

ＸＲＦ装置を、二酸化硫黄を種々の水準で含むガス混合
物で満たされる有機ガラス容器の壁に取り付けた。ＸＲ
Ｆ装置は、これら理想的な条件で体積で１１００ｐｐの
濃度の二酸化硫黄を検出することができることが判明し
た。

次にＸＲＦ装置を、二酸化硫黄、金属硫化物及び硫酸塩
として硫黄を含むことが知られている熱い汚れたガラス
流が流れる導管の方へ移した。導管の温度は５００〜６
００℃で、煙霧存在量は１００ｇｚ−３越え、全硫黄含
有量は５％までであった。これらの温度で煙霧は初期熔
融により粘着性であり、そのため慣用的サンプリングは
不可能であった。このような状況で硫黄の存在に対する
明確な応答が記録され、それは高濃度で存在する他の元
素とは容易に区別することができた。

同様にして、発掘燃料の燃焼から生じたガスの硫黄含有
量をモニターすることができる。

１−Ｘ線源、　　３−Ｘ線ビーム、 ４−導管壁、　　７−Ｘ線検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）炉、燃焼室、発熱性反応器を出たガス流が流れる
   煙道又は導管へＸ線のビーム（３）を送り、ガス流中に
   存在する元素の蛍光によつて生じた輻射線をＸ線検出器
   （７）によって検出し、該検出器からの出力を分析器へ
   送り、その分析器により個々の元素に相当する輻射線強
   度を測定することを特徴とする発熱工程のモニター方法
   。 （２）工程が、乾式冶金工程であることを特徴とする請
   求項１に記載の方法。 （３）乾式冶金工程が、スラグ又は他の溶融冶金相から
   の揮発性金属又はそれらの化合物の発煙工程であること
   を特徴とする請求項２に記載の方法。 （４）工程が、一次又は二次熔錬又は精錬工程であるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の方法。 （５）工程が、焙焼又は他の固体状態酸化又は還元工程
   であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 （６）工程が、バッチ式又は連続式で行われることを特
   徴とする請求項１に記載の方法。（７）発熱工程が、燃
   焼工程であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 （８）炉、燃焼室、発熱性反応器からの排出ガスが流れ
   る煙道又は導管上に取り付けられた囲い中の一次Ｘ線源
   （１）と、該源をずらして設定された、排出ガス中の元
   素の蛍光によって生じた輻射線を受けるのに用いられる
   Ｘ線検出器（７）と、前記検出器からの輻射線を受け、
   個々の元素により与えられた寄与分を分析する為の分析
   器とからなることを特徴とする発熱工程のモニター用装
   置。 （９）検出器からの出力を多段チャンネル分析器へ送り
   、或る範囲の元素を検出する為の手段を具えていること
   を特徴とする請求項８に記載の装置。 （１０）検出器からの出力を、１チャンネル分析器へ送
   り特定の元素を測定するか、又は複数の１チャンネル分
   析器へ送り、或る範囲の元素を測定する為の手段を具え
   ていることを特徴とする請求項８に記載の装置。