JPH0147532B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、溶融浴中への高酸素含有ガスの噴
入方法に関するものであり、更に詳細には、非鉄
金属を含有する溶融浴中へ二重チユーブ式ノズル
を通して高酸素含有ガスを噴入する方法であつ
て、そのノズルが反応器の壁を通してその溶融浴
中に延在し、かつ、冷媒として保護流体を各二重
チユーブ式ノズルの内部および外部チユーブの間
のリング状空間を通して注入することからなる方
法に関するものである。 非鉄金属を生産する乾式治金法のいくつかの方
法においては、工業的に純粋な酸素または酸素を
富化したガスからなる高酸素含有ガスが溶融浴中
に噴き込まれている。かかる方法によつて、例え
ば、非鉄金属または非鉄金属が富化されたマツト
相が硫化鉱から抽出されるか、または、非鉄金属
を含有する溶融浴が精製される。高酸素含有ガス
は、反応器の底部または側面からその壁を通して
延在するノズルによつて溶融浴中に噴入される。
ノズルで発生する高温からそのノズルとその周囲
の壁を保護するために、保護流体が二重チユーブ
式ノズルによつて噴入される。一般には、そのノ
ズルの内部チユーブによつて、高酸素含有ガスが
噴入され、そして内部および外部チユーブの間の
リング状空隙を通して保護流体が噴入される。こ
の保護流体は冷却のために作用する。かかる方法
は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第
2417979号および同第2807964号によつて知られて
いる。 これらの二重チユーブ式ノズルと、高酸素含有
ガスを保護流体と共に注入するという技術は鉄鋼
工業において始めて利用された（ドイツ連邦共和
国特許出願公告第1783968号、同第1783149号、同
第1758816号、ドイツ連邦共和国特許出願公開第
2052988号、ドイツ連邦共和国特許出願公告第
2259276号、英国特許明細書第1253581号、ドイツ
連邦共和国特許出願公告第1433398号、オースト
リア国特許第265341号）。これらにおいては、そ
のノズルにクラスト（外殻）が形成するのを避け
るための工夫がなされている。その理由は、クラ
ストがノズルに形成すると、そのクラストは、浴
の運動に対して望ましくない影響を及ぼし、壁を
侵蝕しかつ作業の安全性を損なうからである。水
冷式単一ノズルの場合にだけは、そのノズルの先
端の冷却された部分を崩壊から保護するために固
化した鉄または金属の層を付与するのが望まし
い。 二重チユーブ式ノズルを用いて高酸素含有ガス
を保護流体と共に噴入する技術を非鉄金属治金に
おいて利用する場合も、これまでは明らかに同じ
前提に基づいている（ドイツ連邦共和国特許出願
公開第2417979号、同第2807964号、英国特許明細
書第1414769号）。しかしながら、この方法では、
ノズルおよびその周囲の壁が相当に摩耗する。 この発明の目的は、非鉄金属を含有する溶融浴
中に高酸素含有ガスおよび保護流体を噴入する方
法において、二重チユーブ式ノズルおよびその周
囲の壁の摩耗を減少または予防する方法を提供す
ることである。 この発明によれば、この目的は、スラグの組成
と温度を、ノズルでのそのスラグの僅かな局部的
冷却により、そのスラグ中に当初溶解されかつ高
い融点を有する構成成分の結晶化温度より実質的
に低い温度に低下するように選択し、保護流体の
流速量をスラグの組成ならびにそのスラグの温度
とその固化点との間の温度差に依存して選択して
スラグ成分からなるガス透過性のクラストを所定
の厚みを超えないようにノズル上に形成し、ノズ
ルを通して注入されたガスの撹乱作用を、反応器
の底部より上方の金属浴層の高さには関係なく、
スラグと金属のエマルジヨンがそのノズルに達す
るように選択し、流入されている保護流体の圧力
上昇を当初の圧力より高い所望の値に維持するこ
とによつて、クラストの厚みを所望の値に調節す
ることによつて達成される。ノズルならびにその
周囲の壁に形成するクラストの厚みは、所望の保
護が得られ、ならびに、クラストが良好なガス透
過性およびクラスト中への良好なガス分散が達成
されるように選択する。その厚みは、その方法の
操作条件に依存し、かつ、実験的に決めることが
できる。連続法においては、保護流体の必要な流
速量は実質的に一定に保持されているけれども、
バツチ法ではその流速量は比較的広範囲に亘つて
調節されなければならない。その保護流体として
は、例えば窒素、SO₂，CO₂、水蒸気、炭化水素
などの可燃性のもしくは不燃性のガスもしくは液
体が使用でき、使用する方法の条件によつて選択
することができる。クラストを生成するのに必要
な保護流体の流速量は、スラグの固化温度もしく
はスラグの高融点成分の固化温度ならびにスラグ
と保護流体との接触前のスラグの温度とその固化
温度との間の温度差に依存している。その保護流
体の出口温度はできるだけ低くし、そしてその保
護流体は高圧、例えば６バール以上にして噴入す
る。そうすることによつて、その保護流体の必要
な流速量をできるだけ少なく保持することができ
る。 スラグの組成は、そのスラグがマグネタイト、
珪酸カルシウムその他の類似化合物などの高融点
を有する化合物によつてほとんど飽和されるよう
に選択する。このことは、適当な化学組成を有す
るスラグを使用すること、回収すべき非鉄金属の
所望の金属−硫化物−酸化物の平衡に依存する適
当な酸化電位にすること、および、その高融点を
有する化合物のための飽和温度より僅かに高い温
度にスラグの温度を適当に選択することによつて
達成される。そうすることによつて、保護流体の
流速量を少なくして良好なクラスト生成を行なう
ことができる。 噴入したガスの撹乱作用は、その圧力もしくは
その流速量を適当に調節することおよび／または
そのノズル上方の金属層の厚みを調節することに
よつて調節することができる。そうすることによ
つて、同様に良好なクラスト生成がなされる。 クラストの生成によつて、そのクラスト生成前
の圧力より圧力が上昇する。その圧力上昇の値は
クラストの厚みならびに形状に依存する。そのク
ラストが所望の厚みになつているときの圧力上昇
の値は、経験的に決定されそして維持することが
できる。ほとんどの場合、約0.1ないし0.5バール
の圧力上昇で充分である。これによつて、クラス
トの厚みは、直接観察することはできないけれど
も、簡単にコントロールすることができる。 好ましい態様によれば、圧力の所望の値は、圧
力を一定に維持することによつて調節することが
できる。圧力だけが一定に保持され、そして容量
は対応する値に合わせるように調節する。このよ
うにすることによつて、クラストの厚みを特に簡
単にかつ有効にコントロールすることができる。 好ましい態様によれば、反応器の壁は、スラグ
の組成ならびに温度に依存して、高融点を有する
構成成分が一定の膜としてその壁に形成されるよ
うに構成される。その壁の構成は、熱放射によつ
て、内部のスラグを冷却し、それによつて薄いク
ラストのフイルムが形成されるように選択され
る。それによつて、ノズルの周囲の壁もまた保護
され、その上には保護流体の直接の作用によつて
クラストが何ら形成されなくなる。 この発明を実施例により更に詳細に説明する。 実施例 実施例は、反応器中での、硫化物濃厚物の連続
的酸化に関している。その反応器は、長さが4.50
メートル、直径が1.80メートルである水平型のシ
リンダーからなつていて、その内部は耐火物で内
張りがされているものである。その硫化物濃厚物
には、フラツクスが添加されて、この発明による
方法を実施するために適当な所定の化学組成を有
するスラグを得ることができる。またその反応器
には、内径が10mmの３個の二重チユーブ式ノズル
と、化学的−治金的反応に関係なく、溶融浴の温
度に影響を及ぼすためのプロパン−酸素補助バー
ナーが設けられている。 この実施例は、硫化鉛濃厚物の酸化に限定して
いる。それには酸化鉛が含有されているために、
ここで生成されるスラグは、この技術分野におい
て知られている全ての金属物質ならびにセラミツ
ク物質に対して特に攻撃的な作用を及ぼす。した
がつて、この実施例に記載されている反応器のノ
ズルを壁の保護のための手段は、一連の別の非鉄
金属を含有している前駆物質および中間物質の溶
融に使用できる。かかる物質は、例えば、濃縮
物、マツト、スパイス、スラグ、ダスト、かすな
どであつて、銅、ニツケル、コバルト、亜鉛、
鉛、錫、アンチモンまたはビスマスを含んでいる
ものである。 一般に、次の組成を有する混合物が使用され
る。 ：561％Pb，3.2％Zn，7.2％FeO，3.9％CaO，
0.6％MgO，0.7％Ａ₂O₃，10.3％SiO₂および11.2
％Ｓ原則として、溶融される混合物は、低イオウ
含有金属鉛（１％Ｓより小）に加えて、イオウ含
有量が63ないし60％であるマグネタイト含有が形
成される酸化電位を有している。生成した金属鉛
を、反応器の底部に200mmの高さの層として回収
し、そして、そのスラグを連続的に排出しなが
ら、定期的にタツプした。 実施例 １ スラグの温度を1000℃にして、二重チユーブ式
ノズルに、一定流速量の酸素と、異なる流速量の
窒素を保護流体として供給した。第１の実験が終
了して、そのノズルを引き出して測定した。

【表】 第３番目のノズルの先端は、高さが約30mmおよ
び基部直径が約50mmである円錐形状の多孔性クラ
ストによつて覆われてしまつていることが判明し
た。そのクラストは、マグネタイト70％ならびに
種々のシリケート30％からなつていた。他の２個
のノズル先端に隣接する壁には、直径がそれぞれ
約50ないし100mmでかつノズルの酸化に相当する
深さの漏斗状の侵蝕の跡が認められた。これに対
して、第３番目のノズルに隣接する壁は完全に保
護されていた。 実施例 ２ スラグを過熱したときの影響を調べるために、
それぞれ異なる温度のスラグを用いて３つの実験
を行つた。これらの実験においては、実施例１に
おいて第２番目のノズルに使用した保護流体の流
速量（6.9バール窒素圧）になるように調節した。
各実験が終了すると、ノズルを引き出し、測定し
た。

【表】 実施例２によれば、３つのノズルのいずれにも
その周囲の壁は侵蝕されていないことが判明し
た。ノズル先端部の前方部分には、マグネタイト
とシリケートでできている円錐状の多孔性のクラ
ストが形成されていた。このクラストの高さは30
mmないし35mm、基部の直径は50ないし60mmであつ
た。実験３および４で用いられたノズル周囲の壁
には、実施例１ですでに記載したような侵蝕の跡
が認められた。 実施例 ３ 更に別の２つの実験において、ノズルとその周
囲の壁を保護するための前述した保護機構は、使
用したスラグが適当な組成を有するときにだけ有
効であることが判明した。 そのために反応器には、１つの実験では、純粋
な酸化鉛スラグ（PbO）を、またもう１つの実験
では、2PbO・SiO₂からなる組成からほぼなつて
いる珪酸鉛スラグを充填した。２つの実験におい
て、スラグは温度930℃に調節し、そしてノズル
には、酸素と、6.9バールの圧力下の窒素とが供
給された。これらの実験では、濃厚物とフラツク
スとの混合物は仕込まなかつたので、そのスラグ
の組成は変化しなかつた。そのために、金属鉛か
らなる相が底部には生じなかつた。これらの２つ
の実験のいずれにおいても、そのノズルの先端部
には固体のクラストは形成しなかつた。実験終了
時には、そのノズルとその周囲の壁とはほとんど
破壊していたことが判明した。

【表】 別の実験（第７番目）において、ノズルの先端
部に生成したクラストのサイズは、保護流体の圧
力をコントロールすることによつて簡単に影響を
受けることを示した。このために、反応器は、実
験２における場合と実質的に同じ条件（温度930
℃）の下で操作し、そして、３つのノズルは、互
いに僅かに異なる保護ガス圧で操作した。すなわ
ち、窒素圧は、ノズル１では6.7バール、そして
ノズル２では7.1バールと一定に維持した。ノズ
ル３の窒素圧は、10分間隔で6.7バールと7.1バー
ルとの間を定期的に変えた。実験後には、ノズル
もその周囲の壁も何ら浸蝕を受けてなかつたが、
サイズが大幅に異なるクラストがノズルの先端部
に形成されていたことが判明した。

【表】 温度、保護流体の圧力、スラグの組成ならびに
ノズル先端部の形状寸法に関する適当でかつ一定
した条件にすると、明らかに熱平衡が得られ、そ
れによつて特定した形状と大きさを有する多孔性
のクラストが形成される。 実施例 ５ 最後の一連の実験においては、底部の金属相の
高さが、ノズル先端部へのクラスト形成に影響を
及ぼすことを示している。そのために、実験８に
おいては、反応器はマグネタイト含有スラグだけ
で充填し、そのスラグ温度を930℃にして、酸素
および窒素（圧力、6.9バール）を吹き込んだ。
濃厚物とフラツクスとは何ら仕込まなかつたの
で、金属鉛の相が底部に形成するのを抑制した。 実験９においては、金属鉛が予じめ存在するこ
とによつて、高さ400mmの鉛層が形成され、そし
て濃厚物とフラツクスとを仕込みそして定期的に
金属をタツプすることによつてその高さを一定に
保持した。この実験においては、実験２における
条件（温度930℃、窒素圧6.9バール）に調節し
た。 実験終了後、ノズルとその周囲の壁とは完全に
保護されていたが、異なる大きさのクラストが形
成されていた。

【表】 特定の形状ならびに大きさのクラストを形成さ
せるには、底部に存在するその金属相が低溶融性
の金属で形成されている場合には、その相の高さ
を考慮しなければならない。 実施例４と類似した方法においては、鉛相は
200mmに保持されていて、ノズル先端部のクラス
ト形成に際して底部に存在する金属層がもともと
及ぼしていた望ましくない影響は、保護流体の圧
力を上昇することによつて補なわれた。 この発明の利点は、ノズルならびにその周囲の
壁を、溶融相による化学的作用および侵蝕から簡
単な方法で保護でき、保護流体の量を最少限度に
保持し、そして、それにも拘らず溶融浴中のガス
を良好に分散できることにある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非鉄金属を含有する溶融浴中に二重チユーブ
   式ノズルを通して高酸素含有ガスを噴入する方法
   であつて、そのノズルがその反応器の壁を通して
   その溶融浴中に延在し、かつ、冷媒として保護流
   体が各二重チユーブ式ノズルの内部および外部チ
   ユーブの間のリング状空隙を通して注入される方
   法において、 スラグの組成と温度を、ノズルでのそのスラグ
   の僅かな局部的冷却により、そのスラグ中に当初
   溶解されかつ高い融点を有する構成成分の結晶化
   温度より実質的に低い温度に低下するように選択
   し、保護流体の流速量をスラグの組成ならびにそ
   のスラグの温度とその固化点との間の温度差に依
   存して選択してスラグ成分からなるガス透過性の
   クラストを所定の厚みを超えないようにノズル上
   に形成し、ノズルを通して注入されたガスの撹乱
   作用を、反応器の底部より上方の金属浴層の高さ
   には関係なく、スラグと金属のエマルジヨンがそ
   のノズルに達するように選択し、流入されている
   保護流体の圧力上昇を当初の圧力より高い所望の
   値に維持することによつて、クラストの厚みを所
   望の値に調節することを特徴とする方法。 ２ 圧力の所望の値を圧力を一定に維持すること
   によつて調節することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の方法。 ３ 反応器の壁を、スラグの組成および温度に依
   存して、高融点を有する構成成分が一定のフイル
   ムとして壁に形成されるように構成することを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の方法。