JPH06256867A - 還元炉の操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 還元炉内スラグ表面に沈降した粉コーク
スの灰分や未燃コークスによる弊害を有効に除去し得る
還元炉の操業方法の提供を目的とする。 【構成】 反応塔と、該反応塔の下端にその一端が
接続され、その他端が排煙道に接続され、その天井部
に、該天井部を貫通し、その先端がその内部に挿入され
たランスを有するセトラーとから基本的に構成された還
元炉を用い、反応塔に設けられたバーナーより装入すべ
き原料の全量もしくは大部分と、燃料の一部と反応用気
体の一部とを反応塔内に吹き込み、原料の残部と燃料の
残部と反応用気体の残部とをセトラー天井部に設けたラ
ンスよりセトラー内に吹き込む。 【効果】 排ガス量の増加やＣＯ濃度の低下を防止
しつつ、セトラー内でスラグ表面に沈降した粉コークス
の灰分のスラグ化と未燃カーボンによる金属鉄の生成の
防止が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として鉛・亜鉛の製錬
のために使用する還元炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＳＰ法は他の鉛や亜鉛を処理する乾式
工程に比して鉛と亜鉛とを同時に処理できることからコ
スト競争力の高いものとなっている。しかし、近時のコ
スト競争の激化は、このＩＳＰ法のコスト競争力すら無
力のものとしつつある。と言うのは、このＩＳＰ法で
は、鉛を含む硫化亜鉛精鉱をばい焼し、得た焼結塊を塊
状コークスと共に溶鉱炉に投入し、亜鉛を揮発させて亜
鉛蒸気を含む還元ガスを得、このガス中の亜鉛蒸気を鉛
スプラッシュコンデンサーで吸収し、回収して粗亜鉛を
得、鉛を溶鉱炉内で還元して粗鉛として炉底に得ている
が、この塊状コークスは高価なものであり、ＩＳＰ法の
一層のコストダウンを困難なものとしているからであ
る。

【０００３】このような状況下、ＩＳＰ法に変わる種々
の製錬法の開発が試みられている。例えば、特公昭６１
−２８００４号公報記載の「吹き込み熔錬による亜鉛製
錬法」がある。この方法は、予め亜鉛精鉱中のＦｅ／Ｓ
ｉＯ₂比に近い組成のスラグと粗亜鉛層からなる溶融浴
を炉内に溜め、該溶融浴中に亜鉛精鉱のばい焼粉と還元
剤と高酸素富化空気とをランスを介して吹き込み、亜鉛
蒸気を発生させ、粗亜鉛を回収するものであり、還元剤
として安価な粉コークスまたは／及び粉炭を使用するも
のである。

【０００４】該方法はＩＳＰ法と比較すると、塊状コー
クスの代わりに粉コークス及び／または粉炭を使用する
ために、操業費用の大幅な低下が可能となる。しかしな
がら、この方法では粉コークスの炉内での滞留時間が短
いため、塊状コークスに比較して粒径が小さいにもかか
わらず、粉コークスの利用率、すなわちどれだけの炭素
が燃焼してガス成分となるかと言うガス化率は、ＩＳＰ
法に比べて著しく悪い。その結果、未燃焼の粉コークス
が多量に後工程のコンデンサーに飛散し、亜鉛の凝固を
阻害し、亜鉛の回収率を著しく低下させている。この欠
点を用いるランスの改造により解消する方法も検討され
ているが、炉本体の欠点を十分カバーできるものは提案
されていない。

【０００５】これらの欠点を解消すべく検討されている
ものにフラッシュスメルティング法を用いた亜鉛・鉛の
還元製錬法がある。この方法はいわゆる反応塔とセトラ
ーとアップティクと称される排煙道から基本的に構成さ
れる所謂フラッシュ炉を用いるものであり、通常反応塔
内に粉状原料と粉状燃料とを燃焼用気体と共に吹き込
み、原料中の亜鉛と鉛とを還元し、鉛と亜鉛との混合蒸
気を得ようとするものである。

【０００６】この方法は、粉状燃料として安価な粉コー
クスを用いることができ、かつ生産性も高く優れたもの
とされているが、一方、操業においては少なからず問題
点を有するとされている。例えば、粉コークス燃焼後に
残存する灰分による問題点がある。該灰分の比較的粒径
の大きなものはスラグ表面に沈降し、スラグ表面に半溶
融状態の灰分層を形成し、かつアルミナとシリカ品位が
高く、粘性の高い中間層を灰分層とスラグとの境界面に
発生させるが、これらの灰分層や高粘度の中間層は炉壁
に付着して炉内有効体積を減少させ、炉よりスラグを抜
き出す際にタップ孔を閉塞させる原因となっているから
である。

【０００７】また、例えば未燃の粉コークスにより生じ
る問題点がある。これは、未燃コークスの比較的大きな
粒径のものはスラグ表面に沈降し、局部的にスラグ中の
鉄酸化物を金属鉄に還元し、金属鉄を炉内に蓄積して炉
底が上昇し、炉内有効容積が減少したり、タッピング時
のランシングが困難になったり、スラグを水砕する際に
爆発を起こしたりするからである。

【０００８】これらの問題点を解決する方法として、還
元炉のセトラー天井部よりスラグ中にランスを挿入し、
該ランスを介してスラグ中に窒素、空気、酸素富化空
気、工業用酸素の何れか１つ以上を吹き込む方法があ
る。該方法は、スラグ層を攪拌することにより灰分や未
燃コークスとスラグとの反応を均一化して上記問題点を
解消しようとするものである。

【０００９】しかしながら、この方法にもいくつかの問
題点があり、必ずしも有効な解決策となっていなかっ
た。というのは、例えば、吹き込みガスの温度は設備上
の問題から常温程度とせざるを得ず、吹き込み位置での
局部冷却を引き起こすと言う問題点があり、また、排ガ
ス量が増加せざるを得ないためその分反応塔での燃料装
入量を多くせざるを得ず、反応塔内の熱負荷を高め、か
つガス中のＣＯ濃度の低下を回避できず、排ガスからの
エネルギー回収効率の悪化をもたらすという問題点があ
るからである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明はフラッシュ炉
を還元炉として用いる亜鉛・鉛の製錬法において、還元
炉内スラグ表面に沈降した粉コークスの灰分や未燃コー
クスによる弊害を有効に除去し得る還元炉の操業方法の
提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消する本発
明の還元炉の操業方法は、反応塔と、該反応塔の下端に
その一端が接続され、その他端が排煙道に接続され、そ
の天井部に、該天井部を貫通し、その先端がその内部に
挿入されたランスを有するセトラーとから基本的に構成
された還元炉を用い、燃料として粉コークス及び／また
は微粉炭を用い、反応用気体として空気、酸素富化空
気、工業用酸素の何れか一つを用いる操業方法におい
て、反応塔に設けられたバーナーより装入すべき原料の
全量もしくは大部分と、燃料の一部と反応用気体の一部
とを反応塔内に吹き込み、原料の残部と燃料の残部と反
応用気体の残部とをセトラー天井部に設けたランスより
セトラー内に吹き込むものであり、かつランスよりセト
ラー内に吹き込まれる反応用気体の残部がセトラー内の
熔体を十分攪拌するに足る量とするものである。より具
体的には、まず全原料量Ｍの所定量をＭ１とし、セトラ
ーから排出されるスラグの温度をＴ１とし、排ガス組成
（ＣＯ₂／ＣＯ）の所定値をＰ１とし、反応系全体の放
散熱を考慮してＭ１とＴ１とＰ１とを用いてマスバラン
スと熱バランスとを計算し、必要全燃料量Ａ１と必要全
反応用気体量Ｂ１とを求め、次いで反応塔の放散熱量の
みを考慮し、反応塔出口近傍の反応生成物の温度を少な
くともＴ１とし、排ガス組成（ＣＯ₂／ＣＯ）Ｐ２を
１．５以下、好ましくは１．０以下となるようにして、
再度マスバランスと熱バランスとを計算して反応塔装入
用燃料量Ａ２と反応塔装入用反応用気体量Ｂ２とを求
め、条件として与えた原料量Ｍ１と計算により得られた
燃料量Ａ２と反応用気体量Ｂ２とを反応塔内に吹き込
み、Ｍ−Ｍ１の原料とＡ１−Ａ２の燃料とＢ１−Ｂ２の
反応用気体とをセトラー天井に設けられたランスよりセ
トラー内熔体表面に向けて、あるいは熔体内に吹き込む
ものであり、このましくはＰ１とＰ２とをほぼ同一とす
るものである。

【００１２】

【作用】本発明の還元炉において、ランスをセトラー天
井に設け、ランスを介して燃料と反応用気体の一部、要
すれば原料と燃料と反応用気体の一部をセトラー内で燃
焼させるのは、セトラー内のスラグ層の局部的な冷却を
回避しつつ、スラグ層を攪拌するためである。よって、
セトラーに設けるランスの先端は、吹き込まれた反応用
気体等によりスラグが十分に攪拌できれば良く、スラグ
先端をスラグ中に浸漬させても良く、スラグ表面より上
になるように設けても良い。

【００１３】本発明の操業方法において原料の全量ある
いは大部分を反応塔内に吹き込むのは、原料の反応効率
を可能な限り高く維持するためである。仮にランスより
セトラー内のスラグ層に多量の原料を吹き込むと、該原
料の反応温度と等しい温度のスラグ中に原料を吹き込む
ことになり、実際のスラグ中での反応温度が低下し、原
料中の酸化亜鉛の還元揮発反応が進行せず、その結果、
スラグへの亜鉛の損失を増加させることとなる。

【００１４】反応塔に吹き込む燃料と反応用空気の量は
反応塔内で原料を十分熔解するに足る熱量を得ることの
できる量としなければならない。なぜなら、反応塔内で
発生する熱量が不足し反応塔内で反応が終了していない
場合には、未燃物の発生や煙灰量の増加をきたすことに
なるからである。よって、反応塔出口近傍の反応生成物
の温度は少なくとも目標スラグ温度より高くなるように
しなければならない。

【００１５】具体的に本発明の方法を例示すると、まず
全原料量Ｍの所定量をＭ１とし、セトラーから排出され
るスラグの温度をＴ１とし、排ガス組成（ＣＯ₂／Ｃ
Ｏ）の所定値をＰ１とする。そして、反応系全体の放散
熱を考慮してＭ１とＴ１とＰ１とを用いてマスバランス
と熱バランスとを計算し、必要全燃料量Ａ１と必要全反
応用気体量Ｂ１とを求める。次いで、反応塔の放散熱量
のみを考慮し、反応塔出口近傍の反応生成物の温度を少
なくともＴ１とし、排ガス組成（ＣＯ₂／ＣＯ）Ｐ２を
１．５以下、好ましくは１．０以下となるようにして、
再度マスバランスと熱バランスとを計算して反応塔装入
用燃料量Ａ２と反応塔装入用反応用気体量Ｂ２とを求
め、条件として与えた原料量Ｍ１と計算により得られた
燃料量Ａ２と反応用気体量Ｂ２とを反応塔内に吹き込
み、Ｍ−Ｍ１の原料とＡ１−Ａ２の燃料とＢ１−Ｂ２の
反応用気体とをセトラー天井に設けられたランスよりセ
トラー内熔体表面に向けて、あるいは熔体内に吹き込む
ものであり、このましくはＰ１とＰ２とをほぼ同一とす
るものである。なお、Ｍ１は上記した理由より通常Ｍと
等しくすることが好ましい。

【００１６】きわめて反応性の良好な中間物を原料とし
て用いるような場合には、該原料の一部をランスを介し
てセトラー内に吹き込み、反応塔内の熱負荷を上げるこ
となく増処理することは可能である。この場合該原料の
量をＭ−Ｍ１として計算するが、Ｍ１＞＞Ｍ−Ｍ１とす
ることが好ましい。

【００１７】上記計算において、反応塔出口の排ガス中
のＣＯ₂／ＣＯ値Ｐ２を１．５以下とするのは、反応塔
内で亜鉛還元反応をほぼ終了させるためである。反応塔
内での亜鉛の再酸化を確実に防止するためにはＰ２を
１．０以下とする事が好ましい。なお、計算の都合上反
応塔出口排ガス中のＣＯ₂／ＣＯ値Ｐ１とＰ２とを一致
させると便利である。

【００１８】本発明の方法の採用に際しては、ランスよ
り吹き込む反応用気体の量は、該反応用気体によりセト
ラー内の熔体が十分攪拌されうる量とすることが必要で
あり、マスバランスを求めるに際しては十分これを考慮
する。

【００１９】本発明の方法に従えば、還元炉全体として
の熱バランスは保たれ、かつセトラーへの吹き込みによ
る局部冷却も少なくとも燃料と反応用気体とを共に吹き
込むため防止でき、かつ排ガス量も必要最低限に維持で
きる。そして、排ガス中のＣＯ₂／ＣＯは計画値のまま
維持できることになる。また、本発明の方法では粉状固
体の持つ運動エネルギーを攪拌エネルギーに転換できる
ため、より効率よく熔体の攪拌が可能となる。

【００２０】

【実施例】次に本発明の実施例について述べる （実施例１）還元炉として内寸で直径が1.5ｍ、高さが
2.5ｍの反応塔と、内寸で直径が1.5ｍ、長さが5.25ｍの
セトラーをもちい、反応塔頂部とセトラー側壁部にバー
ナーを設け、還元炉を構成した。そして、セトラー天井
部に該天井を貫通して内径10mmのＳＵＳ製のパイプを、
その先端が熔体中に、深さ50mmとなるように設置して窒
素吹き込みを行い、内径15mmのＳＵＳ製パイプを、その
先端が熔体表面上500mmとなる用に設置して本発明の方
法を適用した。

【００２１】この還元炉を用いて、表１に示す原料Ａと
原料Ｂとを４：１の割合で調合したものを原料とし、表
１に示したコークスを用い、最初表２に示すケース１の
条件で24時間の操業を行い、次いでケース２の条件で24
時間の操業を行い、最後にケ−ス３の条件で24時間の操
業試験をおこなった。なお、ケース１は反応塔頂部より
全原料と全燃料と全反応用気体を装入したものであり、
ケース２はセトラーに設けたランスより窒素ガスのみを
吹き込んだものであり、ケース３は本発明の方法に従い
原料の一部と燃料の一部と反応用気体の一部とをランス
より炉内容体内に吹き込んだものである。

【００２２】本発明の実施に際し、Ｍ１を250Kg/hと
し、ＴＩを1380℃とし、Ｐ１を0.6とし、Ｐ２を0.6とし
た。そして、反応塔放散熱量は460Mcal/H、セトラー放
散熱量は235Mcal/Hとした。

【００２３】

【００２４】 なお、各試験操業期間中、操業開始後12時間での炉底レ
ベルをランス装入孔から700mm離れた位置の検尺孔より
検尺棒を炉内に挿入して測定した。得られた結果を表３
に示した。

【００２５】

【００２６】ケース１に示す条件で操業した場合、高粘
度のスラグと粉コークスの灰分による層とが発生し、タ
ップ孔は閉塞し、スラグの炉外への排出は困難を極め
た。操業条件をケース２に切り替えたところ、スラグは
流動性の良いスラグとなり、抜き出しに支障はでなかっ
た。このことより炉況は改善されたことがわかる。しか
し、窒素の吹き込みにより排ガス量は増加し、ＣＯ濃度
が３％低下し、アップテイク部のガス温度も６０℃低下
した。また、スラグ温度も若干低下した。

【００２７】操業条件をケース３に切り替えたところ、
得られるスラグの性状はケース２で得られるものと同様
に良好であり、炉底レベルも低く抑えられることがわか
った。また、排ガス量やＣＯ濃度や排ガス温度はケース
１とほぼ同じとなり、スラグ温度もケース１に近いもの
となった。また、原料のキャリーオーバー率も改良さ
れ、ケース１に比較して３％減少させることができた。
これはランスよりの吹き込みにより発生したスプラッシ
ュが排ガス中の未燃原料を捕捉するためと思われる。

【００２８】

【発明の効果】本発明の還元炉を用い、本発明の方法に
従えば、排ガス量の増加やＣＯ濃度の低下を防止しつ
つ、セトラー内でスラグ表面に沈降した粉コークスの灰
分のスラグ化と未燃カーボンによる金属鉄の生成の防止
が可能である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】反応塔と、該反応塔の下端にその一端が接
   続され、その他端が排煙道に接続され、その天井部に、
   該天井部を貫通し、その先端がその内部に挿入されたラ
   ンスを有するセトラーとから基本的に構成された還元炉
   を用い、燃料として粉コークス及び／または微粉炭を用
   い、反応用気体として空気、酸素富化空気、工業用酸素
   の何れか一つを用いる操業方法において、反応塔に設け
   られたバーナーより装入すべき原料の全量もしくは大部
   分と、燃料の一部と反応用気体の一部とを反応塔内に吹
   き込み、原料の残部と燃料の残部と反応用気体の残部と
   をセトラー天井部に設けたランスよりセトラー内に吹き
   込むことを特徴とし、かつランスよりセトラー内に吹き
   込まれる反応用気体の残部がセトラー内の熔体を十分攪
   拌するに足る量であることを特徴とする還元炉の操業方
   法。
2. 【請求項２】請求項１記載の方法において、まず全原料
   量Ｍの所定量をＭ１とし、セトラーから排出されるスラ
   グの温度をＴ１とし、排ガス組成（ＣＯ₂／ＣＯ）の所
   定値をＰ１とし、反応系全体の放散熱を考慮してＭ１と
   Ｔ１とＰ１とを用いてマスバランスと熱バランスとを計
   算し、必要全燃料量Ａ１と必要全反応用気体量Ｂ１とを
   求め、次いで反応塔の放散熱量のみを考慮し、反応塔出
   口近傍の反応生成物の温度を少なくともＴ１とし、排ガ
   ス組成（ＣＯ₂／ＣＯ）Ｐ２を１．５以下となるように
   して、再度マスバランスと熱バランスとを計算して反応
   塔装入用燃料量Ａ２と反応塔装入用反応用気体量Ｂ２と
   を求め、条件として与えた原料量Ｍ１と計算により得ら
   れた燃料量Ａ２と反応用気体量Ｂ２とを反応塔内に吹き
   込み、Ｍ−Ｍ１の原料とＡ１−Ａ２の燃料とＢ１−Ｂ２
   の反応用気体とをセトラー天井に設けられたランスより
   セトラー内熔体表面に向けて、あるいは熔体内に吹き込
   む還元炉の操業方法。
3. 【請求項３】請求項２記載の方法において、Ｐ１とＰ２
   とをほぼ同一の値とする還元炉の操業方法。