JPH11246920A - 鉛製錬炉および鉛の製錬方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コークスの使用量を低減し、排ガス公害を防
止できかつ作業環境の良い鉛製錬炉とすると共に、炉内
の温度分布を管理し調整可能なものとし、特に炉底部分
の温度や酸化雰囲気の管理が可能な鉛製錬炉および鉛の
製錬方法とすることである。 【解決手段】 炭素質固体還元材１を載置する水冷式の
ロストル２を有するシャフト炉の下部に、炉内温度を調
整するガスバーナ３、４およびガス噴出口６を有するガ
スバーナを下向きに傾斜させて配置した固体・気体燃料
併用のシャフト炉において、これらのガスバーナのうち
１つのガスバーナの燃焼ガス噴出口６を炉底部７に向け
て急傾斜に配置した鉛製錬炉とする。ガスバーナの燃焼
ガス噴出口６の加熱によって炉底部を１１００℃以上に
温度調整し、供給する燃焼用空気量を空気比０．９〜
１．２に調整して酸化雰囲気を管理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鉛製錬炉および
鉛の製錬方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】我が国の鉛の乾式製錬方法の主流は、コ
ークスを燃料および還元材としてシャフト型の溶鉱炉を
用い、鉛鉱石などの原料を還元製錬する方法である。

【０００３】このような鉛の還元製錬方法では、まず、
鉛製錬原料となる鉱石を焙焼し脱硫して焼結塊を形成
し、これをシャフト型の溶鉱炉に入れ、さらに石灰石、
ケイ酸塩鉱、鉄鉱、クズ鉄およびコークスを添加して製
錬する。その際、鉛製錬原料を溶融するために必要な量
以上の炭素質固体燃料を炉内に供給し、溶融と同時にＣ
およびＣＯによる還元反応を行なわせて粗鉛を得るよう
にしている。

【０００４】そして、得られた粗鉛を精製する際に、融
点より少し高い温度で浮き滓を生じさせ、またはイオウ
を添加して銅を硫化銅として除き、得られた脱銅鉛を反
射炉でもって錫（Ｓｎ）アンチモン（Ｓｂ）、亜鉛（Ｚ
ｎ）、砒素（Ａｓ）を酸化して除去すると柔鉛（軟鉛）
を得る。

【０００５】このようにして得られた柔鉛は、非常に柔
らかいので、使用目的によってはこれを硬くする必要が
ある。実用鉛合金のなかではＰｂ−Ｓｂ合金が最も硬質
であり、硬鉛とも呼ばれている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のシャフ
ト型の溶鉱炉は、コークスなどの固体燃料の燃焼制御が
難しく、排ガス中にコークス灰分から生じる煤煙その他
の塵埃、窒素酸化物（ＮＯ_X ）、硫黄酸化物（ＳＯ_X ）
を含み、公害を発生させたり、作業環境を悪くするなど
の使用上の問題点を有している。

【０００７】また、近年では二酸化炭素（ＣＯ₂)の発生
量をできるだけ低減させることが課題となっているが、
従来のコークスを熱源とするシャフト炉では二酸化炭素
の大量発生を避けることが困難であった。

【０００８】このような問題を解決するためには、でき
るだけ良質のコークスを用いて製錬することが好ましい
が、コークス価格との関係から根本的な解決には至って
いない。

【０００９】ところで、銑鉄溶解炉（キュポラ）におい
ては、上記コークスを燃料とするシャフト型の溶鉱炉の
問題に対して、天然ガスなどの気体燃料を併用すること
によって、コークスの使用量をできるだけ減らす工夫が
なされている。

【００１０】そのような銑鉄溶解炉の構造は、炭素質固
体還元材を載置するロストルを有するシャフト炉の下部
に、複数のガスバーナを下向きに傾斜させて配置した構
造である。

【００１１】しかし、このような銑鉄溶解炉をそのまま
鉛製錬炉に転用すると、鉛製錬特有の炉内温度の管理が
困難であり、特に炉底部分の温度調整やメタル−スラグ
反応（酸化還元反応）の調整が難しく、安定した品質の
鉛を製錬し難いという問題点を有していた。すなわち、
鉛製錬炉では、炉底部の温度を充分に調整しなければ、
軟鉛と硬鉛の調製が困難になり、目的とする品質の鉛を
効率よく製錬できないのである。

【００１２】そこで、鉛製錬炉に係る発明の課題は、コ
ークスの使用量を減らし、排ガス公害を防止し作業環境
を改善する固体・気体燃料併用のシャフト炉における上
述の問題点を解決し、鉛製錬に適した炉内の温度管理が
容易な鉛製錬炉とし、特に炉底部分の温度や酸化雰囲気
の調整が容易にできる鉛製錬炉とすることである。

【００１３】また、製造方法に係る発明の課題は、先に
述べた鉛製錬炉を使用する製錬方法の課題を解決し、軟
鉛と硬鉛を所期した品質で調製できる鉛の製錬方法と
し、この製錬方法によって鉛の製錬効率（製造効率）を
改善しその品質を安定させることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明においては、炭素質固体還元材を載置する
ロストルを設け、このロストルの下方に複数のガスバー
ナをその燃焼ガス噴出口が斜め下向きになるように配置
した固体・気体燃料併用のシャフト炉において、前記複
数のガスバーナのうち少なくとも１つのガスバーナの燃
焼ガス噴出口を炉底部に向けて配置した鉛製錬炉とした
のである。

【００１５】または、固体・気体燃料併用のシャフト炉
のロストル上に炭素質固体還元材および鉛製錬原料を供
給し、炉内下部に斜め下向きに配置した複数のガスバー
ナで炉内を加熱すると共に、少なくとも１つのガスバー
ナの燃焼ガス噴出口を炉底部に向けて配置し、このガス
バーナで炉底部を１１００℃以上に温度調整する鉛の製
錬方法としたのである。また、この鉛の製錬方法におい
て、炉底部に向けて配置したガスバーナに供給する燃焼
用空気量を空気比０．９〜１．２に調整する鉛の製錬方
法としたのである。

【００１６】前記したように構成される鉛製錬炉は、シ
ャフト炉の下部に複数のガスバーナを下向きに傾斜させ
て配置したことにより、ロストル上に置いた炭素質固体
還元材および鉛製錬原料をガスバーナの燃焼ガスで加熱
して、鉛製錬原料を所要温度で溶融させかつこれを炭素
質固体還元材によって還元する。

【００１７】そして、粗鉛を含む溶融物は、ロストルを
通過して炉底に滴下されて溜まり、スラグ層およびメタ
ル層を形成する。このスラグ−メタル層は、前記した複
数のガスバーナのうち少なくとも１つの燃焼ガス噴出口
を炉底に向けたガスバーナによって所定温度に加熱さ
れ、燃焼ガス中の酸素で錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓ
ｂ）、砒素（Ａｓ）などが酸化する。

【００１８】上記温度調整と共に、炉底に向けたガスバ
ーナに供給する燃焼用空気量を空気比０．９〜１．２の
範囲で調整すると、炉底のスラグ−メタル層に接触する
燃焼ガスによる酸化力を調整することができる。すなわ
ち、軟鉛を製造するときには空気比を１．１以上として
鉛中のＳｂ、Ａｓ、Ｓｎを酸化し、硬鉛を製造する場合
には空気比を０．９程度に下げる。このようにして、所
定のガスバーナの空気比を調整することによって、軟鉛
と硬鉛の調製ができる。

【００１９】また、この発明に係る鉛の製錬方法では、
複数のガスバーナでロストルの上方を加熱する際、その
部分の炉内温度を好ましくは８６０〜１１００℃に温度
調整することにより、還元材として必要最小量の炭素質
固体還元材によって、鉛製錬原料を効率よく還元反応さ
せ、効率よく粗鉛を製造することができる。

【００２０】そして、先端部を炉底に向けたガスバーナ
で炉底部を１１００℃以上に加熱すると共に燃焼ガス中
の空気比を調整することにより、炉底のスラグ−メタル
層に接触する雰囲気の酸化力により、効率よく軟鉛また
は硬鉛などを調製できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】この発明の鉛製錬炉および鉛の製
錬方法の実施形態を、以下に添付図面に基づいて説明す
る。図１〜図４に示すように、実施形態は、炭素質固体
還元材１を載置する水冷式のロストル２を有するシャフ
ト炉の下部に、炉内温度を調整する３基のガスバーナ
３、４、５を下向きに傾斜させて配置した固体・気体燃
料併用のシャフト炉で、これらのガスバーナ３、４、５
のうち１つのガスバーナ５の燃焼ガス噴出口６を炉底部
（スラグおよびメタルが溜まる部分）７に向けて配置し
た鉛製錬炉である。

【００２２】鉛製錬炉の炉体は、内層８を耐火キャスタ
ブルで形成すると共に、外層９を断熱キャスタブルで形
成し、それらの外周を鋼板１０で覆う構造としている。
耐火材構造は、耐熱条件に合わせて最適の材料で最適の
構造を採用すればよく、特に上記した構造に限定される
ものではない。例えば炉体上部の外層は保温用に断熱煉
瓦、内層はアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）含有率の高い高強度
煉瓦で施工してもよい。また、燃焼室や溶解帯部分は、
アルミナ含有率の高いセラミックスを使用し、熱拡散の
防止が必要な炉底部では、複数層の断熱煉瓦を使用した
り、その表面に対溶損性に優れたＳｉＣ−Ａｌ₂ Ｏ₃ 系
のプラスチック耐火材でパッチング施工を行なったもの
を採用することもできる。

【００２３】鉛製錬炉の炉頂部には、エアシリンダ１
１、１２で開閉可能な２組の上部ダンパー１３および下
部ダンパー１４からなる投入口を設け、原材料の投入バ
ケット１５が投入態勢になったときにこれらを連動さ
せ、すなわちエアシリンダ１１を縮めて上部ダンパー１
３を鎖線に示すように開いて原材料を入れ、次いで上部
ダンパー１３を閉じた後にエアシリンダ１２を縮めて下
部ダンパー１４を開き、炉内の圧力や温度等の雰囲気を
維持するようにしている。

【００２４】また、投入口の下方の煙道入口１６には排
気ダクト１７を接続し、ここから排ガスを集塵機（図示
せず。）を経て排気する。また高温の排気の一部を利用
し、熱交換機を介して加熱した空気をガスバーナ３、
４、５の空気供給管１８、１９、２０に導入するように
している。

【００２５】図３に示すように、炉内の溶解材料の重量
を支持するロストル２は、炉壁に複数の鋼管を貫通させ
て炉内を横断する配置であり、鋼管内部に水を通過させ
て鋼管の熱損傷を防止できるものである。

【００２６】図１、図２および図４に示すように、実施
形態では、炉内温度を調整する３基のガスバーナ３、
４、５のうち、上位のガスバーナ３、４は、鉛製錬炉の
内周壁に沿って周回する燃焼ガス流を供給するように配
置し、そのノズルの傾きθ₁ は図１に示すように１０°
になるように設置している。

【００２７】また、図２に示すように、下位の１基のガ
スバーナ５は、燃焼ガス噴出口６を炉底部７に向けて配
置し、そのノズルの傾きθ₂ は２０°になるように設置
している。なお、図２中の符号２１は、炉内の点検窓を
示し、符号２３は天然ガスなどの燃料ガス供給管であ
る。

【００２８】上記構造の鉛製錬炉は、水冷式のロストル
２の上にコークスなどの炭素質固体還元材１およびホウ
エン鉱などの鉛製錬原料Ａを供給し、炉内下部に下向き
に傾斜させて配置した２つのガスバーナ３、４でロスト
ル２の上方の炉内を８６０〜１１００℃に温度調整し、
ガスバーナ５の燃焼ガス噴出口６を炉底部７に向けて配
置し、このガスバーナ５で炉底部７に溜まるスラグ−メ
タル層Ｂを１１００℃以上に温度調整する。

【００２９】上記した炭素質固体還元材１は、コークス
の他、炭素質セラミックスまたは黒鉛質のものであって
もよい。

【００３０】また、上述のように炉内の特にロストル２
の上方の炉内温度は、基準点（ロストル上方の炭素質固
体還元材堆積層の上端付近）で測定した場合に８６０〜
１１００℃に調整することが好ましい。すなわち、着火
時に前記基準点を８６０℃以上に調整し、その後の定常
状態では１１００℃程度に保つことが好ましい。１１０
０℃を越える高温では、炉体損傷の増大と炉頂部温度が
高温になる恐れがある。また、炉底部７のスラグ−メタ
ル層Ｂの直上の雰囲気温度が１１００℃未満の低温の条
件では、スラグ層が固化してメタル層と乖離するように
なり好ましくない。なお、煙道入口１６および炉頂部
は、４００℃以下であれば最適である。

【００３１】上記したような炉内の温度調整と共に、下
位のガスバーナ３、４、５に供給する燃焼用空気量は、
空気供給管１８、１９、２０に付設したバタフライ弁等
（図示せず。）を調整することにより調整し、特にガス
バーナ２０は空気比０．９〜１．２の範囲で調整するこ
とが好ましい。軟鉛を製造するときには空気比を１．１
以上として鉛中のＳｂ、Ａｓ、Ｓｎを酸化し、硬鉛を製
造する場合には空気比を０．９程度に下げる。因みに、
空気比とは、実際に用いた空気量と理論空気量との比を
いい、理論空気量は燃焼に用いる空気量であって単位量
の燃料（燃焼ガス重量）当たりの空気量（重量）をい
う。

【００３２】さらに、炉内圧は、３００ｍｍＡｑ以下と
することが好ましく、４００ｍｍＡｑ以上に炉内圧を高
くすると、それに対応して空気比を下げなければ燃焼維
持が困難になる場合があるからである。炉内圧は、３０
０ｍｍＡｑ以下であれば、装入を続けることができる。

【００３３】そして、炉底部に溜まったメタル層および
スラグ層は、その貯留量を確かめて出湯口２２を開放し
て図外の前炉に導入する。

【００３４】

【実施例】図１〜４に示した鉛製錬炉を用い、炉頂部か
らロストル２の上にコークスを装入し、３００ｍｍ以上
の高さのベッドコークスを形成した。次いでガスバーナ
（温調）３、４とガスバーナ（炉底）５に天然ガスおよ
び空気を供給して点火し、ロストル２の上方の基準点温
度が８６０℃、炉底部が１０００℃に加熱されているこ
とを確認した。

【００３５】そして、炉内圧を４００ｍｍＡｑ以下に保
ち、炉状況、ベッドコークスの高さを確認しながら原料
（鉛蓄電池スクラップの電極部）、還元材としてのコー
クスおよび鉄材を装入し、ガスバーナ３、４を調節し、
特に下位のガスバーナ５の空気比をバタフライ弁で調整
しながら炉内分布温度を調整した。また、ベッドコーク
スの高さが３００ｍｍ程度になるようにコークスを追加
し調整した。

【００３６】実験例１〜３においては、原料の装入開始
と同時にガスバーナ（温調）３、４とガスバーナ（炉
底）５の空気比を以下の表１に示すように調整した。

【００３７】

【表１】

【００３８】全ガスバーナの空気比を１．０とした実験
例１では、燃焼室内の酸化力が強かったが、温度調整バ
ーナの空気比を１．０とし、かつ炉底バーナの空気比を
０．９とした実験例２では燃焼室内の酸化力は弱く、還
元雰囲気に近く、粗鉛のアンチモン（Ｓｂ）成分量が最
も多くなった。また、温度調整バーナの空気比を１．１
とし、かつ炉底バーナの空気比を０．９とした実験例３
は、実験例１と２の中間の酸化状態であった。

【００３９】このように各ガスバーナの空気比を調整す
ることにより、軟鉛と硬鉛の調製ができることがわか
る。

【００４０】次に、燃料使用量と、コークス消費量を調
べた結果をそれぞれ表２または表３に示した。

【００４１】表２では、消費ガス量（ｍ³ ／ｈ）とコー
クス専焼炉のコークス使用量のうち、還元に消費された
コークスを除いた量の発熱量からガス使用量に換算した
数量を比較した。

【００４２】

【表２】

【００４３】表３では、全コークス使用量からコークス
ベッド分を差引き、追い込みコークス量とベッド高さの
低減分から消費量を算出した。

【００４４】

【表３】

【００４５】

【発明の効果】この発明に係る鉛製錬炉は、以上説明し
たように、固体・気体燃料併用のシャフト炉において複
数のガスバーナのうち所定のガスバーナを炉底部に向
け、他のガスバーナより急傾斜状に配置した鉛製錬炉と
したので、還元に必要な最小限のコークスを使用して排
ガスによる公害を防止できると共に作業環境の良い鉛製
錬炉となり、また炉内の温度分布を調整可能なものであ
って、特に炉底部分の温度や酸化雰囲気の管理が可能で
あるという利点がある。

【００４６】また、この発明の鉛の製錬方法では、複数
のガスバーナでロストルの上方を所定温度に調整して、
鉛製錬原料を熱効率よく還元反応させることができると
共に、燃焼ガス噴出口を炉底部に向けたガスバーナでス
ラグ−メタル層を所定温度で酸化状態にすることによ
り、軟鉛と硬鉛の調製が安定して確実にできる鉛の製錬
方法となる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の鉛製錬炉を示す断面図

【図２】実施形態の鉛製錬炉を示す一部断面側面図

【図３】図１のIII −III 線断面図

【図４】図１のIV−IV線断面図

【符号の説明】

１ 炭素質固体還元材 ２ ロストル ３、４、５ ガスバーナ ６ 燃焼ガス噴出口 ７ 炉底部 ８ 内層 ９ 外層 １０ 鋼板 １１、１２ エアシリンダー １３ 上部ダンパー １４ 下部ダンパー １５ 投入バケット １６ 煙道入口 １７ 排気ダクト １８、１９、２０ 空気供給管 ２１ 点検窓 ２２ 出湯口 ２３ 燃料ガス供給管 θ₁ 、θ₂ ノズルの傾き Ａ 鉛製錬原料 Ｂ スラグ−メタル層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭素質固体還元材を載置するロストルを
   設け、このロストルの下方に複数のガスバーナをその燃
   焼ガス噴出口が斜め下向きになるように配置した固体・
   気体燃料併用のシャフト炉において、 前記複数のガスバーナのうち少なくとも１つのガスバー
   ナの燃焼ガス噴出口を炉底に向けて配置したことを特徴
   とする鉛製錬炉。
2. 【請求項２】 固体・気体燃料併用のシャフト炉のロス
   トル上に炭素質固体還元材および鉛製錬原料を供給し、
   炉内下部に斜め下向きに配置した複数のガスバーナで炉
   内を加熱すると共に、少なくとも１つのガスバーナの燃
   焼ガス噴出口を炉底部に向けて配置し、このガスバーナ
   で炉底部を１１００℃以上に温度調整することを特徴と
   する鉛の製錬方法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の鉛の製錬方法において、
   炉底に向けて配置したガスバーナに供給する燃焼用空気
   量を空気比０．９〜１．２に調整することを特徴とする
   鉛の製錬方法。