JPWO2019139079A1 - 原料供給装置、自溶炉及び自溶炉の操業方法 - Google Patents

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Abstract

原料供給装置は、自溶炉内に原料を供給するとともに、少なくとも前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する反応用ガスを供給する原料供給装置であって、半径方向外側に向かって開口した供給孔を有する中空円錐台状の分散コーンを先端部に備え、前記供給孔を通じて前記原料を分散させる分散用ガスを吐出するランスと、前記ランスの外側に設けられ、前記原料を前記自溶炉内に供給する原料流路と、前記原料流路の外側に設けられ、前記反応用ガスを前記自溶炉内に供給するガス流路と、前記ランスを回転駆動する、駆動部と、を備える。

Description

本発明は、原料供給装置、自溶炉及び自溶炉の操業方法に関する。
自溶炉とは、銅、ニッケル等の非鉄金属の製錬、及び、マット処理製錬に用いられる製錬炉であり、反射炉型のセットラの上にシャフトを設け、その頂部から原料と反応に供するガスを吹き込むことで原料の酸化熱を利用し、瞬時に酸化溶融を行う炉である。自溶炉において、原料と反応用ガスを炉内へ供給する装置は、自溶炉の性能を決定付ける重要な役割を担っている。この原料供給装置の性能が反応シャフト内での原料の反応効率、反応進行度を左右し、その結果、自溶炉の処理能力及びメタル採収率に影響を及ぼす。自溶炉における反応シャフト内での反応は、速やか、かつ、全ての原料が均一に同じ反応進行度で進行することが望ましい。このため、原料と反応用ガスとは、均一に混合されることが望ましい。
このような原料と反応用ガスとの混合を改善するため、原料供給装置から反応シャフト内へ供給される主送風を旋回させるものが知られている(特許文献1)。また、管状の精鉱シュートの内側に燃料バーナーを取り囲んで酸素吹込管を設け、その開口部に案内羽根を設けて旋回流を供給することが知られている(特許文献2)。
特表2010-538162号公報 特開昭60−248832号公報
ところで、原料供給装置の直下の領域は、主送風によって、温度が低く、精鉱反応が進みにくい領域となっている。特許文献1や特許文献2は、このような原料供給装置の直下の領域に積極的に旋回流を発生させるものとはなっておらず、改良の余地があった。
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、自溶炉内に供給された原料と反応用ガスの混合を積極的に促進し、反応を均一化することを目的としている。
本発明の原料供給装置は、自溶炉内に原料を供給するとともに、少なくとも前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する反応用ガスを供給する原料供給装置であって、半径方向外側に向かって開口した供給孔を有する中空円錐台状の分散コーンを先端部に備え、前記供給孔を通じて前記原料を分散させる分散用ガスを吐出するランスと、前記ランスの外側に設けられ、前記原料を前記自溶炉内に供給する原料流路と、前記原料流路の外側に設けられ、前記反応用ガスを前記自溶炉内に供給するガス流路と、前記ランスを回転駆動する、駆動部と、を備える。
この場合において、前記ガス流路内に突出させて配置されたベーンを、さらに備えてもよい。このベーンは、前記第2の反応用ガスを前記ランスが回転駆動されることによって旋回する前記分散用ガスの旋回方向と対向する方向に旋回させる姿勢で設置することができる。前記ランスは、前記分散コーンの外周面に突起を備えていてもよい。前記分散コーンの外周面に補強部を設けた構成とすることができる。
本発明の自溶炉は、本発明の原料供給装置を備えている。
本明細書の自溶炉の操業方法は、自溶炉内に原料を供給するとともに、少なくとも前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する反応用ガスを供給する自溶炉の操業方法であって、ランスの外側に設けられた原料流路を通じて前記自溶炉内に前記原料を供給しつつ、前記原料流路の外側に設けられたガス流路を通じて前記反応用ガスを前記自溶炉に供給する工程を有し、前記反応用ガスを前記自溶炉に供給するときに、半径方向外側に向かって開口した供給孔を有する中空円錐台状の分散コーンを先端部に備えるランスを回転駆動しつつ、前記供給孔を通じて前記原料を分散させる分散用ガスを吐出する。
本発明の原料供給装置及び自溶炉は、自溶炉内に供給された原料と反応用ガスの混合を積極的に促進し、反応を均一化することができる。
図1は実施形態に係る銅製錬用の自溶炉の構成を概略的に示す図である。 図2は第1実施形態の原料供給装置の一部を拡大した図である。 図3は分散コーンを拡大して示す説明図である。 図4は分散用ガスが法線方向に拡がる様子を模式的に示す説明図である。 図5はランスが回転することによる分散用ガスの旋回と、ベーンによる反応用ガスの旋回の様子とを模式的に示す説明図である。 図6は分散コーンの外周面に突起が設けられた様子を示す説明図である。
以下、実施形態に係る自溶炉について、図1〜図6に基づいて、詳細に説明する。図1は、実施形態に係る銅製錬用の自溶炉100の構成を概略的に示す図である。
(第1実施形態)
図1に示すように、自溶炉100は、原料供給装置1と、炉体2と、を備える。原料供給装置1は、精鉱バーナーとも呼ばれ、原料である精鉱(銅精鉱(CuFeS2など))、反応用主送風ガス、反応用補助ガス、及び分散用ガス(反応にも寄与する)を炉体2内に供給する。炉体2は、精鉱と反応用ガスとが混合する反応シャフト3、セットラ4、アップテイク5を備える。なお、反応用主送風ガス及び反応用補助ガスは、酸素富化空気であり、分散用ガスは、空気または酸素富化空気である。これらの反応用ガス、および分散用ガスは、精鉱を分散し、同時に酸化させ、反応シャフト3の底部でマット及びスラグに分離する。
図2は、原料供給装置1の一部を拡大した図であって、原料、反応用ガス、分散用ガスを反応シャフト3側へ投入する投入部10を示した説明図である。
原料供給装置1の投入部10は、ランス16を備え、ランス16内には分散用ガスの通る第1通路11、反応用ガスの一部としての反応用補助ガスが通過する第4通路14が形成されている。第4通路14は、ランス16の中心部分に設けられており、第1通路11は、第4通路14の周囲に設けられている。また、投入部10は、ランス16の外側、より具体的にランス16の外周に設けられた原料流路としての第2通路12を備えている。投入部10は、さらに、第2通路12の外側、より具体的に第2通路12の外周に設けられ、反応用ガスの一部としての反応用主送風ガスが通過する第3通路13と備えている。第3通路13は、ガス流路に相当する。第3通路13は、内側をエアチャンバー171とした漏斗状部17aの下流側に連設された筒状部17bによって第2通路12の外側に設けられている。第3通路13は、その上方に設けられたエアチャンバー171と通じている。第2通路12と、第3通路13は、円筒状の仕切り壁21により、仕切られた状態となっている。
第1通路11は、分散用ガスを反応シャフト3内へ供給する。第2通路12は、精鉱を反応シャフト3内へ供給する。第3通路13は、反応用主送風ガスをエアチャンバー17から反応シャフト3内へ供給する。また、第4通路14は、反応用補助ガスを反応シャフト3内へ供給する。
ランス16の先端部(下端部)には、中空円錐台状の分散コーン15が形成されている。分散コーン15の側面下部151には第1通路11を通過した分散用ガスを反応シャフト3内へ吐出する複数の供給孔152が形成されている。供給孔152は、ガスの吐出方向が分散コーン15の底面円の法線方向となるように設けられている。
原料供給装置1は、ランス16を回転駆動する駆動部30を備えている。ランス16の内部には、第1通路11及び第4通路14が形成されているが、例えば、スイベルジョイントを用いることで、ランス16の回転を可能としつつ、これらの通路に分散用ガスや反応用補助ガスが供給されるようになっている。
ランス16は、概ね20rpm〜120rpmの回転速度で駆動される。回転速度は、原料と反応用ガスの混合具合に応じて適宜選択することができる。
図3を参照すると、分散コーン15の外周面15a、より具体的には、分散コーン15の傾斜部の外周面15aには、補強部15a1が設けられている。補強部15a1は、周囲の部分よりも耐摩耗性が高い部分である。分散コーン15の外側には、第2通路12が形成されており、原料が供給される。このため、回転する分散コーン15に原料が衝突し、分散コーン15の摩耗が進行する可能性がある。そこで、摩耗し易い箇所に補強部15a1が設けられている。本実施形態における補強部15a1は、硬化肉盛を行うことで形成されているが、補強部15a1の構成は、これに限定されるものではなく、例えば、タングステンカーバイド等によって形成された耐摩耗部材を貼り付ける等の措置を採用することもできる。
図2を参照すると、ランス16の軸線AXは、鉛直方向と一致させて配置されている。ランス16が、軸線AXを回転軸として、例えば、図4において矢示a1で示すように反時計回り方向に回転すると、その先端部に設けられた分散コーン15が有する供給孔152から吐出される分散用ガスに矢示a2で示すような接線方向のベクトルが付与される。接線方向のベクトルが付与された分散用ガスが第2通路12から供給された原料に接触すると、原料が撹拌され、第3通路13を通じて供給された反応用ガスとの混合が促進され、この結果、反応が均一化される。
図5を参照すると、実施形態の原料供給装置1は、第3通路13内に突出させて配置されたベーン22を備えている。ベーン22は、筒状部17bの内周壁面17b1に設置されている。ベーン22は、軸線AX方向に沿う方向に対して少なくとも0°よりも大きい角度を有するように軸部材23を介して筒状部17bの内周壁面17b1に取り付けられている。具体的に、ベーン22は、第3通路13を通過する反応用ガスをランス16が回転駆動されることによって旋回する分散用ガスの旋回方向(矢示a2方向)と対向する方向(矢示b1方向)に旋回させる姿勢で設置されている。このように分散用ガスと反応用ガスとを衝突させるようにすることで、撹拌混合作用を強化し混合状態をより改善することができる。なお、本実施形態のベーン22は、固定ベーンであるが、可動ベーンを採用することもできる。可動ベーンを採用することで、反応用ガスの旋回状態を制御することができるので、原料と反応用ガスとの混合状態に応じて反応用ガスの旋回状態を変化させ、効果的に原料と反応用ガスの混合を促進し、反応を均一化することができる。なお、第3通路13を通過した反応用ガスの旋回方向と分散用ガスの旋回方向を一致させてもよいが、反応用ガスの旋回方向と分散用ガスの旋回方向を相反する方向とする方が、原料と反応用ガスとの混合促進の観点からより好ましい。
図6を参照すると、ランス16は、分散コーン15の外周面に突起15bを備えている。突起15bは、複数設けられており、それぞれ分散コーン15の外周面にその長手方向に沿って配置されている。回転駆動されるランス16の外周面に設けられた突起15bは、羽根のように作用し、原料を水平方向へ分散させる効果を得ることができる。また、原料の流れ自体を旋回させることにもなるので、原料と反応用ガスとの混合が促進され、反応を均一化することができる。なお、突起は、四角形状の突起や、或いは、球状を半分に割ったような半球状の突起であってもよく、また、突起の配置も、ジグザグに配置することも可能である。
以上のように、本実施形態の原料供給装置1によれば、自溶炉100内に供給された原料と反応用ガスの混合を積極的に促進し、反応を均一化することができる。
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
1 原料供給装置
2 炉体
3 反応シャフト
10 投入部
11 第1通路
12 第2通路
13 第3通路
14 第4通路
16 ランス
17a 漏斗状部
17b 筒状部
17b1 内周壁面
22 ベーン
100 自溶炉

Claims (7)

  1. 自溶炉内に原料を供給するとともに、少なくとも前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する反応用ガスを供給する原料供給装置であって、
    半径方向外側に向かって開口した供給孔を有する中空円錐台状の分散コーンを先端部に備え、前記供給孔を通じて前記原料を分散させる分散用ガスを吐出するランスと、
    前記ランスの外側に設けられ、前記原料を前記自溶炉内に供給する原料流路と、
    前記原料流路の外側に設けられ、前記反応用ガスを前記自溶炉内に供給するガス流路と、
    前記ランスを回転駆動する、駆動部と、
    を備える原料供給装置。
  2. 前記ガス流路内に突出させて配置されたベーンを、さらに備えた請求項1に記載の原料供給装置。
  3. 前記ベーンは、前記反応用ガスを前記ランスが回転駆動されることによって旋回する前記分散用ガスの旋回方向と対向する方向に旋回させる姿勢で設置された請求項2に記載の原料供給装置。
  4. 前記ランスは、前記分散コーンの外周面に突起を備えた請求項1乃至3のいずれか1項に記載の原料供給装置。
  5. 前記分散コーンの外周面に補強部を設けた請求項1乃至4のいずれか1項に記載の原料供給装置。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の原料供給装置を備える自溶炉。
  7. 自溶炉内に原料を供給するとともに、少なくとも前記自溶炉内に前記原料の反応に寄与する反応用ガスを供給する自溶炉の操業方法であって、
    ランスの外側に設けられた原料流路を通じて前記自溶炉内に前記原料を供給しつつ、前記原料流路の外側に設けられたガス流路を通じて前記反応用ガスを前記自溶炉に供給する工程を有し、
    前記反応用ガスを前記自溶炉に供給するときに、半径方向外側に向かって開口した供給孔を有する中空円錐台状の分散コーンを先端部に備えるランスを回転駆動しつつ、前記供給孔を通じて前記原料を分散させる分散用ガスを吐出する自溶炉の操業方法。
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