JPH032215B2

JPH032215B2 -

Info

Publication number: JPH032215B2
Application number: JP61250920A
Authority: JP
Inventors: Furanshisu Masutason Ian; Bekuteru Jooji Deibitsudo; Aran Rudorofu Furederitsuku
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1985-10-25
Filing date: 1986-10-23
Publication date: 1991-01-14
Also published as: KR870004155A; MX165182B; KR910009873B1; US4657586A; EP0225998A1; CN1010032B; DE3669891D1; FI83096B; ZA868120B; CA1290943C; JPS62174337A; ZM9786A1; FI864330L; BR8605228A; CN86107592A; PH23754A; FI83096C; FI864330A0; EP0225998B1; SU1591816A3

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、溶融材料を加熱しそして精製（錬）
する方法に関するものであり、特には酸素及び流
体燃料の表面下吹込みにより溶融材料を加熱しそ
して精製（錬）する方法に関する。

従来技術斯界で知られる溶融金属精錬プロセスは、純酸
素と流体炭化水素燃料の浴面下吹込み技術を使用
してきた。幾つかの金属精錬プロセスにおいて
は、酸素及び炭化水素は囲い層（シユラウド）型
同心管型羽口を通して吹込まれた。これらの場
合、酸素は中央管を通して吹込まれそして炭化水
素は外側環状管を通して吹込まれ、それにより酸
素の周囲に囲い層たるシユラウドを形成する。こ
の囲い層は、羽口及び周辺耐火材を酸素による過
度の侵食から防止する防護機能を果す。この概念
のもつとも広範な工業的使用例は米国特許第
3930843号に記載されるＱ−ROP製鋼プロセスに
おいてであつた。例えば米国特許第3990889号及
び3990890号において銅溶錬での適用もまた開示
された。

炭化水素は上記プロセス反応において部分的に
役割を果すが、これらプロセスは基本的に酸化精
錬プロセスである。吹込まれる炭化水素の量は、
溶融金属不純物の酸化を阻止しないよう吹込まれ
る酸素の量に比べて僅かである（Ｑ−BOP製鋼
において約８％までにすぎない）。この低水準の
炭化水素が羽口及び耐火材を保護しそしてそうす
ることにおいて凝結付着物をもたらす。「凝結付
着物」という用語は、溶融金属浴内で吹込み流体
の冷却作用の結果として生ずる、羽口近くでの固
体金属及び／或いはスラグの形成体を指称する。
凝結付着物は斯界ではナードル、シヤンカー及び
マツシユルームキヤツプとして様々に呼ばれてい
る。流体吹込みが進行するにつれ、凝結付着物は
熱平衡に達するまで寸法を増大する傾向がある。
凝結付着物は羽口開口の閉塞を生じるまで増寸す
る恐れがある。この理由のため、これまで、比較
的多量の炭化水素は凝結問題と遭遇することなし
には酸素を取巻く囲い層（シユラウド）として吹
込みえないものと考えられていた。

酸素及び炭化水素はまた銅、特にアノード品位
の銅を精製するのにも使用されてきた。アノード
品位の銅は鉱石から一連の段階を経由してアノー
ドその他の製品に鋳造しうる状態にまで精製され
たものである。富化、溶錬及び転炉製銅の初期段
階は鉱石を濃縮及び精製して所謂粗銅を生成す
る。最終精製段階（斯界では「フアイヤリフアイ
ニング」として知られる）は、粗銅中の酸素及び
硫黄不純物を代表的にそれぞれ0.70％及び0.05％
の水準からそれぞれ0.20％及び0.05％以下の水準
にまで減少する。スクラツプから再洋融された銅
も新原料と一緒に或いは自身だけで最終精製され
う。

最終精製は通常、約1090〜1200℃の温度範囲に
おいてそして２段階で実施される。最初の段階に
おいて、酸素含有気体が溶融粗銅の浴面下に吹込
まれて硫黄を二酸化硫黄に酸化する。二酸化硫黄
は浮上しそして浴外へ排出される。「ボーリング」
として斯界で知られる第２段階において、溶融銅
中の溶存酸素が炭化水素を使用しての還元により
除去される。「ボーリング」という言葉は、燃料
を供給するのに溶融浴中に生の松丸太を投入した
昔の実施法から由来するものである。もつと最近
になつての最新技術では、酸素含有気体と炭化水
素燃料の混合物を浴中に直接吹込む方式が採られ
ている。一般に溶銅の表面下に位置づけられる羽
口によるこれら混合物の直接吹込みは最終精製プ
ロセスを一層高程度にまでコントロールすること
を可能としてきた。この追加コントロールには、
配管内に爆発性流体混合物が存在することにより
或る程度の危険がどうしても伴つた。

溶銅中に吹込みれた炭化水素燃料は分解して炭
素及び酸素を生成し、その後これらは酸素と反応
して一酸化炭素、二酸化炭素及び水を形成する。
これらは排ガスとして溶銅中浴から排出される。
ボーリング段階中、未反応炭化水素は炭化水素の
不完全燃焼から形成される炭素煤と共に浴から放
出されうる。

排ガスの不透明度の減少が工業的な銅製錬所の
大きな目標となつてきている。「不透明度
（Opacity）」とは、ここでは、排ガスが光の透過
を妨害する程度を％として表したものである。妨
害がない時は０％として完全な妨害状態は100％
として表示される。最終精製中溶銅浴から放出さ
れる揮発性炭化水素、炭素煤及び他の粒状物が銅
製錬設備からの高不透明度の排ガスの要因であ
る。銅最終精製に関しての従来方法は溶銅からの
排ガスを不透明度限度基準（現在では幾つかの場
合20％以下に制限されている）に合うよう後処理
することに頼つてきた。固体粒状物質の場合に
は、漏出物質を捕捉するのに従来からのバグハウ
スが使用されている。他方、揮発物質は、複雑で
高価格のアフタバーナ、クーリングタワその他の
系統を使用することにより排ガスから除去されて
いる。

脱酸効率の改善もまた工業的銅製錬所の重要な
目標となつている。ここで「脱酸効率」とは、吹
込まれた燃料単位当り溶融金属浴から除去された
酸素（不純物＋吹込み酸素）の実際量対燃料単位
量と完全に反応するに必要とされる酸素の理論量
の、％として表しての比率を言及する。比較的小
規模の試験においてはかなり高い脱酸効率が報告
されたが、工業的規模の反応炉（１〜150トン及
びそれ以上）の脱酸効率は低水準にとどまつてい
た。この分野での改善は精製銅単位量単りの燃料
消費量の低減という明らかな利益を与える。

従来からの加熱及び精錬プロセスは熱回収率が
低いことにより非効率にしか操業してなかつた。
ここで「熱回収率」とは、炉からその周囲環境に
放散される熱量と溶融浴温度の増加においてプロ
セス中の吸収熱量の和対吹込み燃料から利用しう
る埋論燃焼熱の比率を％として表示したものを云
う。式で表すと次のように書ける：％熱回収率＝（Ａ×Ｂ）＋Ｃ／Ｄ×Ｅ×100 ここで、Ａ：浴の温度上昇率（℃／分、〓／分）Ｂ：浴の熱容量（Cal／℃、Btu／〓）Ｃ：炉の熱損失（Cal／分、Btu／分）Ｄ：燃料流量（m³／分、ft³／分）Ｅ：燃料燃焼熱（Cal／m³、Btu／ft³）この非効率性はとりわけ銅製錬において顕著で
あり、ここでは通常精製段階に先立つて、固体の
銅を溶融するのに追加的な外熱投入が必要とされ
た。固体銅はまた、浴温が1090〜1200℃（2000〜
2200〓）の従来からの最終精製範囲を超えた時浴
を冷却する手段としても添加された。最終精製以
前のプロセスにおいて不純な溶銅と吹込み物質と
の反応により自己発生顕熱の回収は、従来からの
最終精製温度において浴への固体銅添加の冷却効
果を上回るに充分ではなかつた。

次の特許は、炭化水素燃料と酸素含有気体の吹
込みによる不純な溶銅の最終精製プロセスを開示
する。

米国特許第3258330号は、様々の密度における
酸素を含有する空気が固体或いは液体炭化水素燃
料と混合されそして精製の加熱、酸化及び還元段
階中溶銅浴中に噴射される。燃焼に対して必要な
理論量で表して好ましい酸炭対炭化水素比率は、
加熱中80〜130％、酸化中100〜200％そして還元
中20〜100％である。この特許の開示から計算さ
れた脱酸効率は約30〜40％の範囲をとる。

米国特許第3619177号は、気体状炭化水素と空
気、酸素富化空気或いは純酸素のいずれかとの混
合物を単一の羽口を通して浴面下に浴銅中に還元
性気体混合物を形成するに充分の量において導入
することにより精製中溶銅の酸素含有量を減少す
る方法を開示している。計算された脱酸効率は、
小規模試験において（溶銅939ポンドまで）46〜
93％であつたが、ブランド規模の試験においては
（215〜325トン溶銅）計算した脱酸効率は31〜35
％の範囲に低下した。この特許は更に溶銅浴から
放出される汚染物が空気を吹込みそして浴上方に
還元性気体混合物を創生することにより最小限化
されることを開示している。

発明の目的先行技術のこうした欠点に鑑み、本発明の目的
は、溶融材料を効率的に精製する方法を開発する
ことである。

発明の概要本発明は、浴温においてニツケルと少なくとも
同程度の二酸化炭素及び水による耐酸化性を有す
る溶融材料を精製する方法であつて、 (a) 酸化可能な不純物及び酸素含有不純物を含む
溶融材料の浴を用意する段階と、 (b) 酸素及び流体燃料を、浴中に該浴の表面下の
羽口を通して、流体燃料の少なくとも一部が吹
込み酸素を取巻く囲い層を形成する状態で吹き
込む段階と、 (c) 前記燃料に対する前記吹き込み酸素の量を該
燃料の完全燃焼のために必要とされる量以上に
制御する段階と、 (d) 浴中で前記吹き込んだ酸素、燃料及び酸化可
能な不純物を反応せしめて該酸化可能な不純物
を除去する段階と、 (e) 前記燃料に対する前記吹き込み酸素の量を該
燃料の完全燃焼のために必要とされる量より少
なく調節する段階と、 (f) 浴中で前記吹き込んだ酸素、燃料及び酸素含
有不純物を反応せしめて該酸素含有不純物を除
去する段階と、 (ヘ) 段階(b)〜(f)のいずれか一つ以上の間に、前記
溶融材料に固体材料を追加し、そして主として
前記段階(d)乃至(f)において発生する熱により該
固体材料を溶解する段階とを包含する溶融材料精製方法を提供する。

本発明は、酸素及び流体燃料を、浴中に該浴の
表面下の羽口を通して、流体燃料の少なくとも一
部が吹込み酸素を取巻く囲い層を形成する状態で
吹き込み、前記燃料に対する前記吹込み酸素の量
を該燃料の完全燃焼のために必要とされる量以上
に制御して酸化可能な不純物を除去するととも
に、燃料に対する前記吹込み酸素の量を該燃料の
完全燃焼のために必要とされる量より少なく調節
して酸素含有不純物を除去し、任意の段階で前記
溶融材料に固定材料を追加し、そして反応におい
て発生する反応熱熱により該固体材料を溶解及び
精製するものである。

発明の具体的説明本発明は、溶融材料を収納しそして処理する為
の任意の適当な容器において実施されうるが、こ
こでは従来からの銅アノード精製炉が例示の為使
用される。こうしたアノード炉が第１図に部分的
に切除して示されている。この容器は水平筒状の
全体形状を有しそしてその長手軸線を中心として
廻動しうる。アノード炉は、材料を装入する為の
投入口１０と処理済み材料を放出する為の注出口
１２とを具備している。１つ或いはそれ以上の羽
口１４が、加熱及び／或いは精製中流体を溶融浴
１５中に表面下注入する為容器壁に位置ずけられ
ている。従来型式のアノード炉はまた、追加的な
熱を付加する為溶融浴の表面上方に可燃物を注入
する為、通常は端壁１８に取付けられるバーナ１
６を装備している。以下の説明から分るように、
本発明の実施においては追加的な外熱投入の為の
こうしたバーナは不要である。アノード炉は従来
からの耐火材２０で内張りされる。本発明は殊
に、大規模の工業設備での実施に好適であり、従
つて炉容量は１〜150トン或いはそれ以上であり
うる。

本発明において使用される羽口は囲い層（シユ
ラウド）型であり、その概念は例えば前述したＱ
−BOPプロセスにおいて製鋼業界で良く知られ
ている。羽口は複数の流体を別々に容器に搬送す
る為２つ以上の実質上同心の管を具備しうる。保
護流体が実質上環状の最外側通路を通り、それに
よりその内部の１つ以上の通路を通して吹き込ま
れる残りの単数乃至複数の流体の周囲に囲い層を
形成する。第１図には２つの羽口が示されている
が、工業的な寸法バツチにおいて吹込み流体と溶
融材料との適正反応に依存して数個或いはもつと
多くの羽口の使用をも意図するものである。

本発明の実施において吹込まれるべき流体は、
酸素及び燃料である。ここで使用されるものとし
て「燃料」とは、例えば水素或いは炭化水素のよ
うに、酸素と発熱反応を生じる水素含有物質を指
称する。酸素は好ましくは工業用酸素即ち少くと
も70％、より好ましくは少くとも90％以上の純度
を有する酸素である。流体燃料は、気体、液体或
いは非反応性気体乃至液体媒体に搬送される粉末
状固体である。粉末状固体が使用される時、粒寸
は供給管路及び羽口の詰りを回避する為充分に細
くなければならない。使用しうる気体状炭化水素
の例は、気体状アルカン炭化水素、天然ガス（こ
れは主にメタン＋他の低級アルカン炭化水素であ
る）並びにメタン、エタン、プロパン及びブタン
の単独若しくは組合せである。使用しうる流体燃
料の例は、燃料油及びケロシン（灯油）である。
粉末状燃料の例は、石炭、チヤーコール及びのこ
屑である。本発明において使用される好ましい燃
料は、未燃焼炭化水素或いは炭素含有反応生成物
による汚染が問題とならないなら天然ガスであ
り、問題となる場合には水素が好ましい。

溶融浴温度は、浴面下での酸素及び流体燃料の
吹込みが自然燃焼反応をもたらすようなものであ
る。ここで「燃焼」とは、水（H₂O）及び／或
いは二酸化炭素（CO₂）の形成をもたらし且つ熱
放出を伴う、酸素と水素含有燃料との化学的結合
を云う。実際上、化学量論の酸素と水素含有燃料
はしばしば他の反応生成物、例えば一酸化炭素や
水素をも発生する。

本発明が意図する溶融材料に対する主要件は、
それらが吹込まれる特定燃料の自然燃焼温度以上
の温度において液体状態にあることである。ここ
で「自然燃焼温度」とは、燃料及び酸素源が外部
エネルギー源なく燃焼するように最低温度を云
う。例えば、天然ガスの自然燃焼温度は約760℃
（1400〓）である。更に、材料は、溶融浴温度に
おける二酸化炭素及び水による酸化に対する耐性
を少くともニツケルと同程度に有するものでなけ
ればならない。適当な金属としては、銅、ニツケ
ル、鉛、パラジウム、オスミウム、金及び銀が挙
げられる。適当な非金属材料としては、アルミ
ナ、シリカ、並びにケイ酸塩、金属酸化物及び石
灰を含むスラグが挙げられる。反応性の故に不適
当である材料例は、鉄基金属、錫及び塩化物塩を
含む。

酸素及び燃料は浴面下の羽口を通して上記溶融
材料中に吹込まれる。燃料の少くとも一部は、酸
素及び燃料残部を取巻く囲い層を形成するよう羽
口に最外側環状通路を通して吹込まれる。当業者
には、溶融材料中での酸素及び燃料の混合、分散
及び反応により、囲い層は羽口のすぐ近傍におい
てのみ存在することが理解されよう。燃料囲い層
は、先行技術の金属精錬プロセス、例えばＱ−
BRP製鋼プロセスにおけるとほとんど同じ機能
を達成する。しかしながら、本件出願人は、驚く
べきことに、燃料囲い層が凝結付着物による羽口
の閉塞を生じることなく酸素に較べて比較的高い
流量に維持されうることを見出した。更に、本件
出願人は、本発明の使用により、脱酸効率及び熱
回収において予想外の利益が生ずることを見出し
た。

一具体例において、羽口を通して吹込まれる燃
料のすべてが酸素を取巻く囲い層を形成する。２
重同心管から成る単一囲い層型羽口がこの具体例
に対して使用されうる。好適な単一囲い層型羽口
が第２図に例示される。この図面において、中央
管３０が外側管３２内部に示され、それにより酸
素の為の中央通路３４と燃料の為の周囲環状通路
３６とを形成する。

好ましい具体例において、羽口を通して吹込ま
れる燃料の一部のみが酸素と残部燃料の周囲に囲
い層を形成する。酸素と残部燃料を混合しそして
混合物を羽口の中央通路を通して吹込むことが可
能であるが、そうした予備混合は配管内で火炎や
爆発の危険があるため所望されない。酸素と残部
燃料を最外側環譲通路内で別々の通路を通して吹
込むことがもつとも好ましい。酸素自身が残部燃
料の周囲に囲い層を形成することが好ましい。第
３図に示されるような３つの同心管から成る２重
囲い層型の羽口がこの具体例に対して使用されう
る。中央管４０が第１外側管４２の内部に配さ
れ、後者は次いで第２外側管４４の内部に配され
る。燃料は中央通路４６を通してそして外側環状
通路５０を通して吹込まれそして酸素は内側環状
通路４８を通して吹込まれる。

好ましい具体例において、燃料の約10〜50％を
最外側環状通路を通すことが所望される。二重囲
い層型の羽口が使用される場合、燃料の残る50〜
90％が中央通路を通される。

本発明方法は、上記溶融材料に熱を与える目的
で使用されうる。燃料の自然燃焼温度以上にある
浴中で酸素と燃料との浴面下燃焼により高い熱伝
達率が与えられる。もつとも効率的な吹込み剤の
使用が所望される場合、燃料に対する吹込み酸素
の量は燃料の完全燃焼に必要とされる量に正確に
或いはその近傍に設定すべきである。しかし、満
足すべき結果が広範囲の酸素／燃料比を使用する
ことにより得られた。好ましくは、相対的酸素吹
込みの上限は燃料の完全燃焼に必要とされる量の
約150％、より好ましくは130％である。好ましく
は、相対的酸素吹込み等の下限は燃料の完全燃焼
に必要とされる量の約75％、より好ましくは85％
である。

本発明はまた、溶銅から酸化可能な不純物（主
に硫黄であるが、亜鉛、錫及び鉄をも含む）を酸
化除去するのにまた酸素含有不純物（主に溶存酸
素）を酸化除去するのに使用されうる。溶銅とし
ては粗銅（crude copper，blister copper含め
る）を対象とする。溶銅は合金化剤のような他の
金属を含みうる。酸化及び還元は通常順次して達
成されるが、これらは本発明に従えば別々にそし
て独立して達成されうる。更に、本プロセスの併
発的な熱放出は、溶銅への追加的な外熱投入の必
要なく約1090〜1200℃（2000〜2200〓）の通常的
浴温範囲内の溶銅中に固体銅を添加しそして溶解
することを可能ならしめる。

銅不純物の酸化は、燃料との完全燃焼に対して
理論的に必要とされるより以上の酸素が吹込まれ
るような相対量において酸素及び燃料を吹込むこ
とにより実施される。好ましくは、吹込まれる酸
素量は、燃料との完全燃焼に要する量の約450％
以下、より好ましくは約300％以下である。酸化
性不純物の除去は、燃料との完全燃焼に必要とさ
れるより多くの酸素を吹込むことによりもつとも
容易にもたらされる。その場合、不純物の除去は
主として余剰吹込み酸素による酸化と浴を昇つて
のそして浴外への不純物の浮揚により起る。吹込
み酸素量が燃料との完全燃焼に必要な量にほぼ等
しいだけしかなく、余剰吹込み酸素がほとんど乃
至全然存在しない場合でさえも、二酸化炭素や水
蒸気のような非反応性燃焼生成物が浴から不純物
をパージしうる。これら気体の泡が溶存酸素によ
る、硫黄を含めての不純物の酸化に対する核生成
点を提供すると考えられる。酸素及び燃料の相体
流量は、所望量の硫黄及び他の酸化性不純物が溶
銅から除去されるまで、上記水準に維持される。
0.005％以下の低い硫黄水準が本発明プロセスに
より達成された。

溶銅中の酸素不純物の減少は、酸素及び燃料
を、燃料との完全燃焼に理論的に必要とされるよ
り少ない酸素が吹込まれるような相対量において
吹込むことにより実施される。好ましくは、吹込
み酸素の量は、燃料との完全燃焼に必要とされる
量の約25％以上、より好ましくは約33％以上であ
る。吹込み酸素と燃料とは反応して燃料成分を部
分酸化する。この反応の主生成物は水素及び炭化
水素燃料が使用される時には、一酸化炭素ガスで
ある。他の生成物は、微量の水蒸気及び炭化水素
燃料が使用される時には二酸化炭素ガスである。
その後、主反応生成物は溶存酸素及び他の酸素含
有不純物との反応に供される。酸素及び燃料の相
対流量は、所望量の溶存酸素及び他の酸素含有不
純物が溶銅から除去されるまで上記水準に維持さ
れる。0.05％以下の低い酸素水準が本発明により
達成された。

銅酸化及び還元反応の上記好ましい具体例を併
せて、酸素吹込み量の総範囲は、燃料との完全燃
焼に必要とされる量の約25〜450％である。メタ
ンが燃料として使用される時、1150℃C2100〓）
の反応温度において完全燃焼の為の吹込み酸素ガ
ス対メタンの化学量論比は２：１である。これ
は、云いかえると、総酸素容積流量範囲はメタン
の容積流量の約50〜900％ということになる。別
の言い方をすると、メタンの総容積流量範囲は酸
素の容積流量の約11〜200％である。

燃料のすべて或いは大半は酸素を取巻く囲い層
を形成するよう吹込まれる場合、燃料の容積流量
は還元反応中酸素容積流量の200％以上にもなり
うる。この囲い層形成燃料の相対量は他の金属精
製プロセスにおいて使用される量より十分に高
い。流体流れによる燃料の大きな冷却効果（また
炭化水素燃料の場合には吸熱分解）にもかかわら
ず、驚くべきことに、溶銅の工業的規模のバツチ
の精製中凝結付着物は問題を生じないことが判明
した。僅かの銅は羽口の近傍で凝固するが、空の
精製容器への吹込みに較べて浴面下燃料吹込みに
要する流体圧力の約30％増によつて示されるよう
に、閉塞の程度は軽微であつた。

溶融浴中への固体材料の添加と溶解は、燃料の
燃焼により発生する熱に由り浴中への酸素及び燃
料の吹込み中任意の時点で行いうる。銅が溶融材
料である場合、固体銅の添加と溶解は、加熱或い
は硫黄乃至酸素の除去と同時した行うことが出
来、そして添加と容解は約1090〜1200℃（2000〜
2200〓）の従来からの銅最終精製温度範囲内で行
うことが出来る。本発明は、溶銅の総精製質量の
少くとも５〜10％そして50％乃至それ以上までも
の量において固体銅の添加を加能ならしめる。本
発明の試験における固体銅の添加は使用した炉の
寸法上の制約により約50％だけに制限された。

銅還元中に高い脱酸効率が本発明の実施におい
て実現されて。脱酸効率は少くとも60％ありそし
て71％までもの範囲にあつた。これら数値は燃料
としてメタンの使用を基準として測定された。約
1150℃（2100〓）の公称反応温度において、脱酸
は下式 CH₄＋40→CO₂＋2H₂O に従つて進行し、メタン単位m³当り0.002Kgの酸
素（0.1651b／ft³）の理論消費をもたらす。同様
の脱酸効率は他の燃料を使用した場合にも予測さ
れる。これら脱酸効率値は少くとも160トンの工
業的規模のバツチにおいて見出された。

本発明を使用すると熱回収率もまた非常に高
い。熱回収率の値は第１図に例示される型式の
3.96ｍ（13ft）直径×7.6ｍ（30ft）長のアノード
炉においての粗銅の精製に基くものである。約
1150℃（2100〓）の精製温度において、周囲環境
への定常態損失は約17640kcal／分（70000Btu／
分）と計算された。燃料の折量が酸素を取巻く囲
い層を形成する場合、実際の工業的操業において
70％を上回る熱回収率が記録された。燃料の一部
が酸素と残部燃料を取巻く囲い層を形成する場
合、やはり工業的操業において90％を上回る熱回
収率が記録された。これに対する理由は解明され
ないが、この大きな熱回収率は好ましい具体例に
おいて酸素と燃料との一層完全な混合と燃焼によ
ると推定される。

銅還元中排ガス放出物の不透明度における顕著
な改善が本発明の結果として実現された。20％未
満の排ガス不透明度が、吹込み酸素量が燃料との
完全燃焼に必要な量の約25〜33％である時溶銅の
還元中定常的に得られた。これら条件下では、排
ガスが浴から放出されるに際してその追加処理を
行うことは不要である。吹込み酸素量がこの範囲
を越えるが、燃料との完全燃焼に要する量よりま
だ低い時、バグハウスその他の均等手段が不透明
度を20％未満とするのに必要とされる。この低い
不透明度値は本発明の高い効率の追加的めやすで
あり従つて先行技術を上回る予想外の改善を表
す。

次の例は、例示目的で呈示される。これら例
は、第１図に示されるのと同様の粗銅227メート
ルトン（250シヨートトン）の公称容量を有する
3.96ｍ×7.6ｍ（13ft×30ft）円筒状アノード炉に
おいて精製した50以上のヒートを代表するもので
ある。２つの囲い層型羽口が端壁から0.76ｍ
（2.5ft）で浴面下0.76〜0.91ｍ（2.5〜3ft）に位置
づけられて、プロセス気体を吹込んだ。炉は鋳造
及び遊び時間中温度を維持する為一端壁に位置づ
けられるバーナを備えた。本プロセスを例示する
のに使用された結果は端壁バーナが作動されてい
ない状態で採られたデータからのものである。気
体流量は標準状態（21℃及び1atm）の容積流量
として示されている。使用した酸素は99％純度で
あつた。

例１〜４は、第３図に示したものと同様の２重
囲い層型羽口を使用して本発明を実施する方法を
例示し、この場合流体燃料は中央通路及び最外側
環状通路を通して吹込まれそして酸素は内側環状
通路を通して吹込まれた。中央通路と最外側環状
通路との間での燃料の分配率は各例において処理
中一定に維持された。

例１溶融粗銅204メートルトン（225シヨートトン）
の装入物をアノード炉に導入した。装入物の最初
の硫黄及び酸素水準はそれぞれ0.022％及び
0.1933％であつた。

酸素及び天然ガスは2/1の容積流量比において
浴中に吹込まれた。流量は酸素については11.3
m³／分（400ft³／分）として天然ガスについては
5.7m³／分（200ft³／分）であつた。２重囲い層型
羽口が使用され、天然ガスの45％は最外側環状通
路を通して吹込まれそして残部は中央通路を通し
て吹込まれた。酸素は内側環状通路を通して吹込
まれた。吹込みは37分間継続された。この期間
中、8.7メートルトン（9.6シヨートトン）のスク
ラツプが分回的に添加されそして浴中に溶解され
た。浴温は、1116℃（2042〓）から1124〜1150℃
（2055〜2100〓）にまで増大した。この初期吹込
み中、得られた熱回収率は95％であつた。吹込み
後硫黄及び酸素水準はそれぞれ0.003％及び0.270
％であつた。

その後、酸素及び天然ガス流量は、2/3の容積
流量比になるよう4.7m³／分（167ft³／分）酸素及
び7.1m³／分（250ft³／分）天然ガスに調節され
た。この２次吹込みは52分間続行された。この期
間中、4.9メートルトン（5.4シヨートトン）のス
クラツプ銅が添加されそして溶解された。浴温は
1125〜1176℃（2057〜2148〓）の範囲にあつた。
この期間中得られた熱回収率は93％であり、そし
て脱酸効率は60％であつた。酸素含有量は0.093
％に低下した。

この時点で、66メートルトン（72シヨートト
ン）の銅が炉から注出されそしてアノードに鋳造
された。鋳造アノードの硫黄及び酸素水準はそれ
ぞれ0.003％及び0.11％であつた。

溶融チヤージの残部は、2/1の酸素／天然ガス
の容積流量比で３次吹込み処理を施された。流量
は11.3m³／分（400ft³／分）酸素及び5.7m³／分
（200ft³／分）天然ガスであつた。この３次吹込
みは71分間続けられ、その期間中15.5メートルト
ン（17シヨートトン）のスクラツプが溶解され
た。浴温は1129〜1174℃（2064〜2145〓）の範囲
であつた。この期間中得られた熱回収率は96％で
あつた。チヤージの酸素含有量は0.13％に増大し
た。

8.5m³／分（300ft³／分）酸素及び5.7m³／分
（200ft³／分）による４次吹きが66分間行われた
（3/2の酸素／天然ガス容積流量比）。この吹込み
中、計11.8メートルトン（13シヨートトン）のス
クラツプが溶解された。酸素含量は0.068％に減
少しそして得られた熱回収率は94％であつた。

4.7m³／分（167ft³／分）酸素及び7.1m³／分
（250ft³／分）天然ガスによる５次及び仕上げ吹
きが48分間為された（2/3の酸素／天然ガスの容
積流量比）。この期間中、10.9メートルトン（12
シヨートトン）のスクラツプが添加された。最終
酸素含量は0.032％であつた。94％の熱回収率が
実現しえた。

例２ 14.7メートルトン（161シヨートトン）の、
0.265％酸素及び0.0096％硫黄を含有する溶融粗
銅がアノード炉に装入された。酸素及び天然ガス
が2/1の容積流量比において溶融浴中に吹込まれ
た。酸素流量は11.3m³／分（400ft³／分）そして
天然ガス流量は5.7m³／分（200ft³／分）であつ
た。吹込みには二重囲い層型羽口が使用されそし
て天然ガスの35％が羽口の最外側環状通路を通し
て吹込まれそして残部の65％が中央通路を通して
吹込まれた。

上記比率での96分の吹込み中、14.6メートルト
ン（16シヨートトン）のスクラツプが浴中に添加
溶解された。この期間中浴温は1082℃（1980〓）
から1143℃（2090〓）まで増大した。この期間中
に対して計算された熱回収率は97％であつた。浴
の酸素含有量は0.233％に減少しそして硫黄含有
量は0.0004％に低下した。

その後、酸素及び天然ガスは2/3の容積流量比
において浴中に吹込まれた。酸素の流量は4.7
m³／分（167ft³／分）であり天然ガスの流量は7.1
m³／分（250ft³／分）であつた。この比率での40
分の吹錬後、酸素含有量は0.071％に減少しそし
て浴温は1127℃（2060〓）から1152℃（2106〓）
に増大した。この期間中計算熱回収率は98％であ
りそして脱酸効率は68％であつた。更に、この期
間中、排ガス中に煤が認められず、排ガス不透明
度は平均15％であつた。

例３ 217メートルトン（239シヨートトン）の溶融粗
銅をアノード炉に装入した。この粗銅は0.342％
酸素及び0.276％硫黄を含有した。二重囲い層型
羽口を使用して14.2m³／分（500ft³／分）の流量
で溶融浴中に空気を吹込んだ。上記流量で空気を
70分吹込んだ後、硫黄含有量は0.0050％に減少し
そして酸素含有量は0.342％から0.354％に増大し
た。

その後、酸素及び天然ガスが、2/3の容積流量
比で浴中に吹込まれた。酸素流量は4.7m³／分
（167ft³／分）でありそして天然ガス流量は7.1
m³／分（250ft³／分）であつた。やはり二重囲い
層型羽口が使用され、天然ガスの41％は最外側環
状通路を通して吹込まれた。この比率での81分の
吹込み中、7.3メートルトン（８シヨートトン）
のスクラツプが添加溶解された。浴の酸素含有量
は0.354％から0.080％に減少しそして浴温は1164
℃（2127〓）から1172℃（2142〓）まで増加し
た。計算熱回収率は97％であり、脱酸効率は71％
でありそしてこの期間中の平均排ガス不透明度は
15％であつた。

例４ 0.298％酸素及び0.0010％硫黄を含有する、179
メートルトン（197シヨートトン）の溶融粗銅が
アノード炉に装入された。酸素及び天然ガスは2/
１の容積流量比において浴中に吹込まれ、酸素流
量は11.3m³／分（400ft³／分）そして天然ガス流
量は5.7m³／分（200ft³／分）とした。二重囲い層
型羽口が使用され、天然ガスの45％は最外側環状
通路を通して吹込まれた。

上記比率での42分の吹込み中、計12トンのスク
ラツプが浴中に添加溶解された。この期間中、浴
温は1134℃（2073〓）から1172℃（2142〓）まで
増大し、そして計算熱回収率は93％であつた。

その後、酸素及び天然ガス1/1の容積流量比に
おいて浴中に吹込まれた。酸素流量は8.5m³／分
（300ft³／分）でありそして天然ガス流量8.5m³／
分（300ft³／分）であつた。この比率での43分の
吹錬後、計5.5メートルトン（６シヨートトン）
のスクラツプが溶解されそして浴温は1128℃
（2062〓）から1164℃（2182〓）に増大した。こ
の期間中の計算熱回収率は88％であつた。浴の酸
素含有量は0.185％まで減少した。

その後、酸素及び天然ガス2/3の容積流量比に
おいて浴中に吹込まれた。酸素流量は4.7m³／分
（167ft³／分）でありそして天然ガス流量は7.1
m³／分（250ft³／分）であつた。この比率で39分
の吹込み後、浴温は1132℃（2070〓）から1152℃
（2106〓）に増大しそして浴の酸素含有量は0.185
％から0.064％へと更に減少した。この期間中、
計算熱回収率は92％であり、脱酸効率は64％であ
りそして排ガスの不透明度は平均15％であつた。

例５及び６は、第２図と同様の単一囲い層型羽
口を使用しての本発明の実施方法を例示し、そし
て流体燃料は外側環状通路を通しそして酸素は中
央通路を通して吹込まれた。

例５ 0.360％酸素及び0.0207％硫黄を含有する、172
メートルトン（187シヨートトン）の溶融粗銅が
アノード炉に装入された。酸素及び天然ガスは4/
３の容積流量比で浴中に吹込まれ、酸素流量は
11.3m³／分（400ft³／分）そして天然ガス流量は
8.5m³／分（300ft³／分）であつた。

この比率での74分の吹錬中、4.8メートルトン
（5.3シヨートトン）のスクラツプが浴中に添加溶
解された。浴温度は1137℃（2079〓）から1170℃
（2138〓）へと増大した。この期間中の計算熱回
収率は69％であつた。酸素含有量は0.316％に減
少しそして硫黄含有量は0.0075％に減少した。

その後、酸素及び天然ガス2/3の容積流量比に
おいて浴中に吹込まれ、この場合の酸素流量は
5.7m³／分（200ft³／分）でありそして天然ガス流
量は8.5m³／分（300ft³／分）であつた。この比率
での61分後、浴温は1146℃（2094〓）から1170℃
（2137〓）に増大した。この期間中の計算熱回収
率は71％であつた。この期間中、浴の酸素含有量
は0.031％へと更に減少した。脱酸効率は62％で
あつた。

例６ 0.319％酸素及び0.0146％硫黄を含有する、202
メートルトン（222シヨートトン）の溶融粗銅が
アノード炉に装入された。単一囲い層型の羽口を
使用して酸素及び天然ガスが溶融浴中に吹込まれ
た。酸素流量は11.3m³／分（400ft³／分）であり
そして天然ガス流量は8.5m³／分（300ft³／分）と
した。この比率での98分の吹込み中、5.5メート
ルトン（６シヨートトン）のスクラツプが添加溶
解された。浴温は1131℃（2067〓）から1168℃
（2135〓）まで増加しそして酸素含有量は0.274％
に減少した。この期間中の計算熱回収率は73％で
あつた。

その後、酸素及び天然ガスが、53分間にわたつ
て2/3の容積流量比て溶融浴中に吹込まれた。酸
素流量は5.7m³／分（200ft³／分）そして天然ガス
流量は8.5m³／分（300ft³／分）とした。この期間
にわたつて、浴温は1160℃（2120〓）から1177℃
（2150〓）へと上昇した。計算熱回収率は71％で
あつた。この期間中、浴の酸素含有量は0.064％
へと更に減少した。脱酸効率は70％であつた。

以上、本発明について具体的に説明したが、本
発明の精神内で多くの改変を為しうることを銘記
されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施に使用されうる例とし
てのアノード精製炉の一部破除した斜視図であ
る。第２図は、本発明において使用されうる単一
囲い層型の羽口の断面図である。第３図は、本発
明において使用されうる二重囲い層型の羽口の断
面図である。１０：投入口、１２：注出口、１４：羽口、１
５：溶融浴、２０：耐火材、３０：中央管、３
２：外側管、３４：中央通路、３６：周囲環状通
路、４０：中央管、４２，４４：第１、第２外側
管、４６：中央通路、４８：内側環状通路、５
０：最外側環状通路。

Claims

【特許請求の範囲】１浴温においてニツケルと少なくとも同程度の
二酸化炭素及び水による耐酸化性を有する溶融材
料を精製する方法であつて、 (a) 酸化可能な不純物及び酸素含有不純物を含む
溶融材料の浴を用意する段階と、 (b) 酸素及び流体燃料を、浴中に該浴の表面下の
羽口を通して、流体燃料の少なくとも一部が吹
込み酸素を取巻く囲い層を形成する状態で吹き
込む段階と、 (c) 前記燃料に対する前記吹き込み酸素の量を該
燃料の完全燃焼のために必要とされる量以上に
制御する段階と、 (d) 浴中で吹き込んだ酸素、燃料及び酸化可能な
不純物を反応せしめて該酸化可能な不純物を除
去する段階と、 (e) 前記燃料に対する前記吹き込み酸素の量を該
燃料の完全燃焼のために必要とされる量より少
なく調節する段階と、 (f) 浴中で前記吹き込んだ酸素、燃料及び酸素含
有不純物を反応せしめて該酸素含有不純物を除
去する段階と、 (g) 段階(b)〜(f)のいずれか一つ以上の間に、前記
溶融材料に固体材料を追加し、そして主として
前記段階(d)乃至(f)において発生する熱により該
固体材料を溶解する段階とを包含する溶融材料精製方法。２吹込み酸素が少なくとも90％純度を有する特
許請求の範囲第１項記載の方法。３流体燃料の全量が吹込み酸素を取巻く囲い層
を形成する特許請求の範囲第１項記載の方法。４流体燃料の一部が吹込み酸素及び残部の燃料
の両方を取巻く囲い層を形成する特許請求の範囲
第１項記載の方法。５囲い層を形成する形成する流体燃料が羽口を
通して吹き込まれる全燃料の10〜50％を占める特
許請求の範囲第４項記載の方法。６吹込み酸素が残部燃料を取巻く囲い層を形成
する特許請求の範囲第４項記載の方法。７固体材料が溶解後溶融材料の少なくとも５％
を構成する特許請求の範囲第１項記載の方法。８流体燃料が水素、天然ガス、メタン、エタ
ン、プロパン、ブタン及びその組合せから成る群
から選択される特許請求の範囲第１項記載の方
法。９段階ｃで吹込まれる酸素の量が流体燃料によ
る完全燃焼のために必要とされる量の100〜450
％、好ましくは100〜300％である特許請求の範囲
第１項記載の方法。１０段階ｅで吹込まれる酸素の量が流体燃料に
よる完全燃焼のために必要とされる量の24％から
100％未満、好ましくは33％から100％未満である
特許請求の範囲第１項記載の方法。１１段階ｅ中吹込まれる酸素量が燃料による完
全燃焼に必要とされる量の25〜33％でありそして
段階ｆ中浴から排ガスとして放出される反応生成
物が生じ、該排ガスの不透明度が20％以下である
特許請求の範囲第１項記載の方法。１２材料が銅、ニツケル、パラジウム、オスミ
ウム、金及び銀から成る群から選択される特許請
求の範囲第１項記載の方法。１３材料が銅である特許請求の範囲第１２項記
載の方法。１４材料が、シリカ、アルミナ、及びケイ酸
塩、金属酸化物及び石灰を含有するスラグから成
る群から選択される非金属材料である特許請求の
範囲第１項記載の方法。１５溶融材料が銅であり、前記段階ｇにおいて
固体銅の追加及び溶解後浴温が1090℃（2000〓）
以上に維持される特許請求の範囲第１項記載の方
法。